Ein spectrogram ist eine zeitändernde geisterhafte Darstellung (ein Image bildend), der zeigt, wie sich die geisterhafte Dichte eines Signals mit der Zeit ändert. Auch bekannt als geisterhafte Wasserfälle, sonograms, voiceprints, oder voicegrams, spectrograms werden verwendet, um fonetische Töne zu identifizieren, die Schreie von Tieren zu analysieren; sie wurden auch in vielen anderen Feldern einschließlich Musik, Echolots/Radars, Rede-Verarbeitung, Seismologie usw. verwendet. Das Instrument, das einen spectrogram erzeugt, wird einen Spektrographen genannt und ist zu einem sonograph gleichwertig.

Format

Der grösste Teil des Standardformates ist ein Graph mit zwei geometrischen Dimensionen: Die horizontale Achse vertritt Zeit, die vertikale Achse ist Frequenz; eine dritte Dimension, die den Umfang einer besonderen Frequenz in einer bestimmten Zeit anzeigt, wird durch die Intensität oder Farbe jedes Punkts im Image vertreten.

Es gibt viele Schwankungen des Formats: Manchmal werden die vertikalen und horizontalen Äxte geschaltet, so läuft Zeit oben und unten; manchmal wird der Umfang als die Höhe einer 3D-Oberfläche statt der Farbe oder Intensität vertreten. Die Frequenz- und Umfang-Äxte können entweder geradlinig oder, abhängig davon logarithmisch sein, wofür der Graph verwendet wird. Audio-würde gewöhnlich mit einer logarithmischen Umfang-Achse (wahrscheinlich in Dezibel oder DB) vertreten, und Frequenz würde geradlinig sein, um harmonische Beziehungen, oder logarithmisch zu betonen, um Musical, Tonbeziehungen zu betonen.

Generation

Spectrograms werden gewöhnlich auf eine von zwei Weisen geschaffen: Näher gekommen als ein filterbank, der sich aus einer Reihe von Bandfiltern ergibt (war das der einzige Weg vor dem Advent der modernen Digitalsignalverarbeitung), oder hat vom Zeitsignal mit der Kurzarbeit Fourier verwandelt sich (STFT) gerechnet. Diese zwei Methoden bilden wirklich zwei verschiedenen quadratischen Zeitfrequenz-Vertrieb, aber sind unter einigen Bedingungen gleichwertig.

Die Bandfilter-Methode verwendet gewöhnlich Analogon, das in einer Prozession geht, um das Eingangssignal in Frequenzbänder zu teilen; der Umfang der Produktion jedes Filters kontrolliert einen Wandler, der den spectrogram als ein Image auf Papier registriert.

einen spectrogram schafft, ist das Verwenden des STFT gewöhnlich ein Digitalprozess. Digital probierte Daten, im Zeitabschnitt, werden in Klötze zerbrochen, die gewöhnlich, und Fourier überlappen, der umgestaltet ist, um den Umfang des Frequenzspektrums für jeden Klotz zu berechnen. Jeder Klotz entspricht dann einer vertikalen Linie im Image; ein Maß des Umfangs gegen die Frequenz seit einem spezifischen Moment rechtzeitig. Die Spektren oder Zeitanschläge werden dann nebeneinander "gelegt", um das Image oder eine dreidimensionale Oberfläche zu bilden.

Der spectrogram eines Signals s (t) kann durch die Computerwissenschaft des karierten Umfangs des STFT des Signals s (t) wie folgt geschätzt werden:

:

Anwendungen

• Frühes Analogon spectrograms wurde auf eine breite Reihe von Gebieten einschließlich der Studie von Vogelrufen mit dem aktuellen Forschungsweitergehen mit der modernen Digitalausrüstung angewandt und hat für alle Tiertöne gegolten. Der zeitgenössische Gebrauch des digitalen spectrogram ist besonders nützlich, um Frequenzmodulation (FM) in Tieranrufen zu studieren. Spezifisch werden die unterscheidenden Eigenschaften von FM-Zwitschern, Breitbandklicks und dem sozialen Harmonisieren mit dem spectrogram am leichtesten vergegenwärtigt.
• Spectrograms sind in der Unterstützung bei der Überwindung von Sprachfehlern und bei der Rede-Ausbildung für den Teil der Bevölkerung nützlich, die tief tauber ist
• Die Studien der Phonetik und Rede-Synthese werden häufig durch den Gebrauch von spectrograms erleichtert.
• Durch das Umkehren des Prozesses, einen spectrogram zu erzeugen, ist es möglich, ein Signal zu schaffen, dessen spectrogram ein willkürliches Image ist. Diese Technik kann verwendet werden, um ein Bild in einem Stück des Audios zu verbergen, und ist von mehreren elektronischen Musik-Künstlern verwendet worden. Siehe auch steganography.
• Etwas moderne Musik wird mit spectrograms als ein Zwischenmedium geschaffen; das Ändern der Intensität von verschiedenen Frequenzen mit der Zeit oder sogar das Schaffen neuer, durch die Zeichnung von ihnen und dann dem umgekehrten Umwandeln. Sieh Audiomodifizierung des Zeitskala-Wurfs und Phase-Sprachentschlüsselungsgerät.
• Spectrograms kann verwendet werden, um die Ergebnisse zu analysieren, ein Testsignal durch einen Signalverarbeiter wie ein Filter zu passieren, um seine Leistung zu überprüfen.
• Hohe Definition spectrograms wird in der Entwicklung von RF und Mikrowellensystemen verwendet
• Spectrograms werden jetzt verwendet, um S-Rahmen zu zeigen, die mit dem Vektor-Netz Analysatoren gemessen sind
• Der Geologische US-Überblick stellt jetzt Echtzeitspectrogram-Anzeigen von seismischen Stationen zur Verfügung

Beschränkungen und Wiedersynthese

Von der Formel oben scheint es, dass ein spectrogram keine Information über die genaue Phase des Signals enthält, dass es vertritt. Deshalb ist es nicht möglich, den Prozess umzukehren und eine Kopie des ursprünglichen Signals von einem spectrogram zu erzeugen, obwohl in Situationen, wo die genaue anfängliche Phase unwichtig ist (von denen Audio-ein sein kann) es möglich sein kann, eine nützliche Annäherung des ursprünglichen Signals zu erzeugen. Der Analyse-& Wiedersynthese-Ton-Spektrograph ist http://arss.sourceforge.net ein Beispiel eines Computerprogramms, das versucht, das zu tun.

Tatsächlich gibt es etwas Phase-Information im spectrogram, aber es erscheint in einer anderen Form als Verzögerung (oder Gruppenlaufzeit), der die Doppel-von der Sofortigen Frequenz ist; ein Experiment, das erklärt und diese zwei Konzepte verbindet, wird in beschrieben

Siehe auch

• Kurzarbeit Fourier gestaltet um
• Spektrometer
• Spektrum
• Elementarwelle gestaltet um
• Wiederanweisungsmethode
• Zeitfrequenz-Darstellung
• Röhrenblitz-Tuner
• Scaleogram
• Der Bloop
• Akustische Unterschrift
• Wasserfall-Anschlag

Links

• Das Erzeugen einer Ton-Folge, deren spectrogram einen willkürlichen Text, online-vergleicht
• Die weitere Information über das Schaffen eines Signals, dessen spectrogram ein willkürliches Image ist
• Artikel, der die Entwicklung einer Software spectrogram beschreibt
• Geschichte von spectrograms & Entwicklung der Instrumentierung