从时域和频域来解析傅里叶变换(含代码和性质)

如题所述

第1个回答  2022-07-22

冒泡~十二月啦!艰难的十一月总算是熬过去,十二月希望少熬一点吧(不可能)。
【题外话:傅里叶变换讲道理应该是大一高数就学习,然而当时的老师因为考试不考就放弃了教学,于是乎现在的我学起来真是恶补的痛苦】

傅里叶变换实质涉及的是频域函数和时域函数的转换。

a.先引入时域和频域这两个概念的解释。

时域是真实世界,是惟一实际存在的域。 可以这样理解,从我们出生开始,所接触的这个世界就是随着时间在变化的,是在运动的。

频域它不是真实的,而是一个数学构造。 如果说时域是惟一客观存在的域,那么频域是一个遵循特定规则的数学范畴,频域也被一些学者称为上帝视角。结合上面对时域的理解,如果时域是运动永不停止的,那么频域就是静止的。
正弦波是频域中唯一存在的波形,这是频域中最重要的规则, 即正弦波是对频域的描述,因为频域中的任何波形都可用正弦波合成
通过图片来直观解释:
在时域里面,一段音乐是什么?是一个随着时间变化的震动(我们可以观察到钢琴的琴弦一会上一会下的摆动)。
相比较,在频域里面,一段音乐又是什么?是一个个音符,是乐谱。音符的个数是有限且固定的,但可以组合出无限多的乐曲。

b.接下来再讲解两个概念 :频谱和相位谱

对比展示:

频谱只代表了一个正弦函数的幅值,而要准确描述一个正弦函数,我们不仅需要幅值,还需要相位,不同相位决定了波的位置,所以对于频域分析,仅仅有频谱(振幅谱)是不够的,我们还需要一个相位谱。
频谱的重点是侧面看,相位谱的重点则是从下面看。

为什么需要傅里叶变换?
如下图所示:上面我们能看到的仅仅是一个类似正弦波的波形,其幅值在按照一定的规律变化。如何记载这个波形的信息呢?尤其是量化的记载!是很困难的。那么这个时候引入傅里叶变换就可以得到一个频谱(幅值谱),主要包括3、5、7、9次谐波,一目了然!

参考( https://blog.csdn.net/qq_33414271/article/details/79117586 )
( https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/math/fouriertransforms.html#responsive_offcanvas )

Ending~在自我理解的基础上完成了资料的搬运是很不容容易了!
十二月加油鸭!

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