Frekvensspektrum

Frekvensspektrum är en representation av hur en signals energi eller effektfördelning är fördelad över frekvenserna. Den används inom områden som ljudteknik, telekommunikation, vibrationanalys och fysik för att undersöka vilka frekvenser som ingår i en signal och hur starkt varje frekvens bidrar. I tidsdomänen beskrivs en signal av dess amplitud över tid; i frekvensdomänen framträder dess komponenter som sinusoider med olika frekvenser.

Frekvensspektrumet kan vara diskret eller kontinuerligt. Deterministiska och periodiska signaler ger spektra med diskreta linjer vid harmoniska frekvenser, medan aperiodiska signaler ofta ger ett kontinuerligt spektrum. För slumpmässiga signaler används kraftspektrum eller spektral densitet för att ange hur makten är fördelad över frekvenser.

Beräkningar görs vanligtvis med Fouriertransformen. Den kontinuerliga transformen används i teoretiska sammanhang, medan diskret Fouriertransform (DFT) och dess effektiva implementation FFT används för digitala signaler. Viktiga begrepp är bandbredd, frekvensupplösning och spektral läckage som uppkommer när man tillämpar fönsterfunktioner på signaler som inte är stationära. Nyquistteoremet anger att samplingen måste vara tillräckligt hög för att undvika aliasering.

Frekvensspektrum används bland annat vid ljud- och bildbearbetning, diagnostik av maskiner, radiokommunikation och kemisk spektroskopi. Analys av spektrumet gör det möjligt att identifiera dominanta frekvenser, mönster och resonanser samt att jämföra signaler över tid eller mellan olika källor.