Frequenzprofilen

Frequenzprofil (Plural: Frequenzprofile) bezeichnet in der Signalverarbeitung die Verteilung der Energie eines Signals über die Frequenzen. Es kann statisch sein, etwa als Amplituden- oder Leistungsspektrum eines zeitlich begrenzten Signals, oder zeitlich variieren, etwa als Spektrogramm, das den Frequenzgehalt über die Zeit hinweg zeigt. Das Frequenzprofil liefert Hinweise auf Timbre, Struktur und charakteristische Eigenschaften eines Signals.

Zur Ermittlung nutzt man die Fourier-Transformation, um das zeitliche Signal in einen Frequenzbereich zu überführen. Typische Größen sind Amplitudenspektrum, Betrags- bzw. Phasenspektrum und Leistungs- bzw. Power-Spectral-Density. Für nichtstationäre Signale kommen auch das Short-Time Fourier Transform (STFT), Welch- oder Multitaper-Verfahren sowie die Wavelet-Transformation zum Einsatz, um zeitliche Veränderungen des Frequenzgehalts abzuschätzen.

Beispiele: Ein reiner Sinuston besitzt ein dominantes Spektrum an einer einzigen Frequenz; ein komplexer Klang zeigt Harmonischen. Rauschsignale weisen gewöhnlich ein eher flaches Leistungsprofil auf. In der Bildverarbeitung beschreibt man den räumlichen Frequenzinhalt eines Bildes durch ein entsprechendes Frequenzprofil.

Anwendungen umfassen Audio- und Sprachverarbeitung, Vibro- und Strukturanalyse, Filterdesign, Geophysik, Bildgebung und Diagnostik.

Herausforderungen: Die räumliche oder zeitliche Auflösung des Profils hängt von der Fenstergöße, der verwendeten Methode und dem Rauschen ab; Rand- und Leakage-Effekte können das Profil verfälschen. Die Interpretation eines zeitlich veränderlichen Frequenzprofils erfordert oft zusätzliche Annahmen oder Modelle.