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Es soll das Faltungsergebnis zweier Gaußfunktionen ermittelt werden. Wir betrachten einen gaußförmigen Eingangsimpuls $\text{x(t)}$ mit der Amplitude $x_0 = 1 V$ und der äquivalenten Dauer $\Delta t_x = 4 \text{ms}$ sowie eine ebenfalls gaußförmige Impulsantwort $\text{h(t)}$, welche die äquivalente Dauer $\Delta t_h = 3 \text{ms}$ aufweist:
The convolution result of two Gaussian functions is to be determined. We consider
*a Gaussian input pulse ${x(t)}$ with amplitude $x_0 = 1\,\text{V}$ and "equivalent pulse duration" $\Delta t_x = 4 \,\text{ms}$, as well as
*a likewise Gaussian impulse response ${h(t)}$, which has the "equivalent pulse duration" $\Delta t_h = 3 \,\text{ms}$ :
Gesucht ist das Ausgangssignal $\text{y(t)} = \text{x(t)} ∗ \text{h(t)}$, wobei der Umweg über die Spektralfunktionen gegangen werden soll.
The output signal ${y(t)} = {x(t)} ∗{h(t)}$ is sought, whereby the diversions via the spectral functions is to be taken.
<b>Hinweis:</b> Diese Aufgabe bezieht sich auf den Theorieteil von [http://en.lntwww.de/Signaldarstellung/Faltungssatz_und_Faltungsoperation Kapitel 3.4].
===Fragebogen===
''Hint:''
*This exercise belongs to the chapter [[Signal_Representation/The_Convolution_Theorem_and_Operation|The Convolution Theorem and Operation]].
===Questions===
<quiz display=simple>
<quiz display=simple>
{Geben Sie die Spektralfunktionen $\text{X(f)}$ und $\text{H(f)}$ an. Welche Werte ergeben sich jeweils bei der Frequenz $f = 0$?
{Give the spectral functions ${X(f)}$ and ${H(f)}$ an. Which values result for $f = 0$?
{Berechnen Sie den Ausgangsimpuls $\text{y(t)}$. Welche Werte ergeben sich für die Amplitude $y_0 = y(t = 0)$ und die äquivalente Impulsdauer $\Delta t_y$?
{Calculate the output pulse ${y(t)}$. What values result for the amplitude $y_0 = y(t = 0)$ and the equivalent pulse duration $\Delta t_y$?
|type="{}"}
|type="{}"}
$y_0$ = { 0.8 3% } $\text{V}$
$y_0\ = \ $ { 0.8 3% } $\text{V}$
$\Delta t_y$ = { 5 3% } $\text{ms}$
$\Delta t_y\ = \ $ { 5 3% } $\text{ms}$
Line 35:
Line 45:
</quiz>
</quiz>
===Musterlösung===
===Solution===
{{ML-Kopf}}
{{ML-Kopf}}
'''1.''' Durch Fouriertransformation erhält man:
'''(1)''' By Fourier transformation one obtains:
Bei der Frequenz $f = 0$ sind die Spektralwerte am Eingang und Ausgang des Gaußfilters gleich, also gilt $\underline{Y(f = 0) = 4 \cdot 10^{–3} \text{V/Hz}}$. Der Funktionsverlauf von $\text{Y(f)}$ ist schmaler als $\text{X(f)}$ und auch schmaler als $\text{H(f)}$.
*At frequency $f = 0$ , the spectral values at the input and output of the Gaussian filter are equal, so:
[[File:P_ID589__Sig_Z_3_9_b_neu.png|center|]]
:$$Y(f = 0) \;\underline{= 4 \text{ mV/Hz}}.$$
'''3.''' Es gilt die folgende Fourierkorrespondenz:
*The function curve of ${Y(f)}$ is narrower than ${X(f)}$ and narrower than ${H(f)}$.
Der Maximalwert des Signals $\text{y(t)}$ liegt ebenfalls bei $t = 0$ und beträgt $y_0 \underline{= 0.8 V}$. Die äquivalente Impulsdauer ergibt sich zu $\Delta t_y \underline{= 5 \text{ms}}$ (siehe obiges Bild, rechte Skizze). Das bedeutet: Das Gaußfilter $\text{H(f)}$ bewirkt, dass der Ausgangsimpuls $\text{y(t)}$ kleiner und breiter als der Eingangsimpuls $\text{x(t)}$ ist. Die Impulsform bleibt weiterhin gaußförmig.
*The maximum value of the signal ${y(t)}$ is also at $t = 0$ and is $y_0 \hspace{0.15cm}\underline{= 0.8 \text{ V} }$.
*The equivalent pulse duration results in $\Delta t_y \hspace{0.15cm}\underline{= 5 \text{ ms}}$ (see above graphic, right sketch).
*This means: The Gaussian ${H(f)}$ causes the output pulse ${y(t)}$ to be smaller and wider than the input pulse ${x(t)}$ .
*The pulse shape remains Gaussian. Because: '''Gaussian convoluted with Gaussian always results in Gaussian!'''
{{ML-Fuß}}
{{ML-Fuß}}
__NOEDITSECTION__
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[[Category:Aufgaben zu Signaldarstellung|^3. Aperiodische Signale - Impulse^]]
[[Category:Signal Representation: Exercises|^3.4 The Convolution Theorem^]]
[[de:Aufgaben:Aufgabe 3.9Z: Gauß gefaltet mit Gauß]]