Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 1.1: Music Signals"

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{{quiz-Header|Buchseite=Signaldarstellung/Prinzip der Nachrichtenübertragung}}
 
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[[File:P_ID339__Sig_A_1_1.png|right|frame|Musiksignale, Original sowie <br>verrauscht und/oder verzerrt?]]
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[[File:P_ID339__Sig_A_1_1.png|right|frame|Music signals, original and <br> noisy and/or distorted?]]
Nebenstehend sehen Sie einen ca.&nbsp; $\text{30 ms}$&nbsp; langen Ausschnitt eines Musiksignals&nbsp; <math>q(t)</math>. Es handelt sich um das Stück &bdquo;Für Elise&rdquo; von Ludwig van Beethoven.
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On the right you see a ca.&nbsp; $\text{30 ms}$&nbsp; long section of a music signal&nbsp; <math>q(t)</math>. It is the piece &bdquo;For Elise&rdquo; by Ludwig van Beethoven.
  
*Darunter gezeichnet sind zwei Sinkensignale&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; und&nbsp; <math>v_2(t)</math>, die nach der Übertragung des Musiksignals&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; über zwei unterschiedliche Kanäle aufgezeichnet wurden.  
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*Underneath are drawn two sink signals&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; and&nbsp; <math>v_2(t)</math>, which were recorded after the transmission of the music signal&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; over two different channels.  
  
*Mit Hilfe der nachfolgenden Bedienelemente können Sie sich die jeweils ersten vierzehn Sekunden der drei Audiosignale&nbsp; <math>q(t)</math>,&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; und&nbsp; <math>v_2(t)</math> anhören.
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*The following controls allow you to listen to the first fourteen seconds of each of the three audio signals&nbsp; <math>q(t)</math>,&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; and&nbsp; <math>v_2(t)</math>.
  
  
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''Notes:''  
*Die Aufgabe gehört zum Kapitel&nbsp; [[Signal_Representation/Prinzip_der_Nachrichtenübertragung|Prinzip der Nachrichtenübertragung]].
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*The task belongs to chapter&nbsp; [[Signal_Representation/Prinzip_der_Nachrichtenübertragung|Prinzip der Nachrichtenübertragung]].
 
   
 
   
  
  
  
===Fragebogen===
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Schätzen Sie die Signalfrequenz von&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; im dargestellen Ausschnitt ab.
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{Estimate the signal frequency of&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; in the displayed section.
 
|type="()"}
 
|type="()"}
- Die Signalfrequenz beträgt etwa&nbsp; <math>f = 250\,\text{Hz}</math>.
+
- The signal frequency is approximately&nbsp; <math>f = 250\,\text{Hz}</math>.
+ Die Signalfrequenz beträgt etwa&nbsp; <math>f = 500\,\text{Hz}</math>.
+
+ The signal frequency is approximately&nbsp; <math>f = 500\,\text{Hz}</math>.
- Die Signalfrequenz beträgt etwa&nbsp; <math>f = 1\,\text{kHz}</math>.
+
- The signal frequency is about&nbsp; <math>f = 1\,\text{kHz}</math>.
  
{Welche Aussagen sind für das Signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; zutreffend?
+
{Which statements are true for the signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp;?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
Das Signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; ist gegenüber <math>q(t)</math> unverzerrt.
+
The signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; is undistorted compared to <math>q(t)</math>.
Das Signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; weist gegenüber&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; Verzerrungen auf.
+
The signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; shows distortions compared to&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp;.
Das Signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; ist gegenüber&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; verrauscht.
+
The signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; is noisy compared to&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp;.
 
 
{Welche Aussagen sind für das Signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; zutreffend?
+
{Which statements are true for the signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp;?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Das Signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; ist gegenüber&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; unverzerrt.
+
+ The signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; is undistorted compared to&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp;.
- Das Signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; weist gegenüber&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; Verzerrungen auf.
+
- The signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; shows distortions compared to&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp;.
+ Das Signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; ist gegenüber&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; verrauscht.
+
+ The signal&nbsp; <math>v_2(t)</math>&nbsp; is noisy compared to&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp;.
  
{Eines der Signale ist gegenüber dem Orginal&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; unverzerrt und nicht verrauscht. <br>Schätzen Sie hierfür den Dämpfungsfaktor und die Laufzeit ab.
+
{One of the signals is opposite the original&nbsp; <math>q(t)</math>&nbsp; undistorted and not noisy. <br> Estimate the attenuation factor and the running time for this.
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
<math> \alpha \ = \ </math> { 0.2-0.4 }
 
<math> \alpha \ = \ </math> { 0.2-0.4 }
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</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solutions===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp;  Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>:
+
'''(1)'''&nbsp;  Correct is the <u>solution 2</u>:
*Im markierten Bereich von $20$ Millisekunden sind ca.&nbsp; $10$&nbsp; Schwingungen zu erkennen.  
+
*In the marked range of $20$ milliseconds approx. &nbsp; $10$&nbsp; oscillations can be detected.  
*Daraus folgt für die Signalfrequenz näherungsweise das Ergebnis&nbsp;   $f = {10}/(20 \,\text{ms}) =  500 \,\text{Hz}$.
+
*From this the result&nbsp; follows approximately for the signal frequency; $f = {10}/(20 \,\text{ms}) =  500 \,\text{Hz}$.
  
  
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
+
'''(2)'''&nbsp; Correct is the <u>solution 1</u>:
*Das Signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; ist gegenüber dem Orginalsignal <math>q(t)</math> unverzerrt. Es gilt: &nbsp; $v_1(t)=\alpha \cdot q(t-\tau) .$
+
*The signal&nbsp; <math>v_1(t)</math>&nbsp; is undistorted compared to the original signal <math>q(t)</math>. The following applies: &nbsp; $v_1(t)=\alpha \cdot q(t-\tau) .$
  
 
*Eine Dämpfung&nbsp; <math>\alpha</math>&nbsp; und eine Laufzeit&nbsp; <math>\tau</math>&nbsp; führen nicht zu Verzerrungen, sondern das Signal ist dann nur leiser und es kommt später als das Original.
 
*Eine Dämpfung&nbsp; <math>\alpha</math>&nbsp; und eine Laufzeit&nbsp; <math>\tau</math>&nbsp; führen nicht zu Verzerrungen, sondern das Signal ist dann nur leiser und es kommt später als das Original.

Revision as of 22:15, 7 August 2020

Music signals, original and
noisy and/or distorted?

On the right you see a ca.  $\text{30 ms}$  long section of a music signal  \(q(t)\). It is the piece „For Elise” by Ludwig van Beethoven.

  • Underneath are drawn two sink signals  \(v_1(t)\)  and  \(v_2(t)\), which were recorded after the transmission of the music signal  \(q(t)\)  over two different channels.
  • The following controls allow you to listen to the first fourteen seconds of each of the three audio signals  \(q(t)\),  \(v_1(t)\)  and  \(v_2(t)\).


Originalsignal  \(q(t)\)

Sinkensignal  \(v_1(t)\)

Sinkensignal  \(v_2(t)\)



Notes:



Questions

1

Estimate the signal frequency of  \(q(t)\)  in the displayed section.

The signal frequency is approximately  \(f = 250\,\text{Hz}\).
The signal frequency is approximately  \(f = 500\,\text{Hz}\).
The signal frequency is about  \(f = 1\,\text{kHz}\).

2

Which statements are true for the signal  \(v_1(t)\) ?

The signal  \(v_1(t)\)  is undistorted compared to \(q(t)\).
The signal  \(v_1(t)\)  shows distortions compared to  \(q(t)\) .
The signal  \(v_1(t)\)  is noisy compared to  \(q(t)\) .

3

Which statements are true for the signal  \(v_2(t)\) ?

The signal  \(v_2(t)\)  is undistorted compared to  \(q(t)\) .
The signal  \(v_2(t)\)  shows distortions compared to  \(q(t)\) .
The signal  \(v_2(t)\)  is noisy compared to  \(q(t)\) .

4

One of the signals is opposite the original  \(q(t)\)  undistorted and not noisy.
Estimate the attenuation factor and the running time for this.

\( \alpha \ = \ \)

\( \tau \ = \ \)

$\ \text{ms}$


Solutions

(1)  Correct is the solution 2:

  • In the marked range of $20$ milliseconds approx.   $10$  oscillations can be detected.
  • From this the result  follows approximately for the signal frequency; $f = {10}/(20 \,\text{ms}) = 500 \,\text{Hz}$.


(2)  Correct is the solution 1:

  • The signal  \(v_1(t)\)  is undistorted compared to the original signal \(q(t)\). The following applies:   $v_1(t)=\alpha \cdot q(t-\tau) .$
  • Eine Dämpfung  \(\alpha\)  und eine Laufzeit  \(\tau\)  führen nicht zu Verzerrungen, sondern das Signal ist dann nur leiser und es kommt später als das Original.


(3)  Richtig sind die Lösungsvorschläge 1 und 3:

  • Man erkennt sowohl im dargestellten Signalverlauf  \(v_2(t)\)  als auch im Audiosignal  additives Rauschen   ⇒   Lösungsvorschlag 3.
  • Der Signalrauschabstand beträgt dabei ca.  $\text{30 dB}$; dies ist aber aus dieser Darstellung nicht erkennbar.
  • Richtig ist aber auch der Lösungsvorschlag 1:   Ohne diesen Rauschanteil wäre  \(v_2(t)\)  identisch mit  \(q(t)\).


(4)  Das Signal  \(v_1(t)\)  ist formgleich mit dem Originalsignal  \(q(t)\)  und unterscheidet sich von diesem lediglich

  • durch den Amplitudenfaktor  $\alpha = \underline{\text{0.3}}$  (dies entspricht etwa  $\text{–10 dB)}$
  • und die Laufzeit  $\tau = \underline{10\,\text{ms}}$.