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離散フーリエ変換,高速フーリエ変換,標本化定理

Last updated at Posted at 2018-10-29

離散フーリエ変換 (DFT : Discrete Fourier Transform)

非連続(離散)なデジタル信号の周波数解析に使われる.コンピュータで扱う波形データは数の配列であるので,DFTによって解析することができる.

f(t) = \sum_{n=-∞}^{∞} a_ne^{j\frac{2\pi}{N}nt}

高速フーリエ変換 (FFT : Fast Fourier Transform)

離散フーリエ変換を高速に行うためのアルゴリズム.

標本化定理

  • サンプリング周波数f_sは原信号に含まれる最大周波数fの2倍以上でなければならない.
  • 復元可能な最大周波数f_sをナイキスト周波数と呼ぶ.
  • 高周波を含む源信号を低いサンプリング周波数で標本化した場合,高周波がアンダーサンプリングされて低周波の折り返し雑音となる.これをエイリアシングと呼ぶ.

例えばサンプリング周波数が44100Hzのとき,原信号の復元可能な最大周波数は22050Hzである.最大周波数22050Hzの原信号についてサンプリング周波数36000Hzで標本化すると,原信号には存在しない36000-22050=13950Hzが折り返し雑音として現れてしまう.

短時間フーリエ変換 (STFT : Short-Time Fourier Transform)

本来,理論上フーリエ変換は無限区間について処理されるべきだが,実験値等からフーリエ係数を求める際に窓関数をずらしながらかけて,有限区間についてDFTを行うこと.

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