DSP 101
M5 · L3
الوحدة 5 — الـ discrete Fourier transform
الـ frequency resolution والـ windowing

ليه windows الرصد المحدودة بتعمل spectral leakage (التسرب الطيفي)، وإزاي الـ window functions بتقايض بين الـ resolution وكتم الـ leakage.

1 / 9
DSP 101
M5 · L3
المشكلة الجوهرية
الـ windows المحدودة بتقطع الـ signals

إنك تسجّل N sample زي إنك تضرب في rectangular window. وفي الـ frequency domain ده معناه convolution — حتى النغمة الصافية بتتفرش على bins كتير.

الـ signal بعد الـ windowing
x_w[n] = x[n] \cdot w[n]
2 / 9
DSP 101
M5 · L3
الـ spectral leakage
الطاقة بتتفرش على الـ bins

الـ frequency response بتاع الـ rectangular window (الـ Dirichlet kernel) عنده side lobes عند −13 ديسيبل. ولما النغمة تقع بين binين، طاقتها بتتفرش في الـ bins اللي جنبها.

مفيش leakage لما
fsignal = k · fs/N — الـ coherent sampling بيظبط النغمة على bin بالظبط.
3 / 9
DSP 101
M5 · L3
الحل
الـ window functions

نزّل الـ signal بنعومة للصفر عند الطرفين قبل حساب الـ DFT. side lobes أوطى على حساب main lobe أعرض.

−13 dB
rectangular
−31.5 dB
Hann
−58 dB
Blackman
4 / 9
DSP 101
M5 · L3
أشهر window
الـ Hann window

تدرّج raised cosine — بيوصل بنعومة للصفر عند الطرفين، فبيشيل الانقطاع المفاجئ اللي بيعمل الـ side lobes الشديدة في الـ rectangular window.

الـ Hann window
w[n] = 0.5\!\left(1 - \cos\!\tfrac{2\pi n}{N-1}\right)
5 / 9
DSP 101
M5 · L3
المقايضة الجوهرية
الـ resolution قصاد الـ leakage

مينفعش تصغّر الاتنين في نفس الوقت. كتم أحسن للـ side lobes بييجي مع main lobe أعرض — يعني النغمتين لازم يبعدوا أكتر عشان تفرّقهم.

الـ resolution الفعلية
Δfeff = α · fs/N   (α ≈ 1 rectangular، ≈ 2 Hann، ≈ 3 Blackman)
6 / 9
DSP 101
M5 · L3
خطوات الشغل العملية
اختيار الـ window
  • rectangular — للـ coherent sampling بس (نغمات واقعة على الـ bins)
  • Hann — الاختيار الافتراضي العام؛ توازن كويس
  • Blackman — تلقط signals ضعيفة جنب القوية
  • Kaiser(β) — تظبط المقايضة باستمرار
  • بيانات أكتر = resolution أحسن؛ والـ zero-padding بينعّم الرسم بس
  • اقسم على Σw[n] عشان تصلّح الـ amplitude بعد الـ windowing
7 / 9
DSP 101
اختبار سريع

شوف إيه اللي ثبت

أربع أسئلة من الدرس ده. جاوب عشان تشوف السبب — الشرح بيظهر سواء جاوبت صح أو غلط. ونتيجتك مش بتتحفظ.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

8 / 9
DSP 101
M5 · L3
أهم النقط
اتعلّمت إيه
  • الرصد المحدود ← rectangular window من غير ما تقول ← convolution مع الـ Dirichlet kernel في الـ frequency domain
  • الـ spectral leakage: طاقة النغمة بتتفرش للـ bins اللي جنبها
  • الـ coherent sampling (f = k·f_s/N) بيلغي الـ leakage
  • الـ window functions بتنزل للصفر — main lobe أعرض قصاد side lobes أوطى
  • Hann (−31.5 ديسيبل) الاختيار الافتراضي؛ Blackman (−58 ديسيبل) للـ dynamic range العالي
  • الـ resolution الفعلية Δfeff = α·f_s/N حيث α ≥ 1 معتمد على الـ window
  • بيانات أكتر بتحسّن الـ resolution؛ والـ zero-padding بيحلّي الرسم بس
اقرا المقالة كاملة ←
9 / 9
1 / 8 مكتوم