声音信号的时域和频域

时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。
若考虑离散时间,时域中的函数或信号,在各个离散时间点的数值均为已知。若考虑连续时间,则函数或信号在任意时间的数值均为已知。
在研究时域的信号时,常会用示波器将信号转换为其时域的波形。


在电子学、控制系统及统计学中,频域(frequency domain)是指在对函数或信号进行分析时,分析其和频率有关部份,而不是和时间有关的部份[1],和时域一词相对。

函数或信号可以透过一对数学的运算子在时域及频域之间转换。例如傅里叶变换可以将一个时域信号转换成在不同频率下对应的振幅及相位,其频谱就是时域信号在频域下的表现,而反傅里叶变换可以将频谱再转换回时域的信号。

以信号为例,信号在时域下的图形可以显示信号如何随着时间变化,而信号在频域下的图形(一般称为频谱)可以显示信号分布在哪些频率及其比例。频域的表示法除了有各个频率下的大小外,也会有各个频率的相位,利用大小及相位的资讯可以将各频率的弦波给予不同的大小及相位,相加以后可以还原成原始的信号。
在频域的分析中,常会用频谱分析仪来将实际的信号转换为频域下的频谱。

频谱是指一个时域的信号在频域下表示方式,可以针对信号进行傅立叶变换而得,所得的结果会是以分别以振幅及相位为纵轴,频率为横轴的两张图,不过有时也会省略相位的资讯,只有不同频率下对应振幅的资料[1]。有时也以“振幅频谱”表示振幅随频率变化的情形,“相位频谱”表示相位随频率变化的情形[2]。
简单来说,频谱可以表示一个讯号是由哪些频率的弦波所组成,也可以看出各频率弦波的大小及相位等资讯。

相位(phase),是描述讯号波形变化的度量,通常以度(角度)作为单位,也称作相角。当讯号波形以周期的方式变化,波形循环一周即为360o 。常应用在科学领域,如数学、物理学、电学等。


当描述简谐运动:

A 为振幅(纵轴)

ω = 2πf 为(相位矢量)角速度

t 为时间(横轴)

φ 为初相角,或简称相角

ωt + φ 叫做在时刻 t 振动的相或相位

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