Gibbs phenonemon en la vida real

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Si inserto una onda cuadrada en un filtro pasivo de paso bajo (resistencia y capacitor) de primer orden, obtengo los siguientes resultados en un osciloscopio (lo siento, no sé cómo escalar y rotar las imágenes):

¿Porquéelrebasamientosoloseproduceenlamitaddelasesquinasdelaondacuadrada?SegúnelanálisisdeFourier,lassumasparcialesdeunaondacuadradadeberíanteneresteaspecto:

EsteeselfenómenodeGibbs.Aquí,elrebasamientoseproduceentodaslas"esquinas" de la onda cuadrada, en lugar de solo las que siguen una transición. Obtuve algunos resultados similares al probar la respuesta de frecuencia de un amplificador operacional de ganancia de unidad:

Hipotéticamente, el amplificador operacional actúa como un filtro de paso bajo debido a su ancho de banda finito, por lo que no es sorprendente que produzca resultados similares al filtro de paso bajo real anterior.

Mi pregunta es: según la teoría eléctrica, el filtrado de paso bajo debería producir una onda cuadrada con armónicos más altos atenuados, lo que debería producir algo similar al fenómeno de Gibbs con un rebasamiento en cada una de las esquinas. ¿Por qué no sucede esto aquí? Para mí, tiene un sentido MATEMÁTICO de que la onda de salida debería haber sobrepasado en cada esquina, pero tiene un sentido INTUITIVO de que la salida solo debería haber sobrepasado en las esquinas que ocurren después de una transición. ¿Por qué? Porque si el 'sonido' (sobrepasar / subestimar) también ocurriera ANTES de una transición, parecería no causal , ¡sería como si la ola estuviera adivinando que está a punto de hacer una transición!

¿Cómo puedo conciliar mi comprensión desde la perspectiva de la teoría de Fourier con lo que realmente sucede en la vida real?

    
pregunta hddh

2 respuestas

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Lo descubrí! Creé un script MATLAB que suma los primeros 1000 términos de la serie de Fourier de salida con una entrada de onda cuadrada de 1Hz. Aquí está la respuesta:

Los

filtros de paso bajo pueden causar el fenómeno de Gibbs, pero estos filtros no son físicamente realizables. (Esto tiene sentido, de lo contrario sería posible un comportamiento no causal). Considere un filtro de pared de ladrillo. Esto es equivalente a truncar la serie de Fourier de la entrada a una cierta frecuencia máxima. Los resultados de la secuencia de comandos de MATLAB verifican esto:

Comomkeithdijoenloscomentarios,unfiltroRCdeprimerordenperfectonoproducetimbre.Ensulugar,elfiltrosimplemente"redondea" la onda cuadrada:

Elfiltroquecreéeraunfiltrodeprimerorden,peroloselementosparásitos,lassondasdefectuosas,etc.debenhaberproducidoeltimbre/rebasamiento,yaque,comosemuestraenelresultadodeMATLAB,losfiltrosdepasobajodeprimerordennoproducentimbres..

Sinembargo,¡elfiltrodepasobajodesegundoorden(RLC)puedeproduciruntimbre!ElscriptdeMATLABverificaesto:

Notarás que no hay ningún comportamiento no causal que ocurra aquí. Este filtro de segundo orden es físicamente realizable (descuidando los elementos parásitos, pero incluso entonces este comportamiento debería poder reproducirse aproximadamente).

¡Esto significa que la razón por la que estaba confundido fue simplemente porque no hice los cálculos! Supuse que el fenómeno de Gibbs se aplicaría a un filtro de primer orden a pesar del hecho de que el desplazamiento de fase y la atenuación se producen en un filtro de primer orden que no se produce al truncar la serie de Fourier.

    
respondido por el hddh
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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Sistemanocausal

  • anticipalosvaloresfuturos.
  • elcambioactualdependedecambiosfuturos

Lasegundaseñaldearribaenrojoesunacopiadelapantalladel análisis de Fourier de Falstad de una onda cuadrada. Con una opción de control deslizante para armónicos truncados, la señal resultante se muestra en rojo y suena antes de la transición. Este es un ejemplo de no causal. Sin embargo, un filtro de pared de ladrillo real tiene un gran cambio de fase y un retraso de grupo que causa que los cambios de amplitud ocurran solo DESPUÉS del cambio de entrada.

Esto crea un filtro real, un sistema causal en lugar de truncar una serie de Fourier.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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