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예제: 게인 필터링
gain 함수는 단일 주파수의 게인을 구합니다. 주파수 벡터를 사용할 경우 이 함수는 게인의 벡터를 구합니다(전달 함수). 도표화에 유용하게 사용할 수 있습니다.
저역 통과 필터의 게인
1. iirlow 함수를 사용하여 차단 주파수 f인 2차 계수의 아날로그 버터워스 저역 통과 IIR 필터를 구합니다.
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행렬 A에는 필터 계수가 들어 있으므로 전달 함수는 다음과 같습니다.
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2. gain 함수를 사용하여 주파주 x에서 필터의 게인을 계산합니다.
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3. 0에서 0.5 사이의 주파수를 표본으로 하여 게인 크기를 도표화합니다.
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차단 주파수에서 게인은 0.707로 줄어듭니다.
4. 주파수에 배율을 적용하여 표본 주파수를 2π로 만든 다음 게인 함수에 대한 주파수 인수를 2π로 나눕니다.
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이제 전체 x 범위의 0.2 위치에서 차단 주파수가 전체 ω 범위의 0.4 또는 0.4 π에서 발생합니다.
고차도 저역 통과 필터
1. iirlow 함수를 사용하여 차단 주파수 f인 6차 계수의 아날로그 버터워스 저역 통과 IIR 필터를 구합니다.
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2. gain 함수를 사용하여 주파주 x에서 필터의 게인을 계산합니다.
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3. 0에서 0.5 사이의 주파수를 표본으로 하여 게인 크기를 도표화합니다.
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4. 한 그래프에 두 필터의 응답을 도표화하여 비교합니다.
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6차 필터의 응답은 2차 필터의 응답보다 훨씬 빠르게 줄어듭니다.
두 필터 모두 차단 주파수 0.2에서 동일한 게인을 갖습니다.
FIR 필터의 게인 계산
bandpass 함수를 사용하도록 설계된 FIR 필터에 대한 게인을 계산합니다.
1. 통과 대역이 f_low에서 f_high 사이인 블랙맨 창함수를 사용하여 길이 51 대역 통과 필터에 대한 계수를 계산합니다.
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F는 51개 요소의 배열입니다.
2. 이 필터의 게인을 계산합니다.
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3. 게인을 dB 단위로 도표화합니다.
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게인은 low 및 high 차단 주파수 사이의 최대값입니다.
함수 정의
합 연산자를 사용하면 전달 함수 정의에서 직접 게인을 계산할 수 있습니다.
주파수 x에서 필터 F의 게인을 계산합니다.
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이것은 z = 2πx에서 계산된 전달 함수입니다.
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gain이 합 연산자보다 빠르므로 많은 수의 주파수에서 게인을 계산할 때 유용합니다. 예를 들어, 주파수 응답을 도표화할 때 gain을 사용합니다. 매우 긴 필터의 경우에는 gain을 사용해도 계산에 오랜 시간이 걸리므로 도표화에 다소 성긴 격자선(예: 0.01)을 선택합니다.
FIR 필터 위상
복소 게인의 위상은 필터의 위상 편이를 나타냅니다.
1. FIR 필터 차단 주파수를 설정합니다.
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2. lowpass 함수에서 해닝 창함수(마지막 인수 4)를 사용하여 저역 통과 필터에 대한 계수를 계산합니다.
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3. arg 함수를 사용하여 위상 변화를 도표화합니다. 이 함수는 -ππ 사이(π 포함)에서 복소수 z의 주 편각을 구합니다.
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위상은 통과 대역(차단 주파수 이하)에서 선형이지만 필터 지연 효과가 있다는 것을 알 수 있습니다.
4. 지연 D의 전달 함수를 나눠 지연 신호에 상대적인 복소 게인을 계산합니다.
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여기서
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이 길이 37인 필터의 경우 지연 D는 18이므로 상대 위상 편이는 다음과 같습니다.
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게인이 실수이고 음수이면 게인 계산의 반올림 오차가 작은 양수 또는 음수 허수 부분을 남길 수 있으므로 위상이 π 및 -π 사이에서 임의로 이동할 수 있습니다.
이러한 값이 균일하게 처리되도록 arg를 다음과 같이 다시 정의합니다.
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5. 게인의 크기를 dB 단위로 도표화합니다.
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6. 지연 신호에 상대적인 위상 편이를 도표화합니다.
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