Продвинутый анализ форм волн с Winscope: От временной области к частотной

Детали и материалы

• IBM-совместимый персональный компьютер со звуковой картой, работающий под Windows 3.1 или новее
• Winscope — бесплатное скачиваемое приложение в стиле осциллографа
• Электронная музыкальная клавиатура
• Моно (одноканальный) штекер для наушников клавиатуры
• Моно-штекер для микрофонного входа компьютера с проводкой для источников напряжения
• Потенциометр 10 кОм

Все компоненты те же, что в эксперименте «PC-осциллограф».

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapter 7: «Mixed‑Frequency AC Signals».

Цели обучения

• Различать представления во временной и частотной областях
• Сформировать интуитивное понимание Фурье-анализа

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Winscope предлагает больше, чем классический «временной» вид. Нажав значок радуги, вы переключаетесь на частотный дисплей, строящий амплитуду против частоты. В то время как временной осциллограф показывает, как форма волны эволюционирует во времени, частотный вид раскрывает гармонический состав сигнала, делая его бесценным для спектрального анализа.

Чтобы увидеть это в действии, сгенерируйте синусоиду тембром панорамы или флейты клавиатуры и наблюдайте за единичным пиком на частотном графике. Наведение курсора на пик показывает точную частоту внизу экрана.

Игра двух нот одновременно дает два отдельных пика, каждый соответствующий одной из нот. Базовые аккорды (три ноты) дают три пика, и так далее. Вернитесь в временной вид значком радуги, чтобы сравнить сложную форму волны с ее чистым спектральным аналогом.

Аккорд, выглядящий запутанно во временной области, драматически упрощается при построении в частотной области. Экспериментируйте с разными тембрами клавиатуры, отмечая, как симметричные формы волн генерируют только нечетные гармоники, а асимметричные — вводят четные. Используйте курсор для определения пиковых частот и калькулятор для проверки, является ли каждая гармоника четной или нечетной.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ

• Signal Modulation Worksheet
• AC Waveforms Worksheet
• Mixed‑Frequency Signals Worksheet