Abschnitt: 5.4 Spektralanalyse
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Maximaler Prozessverlust

Dieses kombinierte Gütekriterium berücksichtigt den maximalen Skalierungsfehler ebenso wie die (normierte) äquivalente Rauschbandbreite. Es wird meist in dB angegeben:
Aus der Tabelle auf der vorletzten Seite erkennt man, dass VP für die betrachteten Fensterfunktionen stets Werte zwischen 3 dB und 4 dB annimmt, wobei Fensterfunktionen mit VP > 3.7 dB (Rechteck, Blackman–Harris, Kaiser–Bessel) nicht verwendet werden sollten. Gerade diese sind aber bezüglich des Haupt–zu–Seitenkeulen–Abstands am besten. Die beiden Anteile sind wie folgt zu interpretieren:
  • Der maximale Skalierungsfehler gibt das Verhältnis an, um welches sich die mit der DFT erhaltene Amplitude von der tatsächlichen Amplitude unterscheidet. Der Amplitudenfehler aufgrund einer Fensterfläche kleiner als 1 wird dabei als korrigiert vorausgesetzt.
  • Der Fehler ist am größten, wenn die Frequenz f0 einer harmonischen Schwingung in der Mitte zwischen zwei DFT–Stützstellen liegt; daraus ergibt sich der Quotient |W(f = 0)|/|W(f = fA/2)|. Je breiter die Hauptkeule der Fensterfunktion ist, um so kleiner ist dieser Skalierungsfehler.
  • Die äquivalente Rauschbreite der verwendeten Fensterfunktion – berechenbar als Breite des flächengleichen Rechtecks bezüglich dem Betragsquadrat |W(f)|2 der Spektralfunktion – erfasst den störenden Einfluss von weißem Rauschen und sollte möglichst gering sein.
  • Die kleinste Rauschbandbreite ergibt sich für das Rechteckfenster. Alle anderen Fensterfunktionen besitzen eine größere Rauschbandbreite und damit bei Vorhandensein von Rauschstörungen auch ein (deutlich) ungünstigeres Signal–zu–Rausch–Leistungsverhältnis.
Die Ergebnisse dieses Abschnitts lassen sich wie folgt zusammenfassen:
  • Eine ideale Fensterfunktion gibt es nicht. Je nach Aufgabenstellung (gute Amplitudenauflösung bzw. Frequenzauflösung) liefern unterschiedliche Fenster das jeweils beste Ergebnis.
  • Ein tragbarer Kompromiss hinsichtlich aller Kriterien ist das Hamming–Fenster, das lediglich beim Seitenkeulenabfall (nur 6 dB pro Oktave) einen ungünstigen Wert liefert.
  • Obwohl sich das Hanning–Fenster bezüglich Zeitbereich vom Hamming-Fenster nur mariginal unterscheidet, ist im Spektralbereich der Unterschied zwischen beiden trotzdem beträchtlich.
  • Zu empfehlen ist, dass man zur Spektralanalyse stets mehrere Fensterfunktionen heranzieht oder zumindest eine Fensterfunktion mit verschiedenen Parametern verwendet.
 
 

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