Analisi spettrale

FFT, Welch, cross-spectrum, time-frequency, cepstrum, envelope, fractional-octave, armoniche e feature spettrali.

Versione verificata

FrameworkGX-TXT 0.9.8.10-dev-031
API signalSIGNAL_API_v1 · math.signal 1.2.0
API numerica di supportoNUMERIC_API_v1

1. Dal tempo alla frequenza

Un segnale nel tempo dice “come cambia il valore nel tempo”. Una rappresentazione in frequenza chiede “quali oscillazioni contribuiscono al segnale e con quale ampiezza/potenza/fase”. FFT è lo strumento di base, ma non esaurisce l'analisi spettrale.

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FFT, Welch, cross-spectrum, envelope e cepstrum rispondono a domande diverse. Scegliere il metodo dipende dal fenomeno e dal tipo di segnale.

2. Concetti minimi

FFTTrasforma campioni nel dominio delle frequenze; window, detrending, sampling e NFFT influenzano il risultato.
PSDPower Spectral Density: potenza per unità di banda, utile per segnali rumorosi/stocastici.
WelchMedia spettri di finestre sovrapposte per ridurre la varianza della PSD.
STFT / time-frequencyRipete una trasformata su finestre successive per vedere come cambia lo spettro nel tempo.
Cross-spectrum / coherenceConfronta due segnali e quantifica relazione in frequenza.
Envelope spectrumDemodula variazioni dell'inviluppo, utile per segnali impulsivi/modulati.
CepstrumPorta il log-spettro in “quefrency”, mettendo in evidenza periodicità nelle armoniche.

3. Moduli presenti nella dev-031

IDNomeVersioneTipoScopo
math.signalSignal/system mathematics1.2.0serviceSIGNAL_API_v1; primitive riusabili, non eseguito direttamente.
analysis.fft_spectrumFFT Spectrum & Error Analysis2.2.0analysisFFT one-sided su full record, Selection, block o Temporal Set.
analysis.welch_spectrumWelch PSD & Averaged Spectrum1.1.0analysisPSD/ASD/mean amplitude su Temporal Window Set.
analysis.time_dependent_fftTime-Dependent FFT1.3.3analysisDataset tempo-frequenza su Temporal Window Set.
analysis.cepstrumCepstrum Analysis1.1.1analysisReal cepstrum e periodicità/fondamentale.
analysis.envelope_spectrumEnvelope Spectrum & Demodulation Analysis1.1.0analysisEnvelope/analytic-signal demodulation e spectrum.
analysis.fractional_octave_spectrumFractional-Octave Band Analysis1.1.0analysisIntegra PSD lineare in bande fractional-octave.
analysis.harmonic_analysisHarmonic Analysis1.1.0analysisArmoniche su amplitude spectrum esistente.
analysis.spectral_featuresSpectral Features1.1.0analysisFeature descrittive su one-sided spectrum.
analysis.cross_spectral_transferCross-Spectral & Transfer Function Analysis1.1.3analysisAuto/cross spectra, H1/H2 e coherence per due segnali sincroni.

4. SIGNAL_API_v1

SIGNAL_API_v1 è il servizio scientifico riutilizzabile per convolution/correlation, filtri e design, multirate, LTI e responses, spectral/STFT, analytic signal, cepstrum, wavelet, quality metrics, events e generazione deterministica. I moduli Analysis combinano queste primitive in workflow con Dataset, units, publication, provenance e grafici.

5. NUMERIC_API_v1 come supporto

Molti moduli spettrali storici usano anche primitive numeriche condivise per FFT/IFFT, analytic signal, detrending, window generation, grid checks, statistics e residual/reduction operations.

6. Temporal Sets

Welch, Time-Dependent FFT e Cross-Spectral Transfer usano Temporal Window Set o altre risorse temporali per definire finestre riusabili senza materializzare copie del Dataset. Questo separa “quale intervallo/finestra” dalla trasformazione scientifica.

7. Spectrum table

Le analisi che producono spettri pubblicano normalmente spectrum.table. Moduli come Fractional-Octave, Harmonic Analysis e Spectral Features lavorano su uno spettro già pubblicato, evitando di ricomputare la trasformazione temporale quando non serve.

8. Collegamenti