Kurzzeit-Spektralanalyse: Grundlagen - Digitale Signalverarbeitung mit MATLAB - page 60

5.2.7 Fensterfolgen
Die Qualität der Kurzzeit-Spektralanalyse wird durch die Fensterung des Zeitsignals wesent-
lich beeinflusst. Nicht nur die Fensterlänge sondern auch die Form spielt eine wichtige Rolle.
Durch geeignete Wahl lassen sich die Frequenzauflösung und die Vertrauenswürdigkeit des
Messergebnisses in gewissen Grenzen einstellen.
Der Bedeutung der Fensterung entsprechend, werden in der digitalen Signalverarbeitung je
nach Zielsetzung verschiedene Formen eingesetzt. MATLAB stellt im Erweiterungspaket
Signal Processing Toolbox eine umfangreiche Auswahl zur Verfügung, siehe
Tabelle 5-1. Über die help -Funktion ist eine Beschreibung der Fensterfolgen erhältlich. In der
Versuchsdurchführung werden einige für die Spektralanalyse wichtigen Fenster untersucht.

Tabelle 5-1 Fensterfunktion der MATLAB Signal Processing Toolbox

MATLAB-Funktion Name

Bartlett window

bartlett

barthannwin Modified Bartlett-Hanning window

Blackman window

blackman

blackmanharris Minimum 4-term Blackman-Harris window

bohmanwin Bohman window

Chebyshev window

chebwin

flattopwin Flat Top window

Gaussian window

gausswin

hamming Hamming window

hann Hann window

Kaiser window

kaiser

nuttallwin Nuttall defined minimum 4-term Blackman-Harris window

Parzen (de la Valle-Poussin) window

parzenwin

rectwin Rectangular window

triang Triangular window

Tukey window

tukeywin

Am Beispiel der Bartlett- und Blackman-Fensterfolgen können grundsätzliche Zusammen-
hänge aufgezeigt werden. Die beiden Fensterfolgen werden im Programmbeispiel 5-2 durch die
MATLAB-Funktionen bartlett und blackman erzeugt. Die Fensterfolgen und ihre
Betragsspektren sind in Bild 5-11 dargestellt. Das Bartlett-Fenster ist eine Dreiecksfolge die
mit 0 beginnt und endet. Das Blackman-Fenster ähnelt einer abrollenden Kosinusfolge.
Anmerkung: Einige Fensterfolgen sind auf den ersten Blick schwer zu unterscheiden. Kleine Unterschiede
in der Fensterfolge können deutlich sichtbare Auswirkungen im Spektrum im Bereich kleiner Werte
(Sperrbereich) haben.
Aus dem Betrag des Spektrums werden zwei charakteristische Parameter zur Beurteilung der
Fenster abgelesen: die Breite des Hauptzipfels ': m (mainlobe) und die Dämpfung des größten
Nebenzipfels a s ,dB (sidelobe) bezogen auf den Maximalwert.
Die Breite des Hauptzipfels ist für die Frequenzauflösung entscheidend. Die Dämpfung des
größten Nebenzipfels beeinflusst die Stärke der Überlagerung von Spektrallinien in näherer