위키득계정 ↗
과학

스펙트럼 누설

스펙트럼 누설과학
영문명
Spectral leakage
발생 맥락
유한 구간의 주파수 분석
관련 요소
관측 시간과 창 함수
구분 대상
에일리어싱
스펙트럼 누설은 유한한 구간의 신호를 주파수 분석할 때 한 성분의 영향이 주변 주파수로 퍼져 보이는 현상이다. 실제 신호에 그만큼의 다른 정현파가 생겼다는 뜻은 아니다. 관측 구간과 창 함수의 선택이 분석 결과에 영향을 준다.

끝에서 자른 영향이 남는다

유한한 구간만 취하는 것은 시간 신호에 창 함수를 곱하는 것으로 볼 수 있다. 주파수 영역에서는 이 창의 응답과 신호 스펙트럼이 합성곱되어 성분의 모양이 바뀐다. DFT가 구간을 반복한다고 해석할 때 양끝이 매끄럽게 이어지지 않으면 그 불연속도 결과에 반영된다.

격자에 맞는 경우와 벗어난 경우

초당 1000개를 샘플링해 100개를 분석하는 가상의 경우 DFT 주파수 간격은 10 Hz다. 잡음 없는 50 Hz 정현파는 이 격자에 맞지만 55 Hz는 사이에 놓인다. 직사각 창을 사용하는 이상적인 조건에서 두 경우의 에너지가 DFT 빈들에 나뉘어 보이는 방식이 달라진다.

창 함수의 절충

양끝을 완만하게 줄이는 창은 멀리 떨어진 주파수로 번지는 성분을 억제하는 데 도움이 된다. 대신 중심 봉우리가 넓어질 수 있어 가까운 두 신호를 구분하기 어려워진다. 누설이 적은 창이 모든 측정에서 가장 좋은 창이라는 뜻은 아니다.

새 주파수와 혼동하지 않는다

주변에 보이는 작은 봉우리를 모두 실제 고조파나 간섭으로 단정하지 않는다. 관측 시간이나 창을 바꾸었을 때 모양이 어떻게 달라지는지 함께 본다. 샘플링 때문에 서로 다른 주파수가 구별되지 않는 에일리어싱과도 원인이 다르다. 창 함수를 바꾸는 것만으로 이미 발생한 에일리어싱을 되돌릴 수는 없다.

관련 문서

스펙트럼 / 푸리에 변환 / 합성곱 / 주파수 응답 / 에일리어싱 / 샘플링 주파수 / 총 고조파 왜곡