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과학

처프 신호

처프 신호과학
영문명
Chirp signal
주요 특징
시간에 따른 주파수 변화
선형 처프
일정한 주파수 변화율
표현 요소
진폭과 시간에 따른 위상
처프 신호는 시간에 따라 주파수가 변하는 진동 신호다. 영어로 chirp signal이라고 한다. 주파수가 올라가는 업처프와 내려가는 다운처프가 있으며 선형 처프에서는 순간 주파수가 시간에 비례해 변한다.

선형이라는 말의 기준

선형 처프에서 선형인 것은 순간 주파수의 시간 변화다. 시작 주파수 f0와 일정한 변화율 β를 사용하면 f(t) = f0 + βt로 쓸 수 있다. 진폭 자체가 직선으로 커진다는 뜻이나 파형이 직선이라는 뜻은 아니다.

변화율을 계산한다

가상의 신호가 0초에서 100 Hz이고 2초에서 500 Hz라면 변화율은 200 Hz/s다. 1초에서 순간 주파수는 300 Hz다. 같은 변화율을 반대로 적용해 500 Hz에서 시작하면 2초 뒤 100 Hz가 되는 다운처프를 생각할 수 있다.

위상에는 적분이 필요하다

순간 주파수는 위상의 시간 미분을 2π로 나눈 값이다. 앞의 업처프에서 초기 위상을 0으로 두면 위상은 2π(100t + 100t²)가 된다. cos(2πf(t)t)에 변화하는 주파수를 단순히 넣으면 미분할 때 추가 항이 생겨 의도한 주파수 변화율과 달라질 수 있다.

그림과 샘플링의 해석

스펙트로그램에서는 시간에 따라 이동하는 강한 띠로 관찰할 수 있다. 띠의 두께는 신호 자체뿐 아니라 분석 창에도 영향을 받는다. 디지털로 만들거나 측정할 때는 전체 시간 구간에서 도달하는 주파수와 샘플링 속도를 확인한다. 선형 외에 제곱이나 로그 형태의 주파수 변화도 정의할 수 있다.

관련 문서

스펙트로그램 / 단시간 푸리에 변환 / 샘플링 주파수 / 나이퀴스트 주파수 / 고속 푸리에 변환 / 창 함수 / 주파수 응답