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공학/Noise & Vibration

Aliasing, Anti - Aliasing Filter, Antinode point, Anti - resonance (반공진, 상쇄 공진, 반절점)

by 깜장스 2021. 12. 17.
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1. Aliasing 엘리어싱

 

분석하고자 하는 신홀를 샘플링 주파수(ws)로 샘플링 하여 주파수 분석을 하였을 때 샘플링 주파수의

 

절반(ws/2, Nyquist frequency) 이상에 해당하는 주파수 성분이 나이키스트 주파수 이하의 성분으로 겹쳐

 

나타나게 되는 현상. (실제 주파수보다 낮은 주파수로 보임.)

 

Aliasing (출처 : wiki)

 

이러한 현상을 피하기 위해서는 샘플링 주파수를 최대 분석 주파수의 2배 이상으로 하고 또한 샘플링하기 전에

 

저주파 통과 여과기를 사용하여 최대 분석 주파수 이상의 신호를 소거할 필요가 있다.

 

ex) 영화에서 빠르게 돌아가는 마차바퀴가 천천히 돌아가거나 반대로 돌아가는 것처럼 보이는 현상.

 

2. Anti - Aliasing Filter

 

신호의 수집시 샘플링에 의해 나타나는 엘리어싱을 방지하기 위해 아날로그 여과기를 사용하여 주파수 범위가

 

원하는 주파수내에 존재핟고록 구현한 여파기이다.

 

이산 신호처리기에 의하 여파기는 원하는 주파수 범위의 한계에 비해 훨씬 높은 주파수로 신호 수집하여

 

엘리어싱을 어느정도 피하는 개념으로 근사적으로 구현할 수 있다.

 

Aliasing은 신호가 일련의 분연속 지점에서 샘플링되지만, 신호를 정확하게 설명하기에 충분한 데이터 포인트가

 

저장되지 않을 대 발생하는 데이터 손상의 한 형태이다.

 

Aliasing 현상은 디지털 신호처리 방법을 사용하여 해결할 수 있다.

 

기본 원리는 신호가 최고 주파수의 두배 보다 큰 속도로 샘플링 되어야 한다는 Nyquist 샘플링 이론이다.

 

따라서 주어진 샘플링 속도로 설명할 수 있는 최대주파수는 절반의 속도(Nuquist 주파수)이다. 

 

샘플링 속도의 Nyquist 주파수 보다 큰 주파수에서는 큰 진폭 진동을 갖는 신호를 샘플링하면  Aliasing으로 인해

 

크게 왜곡된 결과가 발생할 수 있다. 이러한 Aliasing 오류를 보완하기 위해 Anti-Aliasing Filter를 사용하여

 

Nyquist보다 높은 주파수를 디지털화하기 전에 아날로그 필터로 걸러내는 것이다.

 

3. Antinode point, 반절점

 

모드 변위가 시간에 따라 변하지 않는 점을 Node(절점)이라하며, 반대로 진폭이 극대로 되는 점을 Antinode(반절점)

 

이라 한다.

 

 

 

절점과 반절점을 명확히 파악하는 것은 각종 진동 물체의 기계적 결합, 조립에 필수적이다. 또한 측정의 경우에도 절점,

 

반절점의 역할은 해당 주파수의 효과적인 측정 등에 직접적인 관련이 있음을 알 수 있다.

 

4. Anti - resonance, 반공진, 상쇄 공진

 

공진의 반대 개념으로서 두 공진 주파수 사이의 주파수에서 나타난다. 주파수 응답 곡선에서

 

두 공진 주파수 f1과 f2 사이의 골 위치 fa에서의 응답상태

 

즉 응답의 크기가 작아지는 상태를 반공진 상태라고 하고 이때의 주파수 fa를 반공진 주파수라한다.

 

이는 고유 진동수 f1에 대해 주파수 응답과 고유진동수 f2에 대한 주파수 응답이 f1과 f2에 대한 주파수 응답이

 

f1과 f2사이에서 위상이 서로 반대가 되어 상괘되기 때문이다.

 

 

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