HTWG - SSS - Fragenkatalog

Fragenkatalog Versuch 1 - 5 >> generiert << VERSUCH

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M. F.

Étudier

M. F.

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Diese Lernkarten behandeln auf Universitätsniveau die Grundlagen der Signalverarbeitung, mit Fokus auf Fourierreihen, Spektren und Frequenzanalysen. Sie decken Themen wie diskrete und kontinuierliche Signale, Filterung, Abtastung und Transformationen ab, wobei besonders die Fouriertransformation und ihre Anwendungen im Vordergrund stehen. Die Karteikarten eignen sich für Studierende der Informatik, die sich mit der Theorie und Praxis der Signalverarbeitung vertraut machen möchten.

Cartes-fiches

109

Utilisateurs

Langue

Allemand

Catégorie

Informatique

Niveau

Université

Créé / Mis à jour

02.02.2016 / 17.10.2024

Fichiers de cartes similaires

Ein System liefert für eine Sinusschwingung als Eingangssignal eine doppelt so große Sinusschwingung gleicher Frequenz als Ausgangssignal, das um 10 ms verzögert ist. Um welche Art von System handelt es sich?

* Differenzierer ???

Wie beschreibt man mathematisch die Abtastung eines Signals g(t) zum Zeitpunkt t1?

* diskreter Abtastwert
* Durch punktweise Multiplikation eines kontinuierlichen Signals g(t) mit dem Dirac-Impuls an der Stelle t1
* g(t)^-1 = g(t) * d(t - t0)

Wie sieht das Spektrum einer mit Abtastintervall 1 abgetasteten Funktion mit Spektrum G(omega) aus?

* FIXME ???

Wie verändert sich das Spektrum einer Kammfunktion, wenn man das Abtastintervall verdreifacht?

* Spektrum wird dreimal genauer / feiner (erhält dreimal so viele Abtastpunkte)

Unter welchen Bedingungen entsteht Aliasing?

* Die Abtastfrequenz muss mindestens das Doppelte der Bandbreite betragen (Abtasttheorem)
* Wird diese Bedingung nicht eingehalten, kann das kontinuierliche Signal nicht mehr fehlerfrei aus dem abgetasteten Signal rekonstruiert werden

Wie funktioniert das Sägezahnverfahren bei der A/D-Wandlung?

* nach dem Zählverfahren
* 1) Taktgeber-Signal gibt vor wann angetastet wird
* 2) Sample & Hold anhand des Taktsignals
* 3) Sägezahnspannung wird mit dem Taktsignal synchronisiert
* 4) Sägezahnspannung wird mit Sample & Hold Signal verglichen
* 5) Abzählen wieviele Takte in die Vergleichsspannung aus 4) passen

Welche scheinbare Frequenz hat ein Sinussignal der Frequenz f0, wobei f0 größer als die Nyquistfrequenz, aber kleiner als die Abtastfrequenz f1 ist?

* Nyquistfrequenz = halbe Abtastfrequenz
* FIXME ???

Was ist Aliasing?

* Aliasing = Überlappung = Artefakte = Informationsverlust
* Wenn sich die Kopien des Spektrums überlappen
* Dadurch kann das Signal nicht mehr fehlerfrei rekonstruiert werden

Wie schafft man es, die Fouriertransformierte eines diskreten Signals im Computer zu

* Das Eingangssignal wird periodisch fortgesetzt, um so die diskrete Fourierreihe berechnen zu können
* Dadurch wird das Spektrum diskret und periodisch, aber unendlich
* Repräsentiert wird das Signal um das Spektrum im Rechner jeweils nur durch eine Periode

Ist die diskrete Fouriertransformation und die Fouriertransformation bei zeitdiskreten

* FIXME ???

Was ist ein FIR-Filter?

* Finite Impulse Response
* Der Ausgangswert berechnet sich aus nur endlich vielen Eingangswerten

Was ist ein FFT-Filter?

* Prinzip: Signal über FFT in den Frequenzbereich transformieren, unerwünschte frequenzbereiche auf Null setzen, über IFFT (Inverse FFT) wieder in den Zeitbereich zurücktransformieren
* Form bzw. Symmetrie der Signale im Zeitbereich wird nicht verändert (= Phasenlinearität)
* Nachteile
* hoher Rechenaufwand
* lang andauernde Signale müssen in Blöcke zerlegt werden
* Filter kann nicht in Echtzeit mitlaufen -> Abhilfe: Abtastblöcke

Wieviele Fourierkoeffizienten hat die Fourierreihe eines diskreten Signals, das aus 8 Abtastpunkten besteht?

* FIXME ???
* => 8 ???

Warum braucht man bei diskreten periodischen Signalen nur endliche Fourierreihen zu ihrer Darstellung?

* Für ein diskretes, periodisches Signal mit der Periode N gibt es nur N verschiedene periodische Grundsignale
* In komplexer Schreibweise gibt es ebenfalls N verschiedene periodische Grundsignale
* Die Fourierreihe dieser Signale besteht daher nur aus N Termen => endlich

Was sind die Unterschiede zwischen den Analysegleichungen der diskreten und kontinuierlichen Fourierreihe?

* diskret => Summe
* kontin. => Integral

Warum reicht bei diskreten linearen Systemen die Antwort auf einen Einheitsimpuls zum Zeitpunkt 0, um es vollständig zu charakterisieren?

* Jedes diskrete Signal lässt sich als gewichtete Summe von Einheitsimpulsen darstellen
* Ist der Output eines linearen Systems für jeden um k verschobenen Einheitsimpuls bekannt, so kann die Systemantwort auf jedes beliebige Inputsignal ausgedrückt werden

Wie berechnet man die Systemantwort eines diskreten linearen Systems?

* FIXME ???

Was ist der Hauptunterschied zwischen dem Spektrum eines aperiodischen kontinuierlichen Signals und dem eines aperiodischen diskreten Signals?

* aperiodisch kontin. => Spektrum: kontin., aperiodisches Spektrum
* aperiodisch diskret => Spektrum: kontin., periodisches Spektrum

Wie sieht ein idealer zeitdiskreter Tiefpass im Spektralraum aus?

* Abtastung führt zur periodischen Wiederholung

Ein zeitdiskreter Filter besteht aus der Differenz des momentanen Inputwertes und des Inputwertes des vergangenen Zeitschritts. Um was für eine Art von Filter handelt es sich?

* einfacher Hochpass ???

Welche elektrische Größe misst ein Drehspul-Messwerk?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* Strom => Ampere (A)

Wie funktioniert ein Drehspulinstrument?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* Durch Stromfluss verhält sich die Spule wie ein Magnet (angezogen / abgestoßen)
* Je größer der Stromfluss, desto stärker ist das Magnetfeld (Anziehungs-, Abstoßungskraft)
* Spule ist drehbar gelagert
* Spiralfeder dient als Gegenkraft
* Jeder Stromwert führt zu einem eigenen Gleichgewichtszustand zwischen der magnetischen- und der Rückstellkraft

Eine indirekte Messgröße A berechnet sich als Differenz zweier direkt gemessener Eingangsgrößen B und C mit absolutem Messfehler ΔB bzw. ΔC, d.h. A = B - C. Wie groß schätzen Sie den absoluten Messfehler ΔA?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* ΔA = ΔB - ΔC

Sie haben eine indirekt gemessene Größe A, die von mehreren Eingangsgrößen B, C, D, ... abhängt, die alle den gleichen Messfehler haben. Welche der Eingangsgrößen hat den größten Einfluss auf den Messfehler von A?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* deren partielle Ableitung am größten ist ???

Was leistet die lineare Regression?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* Sie ist eine alternative Methode zur Bestimmung der Übertragungsfunktion
* Es wird angenommen die Übertragungsfunktion ist linear
* Ziel ist es, das Auffinden einer Ausgleichsgeraden, die die Abstände zwischen allen Messpunkten und der Gerade minimiert

Kann man die lineare Regression auch bei Kennlinien anwenden, die einem Gesetz der Formy = x ^ a folgen?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* Ja, durch die (Umkehrung) doppelte Logarithmierung

Sie haben in Python eine 5 x 5 - Matrix a angelegt. Wie greifen Sie auf das zweite Element der dritten Zeile zu?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* matrix[2][1]

Ein Messintrument hat einen Anzeigefehler von 1% und einen Skalenendwert von 5 A. Im Moment zeigt das Instrument einen Strom von 2 A an. In welchem Bereich liegt der wahre Wert des Stroms?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* 2 A +- 0,05A

Auf der Anzeige Ihres analogen Messinstrumentes steht KL 1.5. Was bedeutet das?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* Fehlerklasse
* Es handelt sich hier um ein Betriebsmessgerät mit einem Anzeigefehler von 1.5% auf den Skalenendwert bezogen auf eine Standard-Temperatur

Wie schätzt man den wahren Wert einer Messgröße, wenn mehrere fehlerbehaftete Messungen vorliegen?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

* Mittelwert ???
* Standardabweichung ???
* FIXME

Sie haben 20 Einzelmessungen mit einer Standardabweichung des Mittelwertes von s. Wiegroß ist das Vertrauensintervall, in das der wahre Wert der Messgröße mit einer Wahrscheinlichkeit von 95,5 % fällt?

* 2,09 ???
* FIXME

Warum muss man jede Messung mit dem größten Messbereich beginnen?

* Die Spule eines Drehspulenmessgeräts ist nur aus sehr dünnem Draht, welcher keine beliebig großen Ströme verträgt => den zerreißts sonst :)

Warum kann ein Drehspulinstrument nicht beliebig schnell veränderliche Ströme oder Spannungen anzeigen?

* Trägheit des Zeigers => der Zeiger braucht immer eine gewisse Zeit bis er sich endgültig dem Messwert eingependelt hat

Was ist der Parallaxenfehler?

* Ablesefehler der durch schiefes Ablesen des Zeigerwertes entsteht
* => Abhilfe: Spiegelbild des Zeigers und der Zeiger selbst müssen deckungsgleich sein

Welches Messprinzip liegt dem im Praktikum eingesetzten Abstandssensor zugrunde?

* Triangulationsprinzip
* Messung über eine indirekte größe

Zu was benützt man ein Oszilloskop?

* Um Signale und Schwingungen zu visualisieren => im Zeitbereich
* Messungen von Spannungen

Wie funktioniert ein analoges Oszilloskop?

* Metall wird erhitzt
* Elektronen freigesetzt
* Durch Metallplatten wird der Elektronenstrahl abgelenkt
* x-Ablenkung durch Sägezahnspannung (Punkt von links nach rechts)
* Elektron wird auf fluoreszierender Oberfläche sichtbar gemacht

Was ist der Unterschied zwischen einem / mehreren Sensor und einem Messgerät?

* Das Messgerät ist ein Werkzeug, das es einem Benutzer ermöglicht zu messen
* Das Messgerät besteht im Grunde aus einem Sensor

Was für ein Sensortyp ist der im Praktikum eingesetzte Abstandssensor?

* Ein intrinsischer???/extrinsischer???, aktiver Sensor

Wie funktioniert die Triggerung beim Oszilloskop?

* Ablenkung wird solange angehalten, bis das zu messende Signal einen definierten Spannungswert erreicht
* => Trigger Signal wird mit der Sägezahnspannung synchronisiert
* => Dadurch entsteht ein stehendes Signal

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Cartes-fiches

Was ist ein Phonem?

* die Menge aller Phone, die die gleiche bedeutungsunterscheidende Funktion haben (z.B. gerolltes “r” und Rachen-“r”)
* Phone: Laut, Sprachlaut: kleinste unterscheidbare Lauteinheit

Wie funktioniert die Kurzzeit-Fouriertransformation?

* Signal wird in eine Folge überlappender Fenster zerlegt
* Jedes Fenster wird mit einer geeigneten Fensterfunktion multipliziert
* Fourieranalyse innerhalb des Fensters

Was muss man bei der Wahl des Fensters bei der Kurzzeit-Fouriertransformation beachten?

* Wird ein kurzes Zeitfenster gewählt, lässt sich relativ genau zeitlich lokalisieren, wann ein relativ breites Band benachbarter Frequenzen wahrnehmbar war
* Wird ein längeres Zeitfenster gewählt, lässt sich relativ ungenau zeitlich lokalisieren, wann ein relativ schmales Band benachbarter Frequenzen wahrnehmbar war

Wie funktioniert ein Nächste-Nachbar-Klassifikator?

* = Prototypen-Klassifikator
* Für jedes zu erkennende Wort wird ein Referenzspektrum (Prototyp) gespeichert
* Der momentane Sprachinput wird mit den Referenzspektren verglichen

Wie unterscheiden sich Korrelation und Kovarianz als Ähnlichkeitsmaß?

* Korrelation zweier Signale: Wenn beide relativ gleich sind, ist ihr Produkt auch relativ groß. Sind sie zueinander unähnlich, löschen sie sich gegenseitig aus.
* die Korrelation ist umso höher, je größer die Mittelwerte der Signale sind. D.h. Signale mit hohem Mittelwert sind immer “ähnlicher” bzw. stärker korreliert
* Dieser Nachteil wird vermieden, wenn bei beiden Signalen vorher der Mittelwert abgezogen wird (Kovarianz)

Warum verwendet man meist nichtideale Filter mit welligen Durchlass- und Sperrbereichen und einem Übergangsbereich statt idealen frequenzselektiven Filtern?

* FIXME
* Da ideale Filter nichtkausal sind
* Um Überschwinger und Oszillationen zu vermeiden

Was sind Formanten?

* Diejenigen Frequenzbereiche, bei denen die relative Verstärkung am höchsten ist
* Die ersten beiden Formanten f1 und f2 charakterisieren die Vokale, der f3 und f4 sind für das Sprachverständnis nicht mehr wesentlich

Wie wird die momentane Frequenz eines akustischen Eingangssignals in der Basilarmembran des Innenohrs codiert?

* Die Basilarmembran schwingt nicht gleichmäßig über ihre gesamte Länge, sondern zeigt ein frequenzabhängiges Maximum. Der Ort dieses Maximums wird durch die variierende Dicke und Breite der Membran festgelegt, so dass an jeder Stelle eine unterschiedliche Frequenz bevorzugt wird.

Was ist eine Schwebung?

* Eine Schwebung entsteht durch Überlagerung zweier Sinusschweingungen annähernd gleicher Frequenz.
* Sie äußert sich in einer periodischen Verstärkung und Abschwächung
* Die Schwingungen selbst folgen einer Sinuskurve

* Differenzierer ???

Wie beschreibt man mathematisch die Abtastung eines Signals g(t) zum Zeitpunkt t1?

* diskreter Abtastwert
* Durch punktweise Multiplikation eines kontinuierlichen Signals g(t) mit dem Dirac-Impuls an der Stelle t1
* g(t)^-1 = g(t) * d(t - t0)

Wie sieht das Spektrum einer mit Abtastintervall 1 abgetasteten Funktion mit Spektrum G(omega) aus?

* FIXME ???

Wie verändert sich das Spektrum einer Kammfunktion, wenn man das Abtastintervall verdreifacht?

* Spektrum wird dreimal genauer / feiner (erhält dreimal so viele Abtastpunkte)

Unter welchen Bedingungen entsteht Aliasing?

Wie funktioniert das Sägezahnverfahren bei der A/D-Wandlung?

Welche scheinbare Frequenz hat ein Sinussignal der Frequenz f0, wobei f0 größer als die Nyquistfrequenz, aber kleiner als die Abtastfrequenz f1 ist?

* Nyquistfrequenz = halbe Abtastfrequenz
* FIXME ???

Was ist Aliasing?

* Aliasing = Überlappung = Artefakte = Informationsverlust
* Wenn sich die Kopien des Spektrums überlappen
* Dadurch kann das Signal nicht mehr fehlerfrei rekonstruiert werden

Wie schafft man es, die Fouriertransformierte eines diskreten Signals im Computer zu

Ist die diskrete Fouriertransformation und die Fouriertransformation bei zeitdiskreten

* FIXME ???

Was ist ein FIR-Filter?

* Finite Impulse Response
* Der Ausgangswert berechnet sich aus nur endlich vielen Eingangswerten

Was ist ein FFT-Filter?

Wieviele Fourierkoeffizienten hat die Fourierreihe eines diskreten Signals, das aus 8 Abtastpunkten besteht?

* FIXME ???
* => 8 ???

Warum braucht man bei diskreten periodischen Signalen nur endliche Fourierreihen zu ihrer Darstellung?

Was sind die Unterschiede zwischen den Analysegleichungen der diskreten und kontinuierlichen Fourierreihe?

* diskret => Summe
* kontin. => Integral

Warum reicht bei diskreten linearen Systemen die Antwort auf einen Einheitsimpuls zum Zeitpunkt 0, um es vollständig zu charakterisieren?

Wie berechnet man die Systemantwort eines diskreten linearen Systems?

* FIXME ???

Was ist der Hauptunterschied zwischen dem Spektrum eines aperiodischen kontinuierlichen Signals und dem eines aperiodischen diskreten Signals?

* aperiodisch kontin. => Spektrum: kontin., aperiodisches Spektrum
* aperiodisch diskret => Spektrum: kontin., periodisches Spektrum

Wie sieht ein idealer zeitdiskreter Tiefpass im Spektralraum aus?

* Abtastung führt zur periodischen Wiederholung

Ein zeitdiskreter Filter besteht aus der Differenz des momentanen Inputwertes und des Inputwertes des vergangenen Zeitschritts. Um was für eine Art von Filter handelt es sich?

* einfacher Hochpass ???