Mit Fenstern (Glättungsfenstern) wird die spektrale Streuung verringert, die bei abgeschnittenen Signalverläufen entsteht.

Spektrale Streuung

Spektrale Streuung bedeutet, dass die gemessene spektrale Energie auf der x-Achse des Frequenzspektrums verwischt erscheint (auch "Leckeffekt" genannt). Dieser Effekt kommt zustande, wenn das abgetastete Signal während der Abtastzeitspanne keine ganzzahlige Anzahl von Perioden hatte. Zur Verringerung der spektralen Streuung wird das Signal im Zeitfenster anhand einer Fensterfunktion multipliziert.

Mit der diskreten Fourier-Transformation (DFT) und der schnellen Fourier-Transformation (FFT) wird ein Signal in seine Sinus- und Cosinus-Bestandteile zerlegt. Das ist die Basis der Frequenzanalyse. Wenn Sie ein Signal mit Hilfe der DFT oder FFT analysieren, das keine ganzzahlige Anzahl von Perioden hat (zum Beispiel 7,5), sieht es so aus, als ob eine Frequenz mit allen anderen Frequenzen interferiert. Das liegt daran, dass bei der FFT immer davon ausgegangen wird, dass das Signal eine Periode eines sich periodisch wiederholenden Signalverlaufs ist. Die künstlichen Unterbrechungen erscheinen als sehr hohe Frequenzen, die nicht im ursprünglichen Signal enthalten waren. Da diese Frequenzen über der Nyquist-Frequenz liegen, wird zwischen 0 und fs/2 eine nicht vorhandene, tiefere Frequenz vorgetäuscht.

Welche Art von Fenster anzuwenden ist, richtet sich nach dem zu erfassenden Signal und nach Ihrer Anwendung. Zur Auswahl des richtigen Fensters müssen Sie das zu analysierende Signal genau kennen. In der folgenden Tabelle sind einige der üblichen Fensterarten zusammen mit den passenden Signaltypen und Beispielanwendungen aufgeführt.

Fenster Signaltyp und Beschreibung Anwendungen
Rechteck (kein Fenster) Einzelimpulse, die kürzer als das Fenster sind; begrenzt das Fenster auf ein bestimmtes Zeitintervall Nachverfolgen von Ordnungen; Systemanalyse (Messungen des Frequenzgangs) mit pseudozufälliger Erregung; Separieren zweier Schwingungen, deren Frequenzen nahe beieinander liegen und deren Amplituden fast gleich groß sind
Dreieck Dreieckiges Fenster Allgemeine Anwendungen
Hann Einzelimpulse, die länger als das Fenster sind Oft in der elektronischen Sprachverarbeitung genutzt
Hamming Einzelimpulse, die länger als das Fenster sind. Ist eine abgewandelte Version des Hann-Fensters, welches an den Kanten unstetig ist. Oft in der elektronischen Sprachverarbeitung genutzt
Blackman Einzelimpulse; ähnelt Hann- und Hamming-Fenster, aber enthält einen zusätzlichen Cosinus-Term zur Reduzierung der Welligkeit Allgemeine Anwendungen
Flat-Top Hat die höchste Amplitudengenauigkeit aller Fenster; die Frequenz kann jedoch nur mit Beschränkungen ausgewählt werden Genaue Amplitudenmessung von einzelnen Schwingungen, in deren Nähe keine anderen Frequenzanteile zu finden sind.
Hinweis Wenn Sie nicht genügend über das Signal wissen – was oft vorkommen kann – müssen Sie verschiedene Fenster ausprobieren, bis Sie das passende finden.