Fourier Transform Wave Divisor Function.
Al een heel wat maanden verzoek ik een methode de Fourier transformatie van de wave divisor functie te bepalen. Hier volgt een methode plus een simulatie in Jupyter notebook.
De wave divisor functie bestaat uit een pulse outline gemoduleerd met een hoog frequent signaal:
\( \Re(\sigma_{0})=\sum_{\mathbb{X}=2}^{\infty}\cos^{N} \left( \frac{\pi}{\mathbb{X}}x \right) \cos \left( \frac{N\pi}{\mathbb{X}}x \right)\)
N bepaald de pulse breedte en is zo gedefineerd dat alle pulsen de gelijke breedte hebben met:
\(L\) pulseheight op positie
\(\Delta x\).
\(N\) moet een positief even geheel getal zijn om positieve pulsen te verkrijgen:
\( N(\mathbb{X}) \approx \lim_{\mathbb{X} \rightarrow \infty} \frac{\log(L)}{\log \left( \cos \left( \frac {\pi}{\mathbb{X} } \Delta x \right) \right)} = - \frac{2 \mathbb{X}^2 \log(L)}{\pi^2 \Delta x^2}\)
De eerste term
\(cos^{N}\) kan vereenvoudigd worden dit is de puls outline. De pulse outline vormt een Gauss achtige curve rond de oorsprong voor:
\(\mathbb{X} \rightarrow \infty\):
\(O(x)=\lim_{\mathbb{X} \rightarrow \infty}\cos^{N} \left( \frac{\pi}{\mathbb{X}}x \right)= e^{a x^{2}}\)
\(a=\frac{\log(L) \space}{\Delta x^{2}}=constant\)
De hoogfrequent term
\(HF(\mathbb{X})\) geeft een linear verband met
\(\mathbb{X}\) voor:
\(\mathbb{X} \rightarrow \infty\).
\( HF(\mathbb{X})= \cos \left( \frac{N\pi}{\mathbb{X}} x \right) \approx \cos (b x)\)
\(b(\mathbb{X}) = \frac{N}{\mathbb{X}}\pi \approx \alpha \mathbb{X} = constant \cdot \mathbb{X}\)
Dus voor
\(\mathbb{X} \rightarrow \infty \) de wave divisor functie banaderd:
\(\Re(\sigma_{0})\rightarrow \sum_{\mathbb{X}=2}^{\infty}e^{a x^{2}} \cos (b x) \)
De wave divisor functie bij oneindig kan Fourier getransformeerd worden naar het frequency domein. De volgende definitie van de Fourier transformatie is gebruikt:
\(\hat{f}(\xi)=\int_{-\infty}^{\infty}f(x) \space e^{-2 \pi ix \xi} \space dx\)
Met behulp van Wolfram Alpha is de oplossing bepaald. Het frequentie spectrum voor een individuele divisor golf bestaat uit een Gauss achtige curve gespiegeld in de y-as.
\(\hat{\sigma}_{0}(\xi)= \frac{\sqrt{\pi}}{2 \sqrt{-a}} \left( e^{(b-2 \pi \xi)^{2} /4a} + e^{(b+2 \pi \xi)^{2} /4a} \right)\)
Ieder getal heeft minimaal een divisor wave. Door de lineaire eigenschappen van de Fourier transformatie kunnen de spectra van de divisors van een getal opgeteld worden. Een simulatie is gemaakt in onderstaand Jupyter notebook. De simulatie geeft de waveform in het time domain en het frequentie spectrum. Ook kan is er een audio transformatie zodat met het signaal kan horen.
https://mybinder.org/v2/gh/oooVincentoo ... udio.ipynb
Selecteer na het laden (kan enkele minuten duren) van de pagina menu: [Cell] ->[Run All] om notebook interactief te maken.
Groeten,
Vincent