Đáp ứng tần số

Đáp ứng tần số là phép đo định lượng của phổ đầu ra của một hệ thống hoặc thiết bị khi đáp ứng với một kích thích, và được sử dụng để mô tả động lực học của hệ thống đó. Nó là một đo lường của biên độ và pha của đầu ra như là một hàm của tần số, so với đầu vào. Trong điều kiện đơn giản nhất, nếu một sóng sin được đưa vào một hệ thống ở một tần số cho trước, một hệ thống tuyến tính sẽ đáp ứng ở cùng tần số đó với một cường độ và một góc pha nhất định tương đối so với đầu vào. Cũng đối với một hệ thống tuyến tính, khi tăng gấp đôi biên độ của đầu vào thì cũng sẽ tăng gấp đôi biên độ của đầu ra. Ngoài ra, nếu hệ thống là bất biến theo thời gian, thì đáp ứng tần số cũng sẽ không thay đổi theo thời gian.
Hai ứng dụng của phân tích đáp ứng tần số có liên quan với nhau nhưng có những mục đích khác nhau. Đối với một hệ thống khuếch đại âm thanh, mục tiêu có thể là mô phỏng lại các tín hiệu đầu vào mà không bị biến dạng. Điều này đòi hỏi một biên độ đều (phẳng) của đáp ứng theo giới hạn băng thông của hệ thống, với tín hiệu bị trì hoãn bởi chính xác cùng một lượng thời gian ở tất cả các tần số. Thời gian có thể tính bằng giây, hoặc vài tuần hoặc vài tháng tùy vào phương tiện dùng để ghi lại. Ngược lại, đối với một bộ máy thông tin phản hồi được sử dụng để điều khiển một hệ thống động lực, mục tiêu là để cải thiện đáp ứng cho hệ thống vòng kín so với các hệ thống không được bù. Phản hồi nhìn chung cần phải đáp ứng cho các động lực học của hệ thống trong một lượng rất nhỏ của chu kỳ dao động (thường ít hơn một chu kỳ đầy đủ), và với một góc pha xác định quan hệ với lệnh điều khiển đầu vào. Đối với thông tin phản hồi của khuếch đại đầy đủ, nhận góc pha sai có thể dẫn đến sự mất ổn định cho hệ thống ổn định vòng hở, hoặc không thể ổn định một hệ thống mà có vòng hở không ổn định. Các bộ lọc kỹ thuật số có thể được sử dụng cho cả hệ thống khuếch đại âm thanh và hệ thống điều khiển phản hồi, nhưng vì các mục tiêu khác nhau, nhìn chung các đặc tính pha của các bộ lọc sẽ khác nhiều so với hai ứng dụng này.

Đáp ứng tần số phi tuyến

Nếu hệ thống được nghiên cứu là phi tuyến thì áp dụng các phân tích miền tần số tuyến tính thuần túy sẽ không thể hiện được tất cả các đặc tính phi tuyến. Để khắc phục những hạn chế của các hàm đáp ứng tần số nói chung, và các hàm đáp ứng tần số đầu ra phi tuyến đã được xác định cho phép người sử dụng để phân tích các hiệu ứng động học phi tuyến phức tạp. Các phương pháp đáp ứng tần số phi tuyến thể hiện được cộng hưởng phức tạp, biến điệu tương hỗ, và các hiệu ứng biến đổi năng lượng mà không thể thấy được bằng cách sử dụng phương pháp phân tích hoàn toàn tuyến tính và đang trở nên ngày càng quan trọng trong một thế giới phi tuyến.

Ứng dụng

Trong lĩnh vực điện tử kích thích này sẽ là một tín hiệu đầu vào. Trong lĩnh vực khuếch đại âm thanh nó thường được nhắc đến trong kết nối với bộ khuếch đại điện tử, micro và loa. Đáp ứng tần số phổ radio có thể để nói tới các đo lường của cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, thiết bị chuyển mạch video, thiết bị truyền thông không dây và các hệ thống ăng-ten. Các đo lường đáp ứng tần số hạ âm bao gồm động đất và điện não đồ (sóng não).
Tần số đáp ứng có các yêu cầu khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Trong khuếch đại âm thanh trung thực cao, một bộ khuếch đại đòi hỏi một phản ứng tần số ít nhất 20-20,000 Hz, với dung sai chính xác ± 0,1 dB trong các tần số trung tần khoảng 1000 Hz, tuy nhiên, trong viễn thông, đáp ứng tần số 400-4,000 Hz, với dung sai ± 1 dB là đủ để hiểu nội dung của cuộc hội thoại.
Đồ thị đáp ứng tần số thường được sử dụng để chỉ ra tính chính xác của các thành phần điện tử hoặc hệ thống. Khi một hệ thống hay thành phần tái tạo tất cả các tín hiệu đầu vào mong muốn mà không có bất kỳ cường điệu hoặc suy giảm nào của băng thông đặc biệt, hệ thống hoặc thành phần được gọi là "phẳng", hoặc có một đồ thị đáp ứng tần số phẳng.
Khi một đáp ứng tần số được đo (ví dụ, như một đáp ứng xung), đã biết hệ thống đó là tuyến tính và thời gian bất biến, các đặc tính của nó có thể được xấp xỉ với độ chính xác tùy ý bởi một bộ lọc kỹ thuật số. Tương tự như vậy, nếu một hệ thống được chứng minh là có một đáp ứng tần số yếu, một bộ lọc analog hoặc kỹ thuật số có thể được áp dụng cho các tín hiệu đó trước khi chúng được tái tạo để bù đắp cho những thiếu hụt này.