卷积输出的时间步长要求?
区别在于您的 x 轴是以时间为单位还是以样本为单位,以及我们是否希望我们的数字系统随时间保持恒定而与采样率无关。一旦我们的系统是离散的,我们通常更喜欢在(标准化)样本单位中工作,而不必进行额外的“步骤”项,在这种情况下,实际时间将随着采样率而缩放(这是更常见的方法以我的经验,除非我正在从事混合信号设计)。
看到这一点的一个非常简单的方法是考虑一个数字积分器(累加器)。我们可以对卷积遵循相同的过程,但使用积分器结构会更容易、更清晰。首先,下图显示了具有拉普拉斯变换的积分器在连续时域中,可以映射到在离散时域(使用脉冲不变性的映射方法)。请注意,我特别说明了离散时间域,这意味着即使我们正在使用离散系统,我们仍然希望以时间(秒)为单位工作。因此我们必须使用等式中的因素(这是您问题中的“步骤”)。如果我们以样本为单位工作,那么 T=1 并且基本上消失了,从而简化了我们的数学运算。
所以现在是简单的部分:不管上面使用“脉冲不变性方法”等的所有数学和解释,让我们暂时相信累加器结构(不断将输入添加到累加值)是积分器的离散近似。如果我们添加因子 T(或步长),则累加器是积分器的离散时间近似。
知道了,让我们参考下图显示累加器输入和输出来看看它的作用。
如果我们的水平轴是时间(不是样本),并且如果我们想要一个独立于采样率保持相同时间性能的系统(这意味着我们在时间方面获得完全相同的结果,那么整个系统中产生的波形只会被更快地采样或更慢,但值与时间的关系不会改变),那么在这种情况下,我们必须包括 T 因子。
考虑输入全为 1 的累加器的简单情况。在离散时间中,无论采样率如何,输入处常数 1 的积分都会在输出处 1 秒后增长到 1。如果采样率为 10 Hz(例如),则 T = 1/10Hz = 0.1。在 10 Hz 时,1 秒后将有 10 个样本,如果没有 T 因子,输出将增长到 10。通过使用 T = 0.1,我们在 1 秒时得到预期的结果 1。将采样率更改为 100 Hz,1 秒后输出将增长到 100,但如果我们添加适当的缩放比例 T = 0.01,我们仍然会得到与 1 秒相同的结果。
因此,总而言之,我们通过包含步骤(或我的图中的“T”)看到,无论采样率如何,我们都会产生与时间(以秒为单位)一致的结果。以样本单位(而不是秒)工作更为常见,并且知道系统将随着采样率而扩展,但使用时间单位对混合信号设计很方便 - 或者当结果必须以单位报告时时间。我们通过归一化频率看到这一点,例如频率轴从 0 延伸到 1(周期/样本)而不是 0 到(周期/秒)如本文所述:


