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191 / HARMONIC ANALYSIS LAB
먼저 알아두면 좋아요 · 연결된 선수 단원의 복소수·적분·선형 사상과 표본 표기
단원 목록 (600) · FIR 필터의 진폭과 위상 응답
이해하는 속도로 읽으세요.개념도이론실험확인 문제
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먼저 그림으로 이해하기

한 번에 한 단계씩 살펴보세요.

두 tap 필터가 주파수마다 어떤 크기와 위상 변화를 주는지 확인합니다.

Two-tap FIR h=[1−r,r], r=0.5; H=1−r+r exp(−i omega). Magnitude response versus angular frequency. Phase is undefined at a zero response.

03.1421.050
응답 보기: 가로 omega, 세로 |H| · 정상 tone 보기: 가로 n, 파랑 입력·주황 출력
tap indeximpulse-response coefficient
00.5
10.5

magnitude response at query = 0.707

고정 기준 예제의 그림과 수치입니다. 각 단계에서 같은 그림의 의미를 차례로 살펴보세요. 고정된 기준 예제이며 아래 실험의 설정과 독립적입니다.
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LTI

입력과 impulse response의 convolution으로 출력을 만듭니다.

y[n]=(1−r)x[n]+r x[n−1]

실험에서 확인하기 →
이 단원 목차

필터는 주파수마다 다르게 반응합니다

두 tap의 finite impulse response h=[1−r,r]를 생각합니다. r은 0부터 1 사이이며 현재 입력과 한 표본 지연된 입력을 섞습니다. 모든 정수 시각에서 정의한 정상 입력에 대해서는 다음과 같습니다.

y[n]=(1−r)x[n]+rx[n−1],H(eiω)=1−r+re−iω.y[n]=(1-r)x[n]+rx[n-1],\qquad H(e^{i\omega})=1-r+re^{-i\omega}.

x[n]=exp(iωn)을 대입하면 공통 지수함수가 빠지고 H가 남습니다. 이동 불변 선형 시스템에서 복소 지수함수는 고유함수이며, 실수 cosine은 이에 따라 크기가 바뀌고 위상이 이동합니다.

크기와 위상을 숫자로 해석하기

r=0.5, ω=π/2이면 H=(1−i)/2입니다. 크기는 1/√2≈0.707, 위상은 −π/4입니다. 입력 cosine이 이 비율로 줄고 위상이 이동합니다. 응답 보기에서 tone 보기로 바꾸면 파랑 입력과 실제 두 tap 합으로 계산한 주황 출력을 비교할 수 있습니다.

입력은 n=−1에도 정의되며 양방향으로 계속됩니다. 따라서 정상 응답 계산입니다. n<0에서 0이고 n=0에 켜지는 신호라면 시작 과도 응답과 첫 출력이 다릅니다. 현재 그림에서 그 과도 응답을 추론하면 안 됩니다.

영점에는 위상이 없습니다

평균 필터 r=0.5에서 다음 인수분해가 성립합니다.

H(eiω)=e−iω/2cos⁡(ω/2),H(eiπ)=0.H(e^{i\omega})=e^{-i\omega/2}\cos(\omega/2),\qquad H(e^{i\pi})=0.

Nyquist의 교대 입력 [1,−1,1,−1,…]은 정확히 상쇄됩니다. 출력은 0이고 위상은 정의되지 않습니다. 이는 측정된 위상 지연 0과 다릅니다. 화면은 이 정확한 영점에서 위상을 비워 둡니다. 영점 가까이에서도 크기가 작으면 작은 계산·측정 변화에 위상 추정이 민감해질 수 있습니다.

세 가지 경우를 비교하기

r=0은 항등 필터입니다. r=1은 한 표본 순수 지연이며 모든 주파수에서 크기가 1이므로 크기 그림만으로는 항등과 구별되지 않습니다. r=0.5는 평균을 내 고주파를 억제합니다. 어느 r에서도 tap 합이 1이므로 DC gain은 1입니다.

직접 풀기와 AI 연결

상수 입력의 정상 출력은 같은 상수입니다. DC 수치를 확인한 뒤 r=0과 r=1의 tone 보기를 비교해 같은 gain에 숨은 위상 차이를 찾으세요. ω=π, r=0.25이면 H=0.5이므로 교대 출력은 위상 변화 없이 진폭 절반을 유지합니다.

학습한 시간·공간 kernel도 선형 이동 불변 연산자로 볼 수 있을 때 주파수 응답을 가집니다. 비선형 활성화·위치별 다른 가중치·경계 처리는 이 단순한 전역 해석을 깨뜨릴 수 있습니다. 필터 하나의 그래프로 신경망 전체를 설명하기 전에 가정을 명시하세요.

추가 읽기: MIT 6.003, Signals and Systems lecture notes.

CHECK YOUR UNDERSTANDING

설명할 수 있나요?

실험 설정과 무관한 기준 예제를 묻습니다. 답을 고르고 설명을 확인해보세요.

1. gain 0인 응답의 위상을 0으로 정해도 수학적으로 고유한가요?
2. r=1이면 진폭이 줄어드나요?

선택한 답과 학습 표시는 이 브라우저에 저장됩니다. 다시 풀거나 표시를 해제할 수 있습니다.