Toolyard

Simulateur de séries de Fourier

Équations de cette simulation

f(t) = Σ b_n sin(n ω t)
nrang de l'harmoniquele cercle n tourne n fois plus vite que le premier ; ces signaux n'ont besoin que de sinus
b_namplitude de l'harmonique nle rayon du cercle n
NNombre de termescombien de cercles sont ajoutés ; la hauteur du stylo est la somme partielle

Avec les valeurs actuelles :

carré : b_n = 4 ÷ (n π), n impair ; dents de scie : b_n = −2 ÷ (n π) ; triangle : b_n = 8 (−1)^((n−1)/2) ÷ (n² π²), n impair
décroissancela vitesse à laquelle les termes diminuenten 1 ÷ n pour les signaux à sauts, en 1 ÷ n² pour le triangle, qui n'a que des angles : les formes plus lisses demandent moins de termes

Avec les valeurs actuelles :

dépassement → 0,0895 × le saut
Gibbsle dépassement à côté d'un sautenviron 9 % du saut, quel que soit le nombre de termes : l'ondulation devient plus étroite mais jamais plus basse

Avec les valeurs actuelles :

moyenne de f² = Σ b_n² ÷ 2
Parsevalpuissance dans les N premiers termes par rapport au totalla part du signal que les cercles ont captée

Avec les valeurs actuelles :

c_k = (1 ÷ M) Σ z_j e^(−2πi jk ÷ M)
c_kun épicycle d'une formela transformée de Fourier discrète de M points z_j = x + iy le long du contour ; les plus grands cercles sont utilisés en premier

Avec les valeurs actuelles :

Comment utiliser le simulateur de séries de Fourier

  1. Choisissez un signal carré, en dents de scie ou triangulaire. Chaque cercle tourne à un multiple entier de la vitesse du premier, et son rayon est l'amplitude de cet harmonique ; le stylo au bout de la chaîne trace la somme, qui défile vers la droite au-dessus du signal exact en vert.
  2. Ajoutez des termes avec le curseur et voyez le signal s'affiner. À côté de chaque saut, la somme dépasse d'environ 9 % quel que soit le nombre de termes, c'est le phénomène de Gibbs ; l'erreur et la part de puissance captée sont affichées sous l'image, et le graphique montre le spectre des harmoniques. Cochez Jouer le signal comme un son pour entendre un sinus doux devenir un carré grinçant à mesure que les harmoniques arrivent.
  3. Passez au cœur ou à l'étoile, ou choisissez Votre propre dessin et faites glisser une forme fermée sur l'image : les épicycles la retracent à partir de sa transformée de Fourier discrète, les plus grands cercles d'abord. Peu de cercles donnent une tache grossière ; davantage ajoutent les angles. Le Simulateur d’ondes stationnaires montre les harmoniques sur une corde.

Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'une série de Fourier ?

Une façon d'écrire tout signal périodique comme une somme de sinusoïdes et de cosinusoïdes dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence de répétition. Joseph Fourier l'introduisit en 1807 pour résoudre l'équation de la chaleur. Elle est derrière la compression audio, les formats d'image comme le JPEG, la radio et l'analyse de tout ce qui vibre.

Pourquoi un signal carré n'a-t-il besoin que d'harmoniques impairs ?

Un signal carré a une symétrie de demi-onde : sa seconde moitié est la première retournée. Des harmoniques pairs briseraient cette symétrie, donc leurs coefficients sont nuls. Ses harmoniques impairs ont des amplitudes 4 ÷ (nπ) : un tiers, un cinquième, un septième du premier, et décroissent lentement à cause des sauts brusques.

Qu'est-ce que le phénomène de Gibbs ?

Près d'un saut, une somme partielle de Fourier dépasse d'environ 9 % du saut, et ajouter des termes rend l'ondulation plus étroite mais pas plus basse. La somme se rapproche quand même du signal en moyenne, car l'ondulation occupe une part de plus en plus petite de la période, mais elle n'épouse jamais parfaitement un saut.

Comment des cercles dessinent-ils une image ?

Écrivez chaque point du contour comme un nombre complexe x + iy et calculez sa transformée de Fourier discrète. Chaque coefficient est un cercle de rayon fixe qui tourne à sa propre vitesse entière, certains dans un sens, d'autres dans l'autre. Mis bout à bout, ils retracent exactement le contour quand on les utilise tous, et approximativement avec les quelques plus grands.

Il est indiqué que WebGL est désactivé.

La vue 3D a besoin de WebGL, présent dans tous les navigateurs actuels. Il peut être désactivé si l'accélération matérielle est coupée dans les réglages du navigateur, ou à cause d'un pilote graphique très ancien. Activez l'accélération matérielle ou essayez un autre navigateur.

Quelque chose est-il envoyé ?

Non. La simulation est dessinée par votre propre navigateur avec WebGL ; rien n'est envoyé nulle part, et elle continue de fonctionner hors ligne une fois la page chargée.

Autres simulations scientifiques

Simulateur de tir balistiqueSimulateur de penduleSimulateur de l'expérience des fentes de YoungSimulateur de champ électriqueSimulateur d'orbiteSimulateur masse-ressortSimulateur de diffusion de RutherfordVisualiseur de collisions de particulesSimulateur de désintégration radioactiveSimulateur de l'atome de BohrVisualiseur de molécules 3DSimulateur de gaz parfaitSimulateur de diffusion et d'osmoseVisualiseur de repliement d'ADN et d'ARNSimulateur de croissance bactérienneSimulateur de centrifugeuseSimulateur de lentilles et de miroirsSimulateur d’ondes stationnairesSimulateur d’effet DopplerSimulateur de chocs et de quantité de mouvementSimulateur de circuits RC et RLSimulateur de particule chargée dans un champ magnétiqueSimulateur de rayonnement du corps noirSimulateur de relativité restreinteSimulateur de réfraction et de réflexion totaleSimulateur de circuits série et parallèleSimulateur de courbe de titrageSimulateur de vitesse de réaction et de théorie des collisionsSimulateur d’équilibre chimique (Le Chatelier)Simulateur de piles galvaniques et d’électrolyseSimulateur de courbe de chauffe et de changements d’étatOrbitales atomiques en 3DSimulateur de solution tamponSimulateur de cinétique enzymatiqueSimulateur de potentiel d’actionSimulateur de PCRSimulateur de sélection naturelle et de génétique des populationsSimulateur du cœur et du cycle cardiaqueSimulateur d'électrophorèse sur gelSimulateur de mitose et de méioseSimulateur des saisons et de la durée du jourSimulateur de tectonique des plaques et de séismesSimulateur des phases de la Lune, des marées et des éclipsesSimulateur de l'effet de serreSimulateur de planche de Galton

Calculateurs et outils associés

Guides