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16.5 : パーセバルの定理

パーセバルの定理は、信号処理と高調波解析における基本的な概念です。周期関数の場合、1 周期の信号の平均電力は、そのすべての複素フーリエ係数の 2 乗の和に等しいと主張します。マルク=アントワーヌ・パーセバルにちなんで名付けられたこの定理は、信号のエネルギー分布を分析するための強力なツールを提供します。

興味深いことに、パーセバルの定理は、関数を正弦関数と余弦関数で表現するフーリエ級数の三角形式にも当てはまります。ここで、フーリエ係数は三角級数の係数と関連付けることができるため、この定理を別の形式で適用できます。

パーセバルの定理を検証するには、まず、複素フーリエ級数表現を持つ関数 x(t) を考えます。

Equation1

ここで、c_n は複素フーリエ係数、ω_0 は基本角周波数です。定理は次のように述べます。

Equation2

ここで、T は関数の周期です。フーリエ級数を左辺に代入して解くと、等式が確認され、定理が証明されます。

パーセバルの定理は、特にオーディオ処理における実用的なアプリケーシで重要です。これにより、元の音波に含まれるエネルギーと圧縮バージョンのエネルギーを比較できます。この比較は、圧縮プロセスでエネルギーが失われすぎてオーディオ信号の品質が大幅に低下しないようにするために不可欠です。

工学的観点から、パーセバルの定理は貴重な洞察を提供します。たとえば、問題の関数が電流や電圧などの電気信号を表す場合、この関数の 2 乗は 1 オームの抵抗器で消費される瞬間電力を表します。したがって、この定理は、1 周期にわたって抵抗器で消費されるエネルギーを信号のフーリエ級数表現に結び付けます。この関係は、三角関数のフーリエ級数を使用する形式と、フーリエ級数の振幅位相形式を使用する形式の 2 つの異なる形式で表現されます。したがって、パーセバルの定理は強力な分析ツールとして機能するだけでなく、理論的な概念と実際の工学的アプリケーションを結び付ける役割も果たします。

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Parseval s TheoremSignal ProcessingHarmonic AnalysisFourier CoefficientsAverage PowerEnergy DistributionPeriodic FunctionTrigonometric SeriesAudio ProcessingCompression QualityElectrical SignalsInstantaneous PowerFourier Series Representation

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