Fortgeschrittene Wellenformanalyse mit Winscope: Vom Zeit- in den Frequenzbereich

Bauteile & Materialien

• IBM-kompatibler PC mit Soundkarte, Windows 3.1 oder neuer
• Winscope – kostenlose, herunterladbare Oszilloskop-ähnliche Anwendung
• Elektronisches Musik-Keyboard
• Mono-Kopfhörerbuchse für das Keyboard
• Mono-Buchse für Mikrofoneingang des Computers, mit Verdrahtung für Spannungsquellen
• 10-kΩ-Potentiometer

Alle Komponenten entsprechen denen des „PC-Oszilloskop“-Experiments.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Band 2, Kapitel 7: „Mixed-Frequency AC Signals“

Lernziele

• Zwischen Zeitbereichs- und Frequenzbereichsdarstellung unterscheiden
• Intuitives Verständnis der Fourier-Analyse aufbauen

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Winscope bietet mehr als die klassische „Zeitbereichs“-Ansicht. Durch Klicken auf das Regenbogensymbol wechseln Sie in eine Frequenzbereichsanzeige, die Amplitude gegen Frequenz aufträgt. Während ein Zeitbereichs-Oszilloskop zeigt, wie sich eine Wellenform über der Zeit entwickelt, enthüllt die Frequenzbereichsansicht die harmonische Zusammensetzung eines Signals – unentbehrlich für Spektralanalyse.

Um dies in Aktion zu sehen, erzeugen Sie mit der Panflöten- oder Flötenstimme des Keyboards eine Sinuswelle und beobachten Sie einen einzelnen Peak im Frequenzplot. Bewegen Sie den Cursor über den Peak, wird die exakte Frequenz am unteren Bildschirmrand angezeigt.

Spielen Sie zwei Noten gleichzeitig, entstehen zwei deutliche Peaks, jeweils einer Note entsprechend. Einfache Akkorde (drei Noten) ergeben drei Peaks usw. Wechseln Sie zurück in die Zeitbereichsansicht mit dem Regenbogensymbol, um das komplexe Zeitwellenformbild mit seinem sauberen Spektralpendant zu vergleichen.

Ein Akkord, der im Zeitbereich verworren aussieht, vereinfacht sich im Frequenzbereich dramatisch. Experimentieren Sie mit verschiedenen Keyboard-Stimmen und beachten Sie, wie symmetrische Wellenformen nur ungerade Harmonische erzeugen, während asymmetrische Formen auch gerade Harmonische einführen. Nutzen Sie den Cursor, um Peakfrequenzen zu bestimmen, und einen Taschenrechner, um zu prüfen, ob jede Harmonische gerade oder ungerade ist.

ZUGEHÖRIGE ARBEITSBLÄTTER

• Signal Modulation Worksheet
• AC Waveforms Worksheet
• Mixed-Frequency Signals Worksheet