Signalteori för hörselrehabilitering
Kapitel 4 - Diskussion och svar Frågor
970225

2a.1 Systembeskrivning
  Ett LTI-system består av en enkel förstärkare vars enda funktion är att förstärka insignalen 20 dB. Beskriv systemets funktion med hjälp av en formel.
Svar: outp(t)=10*inp(t)
Ljudtryck eller dB? Kommentarer till Mia Karlssons tankeväckande fråga.
2a.2 Linjärt system
  Vilka två krav ska vara uppfyllda för att du ska få kalla ett system för linjärt?
Svar: homogenitet och additivitet.
2a.3 Homogenitet
  a) Beskriv med egna ord vad homogenitetsbegreppet innebär
b) Beskriv samma sak med "formelspråk"
Svar: Om inp(t) -> outp(t), så skall k*inp(t) -> k*outp(t) för alla insignaler och alla värden på k.
2a.4 Homogenitet
  Hur kan du testa om en förstärkare är homogen?

Svar: Man måste förstås pröva om kravet enligt uppgift 2a.3 är uppfyllt. Vi måste alltså "förstora" insignalen så att amplituden blir t.ex 10 gånger större, och kolla att utsignalens amplitud också blir precis 10 gånger större. I dB-form innebör detta att insignalens nivå ökas med 20 dB, och utsignalens nivå skall då också öka med precis 20 dB.
Sedan måste vi upprepa kontrollen med t.ex. 20 gångers "förstoring", 100 gånger, 1000, och så vidare. Utsignalens amplitud skall hela tiden öka proportionellt mot insignalens amplitud (se figur i R&H sid 49 och sid 55).
I dB-mått innebär detta att utsignalens nivå ändrar sig med precis lika många dB som insignalens nivå. För att kunna se detta kan man t.ex. använda två ljudnivåmätare, en som mäter insignalens nivå och en annan som mäter utsignalens nivå.

I praktiken nöjer man sig ofta med ovanstående enkla test. Men strängt taget kan man då inte vara riktigt säker. Det är i princip tänkbart att utsignalens nivå ändrar sig precis lika många dB som insignalens nivå, när vi testar med två ljudnivåmätare, men att systemet ändå inte är homogent. Enligt definitionen krävs ju dessutom att utsignalens form inte ändrar sig på något sätt. Tänk om vi råkar ut för en hörapparat som ändrar signalens form på ett så finurligt sätt att den lyckas lura ljudnivåmätaren. Den som är lite misstänksamt lagd kopplar därför in ett oscilloskop för att kontrollera att signalens form fortfarande är densamma. Den som tar livet lite lugnare vet att det i praktiken finns ytterst liten risk att dagens hörapparater skall lyckas lura oss på det här sättet. Därför bryr man sig idag oftast inte om att ha ett oscilloskop inkopplat vid mätning av hörapparater. Men vem vet vad som kan hända i framtiden...

Då testar vi alltså med insignaler av alla möjliga former och med alla möjliga amplituder. Men det går ju inte! Då blir vi ju aldrig färdiga...

I praktiken vet vi att hörapparater och vanliga förstärkare är konstruerade på ett sådant sätt att vi vågar nöja oss med bara ett fåtal mätningar: sinussignaler med några olika frekvenser inom det intressanta frekvensområdet och några olika amplituder. Om systemet arbetar homogent för dessa insignaler, så vågar vi tro att systemet är homogent i hela det frekvensområde och hela det amplitudområde som vi undersökt. Om vi sett att hörapparaten arbetar homogent vid både 1000 Hz och 1500 Hz, med insignalnivåer upp till 100 dB SPL, så är det vädigt osannolikt att den skulle vara inhomogen vid t.ex. 1253 Hz och nivån 80 dB SPL. Men hur blir det vid 1253 Hz och nivån 100 dB SPL? Riktigt säker kan man aldrig vara...

2a.5 Additivitet
  a) Beskriv med egna ord vad additivitetsbegreppet innebär
b) Beskriv samma sak med "formelspråk"
Svar: Om inp1(t) -> outp1(t) och inp2(t) -> outp2(t), så skall inp1(t) + inp2(t) -> outp1(t) + outp2(t) för alla kombinationer av insignaler.

2a.6 Tidsinvarians
  a) Beskriv med egna ord vad tidsinvarians innebär
b) Beskriv samma sak med "formelspråk"
Svar: Om inp1(t) -> outp1(t) och inp2(t)=inp1(t-d), så skall inp2(t) -> outp2(t)=outp1(t-d) för alla värden på d.

2a.7 Signalbeskrivning
  Figuren nedan visar en signal inp(t). Rita in hur följande signaler ser ut om alla tider är angivna i sekunder:
a) inp(t-2)
b) inp(t+3)
c) inp(t-5)

inp(t)=följande skiss

Svar: Här kan det vara svårt att hålla tungan rätt i mun. Ett bra sätt är att pröva med något lämpligt valt värde på t och se att nedanstående bilder stämmer med definitionen av de nya tidsförskjutna signalerna.

a) inpa(t)=inp(t-2):

Vi testar vid tidpunkten t=5.5 (sekunder), dvs nära "toppen" i inpa(t). Enligt definitionen är inpa(5.5)=inp(5.5-2)=inp(3.5)
Det verkar stämma: punkten inp(3.5) är nära "toppen" i inp(t).

b) inpb(t)=inp(t+3):

c) inpc(t)=inp(t-5):

2a.8 LTI system
  a) Du har lyckats visa att ett system inte är LTI. Vad vet du om systemet då?
b) När man granskar system lite närmare visar det sig vara svår att hitta några system som verkligen är LTI. Vad är det då för poäng med att tjata så mycket om dessa system?

2a.9 R&H, uppgift 4 sid 62
  Ett system fungerar så att utsignalen är kvadraten av insignalen (dvs utsignalen är lika med insignalen "multiplicerad med sig själv"). Visa att systemet inte är LTI.

2a.10 R&H sid 61-62
  Glöm inte övriga övningarna i boken. Bra uppgifter av olika svårighetsgrad!
  Tänkesätt
Signaler
System
Hörapparater

Kursmaterial
Inlärningfrågor
Inlämninguppgifter
Laborationer

Kommentarer
Utvalda kommentarer om detta dokument kommer att publiceras nedan.
Din kommentar kan bli redigerad.

970221: Mia Karlsson: Jag tycker svaret på fråga 2a1 kunde varit outp(t)=20dB+inp(t). Varför inte?


Upp