Matlab计算的FFT与通过Origin计算的FFT

本文对比了Matlab和Origin7.5在进行快速傅里叶变换(FFT)时的效率和处理大容量数据的表现。在Origin中,运算大容量数据时速度较慢,而Matlab则更快。介绍了如何在Matlab中进行FFT运算,包括补零、归一化等步骤,以匹配Origin的计算结果。此外,还分享了在Matlab中导出FFT结果到Origin的方法。

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实验的过程中,经常需要对所采集的数据进行频谱分析,软件的选择对计算速度影响挺大的。我在实验过程中,通常使用Origin7.5来进行快速傅里叶变换,因为方便快捷,计算之后,绘出来的图也容易编辑。但是当数据容量太大,达到100M大小,这时候使用Origin7.5进行快速傅里叶变换,运算速度非常慢,甚至运算不出来。

  对大容量的数据进行快速傅里叶变换,我使用Matlab,运算速度比Origin7.5快很多。但是使用Matlab进行FFT时,需要进行一些小的处理,才能使运算结果与使用Origin7.5进行FFT时得到的结果保持一致。

(1)首先介绍运用Origin7.5进行FFT的基本操作,

     选中数据后,点击“分析”,下拉菜单中出现“快速傅里叶变换FFT”,点击进入,这个时候会弹出对话框。对话框中,“FFT”下面的“Forward”和“Backward”是正变换和逆变换。“Spectrum”选择“Amplitude”或者选择“Power”,一个是幅度谱,一个是功率谱。其中功率谱是幅度谱的平方。

点击对话中“Settings”按钮,弹出对话框。

其中第四行“Sampling”设置为采样间隔,就是采样率的倒数。第一行的“Sampling”可以不用设置,第二行的“Real”为需要进行傅里叶变换的离散数据,数据一般是实数,故没有虚部,第三行的“Imaginar”不用设置。

“Window Method”一般选择“Rectangular”,

各个窗函数的表示式为:

上述对话框中“Output Options”下面的选项,第一行为是否对FFT之后的幅度进行归一化,这个是要选择归一化的。第二行,表示式单边带,还是双边带,我一般选择单边带。第三行和相位相关。

上述对话框中“Exponential Phase Factor”表示FFT是选择e-jwt还是ejwt,通常FFT算法是前者。

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### MATLAB绘制FFT频谱的方法及代码示例 在MATLAB中,使用快速傅里叶变换(FFT)进行频谱分析是一种常见的信号处理方法。以下详细说明如何实现这一功能,并提供完整的代码示例。 #### 1. 准备信号数据 首先,需要定义采样频率、信号频率以及时间范围等参数。这些参数决定了信号的生成和后续FFT分析的质量[^1]。 ```matlab % 定义参数 fs = 500; % 采样率 (Hz) f1 = 5; % 第一个信号频率 (Hz) f2 = 10; % 第二个信号频率 (Hz) T = 1; % 时间长度 (秒) n = round(T * fs); % 采样点数 t = linspace(0, T, n); % 时间向量 % 生成信号 x = 3 + cos(2 * pi * f1 * t) + 2 * cos(2 * pi * f2 * t); % 包含直流分量、f1和f2频率的信号 ``` #### 2. 绘制时域波形 通过`plot`函数可以直观地展示信号的时域特性。 ```matlab figure(1); plot(t, x); xlabel('t/s'); ylabel('Amplitude'); title('Time Domain Signal'); grid on; ``` #### 3. 计算FFT并绘制频谱图 使用`fft`函数计算离散傅里叶变换,并通过`fftshift`调整频谱以中心对称显示。同时,根据奈奎斯特采样定理设置频率轴范围。 ```matlab % 计算FFT X = fft(x); X = fftshift(X); % 中心化频谱 % 频率轴 f = linspace(-fs / 2, fs / 2 - fs / n, n); % 频率向量 % 绘制双侧频谱 figure(2); plot(f, abs(X)); xlabel('f/Hz'); ylabel('Amplitude'); title('Double-Sided Frequency Spectrum'); grid on; ``` #### 4. 单边频谱分析 为了更清晰地表示正频率部分,通常只绘制单边频谱。此时需对幅值进行修正,确保能量守恒[^3]。 ```matlab % 单边频谱 P2 = abs(X / n); % 归一化幅度 P1 = P2(1:ceil(n / 2)); % 提取正频率部分 P1(2:end) = 2 * P1(2:end); % 幅值修正 % 正频率轴 f_positive = fs * (0:(n / 2)) / n; % 绘制单边频谱 figure(3); plot(f_positive, P1); xlabel('f/Hz'); ylabel('Amplitude'); title('Single-Sided Frequency Spectrum'); grid on; ``` #### 5. 示例:从音频文件中提取信号并绘制频谱 如果需要从实际音频文件中提取信号并进行频谱分析,可以使用`audioread`函数读取数据[^2]。 ```matlab % 读取音频文件 [origin_signal, fs] = audioread('example.wav'); % 替换为实际文件名 % 计算FFT L = length(origin_signal); % 信号长度 Y = fft(origin_signal); P2 = abs(Y / L); P1 = P2(1:floor(L / 2) + 1); P1(2:end - 1) = 2 * P1(2:end - 1); % 频率轴 f = fs * (0:(L / 2)) / L; % 绘制频谱 figure(4); plot(f, P1); xlabel('f/Hz'); ylabel('Amplitude'); title('Single-Sided Frequency Spectrum of Audio Signal'); grid on; ``` --- ### 注意事项 - 确保采样频率足够高以满足奈奎斯特采样定理,避免频率混叠现象[^4]。 - 对于非整周期信号,建议使用窗口函数(如汉宁窗)以减少频谱泄漏。 - 在绘制频谱图时,注意单位一致性,例如频率轴应以赫兹(Hz)为单位。 ---
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