Question

何谓频谱

Answer 1

频谱是指一个时域的信号在频域下表示方式，可以针对信号进行傅立叶转换而得，所得的结果会是以分别以振幅及相位为纵轴，频率为横轴的两张图，不过有时也会省略相位的信息，只有不同频率下对应振幅的数据[1]。有时也以「振幅频谱」表示振幅随频率变化的情形，「相位频谱」表示相位随频率变化的情形[2]。
简单来说，频谱可以表示一个讯号是由哪些频率的弦波所组成，也可以看出各频率弦波的大小及相位等信息。

信号若随着时间变化，且可以用振幅来表示，都有其对应的频谱。包括可见光（颜色）、音乐、无线电波、振动等都有这様的性质。当这些物理现象用频谱表示时，可以提供一些此信号产生原因的相关信息。例如针对一个仪器的振动，可以藉由其振动讯号频谱的频率成份，推测振动是由哪些组件所造成。

一些讯号的频谱有：

可见光：
光源由不同的颜色所组成，各颜色的光有不同的频率，所占的比例可能也有不同。三棱镜透过折射的方式，将不同频率的光折射到不同的位置，因此可以看到不同颜色的光。同样的也可以将一般光源用三棱镜处理，投映出连续的或不连续的彩色光带。光带的颜色表示其频率，而明暗可表示其比例的多寡，这就是光的频谱，一般称为光谱。若所有频率的颜色含量都一様，其合成的颜色会是白色，而其振幅对应频率的频谱会是一条水平线。因此一般会将频谱为水平线的讯号以「白色」来称呼。

声音：
音源也可以由许多不同频率的声音组成。不同频率会刺激耳朵中对应的接收器。若主要的刺激只有一个频率，我们就可以听到其音高，音源的音色会由声音讯号的频谱中，其它频率的部份来决定，也就是所谓泛音。一般会称为「噪音」的声音，其中会包括许多不同频率。若声音的频谱是一条水平线，则称为白噪声或白噪音，此词也可常用在其它型式的信号及频谱。

广播及通讯：
在广播及通讯的领域中，频谱会由许多不同的讯号来源共享。每个广播电台及电视台所传送讯号的频率均需在各自指定的范围内，称为「频道」。当许多广播同时发送讯号时，各个频道上有个自独立的信息，广播的频谱即为所有个别频道讯号的总和，分布在很广的频率范围内。任何一个广播接收器只能接收到单一的电压对时间讯号，因此会使用LC电路来选择单一的频道或频率范围，然后将接收到的信息解调变，得到需要的信息。若将接收器各频率下讯号的强弱对应频率绘图，所得的就是其接收讯号的频谱。