Comprendre la fenêtre de Hanning

Définition : Qu'est-ce qu'une fenêtre de Hanning ?

Le Fenêtre de Hanning est un type spécifique de fonction mathématique appliquée à un bloc de données de forme d'onde temporelle avant qu'il ne soit traité par un Transformée de Fourier rapide (FFT). C'est l'un des plus couramment utilisés fenêtrage fonctions dans l'analyse des vibrations. Le but de la fenêtre de Hanning est de minimiser une erreur connue sous le nom fuite spectrale.

La fenêtre a une forme lisse, en cloche. Multipliée par le signal temporel, elle force le signal à zéro au tout début et à la fin du bloc temporel, laissant le centre du signal inchangé. Ce processus de rétrécissement garantit que le bloc d'échantillons ne présente pas de discontinuités artificielles et nettes à ses limites.

Pourquoi une fenêtre de Hanning est-elle nécessaire ? (Fuite spectrale)

L'algorithme FFT suppose fondamentalement que le bloc fini de données temporelles analysé représente un cycle parfait et répétitif du signal. Cette hypothèse n'est vraie que si un nombre entier de cycles de chaque composante fréquentielle s'inscrit exactement dans ce bloc temporel. Dans un signal réel provenant d'une machine tournante, ce n'est presque jamais le cas.

Lorsqu'un nombre non entier de cycles est capturé, la fin du bloc temporel ne correspond pas au début. La FFT perçoit cette discordance comme un saut brusque ou une discontinuité. Cette discontinuité artificielle contient de l'énergie qui ne fait pas partie du signal réel, et cette énergie « fuite » dans les intervalles de fréquences environnants du spectre FFT. Cette fuite peut :

• Faire apparaître un pic de fréquence unique et net comme un pic large et étalé, ce qui rend difficile l'identification précise de la fréquence.
• Signaux obscurs de faible amplitude dont la fréquence est proche de celle des signaux de haute amplitude.

Comment la fenêtre de Hanning résout le problème

En forçant le signal à zéro aux limites du bloc temporel, la fenêtre de Hanning supprime la discontinuité artificielle. La FFT détecte alors un signal périodique à transition fluide, qu'elle peut traiter avec beaucoup plus de précision. Il en résulte une réduction significative des fuites spectrales, conduisant à :

• Résolution de fréquence améliorée : L'effet de maculage est réduit et les pics de fréquence dans le spectre deviennent plus nets et plus clairement définis.
• Précision d'amplitude améliorée : Bien que la fenêtre réduise légèrement l'amplitude de crête globale (un facteur de correction connu est appliqué par l'analyseur pour compenser), la lecture d'amplitude au niveau de fréquence correct est plus précise car moins d'énergie s'est infiltrée dans les niveaux adjacents.

Quand utiliser une fenêtre Hanning

La fenêtre de Hanning est la fenêtre par défaut à usage général Pour la plupart des analyses vibratoires des machines en régime permanent. Il offre un excellent compromis entre la résolution fréquentielle (la capacité à séparer les fréquences proches) et la précision d'amplitude. Il convient à la grande majorité des mesures FFT de routine sur des machines telles que les moteurs, les pompes, les ventilateurs et les compresseurs.

D'autres fenêtres, comme Flattop (pour une précision d'amplitude élevée) ou Uniform (pour les événements transitoires), sont utilisées pour des applications plus spécialisées, mais Hanning est le choix standard pour les diagnostics généraux.

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