Memahami Windowing dalam Analisis FFT

Definisi: Apa itu Fungsi Windowing?

A fungsi jendela, atau "jendela", adalah fungsi matematika yang diterapkan pada blok data bentuk gelombang waktu sebelum diproses oleh algoritma Transformasi Fourier Cepat (FFT). Bentuk jendela dirancang untuk mempersempit amplitudo sinyal hingga nol di awal dan akhir blok waktu. Proses ini merupakan langkah pemrosesan sinyal krusial yang meminimalkan jenis kesalahan spesifik yang dikenal sebagai kebocoran spektral, dengan demikian meningkatkan akurasi spektrum frekuensi yang dihasilkan.

Masalahnya: Kebocoran Spektral

Algoritma FFT memiliki asumsi inheren: ia mengasumsikan bahwa blok data waktu terbatas yang dianalisisnya merupakan siklus tunggal sinyal periodik yang berulang sempurna. Kenyataannya, hal ini hampir tidak pernah terjadi. Ketika akuisisi data dimulai dan berhenti, ia menciptakan diskontinuitas artifisial yang tajam pada batas-batas blok waktu karena akhir sinyal tidak sepenuhnya sesuai dengan awal.

FFT menginterpretasikan "lonjakan" tajam ini sebagai komponen frekuensi tinggi yang sebenarnya tidak ada dalam sinyal sebenarnya. Hal ini menyebabkan energi dari satu puncak frekuensi sejati "bocor" ke bin frekuensi yang berdekatan dalam spektrum. Efek kebocoran spektral meliputi:

• Akurasi Amplitudo Tereduksi: Amplitudo puncak yang diukur akan lebih rendah daripada nilai sebenarnya karena energinya telah tersebar.
• Puncak yang Melebar: Puncaknya akan tampak lebih lebar dan kurang jelas dari yang seharusnya.
• Kehilangan Resolusi: Kebocoran dapat meningkatkan tingkat kebisingan di sekitar puncak yang besar, sehingga puncak frekuensi yang lebih kecil di dekatnya tidak dapat dilihat.

Solusinya: Menerapkan Jendela

Fungsi windowing memecahkan masalah ini dengan memaksa sinyal agar periodik dalam blok waktu secara halus. Dengan mengalikan bentuk gelombang waktu mentah dengan fungsi windowing, amplitudo di awal dan akhir blok dikurangi hingga nol. Hal ini menghilangkan diskontinuitas yang tajam, yang secara efektif "mengelabui" FFT agar melihat sinyal yang halus dan kontinu.

Hasilnya adalah spektrum yang jauh lebih bersih dengan:

• Akurasi amplitudo meningkat secara signifikan.
• Puncak frekuensi yang lebih tajam dan lebih jelas.
• Tingkat kebisingan yang lebih rendah, memungkinkan sinyal kecil terlihat di samping sinyal besar.

Jenis-jenis Jendela Umum

Terdapat banyak fungsi windowing yang berbeda, masing-masing dengan karakteristik yang sedikit berbeda. Untuk analisis getaran mesin pada umumnya, satu window digunakan hampir secara universal:

Jendela Hanning

The Jendela Hanning Memberikan kompromi yang sangat baik antara resolusi frekuensi dan akurasi amplitudo, dan merupakan jendela yang direkomendasikan dan standar untuk hampir semua pengukuran getaran mesin standar. Kecuali Anda memiliki alasan yang sangat spesifik untuk melakukan sebaliknya, jendela Hanning sebaiknya selalu digunakan.

Jendela Lainnya

• Jendela Persegi Panjang (atau Seragam/Tidak Ada): Ini setara dengan menerapkan tanpa jendela. Resolusi frekuensinya terbaik, tetapi kebocoran spektralnya terburuk. Metode ini hanya cocok jika sinyal diketahui periodik sempurna dalam blok waktu atau untuk menganalisis peristiwa transien yang sangat tajam.

– Jendela Flattop: Jendela ini memberikan pengukuran amplitudo paling akurat, tetapi resolusi frekuensinya sangat buruk (puncaknya sangat lebar). Jendela ini digunakan untuk tujuan kalibrasi atau ketika amplitudo puncak yang tepat lebih penting daripada frekuensinya yang tepat.

– Jendela Hamming: Sangat mirip dengan jendela Hanning, dengan sedikit perbedaan.

Kapan Menggunakan Jendela

Aturan sederhana untuk pemantauan kondisi mesin adalah: selalu gunakan jendela Hanning untuk analisis spektral umum. Menonaktifkan jendela ini akan menghasilkan data yang tidak akurat dan berpotensi menyesatkan. Penganalisis getaran modern menerapkan jendela Hanning secara default karena sangat penting untuk menghasilkan spektrum frekuensi yang andal dan akurat.

← Kembali ke Indeks Utama