Memahami Kebocoran Spektral

Definisi: Apa itu Kebocoran Spektral?

Kebocoran spektral adalah suatu bentuk kesalahan pengukuran yang terjadi pada saat Transformasi Fourier Cepat (FFT) Analisis sinyal. Ini adalah "pengolesan" atau penyebaran energi dari satu puncak frekuensi diskret ke dalam bin frekuensi yang berdekatan. Kebocoran ini dapat mendistorsi amplitudo dan frekuensi sinyal getaran yang sebenarnya, sehingga berpotensi menutupi sinyal yang lebih kecil atau menyebabkan diagnosis yang tidak akurat.

Akar Penyebabnya: Ketidaksinambungan

Kebocoran spektral disebabkan oleh pelanggaran asumsi dasar FFT. Algoritme FFT mengasumsikan bahwa blok data bentuk gelombang waktu terbatas yang dianalisisnya merupakan siklus tunggal sinyal periodik yang berulang sempurna. Agar periodik sempurna, nilai sinyal di akhir blok waktu harus identik dengan nilainya di awal.

Dalam praktiknya, ketika menganalisis sinyal getaran dunia nyata, hampir mustahil untuk menangkap blok waktu yang berisi jumlah siklus bilangan bulat yang tepat untuk setiap komponen frekuensi. Hal ini mengakibatkan pemegatan di mana akhir sinyal tidak sesuai dengan awal. Algoritma FFT menginterpretasikan lonjakan tajam ini sebagai peristiwa transien frekuensi tinggi, mirip dengan tumbukan. Transien buatan ini mengandung energi yang bukan bagian dari sinyal asli, dan energi inilah yang "bocor" ke berbagai frekuensi dalam spektrum yang dihasilkan.

Efek Kebocoran Spektral

Pengaburan energi yang disebabkan oleh kebocoran spektral memiliki dua efek negatif utama:

1. Akurasi Amplitudo Tereduksi: Energi yang seharusnya terkonsentrasi dalam satu bin frekuensi kini tersebar di banyak bin. Hal ini menyebabkan amplitudo puncak utama lebih rendah daripada nilai sebenarnya, sementara amplitudo bin "sidelobe" di sebelahnya dinaikkan secara artifisial.
2. Resolusi Frekuensi yang Dikurangi: Kebocoran bisa sangat parah sehingga sepenuhnya menyembunyikan puncak frekuensi yang lebih kecil di dekatnya. Sinyal kecil dari kerusakan bearing, misalnya, dapat hilang sepenuhnya di "pinggiran" kebocoran akibat puncak ketidakseimbangan 1X yang besar.

Solusinya: Jendela

Kebocoran spektral dikontrol dengan menggunakan jendela Fungsi. Jendela adalah fungsi matematika yang dikalikan dengan data bentuk gelombang waktu *sebelum* dikirim ke FFT.

Jendela yang paling umum digunakan untuk tujuan ini adalah Jendela HanningJendela Hanning memiliki bentuk lonceng halus yang meruncingkan sinyal hingga nol di awal dan akhir blok waktu. Tindakan meruncing ini memaksa ujung-ujung sinyal untuk menyesuaikan diri, sehingga secara efektif menghilangkan diskontinuitas buatan.

Dengan menghadirkan sinyal periodik yang halus pada FFT, fungsi windowing secara drastis mengurangi kebocoran spektral. Hal ini menghasilkan spektrum yang jauh lebih bersih dengan puncak yang lebih tajam dan tingkat derau yang lebih rendah, sehingga memungkinkan analisis yang lebih akurat dan sensitif.

← Kembali ke Indeks Utama