了解漢寧視窗
The 漢寧窗 （更正式的名稱為漢視窗，以 Julius von Hann 命名）是一種平滑的鐘形加權函數，應用於一組 時間波形 資料，然後再傳遞給 快速傅立葉轉換 (FFT)。它是所有 加窗 函數中使用最廣泛的 振動分析，其唯一目的是抑制稱為 頻譜洩漏的測量偽影。當視窗與擷取的信號相乘時，它會迫使振幅在時間區塊的開始和結束處平滑地降至零，同時保持信號中心基本不變。
1. 定義：什麼是漢寧視窗？
在數學上，漢寧視窗是一個抬升的半餘弦：每個時間樣本都乘以一個係數，該係數從第一個樣本處的零開始上升，在區塊中間達到 1，並在最後一個樣本處回落至零。該曲線遵循對稱形式 w(n) = 0.5 − 0.5·cos(2πn/(N−1))，其中 n 是樣本索引，範圍從 0 到 N−1 與 N 是區塊長度。（許多 FFT 分析儀採用密切相關的週期變體，該變體除以 N 而非 N−1，並使最後一個樣本略高於零；對於實際的機械頻譜，這種差異可以忽略不計。）形狀之所以重要，是因為它會溫和地衰減資料，而不是突然截斷。透過將端點降至零，加視窗的區塊可以首尾相接地重複，而不會產生任何突然的階躍——這正是 FFT 暗中假設的條件。
2. 為什麼需要視窗：頻譜洩漏
FFT 將接收到的有限樣本區塊視為 信號的一個完美、無盡重複的週期 。只有當每個頻率成分的整數個週期精確地適合區塊時，該假設才成立。對於真實機器——軸速略有漂移，並且同時存在許多無關的頻率——這幾乎從不成立。
當捕獲非整數個週期時，區塊的結尾與開頭不對齊。FFT 將產生的不匹配解釋為區塊邊界處的尖銳跳變或不連續。該人工步驟攜帶的能量不是真實信號的一部分，並且能量「洩漏」到周圍的頻率 bin 中 頻譜。後果是：
- 模糊： 單一的尖銳頻率峰值擴散成一個寬闊的裙狀隆起，使得精確頻率難以 pinpoint。
- 遮蔽： 強峰周圍升高的噪聲底層可以完全掩埋一個小的、附近的峰值——例如，一個低水平的軸承音調靠近一個主導的 運轉速度 (1×) 成分。
3. 漢寧視窗如何解決問題
由於視窗迫使信號在兩個邊界處為零，人工不連續性消失。FFT 現在看到一個平滑過渡、真正週期性的區塊，並更忠實地處理它。洩漏大幅減少，這帶來兩個實際好處：
- 更好的頻率定義： 模糊被控制，因此峰值變窄且清晰分離。緊密排列的特徵——例如 運轉速度諧波 靠近 軸承故障頻率 ——保持區分。
- 更好的振幅精度： 衰減資料確實會降低表觀電平，因此分析儀會應用視窗校正係數——而正確的係數取決於正在讀取的內容。對於離散音調的振幅，漢寧視窗的相干增益為 0.5，因此振幅校正為 2.0（+6.02 dB）。對於寬頻或噪聲電平，則適用 1.633（√(8/3)）的能量（RMS）校正，因為視窗的等效噪聲帶寬為 1.5 個頻點。您的儀器使用哪種校正屬於其顯示慣例的一部分——大多數分析儀會自動應用。由於較少的能量洩漏到相鄰頻點，在正確頻點報告的振幅更值得信賴。
唯一的代價是主瓣的輕微加寬——漢寧視窗化的音調大約四個 bin 寬。如果兩個頻率靠得比這更近，您需要更高的解析度而不是不同的視窗；調整設置的快速方法是 FFT 解析度計算器，它關聯區塊長度、採樣率和線間距。
4. 何時使用漢寧視窗
漢寧視窗是 默認、通用選擇 幾乎所有穩態機械振動測量。它在頻率解析度（分離接近的峰值）和振幅精度（讀取正確水平）之間取得了極佳的平衡。對於馬達、泵、風機和壓縮機的常規 FFT 頻譜，它在絕大多數情況下都是正確的設置——並且它是便攜式雙通道 Balanset-1A 在現場計算診斷頻譜時應用的視窗，在那裡軸速從不完全恆定，否則洩漏會破壞結果。
5. 漢寧與其他視窗的比較
漢寧視窗不是唯一的選項，選擇正確的視窗取決於您試圖提取的內容：
- 扁平頂： 故意犧牲頻率解析度以獲得非常高的振幅精度。當校準感測器或讀取單一主導音調的精確水平時，它是首選視窗。
- 均勻（矩形 / 「無視窗」）： 根本不應用變細。它保留用於瞬態和衝擊事件——例如 敲擊測試 ——這些事件在區塊內已經開始和結束於零，因此不需要視窗。
- 漢寧： 平衡的中間地帶，因此是日常診斷的標準。
簡而言之，當振幅必須精確時選擇扁平頂，當捕獲自包含的瞬態時選擇均勻，其他情況選擇漢寧——這是最多的時候。
