Die FFT geht implizit davon aus, dass ihr Eingangssignal periodisch ist. In der Realität ist das fast nie der Fall – wir greifen einen endlichen Ausschnitt aus einem stetigen Signal und werten ihn aus. Dieser Schnitt erzeugt einen Sprung am Frame-Rand, der sich im Spektrum als Leckeffekt bemerkbar macht: scharfe Frequenzlinien werden zu breiten, verwaschenen Bergen.
Der Leckeffekt – konkret
Beispiel: Sie messen einen reinen 1-kHz-Sinus mit fs = 51,2 kHz, N = 8 192. Die Frequenzauflösung ist Δf = 6,25 Hz. Wenn die 1-kHz-Linie genau auf eine FFT-Bin fällt, sehen Sie einen sauberen Peak. Wenn sie zwischen zwei Bins liegt (z. B. bei 1 003 Hz), verschmiert die Energie über fünf bis zehn Bins. Eine zweite, schwächere Linie in der Nähe verschwindet im Leckrauschen.
Die Lösung: das Signal sanft auslaufen lassen
Eine Fensterfunktion w(n) wird elementweise mit dem Signal multipliziert:
Sie soll am Frame-Anfang und -Ende auf null abfallen, sodass kein Sprung mehr entsteht. Der Preis: das Signal wird in der Mitte stärker gewichtet als an den Rändern, und die Frequenzauflösung wird breiter.
Die wichtigsten Fenster im Vergleich
Rechteckfenster
Kein Fenster – einfach abschneiden. Schmalste Hauptkeule (höchste Frequenzauflösung), aber starke Nebenkeulen (–13 dB). Nur sinnvoll, wenn das Signal von Natur aus periodisch im Frame ist (z. B. exakt synchron getriggerte Anregung).
Hann-Fenster
Klassiker für allgemeine Spektralanalyse. Hauptkeule 1,5× breiter als Rechteck, Nebenkeulen bei –31 dB. Gute Balance.
Hamming-Fenster
Nebenkeulen bei –43 dB, etwas höhere Hauptkeulendämpfung als Hann. Beliebt in Kommunikationstechnik.
Blackman-Harris-Fenster
Sehr starke Nebenkeulendämpfung (< –90 dB). Hauptkeule deutlich breiter (4×). Empfohlen, wenn schwache Linien neben starken erkennbar sein müssen.
Flat-Top-Fenster
Speziell für Amplitudenmessung optimiert. Sehr breite Hauptkeule (5×), aber Amplitudenfehler < 0,01 dB. Standard in der Kalibriertechnik.
Vergleichsmatrix
| Fenster | Hauptkeule | Höchste Nebenkeule | Amplitudenfehler | Empfehlung |
|---|---|---|---|---|
| Rechteck | 1,0 | −13 dB | 0 dB / 3,9 dB max | periodische Signale |
| Hann | 1,5 | −31 dB | 1,5 dB max | Standard NVH |
| Hamming | 1,4 | −43 dB | 1,7 dB max | Kommunikation |
| Blackman-Harris | 4,0 | −92 dB | 0,8 dB max | schwache neben starken |
| Flat-Top | 5,0 | −70 dB | < 0,01 dB | Amplitudenmessung |
Entscheidungsleitfaden
- Eigenfrequenzdetektion (Resonanzanalyse): Hann oder Blackman-Harris, je nachdem ob nahe liegende Modi getrennt werden müssen.
- Ordnungsanalyse an Motoren: Hann (Standard) oder Hamming.
- Pegelmessung / Kalibrierung: Flat-Top.
- Triggergesynchronisierte Hammeranregung: Rechteckfenster (das Signal endet ohnehin in der Ausschwingphase).
Was Sie sich merken sollten
Es gibt kein „bestes" Fenster – nur das passende für Ihre Aufgabe. Das richtige Fenster spart Ihnen scheinbare Fehler im Spektrum und verhindert, dass Sie reale Defekte im Leckrauschen verlieren. SonicTC bietet alle gängigen Fenster bauteilindividuell parametriert.
