Séries de Fourier — synthèse harmonique

Du spectre au signal : additionner, déphaser, reconstruire.

Somme s(t)HarmoniquesSignal idéal

Signal de référence

Amplitude idéale : ±1. Les coefficients sont conservés quand N diminue.

Construction

Éditer le spectre

Affichage & exploration

Survolez ou touchez le signal pour lire s(t). Les phases sont exprimées en degrés.

Documentation — séries de Fourier

1. Principe et convention

Le signal périodique est reconstruit par superposition :

sN(t) = c₀ + N∑n = 1 An sin(nω₀t + φn).

La fondamentale a pour fréquence f₀ et pour période T₀ = 1/f₀. La pulsation est ω₀ = 2πf₀. Les amplitudes Aₙ sont positives ou nulles ; les phases sont réglées en degrés. Le graphe temporel présente deux périodes. Les amplitudes sont en unités arbitraires.

2. Lire et modifier le spectre

3. Préréglages

Les signaux idéaux ont une amplitude de ±1 et une moyenne nulle. Choisir un préréglage réinitialise les coefficients et c₀, en conservant N et f₀.

Après modification, le spectre devient « personnalisé ». « Rétablir les coefficients » restaure le dernier préréglage choisi. Le signal idéal reste celui de ce préréglage, sans suivre vos modifications de phases ou de c₀.

4. Affichage et animation

Superposez les harmoniques pour visualiser chaque contribution oscillante (sans c₀), et comparez leur somme au signal idéal en pointillés. L’échelle automatique ajuste la hauteur visible ; désactivez-la pour conserver une échelle fixe (les grandes amplitudes peuvent alors sortir du cadre). « Animer » déplace une sonde à vitesse pédagogique ; il ne change pas le signal. « Origine » ramène la sonde au début. Survoler ou toucher le signal permet une lecture locale de t et s(t).

5. Valeur efficace, THD et convergence

Sur une période, le théorème de Parseval donne s²eff = c₀² + ½ ∑ Aₙ². La THD vaut 100 × √(∑n≥2 Aₙ²)/A₁ : elle exclut la composante continue et devient indéfinie si A₁ = 0 (affichage « — »). Elle ne porte que sur les rangs retenus.

Pour le créneau, les dépassements près des sauts illustrent le phénomène de Gibbs : ils se resserrent quand N augmente, mais leur hauteur tend vers environ 9 % du saut. Aux discontinuités, la série converge vers la moyenne des limites à gauche et à droite. Le triangle converge plus vite grâce à ses amplitudes en 1/n².

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VG
Vincent GRENARD
À l’aide d’IA.
Certaines des animations sont inspirées des excellentes animations de l’université de Nantes.