畳み込みの計算は、その固有の特性を利用することで簡略化できます。
交換律は、LTI (線形時不変) システムの入力とインパルス応答は、出力に影響を与えずに交換できることを示しています。
結合律は、3 つの関数の結合された畳み込みは、畳み込みの順序に関係なく変更されないことを示しています。たとえば、3 つの関数 x(t)、h_1(t)、および h_2(t) は次のように記述されます。
インパルス応答を持つ 2 つの LTI システムを直列に接続すると、結合法則を使用してそれぞれの方程式を結合し、個々のインパルス応答の畳み込みである同等の接合インパルス応答を導出できます。
分配律により、複数の入力信号の合計に対する畳み込み演算が可能になり、複雑なインパルス応答をより単純な要素に分解できます。数学的には、次のように表されます。
時間シフトの法則は、時間不変システムの入力を遅らせると、出力が同じ量だけ遅れることを意味します。同様に、システムに組み込みの遅延がある場合、出力は入力遅延とシステム遅延の合計だけ遅れます。時間シフト t_0 は次のように表されます:
計算上、この法則により、信号の対称性または因果関係を利用して畳み込み演算を簡素化し、信号を遅らせたり進めたりすることができます。
これらの法則 (可換律、結合律、分配律、時間シフト) は、LTI システムでの畳み込み演算を簡素化するための基本的なツールであり、複雑な信号処理タスクをより管理しやすく効率的にします。
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