Csúszka Lab átviteli függvények és alkalmazott leképezések

A csúszka (szlider bar) a felhasználótól egy x pozíciót kap, az alkalmazás viszont egy egészen más tartományú y értékre van szüksége. Az átviteli függvény köti össze a kettőt. Ez az oldal az L0 lineáris csúszkát és három app oldali leképezését (közvetlen átvétel, ln, exp) mutatja meg példákkal.

1. Jelölések

\(x\)a csúszka pozíciója, \(x \in [0,1]\) \(y\)az átviteli függvény értéke \(x\) esetén \(y=f_{Slider}(x)\)a csúszka átviteli függvénye \(L_0\)a vizsgált csúszka \(y_{L_0}=f_{L_0}(x)\)az \(L_0\) csúszka átviteli függvénye (lineáris csúszka) \(y_{L_0,app}=f_{L_0,app}(y_{L_0})\)az alkalmazott érték: az \(y_{L_0}\)-ra még egy leképezést teszünk

2. Az \(L_0\) csúszka (lineáris)

Az egyszerű lineáris csúszka az \(x \in [0,1]\) pozíciót egyenletesen képezi le az \([y_{\min,L_0},\, y_{\max,L_0}]\) intervallumra:

\[ y_{L_0} = y_{\min,L_0} + \left(y_{\max,L_0} - y_{\min,L_0}\right)\cdot x \]

Az \(L_0\) csúszka paraméterei (átírhatók, az oldal azonnal újraszámol):

\(y_{\min,L_0} =\) a legkisebb kimenet (\(x=0\) esetén) \(y_{\max,L_0} =\) a legnagyobb kimenet (\(x=1\) esetén)

Behelyettesítve:

Speciális eset: \(y_{\min}=0\) és \(y_{\max}=1\) esetén \(y_{L_0}=f_{L_0}(x)=x\), vagyis a csúszka pozíciója közvetlenül a kimenet.

0,50
Pozíció: x = – Kimenet: yL0 = –

3. Az app oldali leképezés: \(y_{L_0,app}\)

A csúszka kimenetét, az \(y_{L_0}\) értéket az app nem feltétlenül használja közvetlenül, hanem még egy függvényen átengedheti:

\[ y_{L_0,app} = f_{L_0,app}\!\left(y_{L_0}\right) \]

Ez a függvény az app oldalon van, a csúszka működését nem érinti: az \(L_0\) minden esetben ugyanaz a lineáris csúszka. Három leképezést nézünk meg:

App oldali leképezés\(f_{L_0,app}\)\(y_{L_0,app}\)Tartomány (\(x\in[0,1]\))
közvetlen átvétel\(\mathrm{id}\)\(y_{L_0}\)–
ln-leképezés\(\ln\)\(\ln(y_{L_0})\)–
exp-leképezés\(\exp\)\(e^{\,y_{L_0}}\)–

A logaritmus csak pozitív \(y_{L_0}\)-ra értelmezett, ezért kell \(y_{\min,L_0}>0\). A három leképezés ugyanarra az x pozícióra az alábbi kártyákon látható, a görbén a pont az aktuális állást jelöli.

4. Közvetlen átvétel: \(y_{L_0,app} = \mathrm{id}(y_{L_0}) = y_{L_0}\)

Az app változatlanul veszi át a csúszka kimenetét, tehát x egyenletes mozgatása egyenletes változást ad az app oldalon is.

5. ln-leképezés: \(y_{L_0,app} = \ln(y_{L_0})\)

A logaritmus a kis \(y_{L_0}\) értékeknél gyorsan, a nagyoknál lassan változik, és \(y_{L_0}<1\) esetén negatív. A csúszka elején tehát finom, a végén durva a „felbontás”: a nagy értékeket összenyomja.

6. exp-leképezés: \(y_{L_0,app} = e^{\,y_{L_0}}\)

Az exponenciális épp fordítva viselkedik: a csúszka elején alig változik az érték, a vége felé hirtelen megugrik (a csúszka végén ). Hasznos, ha nagyságrendeken át kell változtatni az értéket.

Ez a leképezés adja a hétköznapi „logaritmikus csúszkát” (hangerő, frekvencia), bár a számolás exponenciális függvénnyel történik: a csúszka egyenlő lépéseihez az érték egyenlő szorzása tartozik. Részletesen lásd a 7. pontban.

7. Kitérő: a hétköznapi „logaritmikus csúszka”

Logaritmikus csúszka = exp-leképezés. A név arra utal, hogy a csúszka kimenete az app oldali érték logaritmusa (\(\ln(y_{L_0,app})=y_{L_0}\)). Az érték kiszámolása viszont exponenciális függvénnyel történik: \(y_{L_0,app}=e^{\,y_{L_0}}\). A „logaritmikus” tehát a skála jellegét írja le, a függvény, amivel számolunk, az exp.

Hangerőszabályzónál, frekvenciánál, zoomnál „logaritmikus csúszkát” szoktak használni. Hogy mit jelent, azt a lineáris csúszkával összevetve a legkönnyebb látni:

Miért kell ez? A fülünk az arányokat érzékeli, nem a különbségeket. A 100 Hz → 200 Hz ugyanakkora zenei ugrás (egy oktáv), mint az 1000 Hz → 2000 Hz, pedig az első különbsége 100, a második 1000 Hz. Egy 20–20 000 Hz-es lineáris csúszka elején a mély hangok alig lennének finoman állíthatók. Logaritmikus csúszkánál minden oktáv ugyanannyi csúszkahosszat kap.

Mi köze ennek a logaritmushoz? Az „egyenlő lépés → egyenlő szorzás” azt jelenti, hogy az érték logaritmusa egyenlő lépésekben nő, vagyis lineárisan. A 100 → 200 → 400 → 800 sorozaton különböző alapokkal:

érték\(\log_2\)\(\log_{10}\)\(\ln\)
1006,6442,0004,605
2007,6442,3015,298
4008,6442,6025,991
8009,6442,9036,685
lépésenként+1+0,301+0,693

Melyik logaritmus? Bármelyik: mindhárom oszlopban egyenletesen nő a szám, csak a lépés nagysága más, mert az alap megváltoztatása egy konstanssal szorozza a logaritmust. A skála attól még logaritmikus. Az oldalon a természetes logaritmus (\(\ln\), alapja \(e\)) szerepel, mert az exp-leképezés \(e^{y}\)-t használ.

Nálunk (a 2. pontban beállított határokkal) a csúszka kimenete maga a logaritmus:

\(x\)00,10,20,3

Minden lépésnél ugyanaz a szorzó, nem ugyanaz az összeg. Az exp-leképezés tehát visszafelé számol: a csúszka az \(\ln\)-értéket adja, az exp ebből állítja elő az értéket.

Más alappal, gyakorlati példa: egy 20–20 000 Hz-es frekvenciacsúszkánál kényelmes a \(\log_{10}\), mert 3 nagyságrendet fog át:

\[ f = 20\cdot 1000^{x},\qquad \log_{10}(f) = \log_{10}(20) + 3x \]

Ugyanaz a szerkezet, mint nálunk, csak a határok és az alap mások.

Az ln-leképezés ennek a fordítottja, ezért az nem „logaritmikus csúszka” a hétköznapi értelemben: az összenyomja a nagy értékeket. A két név (logaritmikus csúszka, ln-leképezés) könnyen összekeverhető, érdemes figyelni rá.

8. Példák: táblázat

Néhány pozíció kiszámolva. Az aktuálisan beállított x-hez tartozó sor kiemelt.

\(x\)\(y_{L_0}\) (közvetlen átvétel)\(\ln(y_{L_0})\) (ln-leképezés)\(e^{y_{L_0}}\) (exp-leképezés)

Számolt példa az aktuális x-re: