Mikä on neliöaalto?

Neliöaalto on eräänlainen aaltomuoto, jossa signaalilla on vain kaksi tasoa. Signaali vaihtaa näiden tasojen välillä säännöllisin väliajoin ja kytkin on hetkellinen. Nämä ominaisuudet tarkoittavat, että aallon kuvaaja tuottaa ajan myötä muodot, joissa on neliön muotoiset kulmat. Tällä aaltomuodolla on käytännön käyttötarkoituksia digitaalisissa piireissä ja musiikissa.
Useimmat aaltomuodot noudattavat erillistä kaavaa, jota kutsutaan siniksi. Tällaiset aaltomuodot vaihtavat edestakaisin kahden tason välillä asteittain siten, että aallon kuvaaja ajan mittaan on käyrien sarja. Meren aallot, kevyet aallot ja meren aallot noudattavat kaikki sinimallia, samoin kuin vaihtovirtajärjestelmän jännitetaso.

Kaikki muut aaltomuodot luokitellaan ei-sinimuotoisiksi aaltomuodoiksi. Tunnetuimpia näistä, mukaan lukien neliö-, kolmio- ja sahahammasaaltomuodot, sisältävät myös signaalin, joka vaihtelee kahden tason välillä. Kuitenkin jokainen näistä käyttäytyy eri tavalla, jolle on tunnusomaista, onko kytkin jompaankumpaan tai molempiin suuntiin hetkellinen vai asteittainen, kuinka kauan kytkin kestää ja kuinka kauan kytkinten välillä kuluu. Nimet tulevat siitä, miten aallon kuvaaja tuottaa ajan myötä sopivan muodon. Neliöaallon hetkelliset muutokset molempiin suuntiin tarkoittavat sitä, että kuvaaja on linnan tornin muotoinen.

Neliöaalto on melko yksinkertainen keinotekoisesti generoitava. Tämä tekee siitä erityisen sopivan varmistamaan, että piirin eri osat synkronoidaan oikein. Aallon säännöllinen kuvio toimii ajoituslaitteena. Sitä voidaan käyttää myös musiikin äänien syntetisointiin. Ääniaalto, joka seuraa neliömäistä aaltomallia, kuulostaa puhaltimilta, kuten sarvilta, pasuunoilta ja saksofoneilta.

Todellisuudessa on mahdotonta luoda täydellistä neliöaaltoa. Tämä johtuu siitä, että sen luomiseen käytettävälle laitteelle on joitain fyysisiä rajoituksia. Esimerkiksi laitteen sähköpiireissä käytetyillä johdotuksilla on jonkin verran vastusta, mikä viivästyttää jännitetasojen muutosta.

Neliöaalto tunnetaan joskus myös Rademacher -funktiona. Tämä nimi tulee Hans Adolph Rademacherilta, saksalaiselta matemaatikolta, joka muutti Yhdysvaltoihin. Sen lisäksi, että hän osallistui omaan työhönsä matemaattiseen opiskeluun, hän opetti lukuisia opiskelijoita, joista tuli myös alan johtavia tutkijoita ja tutkijoita.