Calcular la convolución
Cuando cambia el intervalo, cambia la fórmula
La figura de arriba muestra el pulso de entrada fijo (dorado), el pulso volteado y deslizado (azul) y el área verde donde se solapan, y las dos líneas verdes discontinuas marcan los dos extremos del intervalo de integración. La figura de abajo es el triángulo que resulta de reunir esa área. Al mover la posición de deslizamiento t cambian el tramo actual y su fórmula, y la fórmula cambia en los puntos de quiebre t = 0, 1, 2.
Los puntos de quiebre dividen los intervalos
Un punto de quiebre es el instante en que uno de los dos bordes del pulso deslizado pasa por uno de los dos bordes del pulso fijo. En este ejemplo el solapamiento empieza en t = 0, es completo en t = 1 y termina en t = 2. Entre puntos de quiebre, los extremos del intervalo de integración son max(0, t − 1) y min(1, t), y las dos líneas verdes discontinuas de la figura son justamente esos dos extremos.
Integra en cada intervalo
Los dos pulsos tienen altura 1, así que su producto vale 1 en el solapamiento y la integral es simplemente la longitud del solapamiento. Para 0 ≤ t ≤ 1 esa longitud es t, así que la salida sube como y = t; para 1 ≤ t ≤ 2 la longitud es 2 − t, así que baja como y = 2 − t. Las dos rectas se encuentran en t = 1 y forman una cima de altura 1.
Las piezas se unen, las duraciones se suman
Las fórmulas de tramos vecinos toman el mismo valor en cada punto de quiebre, así que se unen sin cortes. La convolución de señales de tamaño acotado, como estos dos pulsos rectangulares, es siempre así una función continua. El ancho de la salida es la suma de los anchos de las dos entradas, aquí 1 + 1 = 2. Si los dos pulsos tuvieran anchos distintos, en lugar de un triángulo aparecería un trapecio de lado superior plano, pero el procedimiento de dividir en tramos e integrar sería exactamente el mismo.
De vuelta a la primera pantalla
Cada uno de los tres tramos rectos del triángulo salió de la integral sobre un intervalo. El tramo que sube es y = t en 0 ≤ t ≤ 1, el que baja es y = 2 − t en 1 ≤ t ≤ 2, y el 0 de ambos extremos es la zona exterior sin solapamiento. Las esquinas del triángulo quedaron exactamente en los puntos de quiebre t = 0, 1, 2 porque en cada uno de esos instantes un borde del pulso que se desliza pasaba por un borde del pulso fijo. Calcular una convolución consiste, al final, en hallar estos puntos de quiebre, dividir en tramos e integrar cada tramo.
Ya puedes manejar la convolución tanto como imagen como con fórmulas. En la próxima unidad, propiedades de los sistemas LTI, se leen las propiedades de un sistema solo a partir de la forma de su respuesta al impulso h. Si h vale 0 para t < 0, el sistema es causal, y si la integral de |h| es finita, es estable. Los sistemas unidos en serie y en paralelo se funden en una sola h gracias a las leyes asociativa y distributiva de la convolución, y la integración por tramos que acabas de aprender es la herramienta para hallar esa respuesta conjunta.