線性常微分方程:高階與方程組

拍(beats)

把兩根吉他弦調到幾乎相同的音高,一起撥響,你會聽見一個單音在搏動——先響、再輕、又響,每秒數次。這種響度的緩慢脈動就是拍現象,正是當驅動頻率接近、但不等於固有頻率時受迫振動所產生的。

拍來自兩個頻率幾乎相等的正弦相加。無阻尼受迫振子在接近、但不恰好處於共振時驅動,給出的解是兩個餘弦之差:cos(omega_1 t) - cos(omega_2 t),其中 omega_1 與 omega_2 相近。一個三角恆等式把它改寫成乘積:2 sin((omega_1 - omega_2)t/2) 乘以 sin((omega_1 + omega_2)t/2):一個以平均頻率的快速振盪,乘以一個以差頻之半緩慢變化的包絡。那個緩慢的包絡就是你聽到的「哇—哇」;其頻率是兩頻率之差。

拍是共振的有界表親——是你恰好偏離共振、而非恰在共振時所得到的。當驅動頻率被調得越來越接近固有頻率,拍的包絡便拉得越來越長,在恰好的極限下包絡週期變為無窮、振盪無界增長:拍便化為共振。樂手用拍來憑耳朵調音(調到搏動停止為止);同樣的數學解釋了無線電中的調幅以及耦合擺中的緩慢脈動。

x'' + 25x = cos(4t),以 4 驅動、固有頻率為 5,其解正比於 cos 4t - cos 5t = 2 sin(t/2) sin(9t/2):一個頻率為 9/2 的快速音,被困在緩慢搏動的包絡 sin(t/2) 之內。

兩個相近的頻率相乘,化為一個被緩慢搏動包絡所包裹的快速載波。

拍是有界現象(偏離共振);它並不是系統發散。它出現於無阻尼或輕阻尼的近共振情形——強阻尼會在包絡能被聽見之前就將其抹平。

又稱
beat phenomenonbeating拍现象差拍