线性常微分方程:高阶与方程组

拍(beats)

把两根吉他弦调到几乎相同的音高,一起拨响,你会听见一个单音在搏动——先响、再轻、又响,每秒数次。这种响度的缓慢脉动就是拍现象,正是当驱动频率接近、但不等于固有频率时受迫振动所产生的。

拍来自两个频率几乎相等的正弦相加。无阻尼受迫振子在接近、但不恰好处于共振时驱动,给出的解是两个余弦之差:cos(omega_1 t) - cos(omega_2 t),其中 omega_1 与 omega_2 相近。一个三角恒等式把它改写成乘积:2 sin((omega_1 - omega_2)t/2) 乘以 sin((omega_1 + omega_2)t/2):一个以平均频率的快速振荡,乘以一个以差频之半缓慢变化的包络。那个缓慢的包络就是你听到的“哇—哇”;其频率是两频率之差。

拍是共振的有界表亲——是你恰好偏离共振、而非恰在共振时所得到的。当驱动频率被调得越来越接近固有频率,拍的包络便拉得越来越长,在恰好的极限下包络周期变为无穷、振荡无界增长:拍便化为共振。乐手用拍来凭耳朵调音(调到搏动停止为止);同样的数学解释了无线电中的调幅以及耦合摆中的缓慢脉动。

x'' + 25x = cos(4t),以 4 驱动、固有频率为 5,其解正比于 cos 4t - cos 5t = 2 sin(t/2) sin(9t/2):一个频率为 9/2 的快速音,被困在缓慢搏动的包络 sin(t/2) 之内。

两个相近的频率相乘,化为一个被缓慢搏动包络所包裹的快速载波。

拍是有界现象(偏离共振);它并不是系统发散。它出现于无阻尼或轻阻尼的近共振情形——强阻尼会在包络能被听见之前就将其抹平。

又称
beat phenomenonbeating拍现象差拍