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500赫茲的聲音,一秒鐘響三下,可以產生3赫茲的次聲波嗎?

2021-05-04知識

答案是不會。這種物理現象有專門的名字叫拍頻。

我們常見的振動大都遵循線性定律,也就是說兩個振動同時作用時按線性疊加。所以當一個波的振幅(這裏暫時允許振幅為負)按正弦規律變化時,由三角恒等式可得:

sin(\omega_{R}t)\times cos(\omega_{S}t)=\frac{1}{2}\times(sin((\omega_{R}+\omega_{S})t)+sin((\omega_{R}-\omega_{S})t))

左側sin項表示頻率為 \omega_{R}/2\pi 的振動,cos項表示頻率為 \omega_{S}/2\pi 的「振幅隨時間的變化」(因為正負交替,所以看起來振幅變化的頻率是2倍,即 \omega_{S}/\pi ), \omega_{R} 遠大於 \omega_{S} 。而右側是兩個頻率分別為 (\omega_{R}+\omega_{S})/2\pi 和 (\omega_{R}-\omega_{S})/2\pi 的振動疊加。這說明: 一個振幅隨時間變化的振動,等效於兩個振幅相等,頻率在原頻率兩側且接近原頻率 (因為 \omega_{R} 遠大於 \omega_{S} ,所以 \omega_{R}-\omega_{S}\approx\omega_{R}+\omega_{S}\approx\omega_{R} ) 的振動的疊加。 其中沒有低頻率( \omega_{S} )振動的成分。

例子:上圖淺青色和品紅色的線表示兩個振動,下圖是兩者的疊加。(引自維基百科。)

題外話:雖然這個振動本身沒有低頻率的成分,但其包絡線確實是低頻率的,如果設法提取它的包絡線(當然這一提取器一定是非線性的系統),就可以得到低頻率的振動。這就是AM(調幅)廣播的原理,在電路領域稱為檢波。