拍运算 信号中“拍”的概念 通信中“拍”的概念

我这有两个同方向但不同频率的谐振动 x 1 x_1 x1 x 2 x_2 x2,可以用旋转矢量 A 1 boldsymbol{A}_1 A1 A 2 boldsymbol{A}_2 A2 来表示, x 1 x_1 x1 x 2 x_2 x2 就是旋转矢量在 x x x 轴上的投影,
x 1 = A 1 cos ⁡ ( ω 1 t + φ 1 ) x 2 = A 2 cos ⁡ ( ω 2 t + φ 2 ) x_1=A_1cos(omega_1t+varphi_1) \ x_2=A_2cos(omega_2t+varphi_2) x1=A1cos(ω1t+φ1)x2=A2cos(ω2t+φ2)

A 1 boldsymbol{A}_1 A1 A 2 boldsymbol{A}_2 A2 的角速度不同,它们的合成矢量 A boldsymbol{A} A 不以恒定角速度旋转,这一点非常重要,这说明了他们的合成振动不再是谐振动。 A boldsymbol{A} A 沿 x x x 轴投影的振幅为,
A = A 1 2 + A 2 2 + 2 A 1 A 2 cos ⁡ ( ω 2 − ω 1 ) t A=sqrt{A_1^2+A_2^2+2A_1A_2cos(omega_2-omega_1)t} A=A12+A22+2A1A2cos(ω2ω1)t

虽然它不是谐振动了,不再符合 A cos ⁡ ( ω t + φ ) Acos(omega_t+varphi) Acos(ωt+φ) 的形式了,但它还是振动,只要是振动就有振幅的概念,并且振幅随时间周期性变化。

在这里插入图片描述

可以看出振幅在 A = A 1 + A 2 A=A_1+A_2 A=A1+A2 A = ∣ A 1 − A 2 ∣ A=|A_1-A_2| A=A1A2 间周期性变化,振动频率为,
v = ∣ ω 2 − ω 1 ∣ 2 π v=frac{|omega_2-omega_1|}{2pi} v=2πω2ω1

这里说的振动的频率是振幅从一次极大到另一次极大的变化,并不是说它是一个角频率为 ∣ ω 2 − ω 1 ∣ |omega_2-omega_1| ω2ω1 的谐振动。因为它并非匀速变化的。

当两个谐振动的频率相差很小时,就会出现“拍”的现象。我这里有两个初相为零,频率差很小,振幅相同的谐振动,
x 1 = A 1 cos ⁡ ω 1 t x 2 = A 2 cos ⁡ ω 2 t x = x 1 + x 2 = [ 2 A 1 cos ⁡ 1 2 ( ω 2 − ω 1 ) t ] cos ⁡ 1 2 ( ω 2 + ω 1 ) t x_1=A_1cosomega_1t \ x_2=A_2cosomega_2t \ x=x_1+x_2=left[2A_1cosfrac{1}{2}(omega_2-omega_1)tright]cosfrac{1}{2}(omega_2+omega_1)t x1=A1cosω1tx2=A2cosω2tx=x1+x2=[2A1cos21(ω2ω1)t]cos21(ω2+ω1)t

在这里插入图片描述

一定要明确,这里的合成信号已经不是一个谐振动了,它已经不再符合 A cos ⁡ ( ω t + φ ) Acos(omega_t+varphi) Acos(ωt+φ) 的形式了,只不过 1 2 ( ω 2 + ω 1 ) frac{1}{2}(omega_2+omega_1) 21(ω2+ω1) 是合成信号变化周期的主要原因。将 [ 2 A 1 cos ⁡ 1 2 ( ω 2 − ω 1 ) t ] left[2A_1cosfrac{1}{2}(omega_2-omega_1)tright] [2A1cos21(ω2ω1)t] 部分视为合成信号的幅度,可以看出它是一个谐振动。所以我们能够感受到“拍”。

所谓“拍”,是从音乐的角度来讲的。两个频率相近的信号,我们认为音调几乎一样,他们两个的合成信号,音调提升一倍,但是能够明显的感受到音量的周期性涨落,这就是一“拍”。