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[电路/定理]

波儿也有大小时

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Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 18:36 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 Lgz2006 于 2019-3-10 21:22 编辑

都是高手,太厉害了!
一帮大佬围着一个并不熟悉的专业领域评来论去。“拍就是频”,“拍不一定是频”,谁能一句话说得了这种模棱两可题目?
本楼更不专业,围观半天却也总结了一个思路。
1.“拍”是我们观察到的两个相近频率信号(f1,f2)线性混合(叠加)的结果,并无新意。为方便讨论,设它们都是等幅简谐信号,且两者大小一致,即幅度相等。
2.这里自然而然地引用了一个及其常用的概念名词——幅度。幅度变化的信号叫“波儿”,描述波儿的一个指标就是大小,专业一点就叫“幅度”。例如220V就是表示电网供电电压得大小。
3.两等幅不等频信号逐点算术求和,就“拍”出一个不在是幅度不变的等幅信号了。当我们观察这个“拍”出来的新波儿,可以发现它们就像是由(f1+f2)当面粉蒸出来的馒头,一个挨着一个摆在桌子上。关注新波儿们的基本特征:波浪式起伏,幅度做周期性变化。2个关键词:“幅度”和“周期”。
4.既然有波儿,那就肯定能测得能定义。既然有周期,并且处于f1f2同一个时间轴上,那么就有单位时间下周期数——拍频。
5.幅度大小是个标量了。把“拍”(f1+f2)整流(半波也行),取峰值,或均值,或方均根,甚至取对数都行,再算法光滑或低通滤波,得到一条没有f1和f2的呈周期状的包络曲线。
6.对这条“拍波儿”包络曲线做频谱分析,得到一组频率f(f1-f2),f2(f1-f2),f3(f1-f2)......
最后,我们关注“拍波”,实际是关注它叠加后的幅度。这个幅度的变化具有稳定周期,这个“拍频”是由基频为(f1-f2)及其谐波组成。
3个高亮大号字关键词:幅度,绝对值化,光滑处理

相关帖子

沙发
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 19:16 | 只看该作者
两波相加,没有新的频率产生。
拍有节奏,可以被感知到幅度的周期性变化。“拍”的频率具有明显性。
平方功率化,虽然歪打歪着,完成了标量化,但未光滑滤波,物理意义不明确,拍频论证牵强。

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板凳
xukun977| | 2019-3-10 19:16 | 只看该作者
我原话(拍频未必是频)简明,是因为我感觉论坛里十之七八都懂点傅里叶。
只要懂傅里叶,必定知道谐波函数的叠加,结果未必是周期函数!碰上单独的无理数等,就残废了


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地板
xukun977| | 2019-3-10 20:00 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-10 20:04 编辑

网友学习软件知识






现在的软件,朝着傻瓜式方向发展。所以比古时候的软件好用多了,容易上手。




先输入个100Hz正弦波:






在输入个103Hz正弦波:




两个相加:



FFT或spectrum或power spectrum:


一个100Hz,一个103Hz




H大师,睁大眼看清了,软件不撒谎!













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5
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 20:15 | 只看该作者
这个没毛病。
一个是题目“拍频未必是频”过于简练,直接回答“是”或“不是”都对都不对。二个是“拍频”可感知可测可定义。

无端将两混合频率信号平方功率化,其实本质变成“非线性混合”,当然就产生新的频率了。“无端”,是因为它没有物理意义,只是凑答案罢了。

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6
captzs| | 2019-3-10 20:23 | 只看该作者
虽然如鸭子听雷,起码可能听到雷声。收音机的超外差的中频,算不算“拍”?

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captzs 2019-3-10 21:31 回复TA
我的收获是分清“拍”与"外差",其它不跟进,粗浅的就行。多谢二位! 
Lgz2006 2019-3-10 20:41 回复TA
@captzs :那是标准的非线性差(混、变)频。 
captzs 2019-3-10 20:31 回复TA
@maychang :谢谢! 
maychang 2019-3-10 20:28 回复TA
不算。 
7
maychang| | 2019-3-10 20:30 | 只看该作者
本帖最后由 maychang 于 2019-3-10 20:36 编辑
Lgz2006 发表于 2019-3-10 20:15
这个没毛病。
一个是题目“拍频未必是频”过于简练,直接回答“是”或“不是”都对都不对。二个是“拍频” ...

《简明电路分析基础》李翰荪455页 电阻的平均功率

为计算平均功率,作者先计算瞬时功率,再对一个周期积分。计算瞬时功率的过程,说明了功率变化的频率是电压或者电流变化的频率的二倍。

不是“无端”。




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Lgz2006 2019-3-10 20:39 回复TA
无端,是指它没有针对“拍波”的物理意义。 
8
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 20:35 | 只看该作者
如果说
拍频即是拍的幅度随时间做周期性变化
,何必处心积虑用“功率”呢?其实只是误打误撞了“绝对值化”而已。若不做光滑处理。就不能视为是对“拍波”做的数学定义。是杜撰是凑答案是打哪儿指哪儿。

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9
maychang| | 2019-3-10 20:39 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2019-3-10 20:35
如果说,何必处心积虑用“功率”呢?其实只是误打误撞了“绝对值化”而已。若不做光滑处理。就不能视为是对 ...

问题就在于“拍频即是幅度随时间周期性变化”不够准确。幅度忽大忽小,依老兄所说,“未光滑滤波,物理意义不明确”。

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Lgz2006 2019-3-10 21:58 回复TA
老chang,你没理解我主题中的“幅度”,它是有特定指向和来源的——等幅波的幅,220V的幅,比较信号大小的幅,区别于瞬时值之幅。 
10
maychang| | 2019-3-10 20:40 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2019-3-10 20:35
如果说,何必处心积虑用“功率”呢?其实只是误打误撞了“绝对值化”而已。若不做光滑处理。就不能视为是对 ...

其实,功率变化的频率,并不仅仅是两个频率之差这一个频率,还有其它频率。
所以我在HWM那帖中说“之一,就对了”。

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maychang 2019-3-12 16:23 回复TA
@Lgz2006 :功率只能说是信号叠加的产物,并不是信号本身。 
maychang 2019-3-12 16:22 回复TA
@Lgz2006 :“功率”不能说是波吧?另外,功率也不是信号的叠加。 
Lgz2006 2019-3-12 11:52 回复TA
所谓“功率波”因“平方”而不再是“信号叠加”了。另外,功率波相加本身也有毛病。 
11
maychang| | 2019-3-10 20:45 | 只看该作者





《费恩曼物理学讲义》第一卷496页

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12
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 20:49 | 只看该作者
讨论拍波的意义在于“它作用于物体,并被感知其大小的变化”,也即只关心它的具有一定节拍频率的幅度波动。这种波动的正确描述就是对某值的“蒸馏+铝箔”。“某值”另论。

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13
maychang| | 2019-3-10 20:50 | 只看该作者
前帖中(48.6)式,就是nethopper《拍频就是频率》中解释拍频的公式(三角函数和差化积),二者完全一样(也不可能不一样)。

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14
maychang| | 2019-3-10 20:52 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2019-3-10 20:49
讨论拍波的意义在于“它作用于物体,并被感知其大小的变化”,也即只关心它的具有一定节拍频率的幅度波动。 ...

明天要早起,我要下线了。明天晚上接着和老兄聊。886

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Lgz2006 2019-3-10 21:04 回复TA
晚安! 
15
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 21:04 | 只看该作者
注意一点,我们都不是专业,因此也不宜深入理论探讨,只能用更能达成共识的更基础知识来说明问题,配以仿真手段来证实。
例如,线性叠加不产生新的频率。或者说,拍波不可能分解出f1,f2之外的第三频率。这是定理,不容以各种理由否定。
那么,拍波存在并传递出来的“频”信息,只是被感知出来的大小变化。感知了什么?某值。

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16
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 21:15 | 只看该作者
我注意到一点,那个和差化积(半角公式?)函数式不能代表物理机制的进行方向也可逆,除非能够分解出和/和型数学式。定理能破么?

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17
Lgz2006|  楼主 | 2019-3-10 21:37 | 只看该作者
不是说不可以平方功率化,而是
取峰值,或均值,或方均根,甚至取对数都行

,而是看透了采用平方功率化的原意。
具体取用什么值,要看具体作用物体对象。例如,将拍波加热白炽灯,肉眼就可观察拍频,分析就用方均根。而热惰性就是光滑处理。
这是最好的例子:频,功率,滤波,都有了。

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18
xukun977| | 2019-3-10 22:16 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-10 22:18 编辑

头脑非常简单,就像幼儿园小朋友找课本中圆、正方形等简单图形的不同一样。


例如说到拍频的强度,里面有个2倍关系,人家迅速想到元件储能/耗能公式中,也有个2倍。








此2倍,和彼2倍,意思相差10万八千里,不能霸王硬上弓,生搬硬套。







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19
maychang| | 2019-3-11 12:42 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2019-3-10 21:37
不是说不可以平方功率化,而是
,而是看透了采用平方功率化的原意。
具体取用什么值,要看具体作用物体对象 ...

老兄建议用白炽灯观察“拍频”,很好。
待我休息一下,再回复。

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20
maychang| | 2019-3-11 20:18 | 只看该作者
本帖最后由 maychang 于 2019-3-16 16:32 编辑
maychang 发表于 2019-3-11 12:42
老兄建议用白炽灯观察“拍频”,很好。
待我休息一下,再回复。

  我曾在技术交流版面发过《格物致知01 拍频》,链接在这里。
  没想到这个拍频问题在模拟版面引起了非常热闹的讨论,我感觉不能不再说几句。
  我发的《格物致知01 拍频》,初衷是尽量少使用数学推导,而是用波形来说明“拍”现像的成因以及拍频的频率。现在看,说明远不够透彻。
  “拍”最早是声学中研究的现像,但实际上,“拍”现像不仅是在声学中存在,而且在力学、光学、电路(电工学)、电磁学……中存在。只要有两个某种物理量的振动,就可能产生“拍”现像。
  另一方面,“拍”现像与频率无关。1kHz左右的振动可能产生“拍”现像,1MHz左右的振动也可能产生“拍”现像,1Hz左右的振动也可能产生“拍”现像。
  下面是当初《格物致知01 拍频》中的附图,重新贴在这里。

          图(01)
  图中是一个100Hz和一个110Hz的电压信号,示波器的两个通道分别显示两个信号的波形。绿色箭头所指处两个信号瞬时值几乎完全抵消,而红色箭头所指处两个信号瞬时值互相加强。

          图(02)
  图(02)是两个信号作用于一个电阻上,示波器显示的是两个电压信号的叠加。图中可见,绿色箭头所指处合成振动的幅度相当小,几乎为零,红色箭头所指处合成振动的幅度几乎是两个信号峰值的二倍。这就是“拍”现像。
  图中两个电压信号频率是100Hz和110Hz。如果两个电压信号频率是1.01Hz和0.99Hz,还会出现“拍”现像吗?
  当然会!根据Lgz2006老兄建议,我们把图(02)中电阻R1换成手电筒当中的小灯泡(额定电压2.5V)。显然,小灯泡的发光强度与灯泡消耗功率正相关。功率越大,发光越强。
  两个电压信号频率是1.01Hz和0.99Hz,示波器上波形仍然和图(02)相似。我们把示波器显示波形放大一些,是为图(03)。注意图(03)仅仅是示意,并未按照比例画出。

        图(03)
  根据nethopper贴出的和差化积拍频公式:

          图(04)
  式(2)中后一个括号中频率是1.01Hz与0.99Hz之和的一半1Hz,所以图(03)中两个正向“峰”之间的时间是1秒,两个负向“峰”之间的时间也是1秒。
  但是,小灯泡在电压正向“峰”时发光,电压负向“峰”时也发光,如图(03)中红色箭头所指处标注“亮”的各点。两次“亮”之间电压过零附近小灯泡是“暗”的,如图中标注所示。小灯泡相邻两次“亮”之间的时间间隔是0.5秒,也就是说,小灯泡闪烁的频率是2Hz,亦即小灯泡上功率消耗的频率是2Hz,恰是电压信号频率的2倍。
  不但如此,图(03)中还可以看出:绿色箭头所指处虽然也有“亮”和“暗”的交替,但“亮”的程度比红色箭头所指处差得远。也就是说,小灯泡在按2Hz频率闪烁的同时,“亮”还按照0.02Hz(周期为50秒)的频率明暗变化(图(04)中前一个括号中的频率的2倍)。而这个0.02Hz恰恰就是1.01Hz和0.99Hz的“拍频”。
  小灯泡的“亮”和“暗”变化频率,显然就是功率消耗变化的频率。在我们这个例子中,是可以用肉眼观测到的。若是电压信号频率再高,则白炽灯和肉眼难以观测,但光电管、光电池等器件则可以。“不起眼”网友在《格物致知02》的回复帖中就曾叙述过用光电管和示波器观测光的多普勒效应所产生的光的“拍频”。
  显然,小灯泡“亮”和“暗”变化的频率至少有两个:一个是2Hz,另一个是0.02Hz。后一个恰是1.01Hz和0.99Hz的“拍频”。小灯泡“亮”和“暗”变化的频率代表了功率变化的频率,所以说,功率变化的频率是2Hz和0.02Hz。或者说,“拍频”是功率变化的频率之一。说“之一”,是因为小灯泡“亮”和“暗”变化的频率有两个:2Hz和0.02Hz。
          图(05) HWM在《格物致知01——拍频》中说拍频是物理量功率的频率



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