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訊號處理,正弦波,傅立葉變換
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  • 1 # 章彥博

    不會得到其他頻率的波,這一點可以用數學簡單的證明。

    首先是直接用代數方法證明,對於表示式:Sin[\[Omega] t + \[CurlyPhi]1] + Sin[\[Omega] t + \[CurlyPhi]2]

    可以化為:2 cos(phi_3) * sin(phi_1/2+phi_2/2 + t omega)

    上面的式子中,前面的cos部分,是常數,而後面的sin部分則仍然是頻率為omega的正弦波。所以說,頻率沒有變化。

    上面的證明看起來還是太抽象,我們來考慮一個更形象的方法。cos(x)可以看作一個與平面夾角為x的向量在橫軸上的投影:

    而在t增加的過程中,即隨著時間變化,第一個箭頭以omega的角速度繞著原點逆時針旋轉;與此同時,如果我們要加上另一個正弦函式,就可以依葫蘆畫瓢,接在第一個向量後面,加上另一個向量。這個向量也以某個速度旋轉。可以容易的理解,如果兩個的角速度相同,那麼它們的夾角就不會變化,看起來「就像是連在一起,合為一體了」。

    這個時候,最後總的投影就是疊加後的正弦波,而它的角速度恰好就是原先兩個波的角速度,沒有變化。

    這樣的結果也是非常合理的,試想如果頻率會變化的話,就相當於兩個相同的聲音合成在一起,頻率 / 音高也會變化。這就會導致人在不同距離聽聲音,聽到的音高有差別。這顯然與事實相違背。另一個就是光,如果頻率會在合成時發生變化,那光的顏色也會不穩定,會因為光強的不同而變色,這也與我們平日的觀測不同。

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