从一圈温度,到一串频率
第一实验看空间起伏怎样被热扩散抹平;第二实验对真实生成的 128 个样本做 DFT、保留或删除频率,再反变换。没有录音、联网数据或外部库。
热没消失,细碎的温差先消失
周长 1 m 的均匀细环,侧面绝热、无内热源,两端是同一点。初始温度为 50 + 20 cos(2πx) + A₃ cos(6πx) ℃。扩散率是教学参数,不冒充金属实测。
一次演示用 8 秒呈现 10 秒模型时间,可暂停、拖动、重播。实线是当前温度,虚线是同参数的初始温度;温度不是随空间曲线弯曲的实物形状。
- 先拖到 0.5 s:三阶的细波先明显减弱,一阶的宽起伏还在。
- 再拖到 10 s:均温仍是 50 ℃。环没有与环境交换热,不是所有温度一起降到 0。
- 时间保持不变,增大 α:变化更快。把三阶振幅设为 0,单独看一阶的指数衰减。
波形、频率、相位,分别保存什么?
g(t) = cos(2π·8t) + ½ cos(2πf₂t + φ)。信号值无量纲;采样率 128 Hz,取 t = j/128 s,j = 0…127。记录时长按 N/fₛ = 1 s 计算,不重复采最后端点。
- 默认截止 12 Hz:保留 8 Hz,删除 20 Hz。把截止调到 64 Hz,完整反变换应回到原样本。
- 恢复默认后改相位:波形变了,两个峰的振幅不变。这条结论针对默认整周期频率。
- 试 20.5 Hz:它不落在 1 Hz 的格点上,有限记录窗引起频谱泄漏,不是突然多出了许多真实信号源。
实际计算是直接 DFT 求和与逆 DFT,不是预画两根柱子,也不是借机声称实现 FFT。单边振幅 = 2|Xₖ|/N;直流与偶数 N 的奈奎斯特项除外。滤波保留复系数及其共轭对;这里是对有限记录作周期解释的理想硬截止,不是实际设备的完整滤波器。
减少动态效果模式禁用连续播放,按钮改为每次前进 1 秒;静态曲线、数值与手动控制仍然可读。页面默认不自动播放,隐藏页面或切换实验会暂停。