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FOURIER / 波的语言

让简单的波,组成复杂。

调一条波,看见整体改变。再听听,它是什么声音。

合成现场慢速观察
旋转向量 / 每圈一个基波周期合成波形 / 两个周期
合成波选中谐波
幅度频谱点选一个谐波,开始调整 ↓
基频 110 Hz高阶频率 = 阶数 × 基频
1 条波参与合成RMS 0.707

先点选第 3 阶,把振幅推高一点。看见波峰多出来的细节了吗?

01 / 振幅

每一条波,都有分量。

频谱柱越高,这一阶的振幅越大。关闭某一阶,观察整体中什么消失了。

02 / 相位

同样的频谱,不同的轮廓。

移动相位,相当于改变这一条波的起点。频谱柱不变,合成波却会改变。

03 / 逼近

复杂,可以一步步靠近。

方波、三角波与锯齿波预设只保留前 9 阶。细看拐角,有限项不等于理想形状。

公式、实验边界与参考资料 +

同一套参数,连接图形与声音

y(t) = Σ Aₙ sin(2πnf₀t + φₙ),n = 1, …, 9

振幅为相对量,不代表电压或声压。基频 f₀ 控制音频频率;画面固定每 8 秒走过一个基波周期,是慢速示意,不表示真实音频时间。这里不含直流分量。幅度频谱显示 Aₙ,不能单独表达相位信息。

预设使用振幅 ±1 的理想周期函数的傅里叶系数:方波奇数阶为 4/(πn);三角波奇数阶的有符号系数为 8(−1)^((n−1)/2)/(π²n²);上升锯齿的有符号系数为 2(−1)^(n+1)/(πn)。负号用 180° 相位表示。有限阶的方波在跳点附近有 Gibbs 过冲;增加阶数会缩小其发生区域,但相对过冲不会趋于零。

挑战误差在同一个基波周期的 1024 个等距中点上计算:NRMSE = √[Σ(y−目标)²/Σ目标²],不对你的波形单独归一化。前两关目标本身是有限谐波;第三关目标为理想方波,所以不要求零误差,合格线 22.5% 是教学任务设定。

声音采用相同的谐波系数,整体输出按振幅总和限幅缩放以控制试听音量,不改变各谐波比例。开启试听后,动画暂停只冻结观察,声音可独立停止;离开页面标签会自动停止声音。记录仅导出到本机,不发送到服务器。

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