在学习傅立叶变换时,我对波长有一点怀疑。
为什么正弦波或任何其他波的波长是用距离单位测量的?
如果它以时间为单位,为什么不以时间为单位进行测量?
我认为,在下图中,绿线是波长。那么,为什么要用距离单位来测量呢?

在学习傅立叶变换时,我对波长有一点怀疑。
为什么正弦波或任何其他波的波长是用距离单位测量的?
如果它以时间为单位,为什么不以时间为单位进行测量?
我认为,在下图中,绿线是波长。那么,为什么要用距离单位来测量呢?

您提供的图给出了幅度与时间的关系,因此除了时间的“长度”(即周期)之外没有长度。如果没有进一步的上下文,您所绘制的只是时间的简单正弦函数,而不是波。
波是时间和空间的函数。 例如:
$$f(x,t) = \cos(\frac{2\pi}{\lambda}x - \frac{2\pi}{T} t) $$
其中波长\$\lambda \$(以长度为单位测量)和周期 T(以时间为单位测量)是明确的。
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通常,这会写成:
$$f(x,t) = \cos(kx - \omega t) $$
其中k,波数为:
$$ k = \frac{2\pi}{\lambda} $$
和 \$\omega\$,角频率为:
$$\omega = \frac{2\pi}{T}$$
$$v_p = \dfrac{\lambda}{T} = \dfrac{\omega}{k} $$
然后我们可以写:
$$f(x,t) = \cos\frac{2\pi}{T}(\frac{x}{v_p} - t) = \cos\omega(\frac{x}{v_p} - t) $$
要么
$$f(x,t) = \cos\frac{2\pi}{\lambda}(x - tv_p) = \cos k(x - tv_p)$$
在您的图中标记为“波长”的参数实际上称为“周期”,并且以时间单位(当然)测量。
波长是该波传播的空间中某些波(机械、电磁等)的两个周期之间的距离(以空间单位为单位 - mm、m、km 等)。
请注意,波长取决于波在特定介质中的传播速度。如果波在某种介质中传播缓慢,则波长会更短(在给定的时间段内,波会以更短的距离移动)
尽管波长的单位是距离单位,但波长仍然可以为您提供与波的时间属性相关的信息。您可能已经知道,波长的倒数是频率,它告诉您空间中的设定点在给定的时间(通常是一秒)内看到多少波长。因此,波的频率包含时间和距离单位。如果你想用时间单位来描述同一个波,你会使用波周期,它实际上是用不同单位测量的波长(时间单位,而不是距离单位)。
我不确定为什么人类会根据波长与周期来更多地划分波。也许出于历史原因,也许这样计算起来更容易(如果你继续学习信号处理,你会遇到很多这样的问题)或其他东西。无论哪种方式,从距离和时间的角度考虑波浪都没有什么坏处。毕竟,您可能正在使用傅立叶变换在时间连续体和频率连续体之间进行转换,这对于人们来说并不是一件容易的事情。
编辑:我的一位同事刚刚告诉我,由于历史技术原因,随着时间的推移,距离是首选的衡量标准。从历史上看,测量一米远比测量一秒要容易得多。我猜即使使用今天的技术,我们在完美仪表上的重要数字也比完美秒数要多得多。
在不同类型的单位中考虑相同的测量可能看起来令人困惑,但它发生的频率比我们想象的要多。例如,盎司在技术上是质量的度量,但至少在美国,它很少被认为或被称为质量度量。它被用作体积的度量,即使没有人说“液量盎司”。就此而言,几乎所有质量测量都被用作重量测量,而真正的重量测量很少通俗地使用。
用距离来描述波浪在技术上并没有错,就像用盎司来描述体积在技术上是错误的一样,但它确实让我们深入了解为什么以及如何以多种方式思考一件事,这就是你要了解的用傅里叶变换。相同的浪潮,不同的看待它的方式,提供不同的信息,当你变得非常好时,提供不同的方式来隔离和挑选你可能永远不知道存在的信息。这都是非常酷的东西,而且绝对需要能够从完全不同的角度思考完全相同的事情。
信号在某种介质中的波长是信号通过该介质的速度除以其频率。速度以距离/时间为单位表示;频率以 1/time 为单位进行划分。与时间相关的单位相互抵消,留下波长作为距离的度量。
如果您的图片是某种流体表面的横截面,其中波浪每秒行进一米,并且每个点的水面每秒上下移动一次,那么波长将是一个母体。如果每个点每秒上下移动两次,波长将是半米。