Esempio di Battimenti per un Suono
In generale un suono può essere descritto dalla funzione
\begin{equation}
u(t, x) = A \sin\left(\omega t - kx\right).
\end{equation}
senza perdere di generalità, andiamo a semplificarci i conti considerando la funzione in \(x = 0\) con \(A = 1\):
\begin{equation}
u(t, x = 0) = \sin\left(\omega t\right).
\end{equation}
Studiamo quindi cosa succede quando sommiamo due suoni diversi:
\begin{equation}
f(t) = \sin\left(\omega_1 t\right) + \sin\left(\omega_2 t\right).
\end{equation}
È possibile riscrivere la funzione come il prodotto di due funzioni sinusoidali, usando le formule di prostaferesi:
\begin{equation}
f(t) = 2\cos\left(\frac{\omega_1-\omega_2}{2}\, t\right)\cdot\sin\left(\frac{\omega_1+\omega_2}{2}\, t\right)
\end{equation}
La funzione può essere espressa come il prodotto di altre due funzioni chiamate modulante e portante:
\begin{align}
f(t) & = m(t) \cdot p(t) \\\\
m(t) & = 2\cos\left(\frac{\omega_1-\omega_2}{2}\, t\right) & \text{Modulante} \\\\
p(t) & = \sin\left(\frac{\omega_1+\omega_2}{2}\, t\right) & \text{Portante}
\end{align}
Avendo le frequenze:
- \(\nu_1 = \) Hz
- \(\nu_2 = \) Hz
- \(\displaystyle \frac{\nu_1 + \nu_2}{2} = \) Hz
- \(\displaystyle \left|\frac{\nu_1 - \nu_2}{2}\right| = \) Hz
- \(\omega_1 = \) rad/s
- \(\omega_2 = \) rad/s
- \(\displaystyle \frac{\omega_1 + \omega_2}{2} = \) rad/s
- \(\displaystyle \left|\frac{\omega_1 - \omega_2}{2}\right| = \) rad/s
Nei grafici seguenti si vede come nei massimi della funzione modulante le due funzioni siano in fase, ovvero i massimi corrispondono e si sommano, mentre negli zeri della modulante i massimi delle due funzioni si cancellano a vicenda. Si consiglia di usare valori bassi di frequenza per visualizzare questo effetto nei grafici, ad esempio 7 Hz e 9 Hz, sebbene non siano frequenze udibili.