加速度频谱与振动分析
为什么物体振动会有固定频率
一把被敲击的音叉会发出特定音调的声音——这就是它的固有频率。这个频率由物体的质量分布、形状、材料弹性决定，与你敲它的力量大小无关（振幅变了但频率不变）。
phyphox 的"加速度频谱"实验就是用来测量任意物体振动的固有频率——把手机贴在振动源上，它会自动做 FFT 并找出最强频率。
能测什么
这个实验的应用范围远超物理课堂：
| 场景 | 做法 |
|---|---|
| 乐器调音 | 把手机贴在吉他琴身上，拨弦——频谱上基频的峰值就是弦的音高 |
| 桥的固有频率 | 站在桥上，让同事有节奏地跳动引发共振，测频率 |
| 洗衣机故障诊断 | 把手机贴在洗衣机外壳上，测异常振动频率——可能是转子不平衡 |
| 地震监测 | 放在地面上，记录地震波到达时的频率成分 |
| 结构健康监测 | 贴在建筑物结构上，长期监测固有频率变化（频率下降可能意味着结构刚度下降） |
操作步骤
- 固定手机：把手机用胶带夹在被测物体上（手拿着会引入手的振动噪声）
- 打开实验：进入"加速度频谱"
- 开始记录：同时触发被测物体振动（敲击、拨动等）
- 观察：频谱图上会出现一个或多个明显的尖峰——最高的那个就是固有频率
读懂频谱图
- 横轴：频率（Hz）
- 纵轴：能量幅值（无量纲）
- 尖峰的高度：该频率的能量占比——越高说明这个频率在振动中越占主导
- 尖峰的宽度：反映阻尼程度——宽峰说明阻尼大（能量快速耗散），窄峰说明阻尼小（振动持续时间长）
进阶：对比不同物体
找不同物体（音叉、尺子、乒乓球、玻璃杯）敲击后对比频谱——你会发现不同物体的固有频率和频谱结构差异很大。玻璃杯的频谱通常有多个谐波尖峰（因为是中空容器），而音叉的频谱接近完美单峰。