非线性科学 > 适应性与自组织系统
[提交于 2025年4月1日
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标题: 管风琴管道同步的近场和远场耦合的重要性
标题: Importance of near- and far-field coupling for the synchronization of organ pipes
摘要: 耦合管风琴的同步性代表了一种具有重要意义的非线性现象,对音乐声学和非线性动力学都有深远影响。 本研究探讨了控制同步性的耦合机制,采用基于时延耦合范德波尔振荡器的理论框架。 单个管风琴管的振荡行为被建模为由气流与管道谐振器相互作用驱动的自持系统。 通过整合实验数据和数值模拟,我们分析了耦合管之间有限分离引入时延交互的影响。 我们的研究发现,同步性可以增强音高稳定性,但也可能由于破坏性干涉导致声音衰减,特别是在前景管中尤为明显。 本研究的一个重点是将耦合机制分解为近场和远场成分,每个成分对整体同步动态的贡献不同。 通过分岔分析和阿诺德舌形图表征,我们展示了距离依赖的相互作用如何影响耦合振荡器的稳定性和频率锁定。 快速傅里叶变换(FFT)用于从数值数据中提取频谱特征,确保与实验的精确比较。 我们的结果显示模型和观察到的同步效应之间有很强的定性一致性,突出了非线性耦合在管风琴声学中的重要性。 这项研究推进了对耦合声学振荡器相互作用的理解,并为预测复杂气动驱动系统的同步现象提供了更精炼的理论基础。
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