Oscillator Design and Computer Simulation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Noble Publishing Corporation

作者:Randall W. Rhea

出品人:

页数:303

译者:

出版时间:2008-6-30

价格:USD 95.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781884932304

丛书系列:

图书标签:

• Oscillator Design
• Circuit Simulation
• Analog Circuits
• RF Circuits
• Electronic Design
• SPICE
• Modeling
• High Frequency
• Electronics
• Simulation

深入探讨声波、信号与系统：一部关于波动现象与信息处理的综合指南 本书名称：声波、信号与系统：理论、应用与计算方法 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，用以理解自然界中普遍存在的波动现象——特别是声波——及其在工程、物理和信息科学中的应用。我们关注的重点在于声学原理、信号处理技术以及这些概念如何在一个统一的系统框架内被建模、分析和解决。本书内容从基础的物理定律出发，逐步过渡到高级的数学模型和实际的计算仿真技术，旨在培养读者对复杂动态系统的洞察力。 第一部分：声波的物理基础与传播动力学 第一部分奠定了理解声学现象的理论基石。我们将从流体力学和弹性理论的基本方程出发，详细推导和分析线性和非线性声波方程。这部分内容深入探讨了声波在不同介质中的传播特性，包括均匀介质、各向异性介质以及具有复杂边界条件的结构。 1.1 连续介质中的声学基础 流体动力学基础： 详细回顾牛顿运动定律在流体中的应用，重点讨论欧拉方程和纳维-斯托克斯方程在无粘性流体声传播分析中的简化形式——线性声波方程的推导。 本构关系与弹性理论： 对于固体介质，我们将引入杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性参数，并将其纳入波动方程的构建中，区分纵波（P波）和横波（S波）的传播特性。 声阻抗与反射/透射： 深入分析声波在不同介质界面上的行为。通过计算特定角度下的菲涅耳系数（Fresnel Coefficients），精确量化反射和透射的能量比例，这对于超声成像和声学屏蔽设计至关重要。 1.2 波动方程的高级解法 亥姆霍兹方程与傅里叶分析： 阐述稳态（单频）问题的核心——亥姆霍兹方程，并利用傅里叶变换将时域问题转化为频域分析的优势。探讨如何利用频域解来重构复杂波场的瞬态响应。 格林函数方法： 介绍格林函数作为求解非齐次波动方程的强大工具。详细演示如何构建和应用点源格林函数，以分析复杂几何结构下的声场分布，这是有限元法（FEM）等数值方法的基础。 非线性声学： 讨论在高声强下，介质的非线性特性对波形的影响，如谐波产生和波形畸变。分析克尔方程（KdV方程）在弱非线性传播中的应用。 第二部分：信号表示、变换与系统分析 本部分将视角转向信号——物理世界现象的数学载体。我们着重于信号的数学描述、特征提取以及系统对信号的处理能力。 2.1 信号的经典表示与分析 傅里叶级数与变换： 详尽论述傅里叶分析在周期信号和非周期信号分解中的核心地位。区分连续傅里叶变换（CFT）与离散傅里叶变换（DFT）的应用场景和限制。 拉普拉斯变换与Z变换： 引入复频率域的概念，用以分析线性时不变（LTI）系统的瞬态响应和稳定性。详细对比连续时间系统（拉普拉斯）和离散时间系统（Z变换）的系统函数表示。 时域与频域的互补性： 通过大量实例展示维纳-辛钦定理（Wiener-Khinchin Theorem），强调功率谱密度（PSD）如何从信号的自相关函数中获得，以及其在噪声分析中的重要性。 2.2 线性时不变（LTI）系统理论 系统响应与卷积： 深入讲解卷积积分（或求和）作为LTI系统核心操作的物理意义。分析冲激响应（Impulse Response）如何完全表征一个系统。 频率响应与滤波： 探讨系统的频率响应函数，详细分析理想滤波器（低通、高通、带通）的特性，并引入实际滤波器设计中常见的窗函数效应和过渡带问题。 稳定性与因果性： 建立复平面上系统极点位置与系统稳定性和因果性之间的严格数学联系，这是所有控制和信号处理设计的前提。 第三部分：离散化、采样与数字信号处理 随着计算能力的提升，将连续物理过程转化为可被计算机处理的离散形式成为主流。本部分聚焦于采样的理论边界和数字实现的具体方法。 3.1 采样理论与重建 奈奎斯特-香农采样定理： 详尽阐述连续信号离散化的严格要求，包括过采样、欠采样的后果，以及频谱混叠（Aliasing）的机理和避免方法。 保持器与插值： 介绍零阶保持（ZOH）和线性插值等基本保持技术，以及Sinc函数插值作为理论上的完美重建方法。探讨实际应用中如何使用有限脉冲响应（FIR）滤波器进行重建。 3.2 数字滤波器设计 FIR 滤波器设计： 专注于窗函数法（如汉宁窗、布莱克曼窗）和频率采样法，分析不同窗函数对通带纹波和阻带衰减的权衡。 IIR 滤波器设计： 介绍如何通过模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的双线性变换法或其他映射技术，将其转化为高效的数字实现（IIR）。分析IIR滤波器在计算效率上的优势与稳定性的潜在挑战。 有限精度效应： 讨论在固定点运算环境中，量化误差、溢出和截断对滤波器性能的影响，这是硬件实现的关键考量因素。 第四部分：计算方法与仿真实现 本部分连接理论分析与工程实践，介绍用于解决复杂声学和信号问题的数值工具和算法。 4.1 频域与时域的数值计算 快速傅里叶变换（FFT）： 详细剖析FFT算法的原理和计算效率，并演示其在频谱分析、卷积计算中的高效应用。讨论FFT的适用范围和模态分析中的局限性。 有限差分法（FDM）： 针对波动方程的空间离散化，详细介绍FDM在二维和三维网格上的实现，包括显式和隐式时间积分方案的稳定性和精度分析。 边界积分方程（BIE）： 阐述BIE在处理无限域问题（如室外声学或开放空间辐射）时的优势，以及如何利用快速多极子方法（FMM）加速其求解过程。 4.2 随机过程与系统辨识 随机信号模型： 将声学背景噪声和测量误差视为随机过程，引入平稳性、遍历性等概念，并讨论功率谱密度的估计方法（如周期图法、Welch法）。 系统辨识： 介绍如何利用输入的激励信号和观测到的输出信号，通过最小二乘法或最大似然估计等方法，反演出未知系统的模型参数（如传输函数或状态空间模型）。 本书的最终目标是提供一个严谨的知识体系，使读者能够从基本的物理波动出发，通过成熟的信号处理工具，最终利用现代计算手段对复杂的声学系统进行精确的建模、分析和优化。本书的深度和广度，使其成为声学工程师、信号处理研究人员和应用物理学家的重要参考资料。

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这本书的内容深度远远超出了我最初的预期，简直就像是走进了一个精心搭建的知识迷宫，每深入一层都能发现新的惊喜和更广阔的视野。作者在阐述基本原理时，那种层层递进的推导过程，逻辑链条坚实得仿佛用最精密的仪器测量过一般，完全没有那种为了凑篇幅而堆砌的冗余信息。我特别欣赏它对一些经典问题的处理方式，比如在描述某个关键概念时，作者会非常巧妙地引入一个历史背景或一个具体的工程案例作为引子，使得原本抽象的理论立刻变得生动起来，极大地降低了理解门槛。而且，书中对各种数学工具的应用描述得非常细致，不仅仅是给出公式，更重要的是解释了选择这些工具背后的深层原因和适用范围。这种讲解方式，使得读者不仅仅是学会了“怎么算”，更理解了“为什么这么算”。读完其中几章后，我感觉自己的思维方式都有了一种微妙的转变，看待问题不再局限于表面现象，而是开始探究其背后的驱动机制。这种潜移默化的影响，远比单纯的知识点记忆来得更有价值。

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这本书的封面设计非常引人注目，色彩搭配沉稳大气，给人一种专业、严谨的感觉。我拿到书的时候，首先被它的排版风格吸引了，字体选择恰到好处，间距舒适，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。内页的纸张质量也相当不错，摸上去手感温润，装订结实，显然是精心制作的作品。我注意到书的目录结构划分得非常清晰，章节之间的逻辑衔接自然流畅，让人一眼就能看出作者在构建知识体系时所下的苦功。特别是前言部分，作者没有过多地使用华丽的辞藻，而是直截了当地阐述了本书的写作动机和核心目标，这种务实的态度非常值得称赞。初步翻阅后，感觉它在理论深度和实际应用之间找到了一个绝佳的平衡点，这一点对于我这种既想扎实理论基础又渴望动手实践的读者来说，无疑是一个巨大的福音。我尤其期待后续章节中关于复杂系统建模的论述，希望它能提供一些不同于现有主流教材的新颖视角。整体而言，从视觉和触觉体验上，这本书已经为一次高质量的阅读体验做了充分的铺垫。

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这本书的语言风格保持了一种非常独特的“对话感”，尽管它探讨的是高度专业化的主题，但作者的叙述口吻却保持着一种难得的热情与亲切，仿佛他正在面对面地向你解释一个有趣的难题。他很少使用那种冷冰冰的、教科书式的腔调，而是大量使用类比和比喻，将那些看似高不可攀的物理现象与我们日常生活中熟悉的场景联系起来。这种“人文化”的讲解，极大地提升了阅读的愉悦感，使得原本可能枯燥的章节也变得引人入胜。我发现自己常常会因为被某个绝妙的比喻逗乐，从而在轻松愉快的氛围中就掌握了一个原本需要反复琢磨的概念。此外，作者在引用其他文献或研究成果时，处理得非常优雅，他不是简单地罗列参考文献，而是将这些外部知识点自然地融入到自己的论述体系中，使得全书的知识网络显得无比宏大且自洽。这种行文的功力，绝对不是一朝一夕可以练成的。

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这本书的编辑和校对工作做得相当到位，几乎找不到任何影响阅读体验的低级错误，这对于一本涉及大量精确计算和复杂符号的书籍来说，是极其难能可贵的。排版上的细微之处也体现了出版方的专业水准，比如公式的编号、图表的引用标记，都遵循了一致且科学的规范，极大地减少了查阅和比对的认知负荷。在阅读过程中，我注意到一些关键术语在首次出现时都做了清晰的定义，这对于跨学科的读者非常友好，保证了即便是背景知识略有差异的读者也能迅速跟上节奏。更重要的是，这本书的结构似乎非常注重知识的“可迁移性”，作者在介绍完一个特定模块的原理后，总会留出一些思考题或扩展阅读的建议，鼓励读者将所学应用于更广泛的领域。这种培养读者独立思考和自我探索的导向，比单纯的知识灌输要高明得多，它真正教会了我们如何成为一个独立的设计师和研究者，而不仅仅是一个知识的被动接受者。

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我发现这本书的配套资源和辅助材料做得非常出色，这在很多技术类书籍中是比较少见的。作者似乎非常理解读者在自学过程中可能会遇到的各种卡点，因此在关键章节后面都附带了大量的图示和示意流程图。这些图表的设计绝非敷衍了事，它们往往用最简洁的图形语言，清晰地揭示了复杂的相互作用关系，很多时候，一张图胜过千言万语的文字描述。更令人惊喜的是，书本中穿插的一些“专家提示”或“陷阱预警”部分，这些内容显然是作者基于多年的实践经验总结出来的，直击要害，能够帮助读者有效避开那些初学者最容易犯的错误。这些“过来人”的忠告，让这本书的实用价值倍增。它不仅仅是一本理论手册，更像是一位经验丰富导师的悉心指导，时刻在旁边提醒着你注意细节，确保你的学习路径是高效且正确的。这种全方位的学习支持系统，极大地增强了阅读的流畅性和知识吸收的效率。

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