自激振动:振动能量的转移与释放

至此为止，我们讨论了自由振动和强迫振动两种振动形态。在这些讨论中，我们不言而喻地认为系统本身是稳定的，即弹性恢复力与位移反向，总是试图使物体回到原始平衡位置；而阻尼力则与运动速度反向，通过做负功来消耗系统振动能量。因此，当动态激励力停止作用后，振动最终也会停止下来。换言之，对于稳定系统来说，振动的产生及维持需要外界对系统施加随时间变化的动态激励力。这个动态激励力是独立于系统的振动之外的，即使振动完全停止（例如通过某种强制约束），外界激励力可能仍然存在。

本节，我们来讨论另外一种情况，即所谓的自激振动（Self-excited Vibration）。顾名思义，自激振动是指在没有独立的外界变动力的作用下而产生的振动。这时，激励力来源于系统的振动本身，一旦振动发生，动态激励力随之产生，进而引起更强的振动，或者使振动持续下去；振动停止，动态激励力随之消失。举例来说，弹钢琴是通过敲击琴键来打击琴弦，使其振动发声，属于强迫振动；而演奏小提琴及二胡等乐器，并无明显的敲击动作，只需稳定地拉动琴弓即可发声，属于自激振动。另外，吹笛子也是利用自激振动现象，即通过气流引起空气的振动。(www.xing528.com)

虽然自激振动的动态激励力与振动本身“共存亡”，但是其振动能量并不是凭空而来的。拉提琴时，琴弦的振动能量其实来源于琴弓的运动能量，如果不拉动琴弓，自然不会发声；另一方面，即使拉动琴弓，如果琴弓与琴弦之间的摩擦因数很小（如加上润滑油），也不容易发声。可见，自激振动的发生不光需要“拉动琴弓”这个必要条件，而且系统本身需要能够把一部分运动能量转移为振动能量的“能力”。