妙警賊探中音樂盒編碼是怎麼回事兒?怎麼把一個方程藏到一段旋律中?還有,它最後弄出來的那個分型是怎麼回事兒?


先說分形。

通常被定義為「一個粗糙或零碎的幾何形狀,可以分成數個部分,且每一部分都(至少近似地)是整體縮小後的形狀」,即具有自相似的性質。[1]

如果覺得這個說法太抽象,那就看看下面這個科赫雪花吧,這就是一個分形的構造過程。

給定線段AB,科赫曲線可以由以下步驟生成:

  1. 將線段分成三等份(AC,CD,DB)
  2. 以CD為底,向外(內外隨意)畫一個等邊三角形DMC
  3. 將線段CD移去
  4. 分別對AC,CM,MD,DB重複1~3。

科赫雪花是以等邊三角形三邊生成的科赫曲線組成的。[2]

這一步驟可以無限重複下去,很多漂亮的分形圖就是這麼畫下去的。

然後再說把分形藏在音樂中,其實沒那麼複雜,你看上面複雜的科赫雪花其實就四行定義,反覆重複就行了,所以需要給音符賦值,比如1為A,2為B。

比如上圖分形的一段,如果我們把水平運動看作音符長度,而把垂直運動看作音高變化,那麼我們可以得到下面的樂譜[3]

最後說分形天線。

其實分形天線主要是用來研究天線的尺寸縮減和多頻性能的,對於固定的天線,性能高度依賴其尺寸,而對於固定的尺寸,天線的參數會隨著工作頻率改變,而分形則能夠使尺寸縮減成為可能,而且同時能夠在多個頻率工作,很多分形天線被用在RFID和移動設備中,而且如果分形選擇得當的話不用額外的電路就可以達到諧振頻率。

順便多說幾句天線設計,當然我們可以通過多加電感,電容等等來調整天線的工作頻率,但是最簡單的方法就是改變天線長度,一般來說天線長度為1/4的諧振頻率波長,比如30MHz的電磁波波長10m,我們就需要2.5m長的天線,如果要縮短天線長度的話就需要再加個電感什麼的。(現在的移動通訊頻率都很高,天線只需要幾厘米就夠了)

回到 White Collar,上圖是裡面 Mozzie 做出來的分形天線,比較類似於一個叫 Minkowski Island 的挺有名的分形天線設計,IEEE 很多論文都是關於這個分形天線的,我就截張圖好了:

這個天線是一個21.5x18mm的能夠在2.4GHz和5.2GHz工作的二階 Minkowski Island 天線[4]。

White Collar 里的天線就是從這個來的靈感吧。

就像我前面說的,諧振頻率和長度有關,所以同樣的天線能夠接收到另一個天線的頻率也算正常,我目測 White Collar 里那大約是個 20x30cm 的天線,工作頻率大概在MHz級別的,10MHz~100MHz好了(給個大點的範圍XD)

[1]分形

[2]科赫曲線

[3]Fractal Music

[4]IEEE Xplore


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