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振動噪音產學技術聯盟

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《振動噪音科普專欄》甚麼是假像(aliasing)?

FFT快速傅立葉轉換的信號處理中,常會碰到假像(aliasing)這個名詞,到底假像是甚麼?為什麼會有假像?假像有甚麼影響?如何避免假像?如果無法避免假像,該如何處理呢?本單元就介紹假像!

本單元的介紹,假設讀者已經看過先前的【甚麼是頻譜分析?】、【甚麼是取樣頻率(sampling frequency)?】、【甚麼是頻譜的折疊效應(folding effect)?】,或是已經了解FFT的基本概念。

本單元所說的假像,更精確的說法,應該是假像的頻率。由於FFT快速傅立葉轉換的目的:是將時間域訊號x(t),轉換到頻率域得到其頻譜X(f)。我們當然希望在頻譜圖X(f),所觀察到的頻率以及振幅之解析是正確的。

那麼為什麼進行FFT,將時間域訊號x(t),轉換到頻率域的頻譜X(f),會出現假像頻率(aliasing frequency)呢?

首先,觀察圖1的兩個FFT分析範例,左圖的正弦波信號,其頻率f=70 Hz,小於有效頻率f=200Hz,右圖的正弦波信號,其頻率f=170 Hz,也小於有效頻率f=200Hz,因此,圖1兩個FFT分析,都不會有假像頻率出現。

參閱圖2,是有假像頻率的FFT分析,左圖中,正弦波信號之頻率f=270 Hz,右圖中,正弦波信號之頻率f=370 Hz,兩個x(t)信號頻率都大於所設定的Nyquist frequency有效頻率=200 Hz,所以都會出現假像頻率,說明如下:
(1)      左圖的假像頻率出現在130 Hz,與實際信號頻率f=270 Hz,當然不同,所以就稱之為假像頻率。那為什麼會是在130 Hz呢?由頻譜摺疊效應(folding effect),假像頻率=200-(270-200)=130 Hz
(2)      右圖的假像頻率出現在30 Hz,與實際信號頻率f=370 Hz,當然不同,所以就稱之為假像頻率。那為什麼會是在30 Hz呢?由頻譜摺疊效應(folding effect),假像頻率=200-(370-200)=30 Hz

綜合討論如下:
(1)      假像頻率的現象:在信號的頻譜圖,實際信號之頻率解析,有不正確的分析結果。
(2)      假像頻率的原因:主要原因是實際信號的頻率f,高於Nyquist frequency有效頻率,因而,在時間域的取樣速度不足,造成FFT運算後得到的頻譜,取得了不正確的頻率。
(3)      假像頻率的影響:如果沒有排除假像頻率,在觀察信號的頻譜圖,將會誤判該假像頻率是正確的,因而,將影響後續的振動噪音改善因應對策之誤判。
(4)      如何避免假像頻率:為避免有假像頻率出現,在對x(t)信號進行FFT運算之前,要將時間域x(t)信號在Nyquist frequency以上的高頻率信號濾除。所以,在量測中會施以低通濾波器(low pass filter),又稱為反假像濾波器(Anti-Aliasing Filter, AA filter),濾除x(t)信號中高於Nyquist frequency以上的高頻率信號,以確保高頻率信號特徵,不會因為頻譜摺疊效應而出現假像頻率在Nyquist frequency有效頻寬的範圍之內。有關反假像濾波器我們爾後再另文討論。

本單元討論對信號進行頻譜分析之假像頻率的現象、原因及其影響,希望對讀者有幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村

2017.10.15






【山衛科技】CAPVIDIA工業4.0數位製造與MBD關鍵技術應用研討會

舉 辦 日 期:2017年12月12日 (二)
舉 辦 時 間:09:00~12:10
主 辦 單 位:山衛科技股份有限公司

協辦單位:中華民國振動與噪音工程學會、振動噪音產學技術聯盟、中華民國計量工程學會

舉 辦 地 點:台北市忠孝東路三段197號旁 (台北科技大學 億光大樓2樓)
集思北科大會議中心 西特廳
報 名 費 用: 以收到報名成功確認函為準,免費。
報 名 方 式:線上報名 (直接點選,進行報名)
報名截止日期: 2017年12月08日。
PS:恕不接受現場報名。
聯 絡 電 話:02-26921400 分機216 ,謝小姐 clare@samwells.com


                             

什麼是智慧製造 ??             

集成電腦化/數位化/智能化技術,發展具備有適應性、資源效率、及人因工程的智慧工廠,以貫穿商業夥伴流程及企業價值流程,創造高效的產品與服務客製化供應能力!!!

什麼是MBD ??

MBD(Model Based Definition)直接在模型上標註、設計、加工、量測、模擬甚至是專利等產品與製造資訊,讓後續的製造、檢驗、組裝、驗收等流程也都採用數位化的資訊,一口氣貫串CAD/CAE/CAM,除提升產品製程可靠性之外,更是驅動基於模型企業(Model based Enterprise)的重要元素。
本次會議特別邀請到CAPVIDIA的總裁;同時也是DMSC(Dimensional Metrology Standard consortium )的委員之一的 Tomasz Luniewiski先生來台,解說目前歐美等先進國家,應用MBD於工業4.0的關鍵技術,包含數位化產品資訊的檢測、驗證、品質控管等關鍵議題。並且解說應用實例,說明製造商如何通過先進的資訊技術-MBD來提升產品產量、品質、降低成本等,達成數位化現代產業的指標。

主講人: Tomasz Luniewski , CAPVIDA NV 執行總裁; DMSC委員

Tomasz Luniewski1979年畢業於KTH Royal Technical university (蘇格蘭);1979-1984年任職於LKB producter AB公司(醫療器材公司)擔任R&D工作;隨後於1984-1996期間,服務於LMS international (現被併入Siemens PLM)擔任商務發展、先端技術開展之高階經理人;隨後於1996創立CAPVIDIA公司,並與俄羅斯TESIS進行策略合作,開始活躍於CFD/CAD/CAM的軟體資訊技術應用領域;特別是應用CAPVIDIA獨特的IT技術支援工業4.0的產品數位化工作,並且成功解決多家國際大型企業(BoeingAirbus)等,CAD/CAM驗證與檢測技術問題,穩定原廠供應鏈的產品質,大幅減少企業成本。


會議亮點:
 *如何通過新的MBD技術加速產業鏈垂直、水平數位化及智慧化   
 *MBD技術對於製造e化與生產資訊電子化於及時掌握,達到企業資源的有效應用 
 *逆向工程的資料修補與領先的演算法的技術 
主講人:Tomasz Luniewiski , CAPVIDA NV 執行總裁; DMSC(Dimensional Metrology Standard consortium )委員 
課程說明


時 間主 題演講者
8:30-9:00報 到
9:00-9:10CAPVIDIA 工業4.0台灣發展現況與展望吳孝三
山衛科技董事長
9:10-9:30CAPVIDIA工業4.0與MBD/MBE關鍵技術總覽余傳濬
(產品/技術經理)
9:30-9:50ANSI 新一代 CAD模型標準: Quality information frameworks , QIFTomasz Luniewiski
CAPIVDIA CEO
余傳濬
(產品/技術經理)
9:50:-10:50CAD 模型驗證與品質檢驗技術:
專家軟體:MBDVidia與CompareVidia
Tomasz Luniewiski
CAPIVDIA ,CEO
余傳濬
(產品/技術經理)
10:50-11:00Tea Break
11:00-11:30CAD模型格式轉換與驗證:
專家軟體:3D Transvidia
Tomasz Luniewiski
CAPIVDIA, CEO
余傳濬
(產品/技術經理)
11:30-12:00逆向工程應用於數位製造-牙科應用:
專家軟體: ReverseVidia
Tomasz Luniewiski
CAPIVDIA ,CEO
余傳濬
(產品/技術經理)
12:00-12:10問題與討論
座位有限,報名從速!(請攜帶名片參加此次會議)

參加對象:
1)電子、航太、汽車、機械等精密零件產品設計人與品管人員 
2)PLM與ERP企業管理人員或經理人 
3)逆向工程技術與品質管理人員 
4)生產力/工業4.0 高端資訊技術與經理人


交通資訊
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【專題演講】Professor Ewins


Exciting Vibrations: the Role of Testing in an Era of Supercomputers and Uncertainties


日期:110(
時間:下午 3:10-5:00 
地點:國立中興大學機械系
聯絡人及預留座位:陳任之助理教授 (yjchan@nchu.edu.tw)

Joints  The Final Frontier in Structural Dynamics?


日期:111()
時間:下午3:10-5:00 
地點:國立中正大學機械系
聯絡人:鄭志鈞教授 (imeccc@ccu.edu.tw)


講者簡介

 David Ewins 教授為英國皇家學會院士(FRS)、皇家工程院士(FRAEng),曾為英國倫敦帝國學院振動學講座教授,並曾擔任該校國際事務副校長及多國大學之訪問教授。Ewins教授之主要研究方向為振動學、實驗模態分析及轉子動力學,其著作「Modal Testing: Theory and Practice」為相關領域之權威參考書。
  Ewins教授除在實驗模態分析領域外,亦長期研究飛機引擎之結構動力學。從1990年起,他即與勞斯萊斯飛機引擎公司(Rolls-Royce plcRR)合作,於帝國學院成立RR之首批大學科研中心(University Technology Centre, UTC),每年受RR公司資助達五十萬英鎊(約二千萬新台幣)。Ewins教授於2007年轉往布里斯托大學(University of Bristol)擔任研究中心主任,並與AugustaWestland(英規阿帕蒂直升機之廠商)簽訂為期四年之UTC合作合同,總額達二百萬英鎊(約八千萬新台幣)。


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《振動噪音科普專欄》甚麼是頻譜的摺疊效應(folding effect)?

FFT快速傅立葉轉換的信號處理中,就是將時間域訊號x(t),轉換到頻率域求得其對應的頻譜X(f),頻譜會有折疊效應(folding effect),到底折疊效應是甚麼?為什麼會有折疊效應?折疊效應有甚麼影響?如何避免折疊效應?如果無法避免折疊效應,該如何處理呢?

本單元的介紹,假設讀者已經看過先前的【甚麼是頻譜分析?】、【甚麼是取樣頻率(sampling frequency)?】,或是已經了解FFT的基本概念。

參閱圖示上方,分別為數位化的時間域x(t),以及經FFT運算取得的數位化及離散化(discretized)頻譜X(f)的圖示。在數位化的時間域信號x(t),係由取樣頻率決定了時間間距,而頻譜X(f)的有效頻寬(Nyquist frequency),則是取樣頻率的一半。

所謂的頻譜折疊效應,如圖下方所示,在Nyquist frequency有效頻寬的倍數頻率值之位置,相當於是摺疊線。在小於Nyquist frequency有效頻率以前,數位化的藍色曲線是有效的、有意義的頻譜分析結果。

由於,FFT過程,做了數位化、區間化的假設處理,因此,頻譜曲線就會依照Nyquist frequency有效頻寬的倍數頻率值之位置為摺疊線,形成如圖示的重複區域,橘色曲線是第一次的摺疊,餘此類推。

綜合討論如下:
(1)      頻譜摺疊效應的現象Nyquist frequency有效頻寬的倍數頻率值之位置為摺疊線,形成摺疊的重複、週期性的頻譜圖,但是,有效的、有意義的頻譜,僅在小於Nyquist frequency以下的頻率範圍。
(2)      頻譜摺疊效應的原因:乃是因為時間域x(t)信號的數位化,又僅取了有限區間的x(t),進行FFT運算,所以就自動假設為週期性的x(t)信號。因此,頻譜X(f),也成為數位化、週期性的頻譜特性。
(3)      頻譜摺疊效應的影響:雖然頻譜X(f)可以無限的摺疊,但是,真正有效的頻譜,僅在小於Nyquist frequency以下的頻率範圍。
(4)      如何避免頻譜摺疊效應:這是無法避免的現象,必須認知,Nyquist frequency有效頻率只有sampling frequency取樣頻率的一半。
(5)      如果無法避免頻譜摺疊效應,該如何處理呢?通常,(1)要確認我們有興趣的頻率範圍,來決定量測時的取樣頻率。同時,(2)為避免有假像頻率(aliasing frequency)出現,也要將時間域x(t)信號在Nyquist frequency以上的信號濾除,所以在量測中,會施以低通濾波器(low pass filter),又稱為反假象濾波器(Anti-Aliasing Filter, AA filter),濾除高於Nyquist frequency以上的高頻率信號,我們爾後再另文討論。

本單元討論對信號進行頻譜分析之頻譜摺疊效應的現象、原因及其影響,希望對讀者有幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村

2017.10.14


【活動報導】台灣聲學學會106年會員大會暨第30屆學術研討會

          台灣聲學學會20171116日假國立臺北科技大學舉辦「台灣聲學學會106年會員大會暨第30屆學術研討會」,學會成立宗旨乃結合研究聲學、聽覺語言溝通、機械音響、水中音響、建築音響、超音波及噪音與振動領域等專家學者提供技術、經驗交流研討的場所,並且協助政府及民間部門針對上述專業領域之研究與服務,進一步為提高台灣聲學學術及相關技術水準,以及促進國際聲學學術及相關科技之交流。
【台灣聲學學會】吳聰能理事長致詞表示,台灣聲學學會已成立30年,學會集全國產官、學界菁英於一堂,共商會晤、相互砥礪,為提升我國聲學專業領域不遺餘力,同時感謝各機關團體及會員對本活動的贊助與支持,並邀請各貴賓共襄盛舉慶祝台灣聲學學會30週年。最後也邀請【澳門聲學學會】、【香港聲學學會】等貴賓致詞。
本次研討會隆重邀請國外享譽聲學領域之專家發表專題演講,日本小林理學研究所所長山本貢平博士主講「A Review of Scale Model Experiments for Road Traffic Noise Simulation」與台灣聲學學會黃榮村前理事長主講「我在聲學會30年的日子」。隨後進行台灣聲學學會會員大會,在其最後頒發優秀論文獎及感謝狀,並帶領外賓參觀國立台灣科技大學校園。
本活動主辦單位亦邀請數間企業共襄盛舉,包括【歐怡科技股份有限公司】、【利音貿易開發股份有限公司】、【台灣思百吉股份有限公司】、【御風科技有限公司】、【振動噪音產學技術聯盟】、【華欣工程顧問有限公司】、【合立儀器股份有限公司】皆設有攤位展示振動聲音量測之相關設備。聯盟專員於現場實際操作聯盟可技轉技術【客製化振動噪音量測系統(SVM)】,邀請會場有興趣的各界先進加入【振動噪音產學技術聯盟】,不論是量身打造教育訓練課程,或是專業顧問諮詢,聯盟皆可提供客製化服務。同日下午會場有29篇論文發表,共同研討、交流聲學議題,本次研討會圓滿順利。
※有關振動噪音相關領域之研發能量,其資訊可由聯盟網站瀏覽與下載(http://aitanvh.blogspot.tw/?m=0)

活動花絮:
活動會場

 慶祝聲學學會30週年盛況

 【香港聲學學會】貴賓致詞


【澳門聲學學會】貴賓致詞

 日本小林理學研究所山本貢平博士主講
A Review of Scale Model Experiments for Road Traffic Noise Simulation

臺灣聲學學會吳聰能理事長頒發感謝狀予「振動噪音產學技術聯盟」主席王栢村教授,由李晉瑜專員(最左)

 台灣聲學學會106年會員大會暨第30屆學術研討會廠商展示區

「振動噪音產學技術聯盟」獲感謝狀 

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【106台灣聲學學會學術研討會】11/16在台科大,歡迎參加

時間:民國1061116 (星期四)
地點:國立台灣科技大學國際大樓  臺北市基隆路四段四十三號
主辦單位:台灣聲學學會
執行單位:國立雲林科技大學、國立臺灣科技大學
活動議程:

時間
議程內容
08:30~09:00
國際大樓報到及領取資料
09:00~09:30
開幕式及貴賓致詞
09:30~10:20
專題演講I
演講者:日本小林理學研究所 所長 山本貢平 博士
題目Road traffic noise in Japan - Recent 40 to 50 years steps
翻譯:陳炯堯 教授
10:20~10:40
專題演講II  
演講者:台灣聲學學會 黃榮村 前理事長
題目我在聲學會30年的日子
10:40~11:00
休息及茶點
理監事選舉投票
11:00~12:00
會員大會
頒發優秀論文獎及感謝狀
中午投票截止
12:00~13:30
午餐時間
13:30~15:30
論文分組發表及討論
(地點:IB-201, IB-202)
理監事選舉開票
15:30~15:50
休息及茶點
15:50~17:35
論文分組發表及討論
(地點:IB-201, IB-202)
18:00~20:00
檢討工作會議(晚宴)
   
交通資訊:


開車
  • 由中山高速公路下圓山交流道,接台北市建國南北高架道路,下辛亥路往木柵方向行駛,於辛亥路二段與基隆路路交叉口(台大校園旁)右轉,過長興街後即可到達台灣科大。
  • 由北二高接台北聯絡道,於辛亥路三段與基隆路交叉口左轉,過長興街後即可到達台灣科大。
搭乘台北聯營公車
  • 搭乘聯營1207254275275副線、275區間車、650672673907、綠11、棕12、敦化幹線。

搭乘捷運

  • 搭乘捷運新店線:由公館站2號「銘傳國小」出口左轉,沿台大舟山路步行,於鹿鳴堂右轉,過基隆路後左行即可到達本校。或於公館站1號「水源市場」出口轉乘1673907、綠11、棕12直達本校。
  • 搭乘捷運木柵線:於捷運六張犁站(往公館、永和方向)轉乘1207672650、基隆客運板基線直達本校。

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