系統方塊圖(System Block Diagram)
在前文介紹了 ”ISO” 以及 “SPR” 的心法，本文再深入討論系統方塊圖的理念，並以古鈸打擊樂器的分析與實驗的簡介，說明結構系統的特性。
首先，由SPR分別是：Source 振動或噪音源；Path是傳遞路徑；Receiver是接受者，也可以說是Response響應。而ISO分別是：Input輸入、System系統、Output輸出。因此，SPR = ISO。
如圖示或影片的古鈸打擊樂器來說，我們會以鼓棒敲擊古鈸，施加外力作用於古鈸，造成古鈸的結構振動，進而發出聲音。在實務上，我們是可以量測施加的外力f(t)，以加速度規量測古鈸結構的振動量a(t)，以麥克風量測所發出的聲音之聲音壓力p(t)。
以SPR來解讀，此敲擊力就是source，古鈸結構上的振動以及敲擊發出的聲音，都是Response。那麼甚麼是path，包括結構路徑及空氣路徑？
若要探討此古鈸結構系統受敲擊外力時，所引發的振動與聲音，如圖示或影片，可以從三個角度來看這個結構與空氣系統、或是結構與空氣路徑：
1.
物理域(physical domain)：外力f(t)是輸入，而結構振動加速度a(t)及結構發出的聲音壓力p(t)都是輸出，也都是可度量的物理量。同時，結構的密度、楊氏係數、普松比，以及空氣的密度、音速(聲音在空氣中傳播速度，在常溫常壓下，約340 m/s)等，分別是結構路徑以及空氣路徑的系統參數。
2.
模態域(modal domain)：代表系統(路徑)特性為模態參數，包括：自然頻率、模態振型、及模態阻尼比，為表達系統內涵的一種方式。其中，模態振型在結構路徑(structural path)為位移模態振型，在空氣路徑(air path)為聲音壓力模態振型。
3.
頻率域(frequency domain)：頻率響應函數(frequency response function, FRF)為表達系統或路徑之內涵的參數。在結構路徑，若以衝擊鎚外力激振，又以加速規量測振動，FRF的物理意義為加速度除以力。在空氣路徑的FRF，如圖示則為聲音壓力除以加速度。
要求得系統內涵，以理論方式解析，常採用有限元素法(finite element method, FEM)，進行理論模態分析(theoretical modal analysis, TMA)可以求得結構的自然頻率及模態振型。進行簡諧響應分析(harmonic response analysis)，則可以求得頻率響應函數。此兩種分析都為P-analysis路徑分析，都是在求得系統內涵資訊，一為模態參數，一為頻率響應函數。
若以實驗方式求得系統內涵，此方法稱為實驗模態分析(experimental modal analysis, EMA)，或稱模態測試(modal testing)，簡要的步驟，在量測求得系統的頻率響應函數，透過曲線嵌合(curve fitting)，可得到結構的模態參數。此實驗流程即為P-test路徑測試。
要了解如圖示的打擊樂器敲擊聲音，可直接由實驗以麥克風(microphone)量測取得聲音壓力的時間域響應，再透過頻譜分析，得到聲音頻譜(sound spectrum)，藉以了解聲音之頻率特徵。此量測可以稱為R-test響應測試，除了量測聲音、也可以量測振動，兩者都是R-test，一為結構路徑的振動響應測試R-test for vibration，一為空氣路徑的聲音響應測試R-test for sound。
在振動噪音的實驗量測或理論分析，建構ISO及SPR的系統方塊圖，又深入了解系統或路徑的物理意義，是振動噪音診斷的基礎之一。
本文嘗試以系統方塊圖的角度，說明系統或路徑內涵的物理意義，希望對您有幫助。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2017.07.12
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