【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片

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振動噪音產學技術聯盟

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辦理單位

    主辦單位    
   振動噪音產學技術聯盟
 
    指導單位
   科技部


  承辦單位
    國立屏東科技大學 
    
    國立台北科技大學
 
    

    正修科技大學

    

  協辦單位
    

教育訓練

「聲音分析」創意競賽
2019聲音量測系統(SM)教育訓練 


一、教育訓練說明:
n  因「聲音分析」創意競賽需使用【振動噪音產學技術聯盟】所提供「聲音量測系統」 (Sound Measurement System , SM),特此規劃【2019聲音量測系統(SM)教育訓練】,除介紹模組的使用外,也分享聯盟的實務案例作為競賽的構想參考,歡迎各位參加。
n   活動時間、地點:
日期/時間
地點
主講人
報名截止日
2019.05.13()
14:00~17:00
國立台北科技大學
綜合科館 327
王栢村教授
2019.05.10
2019.05.20()
09:00~12:00
正修科技大學
生活創意大樓0606教室
王栢村教授
2019.05.17
2019.05.22()
14:00~17:00
國立彰化師範大學
工學院E205
王栢村教授
2019.05.21
u  活動人數:45
u  活動費用:免費參加

二、教學內容:
n   SM聲音量測模組介紹
n   SM軟體安裝及使用
n   SM軟體實務應用

三、報名方式:至報名系統,線上報名
四、指導單位:科技部
五、主辦單位:國立屏東科技大學機械工程系【振動噪音產學技術聯盟】
六、協辦單位:國立臺北科技大學、國立彰化師範大學、正修科技大學、高苑科技大學、中華民國振動與噪音工程學會、台灣聲學學會

軟體專區


一、軟體名稱:「聲音量測系統」(Sound Measurement System , SM)
n   發明人:王栢村 教授
n   服務單位:國立屏東科技大學 機械工程系
n   電話:08-7703202#7036
n   傳真:08-7740142

二、「聲音量測系統」(Sound Measurement System , SM)介紹

三、「聲音量測系統」(Sound Measurement System , SM)軟體取得
n   聯絡人:林谷樺 專員、黃立鑫 專員
n   連絡電話:(08)-7703202 ext.7036

四、「聲音量測系統」(Sound Measurement System , SM)量測範例



屏東科技大學機械工程系所  振動噪音實驗室
實驗室主持人:王栢村教授
聯絡信箱:wangbt@mail.npust.edu.tw
聯絡電話:08-7703202 #7017 / 7036
實驗室網站:http://140.127.6.133/lab/

競賽時程

一、報名期間 (開始 è 截止)

n   20190430() è 20190630()止,採線上報名,取得「聲音量測系統」(Sound Measurement System , SM)軟體,敬請把握機會!

二、截稿/複審/得獎名單/頒獎時程

項目
重要時程
地點
作品截稿日期
2019/08/10()

複審通知
2019/08/30()

複審發表
2019/09/18()
正修科技大學
得獎名單公告
2019/09/19()

頒獎
2019/09/24()
國立台北科技大學


審查程序


一、初審作業
n   審查時間 è 截稿日過後將進行初審
n   審查方式 è 採書面審查方式,由聯盟遴聘國內大學院校專家學者,組成【「聲音分析」創意競賽--評審委員會】負責審查作業。 每個參賽作品不少於三位相關領域之委員審查,選出若干篇優良作品,進入複審。
n   審查標準
1. 【作品書面報告】20% è 論文、海報、單頁PPT
2. 【作品內容】60%
3. SM軟體應用分析技術性】20%
n   初審評審表格下載

二、複審作業
n   審查時間 è 2019/08/30()得知初審結果,各入圍者報告時間將另行通知
n   審查方式 è 召開複審會議,由【「聲音分析」創意競賽--評審委員會】複審委員擔任口試評審,進入複審的參賽者將進行 10分鐘-20分鐘口頭發表, 依最終結果,確認最後獲獎作品。
n   審查標準
1. 【作品內容】50%
2. 【簡報完整】30% è 10分鐘-20分鐘發表簡報
3. 【詢答】20%
n   複審評審表格下載

三、備註
n   將成立【「聲音分析」創意競賽--評審委員會】,以進行初審及複審作業。
n   兩次評審獨立審查,以複審成績作為獎勵頒發的依據。
n   評審作業未盡事宜,悉由【「聲音分析」創意競賽--評審委員會】審議。

《振動噪音科普專欄》典型的Window視窗加權函數有哪些?


在進行信號的頻譜分析,常會提到「window」視窗加權函數,那麼甚麼是window function「視窗函數」、weighting function「加權函數」?有哪些種「視窗加權函數」可以選用,在頻譜分析中,扮演怎樣的角色?這個單元就來介紹有哪些種「視窗加權函數」。

首先,由1是先前單元【頻譜分析儀如何處理量測信號?】:介紹了頻譜分析儀處理量測信號的功能及其動作原理,包括:反假象濾波器(anti-aliasing filter, AA filter)類比數位轉換器(A/D converter, analog-to-digital converter)、視窗/加權函數(window/weighting function)、快速傅立葉轉換(FFT, fast Fourier transform)

在對一個信號做FFT的頻譜分析,其中,第4個步驟就有weighting (window)的處理,簡單的說:「視窗加權函數」是在解決「洩漏」(leakage)的問題。而【甚麼是洩漏(leakage)】呢?

1.      洩漏的現象:在信號的頻譜圖,其頻率的振幅,有不正確的分析結果。
2.      洩漏的原因:是信號的頻率f,與FFT的分析參數:頻率解析度Δf,沒有能夠整除。因為f/Δf整數,所以,就沒有能夠完全正確的解析信號的頻率f,連帶也不能正確解析信號的振幅X
3.      洩漏的解決方法:需要使用「視窗函數」(window function)、或稱「加權函數」(weighting function),能夠降低「洩漏」之影響。

參閱2顯示常見的5window視窗函數的方程式及其圖示。如果,時間域的「原始信號」為x(t),「加權函數」為w(t),「加權後的信號xw(t),可以寫成:xw(t)=x(t)*w(t),也就是在一個time frame中,每個時間點對應相乘。這個time frame,是指欲進行FFT的信號之「時間區間」,或稱為「總取樣時間」,可參閱:甚麼是取樣頻率(sampling frequency)】。

參閱2,有5window視窗加權函數w(t)的特徵,以及以一個正弦波「原始信號x(t)為例,取得「加權後的信號xw(t)之說明如下:

1.      Rectangle (boxcar) window矩形視窗加權函數:在一個time frameRectangle window數值都是1,也就是相當於沒有加權的效果。所以,可以看出x(t)xw(t)是完全相同的信號。適用在沒有洩漏(leakage)的信號。在實務上,如果是隨機信號,幾乎都會有洩漏,因為信號的頻率組成是隨機的、任意的頻率,所以,都會有洩漏的現象。因此,隨機信號是不會採用Rectangle window
2.      Hanning window漢寧視窗加權函數:在一個time frameHanning window呈現接近一個半正弦波的特性,「加權後的信號」xw(t),可以看出兩端的數值都為零,使得起始點與終點的數值相同,可以降低洩漏(leakage)的效應。Hanning window常用於隨機信號的頻譜分析,可以得到不錯的頻率解析及其振幅解析。
3.      Kaiser-Bessel window開氏貝索視窗加權函數Kaiser-Bessel windowHanning window的作用效果相近,可以看出w(t) 「加權函數」有差異,不過Kaiser-Bessel時間域波形與Hanning相近。因此,以Kaiser-Bessel「加權後的信號」xw(t),與Hanning window相似,所以沒有呈現。Kaiser-Bessel window,在頻率解析略遜於Hanning window,不過頻率對應的振幅解析略優於Hanning window,同樣也都可以適用於隨機信號的頻譜分析。
4.      Flat-top window平頂視窗加權函數Flat-top window對於頻率解析度,在以上這4window來說,是最不好的一種。但是,在頻率對應振幅的解析是最優的,甚至可以得到幾乎完全正確的振幅。因此,對於標準振動源的加速度規校正、或是標準音源的麥克風校正,非常有用。當進行加速度規及麥克風校正時,因為標準振動源及音源都是單一頻率信號,又因為是要校正信號的振幅值,所以,建議採用Flat-top window,可以有較精準的振幅解析。讀者可參考:如何進行「加速規」校正?】、【如何進行「麥克風」校正?】。
5.      Exponential window指數視窗加權函數Exponential window的加權函數,係由σ衰減率(decay rate)控制,或是由τ時間常數(time constant)為「衰減率」的倒數來設定其指數視窗加權函數w(t)的波形。對於「衰減型的信號」,特別是傳統實驗模態分析,採用衝擊鎚敲擊結構,以加速度規量測結構響應,量測到的加速度信號會是「指數衰減」(exponential decay)的特性。如果在一個time frame的時間區間,信號沒有衰減到零,這時,就需要在加速度響應,施予Exponential window,可以降低時間域信號的truncation error截斷誤差」影響,以免頻譜會有「柵欄效應(fence effect)的產生。相關討論,可參閱:Window effect on decay signal for FFT】、【Window effect on decay signal for FFT (2)】。

FFT頻譜分析時,綜合一下以上對window視窗加權函數的探討:

1.      FFT頻譜分析,需要選用適當的window視窗加權函數,主要在降低洩漏(leakage)的效應
2.      FFT頻譜分析時,若是著重於頻率解析,不同window的優先選序RectangleHanningKaiser-BesselFlat top
3.      FFT頻譜分析時,若是著重於頻率的振幅解析,不同window的優先選序Flat topKaiser-BesselHanningRectangle
4.      如果是對一個隨機信號的FFT頻譜分析,一般而言,是希望了解隨機信號的頻率組成(frequency content),也希望能得到好的振幅解析。因此,選用HanningKaiser-Bessel都適當。如前述,Hanning的頻率解析略優於Kaiser-BesselKaiser-Bessel的振幅解析略優於Hanning。普遍來說,對於隨機信號的FFT最常用的選擇是Hanning window
5.      如果是對一個單一頻率的信號,進行FFT頻譜分析,又希望對該信號有精準的振幅解析,最常見的這種狀況,就是加速度規及麥克風的校正,此時,由於是要求振幅的精準度,所以應該選用Flat top window
6.      如果要對一個具有指數衰減特徵的信號,進行FFT頻譜分析,又如果該衰減信號,在一個time frame,還沒有衰減到接近零,這時,需要使用Exponential window,使得加權後的信號xw(t),能夠強迫衰減到接近零,如此,方可降低時間域信號的「截斷誤差(truncation error),所造成的頻譜「柵欄效應(fence effect)之現象。

本單元介紹了window」視窗加權函數的特性及其選用的原則,對於FFT頻譜分析的信號處理過程是重要的步驟之一。希望由本單元的探討,讀者能夠進一步了解window的基本理念。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2019.04.18

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圖1、先前單元【頻譜分析儀如何處理量測信號?】

2、常見的5window視窗函數的方程式及其圖示