這個單元的主題：典型的振動噪音量測信號之「物理量」是甚麼？其中，需要討論的是：振動噪音如何量測？使用了甚麼「感測器」？而量測到的信號是怎樣的物理量？又甚麼是物理量呢？為什麼要量測聲音，也需要量測振動？
在先前有與「物理量」相關的討論單元，請讀者參考：【甚麼是「感測器」(sensor)及物理量(physical
quantity)？】、【牛頓第二定律之MLT因次分析：物理量的名稱、變數符號、對應的單位及單位代號】。
另外，【甚麼是ISO及SPR？】、【系統方塊圖】、【結構系統之振動模擬分析：問題定義的F-GMBI-R】都是與「系統方塊圖」相關的主題，在振動噪音的解析，不管是採用數值分析方法，或是實驗量測，SPR及ISO的「系統方塊圖」，是系統化思維的有利工具與理念。
這個單元以圖示，一個圓盤結構的鼓鈸打擊樂器來做說明，如何量測其聲音與振動？
如圖所示SPR，Source-Path-Response，「激振源」à「傳播路徑」à「響應」，【甚麼是ISO及SPR？】。可以推敲：鼓鈸受打擊棒的作用，有外力的激振源，促使圓盤結構路徑(structural path)的振動，而空氣與結構的互激作用，使得空氣波動，透過空氣路徑(air path)發散傳播出聲音響應。
-
--
如果可以量測：(1)打擊外力，(2)在圓盤結構上的振動，以及(3)空氣路徑上的聲音，就可了解此鼓鈸結構的「打擊力」、「結構振動」、及「聲音輻射」之響應。
在先前的單元：【甚麼是「感測器」(sensor)及物理量(physical quantity)？】，我們再回顧一下甚麼是「感測器」(sensor)，簡單的說，能將「物理量」(physical quantity)轉換成電的訊號(electrical
signal)之設備(device)就是「感測器」。
在振動噪音量測時，最常採用的「感測器」(sensor)，不外是「加速度規」(accelerometer)量測結構振動的「加速度」響應，「麥克風」(microphone)量測空氣波動的「聲音壓力」，有時也會需要量測作用「力」，就採用「力感測器」(force
transducer)。
針對鼓鈸圓盤結構，有興趣的「打擊力」、「結構振動」、及「聲音輻射」的對應此三項資訊，常用的「感測器」(sensor)，可參考圖示的量測系統架構照片，說明如下：
1. 打擊力：需要採用「力傳感器/力轉換器」(force
transducer)，可以度量得到力的時間域信號，以fj(t)表示。我們知道，力有三要素：大小、方向、作用點。力轉換器量測到的物理量是「力」的大小，fj(t)符號中的j，隱含著方向及作用點的位置。
2. 結構振動：辨識結構振動的大小，採用的物理量是，位移、速度、及加速度，三者之間視微分積分關係。實務上，量測結構振動，最常也廣泛使用的感測器是「加速度規」(accelerometer)，量測的加速度信號，以ai(t)表示，其中，a(t)，當然就是「加速度」(acceleration)物理量；而i，隱含著加速度的方向及量測的位置。
3. 聲音輻射：空氣路徑中的大氣壓力波動，是人們可以聽到及辨識出聲音的機制，因此，使用「麥克風」(microphone)，就是在量測大氣壓力的波動，量測到的物理量是「聲音壓力」(sound pressure)，以pk(t)表示，其中，p(t)，就是聲音壓力，而k，隱含著麥克風的指向及放置的量測位置。
綜合一下這個單元的討論，「感測器」(sensor)，就是要量測到對應的「物理量」(physical quantity)，典型的振動噪音量測感測器：
1. 力傳感器/力轉換器(force transducer)：量測到的物理量是「力」。力轉換器取得的是力的大小，還需要注意量測的方向及位置，所以，符號以fj(t)表示。
2. 加速度規(accelerometer)：量測到的物理量是「加速度」。感測器取得的是加速度的量值，同時，需要注意加速度規擺放的位置與方向，所以，符號以ai(t)表示。
3. 麥克風(microphone)：量測到的物理量是「聲音壓力」。麥克風量到的是聲音壓力的大小，也要注意麥克風安置的方向及位置，所以，符號以pk(t)表示。
本單元介紹了典型的振動噪音量測「感測器」，包括：力轉換器、加速度規、及麥克風。對應量測到的「物理量」，分別是：力、加速度、及聲音壓力。這三個物理量，分別對應的是：作用在鼓鈸結構的打擊力、鼓鈸結構振動的響應、以及空氣波動的聲音壓力響應。同時，須注意「力的三要素」原則：大小、方向、及作用點。「感測器」量到的是大小量值，感測器擺設的位置，要注意其方向及量測點。希望由本單元的探討，讀者能夠了解典型的振動噪音量測信號的「物理量」之差異。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2019.03.21
0 意見:
張貼留言