這個單元要來探討的主題是:甚麼是“ISO”和“SPR”系統方塊圖(system block diagram)?其中,“ISO”和“SPR”是探討振動噪音的傳遞路徑時,很重要的技巧,就先分別來看“ISO”和“SPR”的定義。
甚麼是“ISO”?參閱左上方圖示的【I → S → O系統方塊圖】,說明如下:
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Input:輸入。
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System:系統。
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Output:輸出。
甚麼是“SPR”?參閱右上方圖示的【S → P → R系統方塊圖】,說明如下:
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Source:激勵源 - 振動或噪音源。
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Path:傳遞路徑(transfer path)。
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Response/Receiver:響應/接受者。傳統上,大都是以Receiver為名,在此以Response稱之。
可以發現“ISO”和“SPR”本質上是相同的。Input對應的是Source,System對應的是Path,而Output對應的是Response。
針對“SPR”系統方塊圖(system block diagram),擴充來看,參閱圖示的【振動聲音傳遞之S → P → R系統方塊圖】,其中Path,拆分為兩個,分別是Structural Path以及Air (Flow) Path。Response也會有兩個,分別是Response
for Vibration以及Response
for Noise或是Response
for sound。
在此,以敲擊音叉(tuning fork)為例,說明如下:
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Source:就是激勵源,會選擇一個衝擊槌,來敲擊音叉,其敲擊力以𝒇𝒋 (𝒕)表示。
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Structural Path:音叉本身就是結構路徑,當音叉受到敲擊力,音叉結構會產生振動。
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R-Vibration:如果以手觸摸音叉,就可以感受到音叉的振動響應(vibration response),音叉上任一位置振動的加速度,以𝒂𝒊 (𝒕)表示。
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Air (Flow) Path:音叉的振動會造成空氣媒介的波動,就是透過空氣路徑,傳遞所產生的聲音,向四面八方擴散,就是所謂的聲音輻射(sound radiation)。
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R-Sound/Noise:當人的耳朵聽到音叉的聲音,就是聲音響應(sound response),如果是令人不舒服的聲音,就是噪音響應(noise response)。聽到的聲音,會是聲音壓力,以𝒑𝒌 (𝒕)表示。
另外,如果能夠量測到敲擊力=𝒇𝒋 (𝒕)、音叉振動的加速度=𝒂𝒊 (𝒕)、以及聲音的聲音壓力=𝒑𝒌 (𝒕),使用的儀器及簡要說明如下:
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敲擊力=𝒇𝒋 (𝒕):有一種衝擊槌(impact hammer),附有力感測器(force transducer),可以量測到𝒇𝒋 (𝒕),參閱圖示是典型的敲擊力,呈現出一個三角波。
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音叉振動的加速度=𝒂𝒊 (𝒕):最常使用來量測結構振動的是加速度規(accelerometer),黏貼在音叉上,可量測到該位置的加速度(acceleration)。參閱圖示是典型的加速度響應,呈現出指數衰減(exponential decay)的特徵。
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聲音的聲音壓力=𝒑𝒌 (𝒕):如果使用麥克風(microphone)量測,可得到聲音壓力(sound pressure)。參閱圖示是典型的聲音壓力響應,也是呈現出指數衰減(exponential decay)的特徵。
所以,透過精密的量測儀器,是可以量測得到:敲擊力=𝒇𝒋 (𝒕)、振動的加速度=𝒂𝒊 (𝒕)、聲音的聲音壓力=𝒑𝒌 (𝒕),此三種實驗量測,分別稱為:
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S-test:Source-test,也就是量測敲擊力=𝒇𝒋 (𝒕)。
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R-test-V:Response test for Vibration,也就是量測振動的加速度=𝒂𝒊 (𝒕)。
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R-test-N:Response test for Noise,也就是量測噪音/聲音的聲音壓力=𝒑𝒌 (𝒕)。
綜合一下這個單元的討論,介紹了:
1. 【I → S → O系統方塊圖】:瞭解甚麼是“ISO”?
2. 【S → P → R系統方塊圖】:瞭解甚麼是“SPR”? “ISO”和“SPR”本質上是相同的。Input對應的是Source,System對應的是Path,而Output對應的是Response。
3. 【振動聲音傳遞之S → P → R系統方塊圖】:擴充“SPR”系統方塊圖(system block diagram),可探討振動與聲音耦合的傳遞路徑。
4. 以敲擊音叉(tuning fork)為例:探討了Source → Structural
Path → R-Vibration
→
Air (Flow) Path → R-Sound/Noise。也就是:激勵源→結構路徑→振動響應→空氣路徑→聲音響應/噪音響應。
5. 透過精密儀器的三種實驗量測:S-test、R-test-V、R-test-N。
以上個人看法,請多指教!
王栢村
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