這個單元要來探討的主題是：由“SPR”系統方塊圖(system block diagram)，來看需要哪些實驗(test)與分析(analysis)？
首先，回顧一下前一個單元：#350，【甚麼是ISO和SPR系統方塊圖？】，摘錄【振動聲音傳遞之S → P → R系統方塊圖】，如左上方圖示，以敲擊音叉(tuning fork)為例，統整如下：
1. 探討了：Source → Structural
Path → R-Vibration
→
Air (Flow) Path → R-Sound/Noise。
2. 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。
3. 透過精密儀器的三種實驗量測：S-test、R-test-V、R-test-N。
接下來，參閱右上方圖示：【振動/聲音之結構路徑/空氣路徑之S → P → R系統方塊圖】，針對實驗(Test)或分析(Analysis)，可以分別歸納出有5個項目：
1. Test實驗：S-test、P-test-S、R-test-V、P-test-A、R-test-N。
2. Analysis分析：S-analysis、P-analysis-S、R-analysis-V、P-analysis-A、R-analysis-N。
參閱左邊中間圖示，音叉結構之實驗(Test)或分析(Analysis)，針對S-test、R-test-V、R-test-N，已經有介紹過，甚麼是P-test-S和P-test-A呢？在此，針對敲擊音叉的振動及聲音之實驗量測與對應的分析，再整合說明如下：
1. R-test-N：Response test for Noise，也就是量測噪音/聲音的聲音壓力=𝒑𝒌 (𝒕)，目的在瞭解聲音的特徵。量測到的原始數據是時間波形(time waveform)，會透過FFT處理，取得噪音頻譜(noise spectrum)，實際上是聲音壓力頻譜(sound pressure spectrum)，可簡稱聲音頻譜(sound spectrum)。
2. R-test-V：Response test for Vibration，也就是量測振動的加速度=𝒂𝒊 (𝒕)。由於聲音和振動是一體兩面，尤其敲擊音叉的聲音，主要來自結構振動，所以，會有興趣量測振動響應(vibration response)。同樣地，量測到的原始數據是時間波形(time waveform)，會透過FFT處理，取得振動頻譜(vibration spectrum)。實際上是加速度頻譜(acceleration spectrum)，常常只簡稱振動頻譜(vibration spectrum)。
3. S-test：Source-test，也就是量測敲擊力=𝒇𝒋 (𝒕)，目的在瞭解Source的特徵。
4. P-test-S：Path test for Structure，也就是對結構進行EMA實驗模態分析(experimental modal
analysis, EMA)，目的在瞭解結構路徑的「振動模態」。EMA的主要兩個步驟：(1) 量測結構的「頻率響應函數」(frequency response function, FRF)
𝑯𝒊𝒋 (𝒇)。(2) 透過「曲線嵌合」(curve fitting)，就可取得結構的「模態參數」(modal parameters)，就是「振動模態」，包括：𝒇𝒓、𝝓𝒓、𝝃𝒓。其中，𝒇𝒓 「自然頻率」(natural frequency)、𝝓𝒓「模態振型」(mode shape)、𝝃𝒓「模態阻尼比」(modal damping ratio)。
5. P-test-A：Path test for Air，也就是對空氣路徑進行EMA實驗模態分析，目的在瞭解空氣路徑的「聲場模態」(acoustic modes)。這是比較進階的議題，也需要有進階的聲學照相機(acoustic camera)設備，才能夠執行。如影片可以看到的是在第一個振動模態的「聲場模態振型」(acoustic mode shape)，其物理意義是：「聲音壓力模態振型」(sound pressure mode shape)。有別於P-test-S =EMA，得到的「結構模態振型」(structural mode shape)，其物理意義是：「位移模態振型」(displacement mode shape)。
所以，以實驗(Test)方式來探討敲擊音叉的物理機制(physical mechanism)，需要執行以上的5種Test。因此，實驗導向(Experimental
approach)的量測實驗，參閱圖示右下方彙整，包括：
1. S-test：Source-test，也就是量測敲擊力=𝒇𝒋 (𝒕)。若是機器系統，可能會有其它激勵源，例如：流場激振力、或是馬達電磁力。
2. P-test-S：Path test for Structure，也就是對結構進行EMA實驗模態分析，在量測取得FRF頻率響應函數𝑯𝒊𝒋 (𝒇)，進而得到結構的振動模態(vibration modes)。
3. R-test-V：Response test for Vibration，也就是量測振動的加速度=𝒂𝒊 (𝒕)。原始數據是時間波形(time waveform)，會透過FFT處理，取得振動頻譜(vibration spectrum)。
4. P-test-A：Path test for Air，也就是對空氣路徑進行EMA實驗模態分析，在量測取得FRF頻率響應函數𝑯𝒊𝒋 (𝒇)，進而得到空氣路徑的聲場模態(acoustic modes)。
5. R-test-N：Response test for Noise，也就是量測噪音/聲音的聲音壓力=𝒑𝒌 (𝒕)。原始數據是時間波形(time waveform)，也會透過FFT處理，取得噪音頻譜(noise spectrum)。
對應於實驗導向(Experimental
approach)的5種Test實驗技術，也可有理論解析導向(Analytical approach)
的5種Analysis分析技術，包括：
1. S-analysis：敲擊衝擊外力分析。若是機器系統，可能會有其它激勵源，例如：流場CFD分析、或是馬達電磁場分析。
2. P-analysis-S：結構系統分析，包括：Modal模態分析、Harmonic簡諧響應分析。
3. R-analysis-V：結構響應分析，包括：Transient暫態響應分析、Spectrum頻譜響應分析。
4. P-analysis-A：Vibroacoustic聲振耦合分析，包括：Modal模態分析、Harmonic簡諧響應分析。
5. R-analysis-N：Spectrum聲音頻譜響應分析。
以上僅羅列5種Analysis分析項目，在過去有許多單元，都有大致的介紹過，爾後再另闢單元補充。
最後，參閱圖示左下方，針對空調系統壓縮機(compressor)之實驗(Test)或分析(Analysis)，先從
壓縮機的Source解剖，包括：
1. Motor excitation馬達激振：因為是馬達驅動壓縮機的運轉。
2. Flow excitation流場激振：因為有壓縮室冷媒流動的波動壓力。
3. Mechanical excitation機械結構外力激振：因為是轉動機械，都會有某種程度不平衡外力的激振。
從實驗導向，需要建立5種Test實驗技術：S-test、P-test-S、R-test-V、P-test-A、R-test-N。
過去有介紹過Virtual
Testing
(VT)虛擬測試，先前單元：#69，【模型驗證的意義與虛擬測試之應用】。除了5種Test實驗技術之外，如果，也能夠建立，從分析導向的5種Analysis分析技術：S-analysis、P-analysis-S、R-analysis-V、P-analysis-A、R-analysis-N。那麼就可以透過Analysis分析技術，於輔助產品的設計開發和振動噪音的改善。
綜合一下本單元的討論，由“SPR”系統方塊圖(system block diagram)，來看需要哪些實驗(test)與分析(analysis)？
1. 實驗導向(Experimental
approach)的5種Test實驗技術：S-test、P-test-S、R-test-V、P-test-A、R-test-N。
2. 分析導向(Analytical approach)的5種Analysis分析技術：S-analysis、P-analysis-S、R-analysis-V、P-analysis-A、R-analysis-N。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2023.12.12
