【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片

為提供訪客更多、更清楚的資訊,我們建立【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片,只要10分鐘的時間,快速為您介紹聯盟網頁架構、網頁內涵及如何應用,讓您多了解【振動噪音產學技術聯盟】網頁!

振動噪音產學技術聯盟

Facebook粉絲專頁

《振動噪音科普專欄》隨機的理想衝擊波(random ideal impact wave),其頻譜會有甚麼特徵?

  

這個單元要來探討的主題是:「隨機的理想衝擊波」(random ideal impact wave),其「頻譜」(spectrum)會有甚麼特徵?

 

因為要從「時間波形」(time waveform),透過FFT「快速傅立葉轉換」(fast Fourier transform),取得信號的「頻譜」(spectrum)。首先,回顧一下,如何進行FFT「快速傅立葉轉換」(fast Fourier transform)。參閱圖片左上方,FFT之【ISOC】分析的系統方塊圖(system block diagram),重點說明如下:

 

1.      Input輸入:就是一個信號的「時間波形」(time waveform)。

2.      System系統:在此FFT,就是系統。就是要進行FFT「快速傅立葉轉換」(fast Fourier transform)。

3.      Output輸出:當然就是「時間波形」信號的「頻譜」(spectrum)。

4.      Control控制:進行FFT的控制變數,有三大項,包括:(1) FFT 參數(parameters),(2) 窗函數形式(Window Type),(3) 平均處理(Averaging)。

 

針對第一個重要選項,是FFT 參數(parameters),主要有兩個變數需要設定,定義如下:

 

1.      Fmax = 1000 Hz:最高有效頻率(maximum effective frequency),單位:Hz。

2.      LOR = 1000 條:頻率解析條數(lines of resolution, LOR),單位:條(lines)。

 

在此設定,R = Fmax / LOR = 1.0 Hz:頻譜的頻率解析度(Resolution)。

 

同時,第二個重要選項,是窗函數形式(Window Type)。本單元選用”Box”=「方形/均勻/矩形窗函數」。

 

第三個重要選項,是平均處理(Averaging),令平均次數(Number of Averaged):Navg = 1次。Overlap = 0%。

 

首先,參閱圖片右上圖示,瞭解一下甚麼是「理想衝擊波」(ideal impact wave)?因為,「時間波形」就是單一個脈衝信號(single impulse),其「頻譜」會是「平頻譜」(flat spectrum),這種頻譜,也稱為「白噪音頻譜」(white noise spectrum)。

 

簡單來說:「理想衝擊波」,其「頻譜」,在所有的頻率,都為常數。

 

其次,參閱圖片右邊中間圖示,瞭解一下甚麼是連續的(continuous)、重複的(repeated)、週期的(periodic) 「理想衝擊波」(ideal impact wave),左邊是「時間波形」(time waveform),右邊是對應的「頻譜」,討論如下:

 

1.      「時間波形」:一系列連續的、重複的、週期的「理想衝擊波」,倆倆衝擊波之間的時間間隔固定,也就是「理想衝擊波」的「週期」(period):𝑻𝒑 = 0.025 sec。

2.      「頻譜」:呈現一系列連續的、重複的、週期的「峰值」(peak),這種「頻譜」特徵,稱為「簡諧倍頻」(harmonics),也可簡稱「諧頻」、「諧波」。harmonics「簡諧倍頻」重複的「基礎頻率」(fundamental frequency):𝒇𝒉 = 𝟏/𝑻𝒑 = 𝟏 / 0.025 = 40 Hz。𝒇𝒉「基礎頻率」會是「理想衝擊波」的𝑻𝒑「週期」之倒數。

 

這個單元要來探討的是:「隨機的理想衝擊波」(random ideal impact wave),其「頻譜」(spectrum)會有甚麼特徵?參閱圖片左邊下方圖示,說明如下:

 

1.      「時間波形」:一系列連續的、隨機的「理想衝擊波」,衝擊波有正、有負,而且沒有固定的週期關係,是隨機的(random)衝擊波。

2.      「頻譜」:可以以Linear或是Logarithmic來觀察「頻譜」。當AVG=1,就是只取了1次的平均,呈現了隨機的(random)分布現象,每個頻率都有振幅值。在Logarithmic「頻譜」,紅色曲線是原始的「頻譜」,黑色的曲線是「平滑化頻譜」(smoothed spectrum),可以觀察到,接近於「平的頻譜」(flat spectrum)。若是AVG=5,就是取了5次的平均,同樣呈現了隨機的(random)分布現象,每個頻率都有振幅值。這時,紅色的原始「頻譜」曲線,又更接近於「平的頻譜」(flat spectrum)。黑色的「平滑化頻譜」(smoothed spectrum) 曲線,也是更加接近於「平的頻譜」(flat spectrum)。

 

對於「理想衝擊波」(ideal impact wave)的「頻譜」,在所有的頻率,都為常數。所以是真正的「平頻譜」(flat spectrum),這種頻譜,也稱為「白噪音頻譜」(white noise spectrum)。

 

而「隨機的理想衝擊波」(random ideal impact wave),其「頻譜」(spectrum)是接近於「平的頻譜」(flat spectrum)。若是平均次數(Number of Averaged)取得越多,「頻譜」就越接近於「平的頻譜」(flat spectrum),也就是越接近於「白噪音頻譜」(white noise spectrum)。

 

綜合一下這個單元的討論:

 

1.      「理想衝擊波」(ideal impact wave)的「頻譜」:在所有的頻率,都為常數。所以是真正的「平頻譜」(flat spectrum),這種頻譜,也稱為「白噪音頻譜」(white noise spectrum)。

2.      連續的(continuous)、重複的(repeated)、週期的(periodic) 「理想衝擊波」(ideal impact wave) 的「頻譜」:呈現一系列連續的、重複的、週期的「峰值」(peak),這種「頻譜」特徵,稱為「簡諧倍頻」(harmonics),也可簡稱「諧頻」、「諧波」。harmonics「簡諧倍頻」重複的「基礎頻率」(fundamental frequency):𝒇𝒉 = 𝟏/𝑻𝒑。𝑻𝒑是「理想衝擊波」的「週期」(period)。

3.      「隨機的理想衝擊波」(random ideal impact wave)的「頻譜」:是接近於「平的頻譜」(flat spectrum)。若是平均次數(Number of Averaged)取得越多,「頻譜」就越接近於「平的頻譜」(flat spectrum),也就是接近於「白噪音頻譜」(white noise spectrum)。

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2026.02.25

YouTube影片連結