【活動報導】ISO 18436-2 CAT II國際振動分析師認證課程

2018年6月振動噪音產學技術聯盟(AITA/NVH)，與Mobius Institute正式簽約成為授權的培訓夥伴，並於2019年11月25-29日開起第三場【ISO 18436-2 CAT II國際振動分析師】培訓及認證課程，為台灣第一家由Mobius Institute授權開課認證機構。

課程為期四天半，最後半天考試，共有12個主題如下

1.      Principles of vibration振動原理

2.      Data acquisition數據採集

3.      Signal processing信號處理

4.      Condition monitoring狀態監測

5.      Fault analysis故障分析

6.      Corrective action矯正措施

7.      Equipment knowledge設備知識

8.      Acceptance testing驗收測試

9.      Equipment testing and diagnostics設備測試和診斷

10.  Reference standards參考標準

11.  Reporting and documentation報告和文件

12.  Fault severity determination判斷故障嚴重性

聯盟請到Mobius認證合格講師，馮騰峻先生為我們進行五天的課程訓練，第一天課程首先說明振動原理、信號處理以及時域波形分析；第二天課程主要介紹Data取得、分析過程與平衡旋轉機械、診斷不平衡；第三天課程將不對心、軸彎曲、軸承偏翹、如何軸對中、皮帶傳動分析、機械鬆動做一個詳細的解說；第四天課程說明滾動軸程、電動機、齒輪箱、泵、風機和壓縮機的振動分析；第五天課程，講師利用實際案例解說自然頻率與共振，並指導如何設置警報限及進行接受度測試。

第五天的下半天，進行振動分析師的認證考試，讓課程學員藉此成為一名合格的振動分析師。

經過精彩的認證課程訓練，讓學員學習到，如何成為「分析振動數據以檢測和診斷故障的人」，也透過課堂Q&A與綜合討論，課程學員與講師一同互動分享，使學員收穫滿滿。歡迎有興趣的廠商或學者與【振動噪音產學技術聯盟】聯繫。

活動花絮：

馮騰峻 講師 【ISO 18436-2 國際振動分析師課程】講解

馮騰峻 講師 【ISO 18436-2 國際振動分析師課程】講解

馮騰峻講師與學員大合照

振動分析師相關資訊請參考

Read More

《振動噪音科普專欄》人們唱歌的聲音，有甚麼樣的頻譜特徵呢？

由先前單元：【聲音有甚麼特徵？】，探討一個聲音，主要有三大特徵：

1.      音調(pitch)：聲音的頻率。

2.      響度(loudness)：聲音的大小。

3.      音色(timbre)：聲音的頻率組成。

這個單元就以這三個特徵的角度，來探討「人聲唱歌」的聲音之頻譜特徵。

首先，請讀者觀看影片，可以聽到作者唱音階Do的聲音，由於錄製聲音的裝置，有效頻寬到7,000Hz，以下的分析，就針對此「Do的聲音」作頻譜的特徵探討。

本單元對聲音的頻譜特徵分析，係採用屏科大機械系振動噪音實驗室開發的【SM軟體】，進行「頻譜分析」以及「時頻分析」，參閱0~7,000Hz的圖示，說明如下：

1.          時間域波形圖：在圖示上方，呈現所分析聲音WAVE檔案的原始「時間域波形」信號。代表的物理意義是「聲音壓力」(sound pressure)。此信號呈現「波動」的隨機信號特性，實際上，觀察不出甚麼現像。

2.          時間域聲音響度圖：在圖示下方，呈現隨時間變化的「聲音振幅大小」(dB)，此「聲音振幅」的物理意義是「聲音壓力位準」(sound pressure level)。此信號呈現2dB的些微波動。

3.          聲音頻譜圖：在圖示左方，呈現聲音WAVE信號的「聲音頻譜」，圖示的垂直軸為頻率，單位：Hz，水平軸是聲音的振幅大小，單位：dB。可以觀察0~7,000Hz的頻率範圍之頻譜分佈特徵。

4.          時頻圖：在圖示正中央，水平軸是對應「時間域波形」的時間(sec)，垂直軸是頻率(Hz)，彩色的分布圖示為聲音振幅大小(dB)。可以觀察隨時間變動時，聲音頻譜的分布狀態與趨勢。

放大圖示來看，主要的高貢獻度頻帶，約在0~1,000Hz以及2,500~3,000Hz，其中，0~1,000Hz的聲音振幅又明顯高了約30dB，為了深入觀察主要的高貢獻度頻帶，【SM軟體】可以選擇頻率區間做局部放大的解析，參閱0~5,000Hz的圖示，說明如下：

1.      由「聲音頻譜圖」、「時頻圖」可以明顯看出有「簡諧倍頻」的特徵。

2.      由「時間域聲音響度圖」，與0~7,000Hz圖示，相互比較，「響度」曲線圖，不僅趨勢相同、量值也一致。隱含的意義，0~5,000Hz頻帶對「響度」的貢獻度，和0~7,000Hz頻帶對「響度」的貢獻度是相同的。也就是5,000Hz以上的頻帶，對於「響度」貢獻小，這可以從「頻譜圖」看出來，確實5,000~7,000Hz頻帶的聲音振幅，相較下小很多，超過40dB的差異。

再進一步放大頻寬分析，參閱0~1,200Hz的圖示，觀察及討論如下：

1.      基音頻率(fundamental frequency)：由「頻譜圖」可看到第一個峰值頻率是130.8Hz，此頻率值和【音階標準頻率】C3=130.81Hz，是相符合的，也就是這個「Do的聲音」的音準是正確的。

2.      泛音頻率(overtone frequencies)：由「頻譜圖」及「時頻圖」可以明顯看出，有「簡諧倍頻音」的存在，這些「倍頻音」就是「泛音頻率」，而每一個「倍頻音」的「泛音頻率」對應的聲音振幅大小不同，其中，以「基音頻率」的振幅最大。

3.      人聲的「音色」(timbre)：是由頻率的組成所影響，「頻率組成」包括「基音頻率」和「泛音頻率」，以及各頻率對應的「聲音振幅」，每個人的聲音其「音色」的「頻率組成」不同，所以可以辨識出不同人的聲音。

4.      頻帶對「響度」的貢獻度：此「Do的聲音」在3個不同頻帶的解析可發現，時間域「響度」曲線幾乎相同，所以可推論，0~1,200Hz頻帶主導了對「響度」的貢獻度。

如前述，觀察一個聲音的特徵，包括：(1)「音調」就是「基音頻率」。(2) 「響度」是聲音的大小聲。(3)「音色」是「基音頻率」和「泛音頻率」的聲音頻率組成。

另外，觀察聲音的其他特徵，可從「時間域」以及「頻率域」來看，分別都有「波動」及「衰減」的現象，針對此「Do的聲音」觀察討論如下：

1.      「時間域」的「波動」及「衰減」：從「聲音壓力時間域波形信號」以及「時間域聲音響度」曲線，都可以觀察到「波動」及「衰減」的現象。

2.      「頻率域」的「波動」及「衰減」：從「聲音頻譜」及「時頻圖」，也可以觀察到「波動」及「衰減」的現象，藉由聆聽聲音以及對應圖示的解析，來觀察與體會此物理現象及物理意義。

這個「Do的聲音」，透過以上的解析，可以綜合如下：

1.      音準(pitch)：此聲音的「基音頻率」恰為C3的【音階標準頻率】，「音準」是正確的。

2.      響度(loudness)：此聲音的大小聲差異變化在2dB以內，至少要有3dB、甚至5dB的差異，人耳才能明顯感受大小聲的差異，此聲音僅2dB變化，大小聲的聽感差異不大，是透過解析才能看出此2dB的響度波動現象。

3.      音色(timbre, tone color)：此聲音的頻率組成，包括了「基音頻率」以及和「基音頻率」呈現倍數關係的「泛音頻率」，而且，每個頻率對應的「振幅」大小相異，組成了這個「Do的聲音」的「音色」。

本單元藉由【SM軟體】的「時頻分析」，得到了「時間域波形」、「時間域響度」、「聲音頻譜」及「時頻圖」，探討了人們唱歌的聲音特徵。希望由本單元的介紹，讀者可以了解「人聲」的信號解析方式，以及聲音的「時間域」及「頻率域」的各種特徵。

以上個人看法，請多指教！

王栢村

2019.11.22


粉絲團文章連結 
YouTube影片連結 
訂閱電子報 

Read More

《振動噪音科普專欄》相同音階，為什麼會有不同的聽感呢？

前一個單元：【為甚麼可以辨別出鋼琴、提琴、鐵琴的聲音？】，探討了人耳能夠辨別出不同樂器的聲音，係因為「聲音頻譜」中的「頻率」、「振幅」、及「阻尼比」，也就是主要影響「音色」的3個主要因子。

這個單元針對有相同音階的4個聲音，來探討為什麼會有不同的「聽感」呢？首先，就請讀者觀看本單元的影片，可以聽一下這4個聲音，並參考圖示的時間域波形，就聽感來說：

1.      A聲音：是3個衰減的聲音，聽起來像是Do的音階。

2.      B聲音：也是Do的音階，聽起來是比較悶的撥弦方式，有些微衰減的效果。

3.      C聲音：有高頻率的微微波浪振盪的回音效應，聽起來也是Do的音階。

4.      D聲音：像是吹簫的聲音，是持續Do的音階，有微幅波動的不穩定聲音。

不管讀者的聽感如何，4個聲音似乎都是有相同的音階，但是有截然不同的聽感。從圖示的時間域波形，是可以感覺出大小聲的變化情形。

要去探討這4個聲音的差異，由先前單元：【聲音有甚麼特徵？】，探討一個聲音，主要有三大特徵：

1.      音調(pitch)：聲音的頻率。

2.      響度(loudness)：聲音的大小。

3.      音色(timbre)：聲音的頻率組成。

從圖示的「時間域波形」信號來看，是可以感覺出聲音大小的「響度」變化，「音調」也就是聲音的頻率，專業音樂人士，可能可以聽出來是Do的「音階」。然而「音色」的頻率組成，大概就很難具體的描述了，只能說「音色」確實有明顯的差異。

以下就採用「頻譜分析」【甚麼是頻譜分析？】以及「時頻分析」【頻譜分析與時頻分析有甚麼差別呢？】的方式，探討這4個聲音的特徵。

首先，針對A聲音的圖示，做一個綜合介紹，係採用振動噪音實驗室開發的【SM軟體】進行「頻譜分析」以及「時頻分析」，說明如下：

1.          時間域波形圖：在圖示上方，呈現所分析聲音WAVE檔案的原始「時間域波形」信號。

2.          聲音頻譜圖：在圖示左方，呈現聲音WAVE信號的「聲音頻譜」，圖示的垂直軸為頻率，單位：Hz，水平軸是聲音的振幅大小，單位：dB。

3.          時頻圖：在圖示正中央，水平軸是對應「時間域波形」的時間(sec)，垂直軸是頻率(Hz)，彩色的分布圖示為聲音振幅大小(dB)。

4.          時間域聲音響度圖：在圖示下方，呈現隨時間變化的聲音振幅大小(dB)。

以下分別探討4個聲音的「頻譜」特徵：

1.          A聲音的頻譜特徵：由「聲音頻譜圖」可觀察，有數個頻率峰值，前兩個波峰頻率分別為524.6Hz及1049Hz。由「時間域聲音響度圖」可看出和原始的「時間域波形圖」有對應，是3個相同的、有明顯衰減現像的聲音。在「時頻圖」，可觀察不同頻率的振幅大小隨時間的衰減變化歷程。

2.          B聲音的頻譜特徵：由「聲音頻譜圖」可觀察，有數個頻率峰值，前兩個波峰頻率分別為262.5Hz及525Hz。由「時間域聲音響度圖」可看出和原始的「時間域波形圖」有對應，是4個相同的聲音，在初始激振後，聲音有些微衰減的現象。在「時頻圖」，可觀察不同頻率的振幅大小隨時間的衰減變化歷程，特別是262.5Hz的頻率，全程存在、而且有相近的振幅。

3.          C聲音的頻譜特徵：由「聲音頻譜圖」可觀察，有數個倍數頻率峰值的特性，前兩個波峰頻率分別為520Hz及1045Hz。由「時間域聲音響度圖」可看出和原始的「時間域波形圖」有對應，是4個相同的聲音組成，每個聲音有明顯飄動的現像。在「時頻圖」，可觀察不同頻率的振幅大小隨時間的衰減變化歷程，特別是1045Hz的頻率，全程存在有相近的振幅；而，520Hz的振幅最大，在時間域有間歇的大小飄動。觀察右上方圖示，是0~22,000Hz頻率區間的對應圖示，可以觀察出在10,000Hz及20,000Hz附近，分別有兩個峰值頻率，所以會有高頻率特徵的聽感。

4.          D聲音的頻譜特徵：由「聲音頻譜圖」可觀察，也有數個倍數頻率峰值，前兩波峰頻率分別為262.5Hz及522.5Hz。由「時間域聲音響度圖」可看出和原始的「時間域波形圖」有對應，類似吹簫的聲音，有微幅顫抖的現象。在「時頻圖」，可觀察不同頻率的振幅大小隨時間變化，聲音振幅大約相近，也就是聲音是持續的特徵。

從以上的討論，4個聲音出現的主要「峰值頻率」，與「標準音階頻率」：C4=261.63Hz、C5=523.25Hz、C6=1046.5Hz，有直接的相關性，可以知道這4個聲音的主要「峰值頻率」是C5=523.25Hz，就是「基音頻率」，並且有不同的「泛音頻率」組成其「音色」。所以4個聲音的聽感，在「音階」上是相同的，但是由於「音色」的不同，聽感是截然不同的。

綜合一下本單元的聲音特徵討論，可以由以下幾個方向探討：

1.      時間域特徵解析：由「時間域波形圖」以及「時間域聲音響度圖」，前者，是原始的聲音信號，後者，是轉化為「聲音壓力位準」dB，可以比較觀察不同聲音的在時間域的衰減、明顯飄動、或持續的微幅波動等特徵。

2.      頻率域特徵解析：由「聲音頻譜圖」，可以觀察聲音的頻率組成，也就「音色」的特徵。

3.      時間域及頻率域的特徵解析：由「時頻圖」除了可以觀察「音色」的聲音頻率組成，也可以看到不同頻率的衰減、飄動、或持續性的特徵。

由以上討論可以知道，相同音階的聲音，會有不同的聽感，主要是：(1)「音色」：聲音的頻率組成差異之影響。(2)「響度」：聲音的大小隨時間的變化現象，如衰減、飄動、持續等特徵的差異。

本單元藉由「時頻分析」得到的「時頻圖」及「聲音頻譜」，可以觀察一個樂器聲音的特徵，包括：(1)「音調」就是「基音頻率」。(2)「音色」是「基音頻率」和「泛音頻率」的組成。

人的耳朵，確實是個了不起的「感測器」(sensor)，也是具有了不起的「頻譜分析」能力，所以能夠聽到相同音階的聲音，又能夠辨別出「音色」的差異。

以上個人看法，請多指教！

王栢村

2019.11.11

粉絲團文章連結 
YouTube影片連結 
訂閱電子報 

Read More