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振動噪音產學技術聯盟

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《振動噪音科普專欄》甚麼是dB?


dB是decibel,中文翻譯是「分貝」。有看到「聲音壓力位準」是dB,也有「聲音功率位準」、「聲音強度位準」都是dB,看起來是不同的「物理量」(physical quantity)【甚麼是「感測器」(sensor)及物理量(physical quantity)?】,為什麼都用dB表示?dB是單位符號嗎?dB的意義為何?還有,好像也有加速度(acceleration)、速度(velocity)、位移(displacement),甚至力(force)也是寫成dB的單位?為什麼呢?

在先前的單元:【為什麼噪音值是「分貝」?】,已經介紹了「聲音壓力位準」(Sound Pressure Level, SPL),單位:dB,分貝(decibel)。分貝值更精確、完整的單位表示,應該寫成:dB re 20μPa,英文唸法:decibel with respect to 20 micro Pascal。中文說法:以20μPa為參考值的分貝值。

「聲音壓力」(Pa)轉換成「聲音壓力位準」分貝(dB)的定義如下:

SPL = 20*Log10 ( P / Pref)

其中,

l   SPL是sound pressure level,「聲音壓力位準」,單位:dB,分貝(decibel)。
l   P是所度量的「聲音壓力」,單位:Pascal,簡寫Pa ,帕斯卡,簡稱帕。
l   Pref 是「聲音壓力參考值」,20μPa,μ是10的負6次方,micro的代號。一般認知:如果是1000Hz的純音時,20μPa的聲音壓力值是人耳剛好可以聽到聲音的量值,所以就採用Pref=20μPa。

由以上SPL的定義,我們可以寫出「物理量」轉換為「dB」的通式如下:

dB = 20*Log10 ( X / Xref)

其中,X是所要轉換的「物理量」,Xref是「該物理量的參考值」。參閱圖示,共列出了7種物理量的dB轉換表示式,以及其單位表示方式和對應的「物理量參考值」,包括:

1.          加速度位準(acceleration level):單位表示為dB re 1 μm/s^2。
2.          速度位準(velocity level):單位表示為dB re 1 nm/s。
3.          位移位準(displacement level):單位表示為dB re 1 pm。
4.          聲音壓力位準(sound pressure level):單位表示為dB re 20 μPa。
5.          聲音功率位準(sound power level):單位表示為dB re 1 pW。
6.          聲音強度位準(sound intensity level):單位表示為dB re 1 pW/m^2。
7.          外力位準(force level):單位表示為dB re 1 μN。

上述的單位表示中,μ是micro,代表10的負6次方。n是nano,代表10的負9次方。p是pico,代表10的負12次方。μ、n、p都是「數量級代號」,讀者可以回顧一下先前單元:【單位符號的組成:數量級代號+單位代號】。

由以上的討論,綜合「物理量」轉換為「dB」的重點如下:

1.          「物理量」轉換為「dB」的轉換通式,基本上都是有一個參考值,實際度量的物理量除以參考值後,取10為底的對數(logarithmic)運算,再乘以20。唯二除外是:「聲音功率位準」、「聲音強度位準」,都是乘以10。
2.          將「物理量」轉換為「dB」的意義:將數量級大的數字量值,經過對數處理可以轉換為較小數值,以聲音及振動來說,換算成dB與人體的感受度是比較能感受其大小程度的相關性。例如:由先前單元:【怎麼看「等響度曲線」?】,以1000Hz的純音而言,音量大小相差10dB,就大約是兩倍響度的差異。所以音量大小都以dB來表示,容易感受聲音的量值範圍。
3.          dB嚴格說來,只是一種量值的表示方式,將實際的「物理量」數值,取了對數處理,真正的單位是dB後面的 with respect to 對應的參考值。因此,不同的「物理量」確實都可以以dB來表示其單位,須注意都要加入參考值的標示。
4.          當表示成dB的方式,該物理量都稱為「位準」(level)。例如:加速度位準、速度位準、外力位準等。因此,看到了「位準」,就要注意對應的「物理量參考值」是甚麼。
5.          「物理量參考值」不同,所轉換得到的dB值,就會不同。例如:參考圖示中的「加速度位準」其「參考值」是10的負6次方m/s^2,此乃根據ISO 1683的定義。但是,JIS,定義「加速度位準」之「參考值」是10的負5次方m/s^2。因此,會有相同的加速度量值,由於「加速度位準」之「參考值」定義不同,所得到的dB數值,就不同。

本單元探討了不同「物理量」的dB轉換及定義方式,希望對讀者有幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2018.04.10






聯盟【如何用一只加速規進行工具機的機器學習】教育訓練,在彰師大,歡迎各位先進踴躍參加~

【如何用一只加速規進行工具機的機器學習】教育訓練

在切削工件時,顫振的發生往往都是措手不及,並且它會在工件表面留下顫振刀痕及較大的粗糙度,致使刀具及工件損壞。本構想將利用機器學習技術,在即將發生顫振前,提早預警,再提供給控制系統進行迴避作業。
  在工具機發達的時代裡,能有此教育訓練,是非常棒的學習活動喔~誠摯邀請各界先進參加~

  1. 日期:107年5月18日(星期五) 上午9:00至12:00
  2. 地點:國立彰化師範大學寶山校區 工學院大樓 B1會議室
  3. 對象:業界先進、學校教師與學生
  4. 報名費用:免費參加,名額有限,請盡速報名,以免向隅
  5. 報名方式:請至本聯盟網站點選【活動報名5月份】→【如何用一只加速規進行工具機的機器學習】教育訓練→填寫報名表後送出。報名截止日:107年5月16日。
  • 講師簡介:
    • PMC精密機械研發中心 陳聖哲 工程師
    • 專長:控制工程、機密運動系統設計、機電系統/智慧型代理人系統、供應鏈管理系統、ERP/MRP系統、資訊安全、數位學習平台系統、資料探勘、CNC遠端監控系統

時間演講主題演講人
9:00~9:20報到
9:20~9:30開幕致詞國立彰化師範大學
黃宜正 教授
9:30~10:501.量測到的感測器資料數據應該如何面對與處理
2.機器學習方法
3.案例分享:牙科手機預壓及損傷與工具機滾珠導螺桿螺帽預壓力
國立彰化師範大學
黃宜正 教授
10:50~11:00茶敘
11:00~11:50切削顫振早期預防PMC精密機械研發中心
陳聖哲 工程師
11:50~12:00Q&A與綜合討論
 
l   主辦單位:科技部、國立屏東科技大學「振動噪音產學技術聯盟」、國立彰化師範大學
l   協辦單位:國立臺北科技大學、高苑科技大學、正修科技大學、中華民國振動與噪音工程學會
l   聯絡人:洪藝玲專員 (08)770-3202#7036



網路報名
粉絲團文章連結

聯盟【抑振技術在UAV航拍品質改善之應用研討會】教育訓練,在高苑科大,歡迎各位先進踴躍參加~

【抑振技術在UAV航拍品質改善之應用研討會】教育訓練

近年來由於無人飛行載具(UAV)具備高機動性與相對低成本的特性,可運用於填補傳統衛星遙測與傳統航拍資料獲取的空隙,同時藉由具備定位導航系統、自動飛行控制、即時影像及資訊傳輸等先進功能,使得空間資料的蒐集更有效率。UAV將是繼衛星遙測技術之後,成為21世紀空間資訊革命極具戰略關鍵的發展平台。然而在實際的UAV航拍攝影過程中,現有主要機載影像系統由於機身振動及外界擾動(側風干擾等)所帶來的飛機機身瞬時運動,會發生周期性的搖晃,使視軸模糊,甚至使目標脫索,造成攝影機瞄準線相對被測目標的偏移,特別當飛機運動姿態較大時;如躲避威脅時,可藉由飛機本身振動抑制及慣性修正方式,維持攝影機原偵測方向。
本次演講過程先針對機械振動噪音的基本概念進行說明,藉由原理的說明及案例的演示,加強聽眾對振動噪音的基礎知識有先期的認知;接下來導入振動量測的儀器、裝置方式及訊號解讀的說明,使聽眾能了解實際機械振動實驗過程;最後以無人飛行系統航拍雲台抑振之應用,作為實際案例的演示。此次演講涵蓋了學理、量測與實作內容,可提供聽眾對機械振動與應用有完整的概念。

大綱
l   機械振動與噪音之基本原理
l   振動噪音量測之儀器設備
l   無人飛行系統航拍雲台抑振之應用

  1. 日期:107年5月11日(星期五) 下午13:00 至17:00
  2. 地點:高苑科技大學/機電大樓5樓 視504教室
  3. 報名費用:免費參加,名額30名,請盡速報名,以免向隅。
  4. 報名方式:請至本聯盟網站 點選【活動報名5月份】→【抑振技術在UAV航拍品質改善之應用研討會】教育訓練→填寫報名表後送出。報名截止日期:107年5月9日。

時間演講主題演講人
13:00~13:201.報到2.分發會議資料
13:20~13:30開幕致詞高苑科技大學
機械與自動化系
吳志勇主任
13:30~15:00振動噪音原理與量測嘉南藥理大學
周玉端主任
15:00~15:10茶敘
15:10~16:40UAV航拍雲台抑振實作嘉南藥理大學
周玉端主任
16:40~17:00綜合討論

l   主辦單位:科技部、國立屏東科技大學「振動噪音產學技術聯盟」、高苑科技大學
l   協辦單位:國立臺北科技大學、國立彰化師範大學、正修科技大學、中華民國振動與噪音工程學會
l   聯絡人:洪藝玲專員 (08)770-3202#7036



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【振動噪音產學技術聯盟】107年度活動快報

  「振動噪音產學技術聯盟」於103年2月起獲科技部補助產學小聯盟計畫,聯盟與產業界互動經驗發現業界存有普遍現象:產品的振動噪音議題要求趨於嚴格;研發部門對於振動噪音知識不足,工程師不知如何有效應用引進的振動噪音分析、量測軟硬體等。
  可藉由【振動噪音產學技術聯盟】舉辦之研討會與教育訓練,來增加振動噪音相關知識與資訊;有這麼好康的活動,一定要把握機會呀!敬邀各界先進參加~


【振動噪音產學技術聯盟】107年度活動快報


時間活動主題地點
2018年11月9日聲學研討會成功大學
  • 聯盟粉絲團文章連結主辦單位:科技部、國立屏東科技大學「振動噪音產學技術聯盟」、國立臺北科技大學、國立彰化師範大學、正修科技大學、高苑科技大學、中華民國振動與噪音工程學會、臺灣聲學學會
  • 詳細活動資訊將於聯盟網站發布。
  • 為提供最佳活動品質,主辦單位保有變更活動內容之權利,活動訊息以本聯盟網站公告為主
    。

《振動噪音科普專欄》聲音壓力位準 dB 和 dB(A)有甚麼不同?

許多人都會納悶噪音值的單位是dB,也就是分貝,為什麼有時候會看到有寫成dB(A)、或是dBA?噪音值的dB和dB(A)有甚麼不同嗎?如果有不同的物理意義,肯定dB是不等於dBA,那麼為什麼要有dB和dB(A)的單位差異?這樣的差異,又代表了怎樣的意義?

在先前的單元:【為什麼噪音值是「分貝」?】,已經介紹了「聲音壓力位準」(Sound Pressure Level, SPL),單位:dB,分貝(decibel)。分貝值更精確、完整的單位表示,應該寫成:dB re 20μPa,英文唸法:decibel with respect to 20 micro Pascal。中文說法:以20μPa為參考值的分貝值。

既然是dB的單位,為什麼要這麼囉嗦的寫成dB re 20μPa,及那樣繁瑣的唸法,爾後我們再另闢單元,來談甚麼是dB,以及其他物理量的分貝定義方式。

了解了「聲音壓力位準」,單位:dB,這個單元我們就來看表示成dB及dB(A)的差異,以及隱含的物理意義。

首先,我們必須有個認知:聲音是由許多不同頻率的聲波所組成。當我們在量測聲音壓力時,是可以得到不同頻率的聲音壓力大小,我們將聲音壓力以dB「聲音壓力位準」表示。

通常我們量測得到一個聲音、或是噪音源的聲音,我們會取得各個頻率的dB值,將各個頻率的聲音dB值,累加起來就可得到一個噪音分貝值dB,所以,先就單位dB及dB(A)的兩種「聲音壓力位準」,做說明:

1.     「聲音壓力位準」,單位為dB:是將所有不同頻率的聲音大小dB值,做累加,可以得到單一數值的噪音分貝dB值。也就是,包含了所有人耳可聽到聲音的頻率範圍,其不同頻率聲波音量的累加。
2.     「A加權聲音壓力位準」(A-weighted Sound Pressure Level),單位為dB(A):是將每個不同頻率的聲音dB值,取A加權的「頻率加權函數」,再將經A加權後之各頻率的聲音dB值,累加起來的總dB分貝值,就是dB(A)。

從以上的說明,又引申了相關的疑問:「不同頻率」怎麼界定呢?甚麼是「頻率加權函數」?又為什麼有「A加權的頻率加權函數」?如何而來呢?為什麼呢?

參考圖示,我們首先來看「不同頻率」的界定方式:

1.       「八音頻帶」(octave band):從31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k、16k,稱為「八音頻帶」的「中心頻率」(central frequency)。
2.      「三分之一八音頻帶」(1/3 octave band, one-third octave band):在「八音頻帶」中,每兩個「中心頻率」之間,又都有兩個「中心頻率」值,在表中fc是「中心頻率」,所觀察到的所有頻率,從10、12.5、16、20、25、31.5、、到16k、20k,稱為「三分之一八音頻帶」的「中心頻率」。

有了「八音頻帶」及「三分之一八音頻帶」的「中心頻率」概念,我們再介紹不同的「頻率加權函數」,圖示以及表列中,列舉出3種「頻率加權函數」,包括:

1.          A加權(A-weighting):A加權係基於40 Phon等響度曲線,所定義的「頻率加權函數」。
2.          B加權(B-weighting):B加權係基於70 Phon等響度曲線,所定義的「頻率加權函數」。
3.          C加權(C-weighting):C加權係基於100 Phon等響度曲線,所定義的「頻率加權函數」。

由圖示以及表列數值,可觀察出:不同的中心頻率,不同的「頻率加權函數」,會有不同的「加權dB值」;大部分都是負值,有的加權值是0;在A加權,也有正的加權值。在此要特別注意:現今實務上都只有取A加權,其他的加權方式,已經不採用了。

了解了不同的「頻率加權函數」的定義,那要來談一下,為什麼要做「頻率加權」處理,由先前單元:【怎麼看「等響度曲線」?】,人耳對不同頻率純音的聽感有不同的靈敏度,大致是:人耳對低頻率的聲音較不靈敏,要比較大的音量才聽得見,在2kHz 與4kHz附近,是人耳較靈敏的頻帶。

對實際量測到的「八音頻帶」或是「三分之一八音頻帶」的頻譜,取「頻率加權」處理,是要使得量測到的不同頻率之音量大小,可以調整到人耳對各頻率的聽感之響度是相同的。前述,A加權係基於40 Phon等響度曲線,所定義的「頻率加權函數」,就是應用到一般音量的評估,而B加權及C加權分別是應用到較高音量的評估,不過,為了簡化及避免混淆,現在都只採用A加權。

圖示右下方,以白色直條圖顯示原始的不同中心頻率的聲音dB值,係採用具有「三分之一八音頻帶」功能的噪音計所取得的聲音頻譜。將每個中心頻率的dB值累加起來,可得到沒有加權的「聲音壓力位準」,Lp=73.5dB。

接著,要取得「A加權聲音壓力位準」,La=72.8 dB(A),需要對原始量測每個中心頻率的dB值,與對應的「A加權的頻率加權函數」相加,可觀察:低頻率減得多,高頻率減得少,在1000Hz,加權值為0,即沒有增減,在1250~5000Hz的中心頻率,是微量dB的增加。

做這樣的「A加權的頻率加權函數」處理:是要使得量測到的不同頻率之音量大小,可以調整到人耳對各頻率的聽感,有相同的響度感受。

以同樣的作法,只是「頻率加權函數」的B加權及C加權之不同,就可分別得到「B加權聲音壓力位準」Lb=72.1 dB(B)及「C加權聲音壓力位準」Lc=72.5 dB(C)。因此,可知相同的量測到之聲音頻譜,取不同的「頻率加權」處理,dB值的總量是會有差異的。

本單元探討了dB及dB(A)分別是「聲音壓力位準」及「A加權聲音壓力位準」的表示單位。也說明了「頻率加權函數」的緣由及應用方式,希望對讀者有幫助。需注意的是,現今實務上都只有取A加權,其他的加權方式,已經不採用了。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2018.04.05