【活動報導】中華民國振動與噪音工程學會第13屆第1次會員大會暨第26屆學術研討會

【中華民國振動與噪音工程學會】於2018年6月30日假新竹市清華大學辦理「中華民國振動與噪音工程學會第13屆第1次會員大會暨第26屆學術研討會」首先由清華大學工學院林昭安副院長代表致歡迎詞，隨後由學會理事長白明憲教授致詞與介紹貴賓，再由涂聰賢秘書長進行學會會務報告，本研討會邀請韓國光州高等科技大學王世明教授進行專題演講，主題為「Sound and Vibration Control Research at GIST,Korea 」，隨後安排產學論壇，主題為【振動與噪音控制技術】，邀請2位業界具豐富經驗的專家分享實務經驗，會中和來賓互動甚多，場外也邀請多家專業廠商設攤，展示前瞻新穎之振動與噪音工程量測與檢驗技術設備，下午時段安排多場論文發表與研討，當日專家學者共同研議振動噪音技術的產學合作、技術新知與人才培育等多項議題，場面相當熱絡。

下午時段同步舉行論文口頭報告與經驗分享討論，各場次主提包括：A.機器振動與噪音監測、診斷與防治B.結構聲學與振動C.實驗與量測技術D.理論與模擬分析E.社區與環境之振動與噪音F.振動與噪音控制G.振動噪音與工業安全衛生H.隔震與消能技術I.微機電設計與震動J.其他與振動噪音相關研究。今年投稿總共40篇，分為五間教室每間分8個場次。

【振動噪音產學技術聯盟】聯盟主席-王栢村教授所帶領的研究生榮獲佳作論文，論文名稱為「壓縮機於空調邊界之模擬與振動特性探討」；並指導三位碩士生及一位大學生總共分別發表了四篇論文：(1)不同橡膠腳墊對壓縮機於空調機邊界之振動特性探討、(2)壓縮機於空調邊界之模擬與振動特性探討、(3)拇指琴音箱孔對琴片聲音之影響、(4)小提琴拉弓演奏與撥奏之聲音特性探討。

本研討會亦邀請振動噪音領域之儀器設備廠商共襄盛舉，【振動噪音產學技術聯盟】在會場透過電腦簡報與專員口頭介紹聯盟經營運作，現場實際操作聯盟可技轉技術【客製化振動噪音量測系統(SVM)】，並於會場內拜訪聯盟會員包括：【E02山衛科技股份有限公司】、【E03基太克國際股份有限公司】、【E07皮托科技股份有限公司】、【E12妙點企業股份有限公司】、【E14華新工程顧問有限公司】等，交流振動噪音領域之儀器設備新知與技術。聯盟期盼透過聯盟能整合產官學界在振動噪音技術的資源和經驗，協助產業界解決產品振動噪音問題，最終提升我國產品品質及國際競爭力。

中華民國振動與噪音工程學會第13屆第1次會員大會暨第26屆學術研討會順利圓滿閉幕。

活動花絮：

清華大學工學院 林昭安 副院長致歡迎詞

中華民國振動與噪音工程學會 白明憲 理事長致詞

王栢村教授所帶領的研究生榮獲佳作論文

韓國光州高等科技大學 王世明教授專題演講「Sound and Vibration Control Research at GIST,Korea 」

振動噪音產學技術聯盟主席與與會人員互動

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《振動噪音科普專欄》鑼臍型式銅鑼之敲擊聲音與振動模態有關嗎？

一般銅鑼的結構外形，大約都是圓形的薄板結構，在觀察與探討銅鑼的振動模態(vibration mode)，可以探知銅鑼敲擊後的發聲頻率特性。讀者可以回顧一下先前單元：【聲音如何產生？】、【康熙字典怎麼解釋【聲】(sound)？】、【打擊樂器如何分類？】、【銅鑼的「振動模態」如何解讀？】。

這個單元來觀察與討論，如圖示，在銅鑼的中間部位有凸起部位的鑼臍型銅鑼，我們先從敲擊這個銅鑼所發出的聲音頻率談起，並以理論模態分析所求得銅鑼的自然頻率以及對應的模態振型，做討論。除了，觀察模態振型的物理意義外，也探索這個鑼臍型銅鑼的敲擊聲音與其振動模態的關係！

銅鑼也是一種打擊樂器，透過敲擊結構體，產生結構的振動，進行發出聲音。因此，了解銅鑼的結構模態，特別是模態振型，可以探知銅鑼敲擊後的發聲頻率特性。

由圖示左下方，可以觀察由量測的聲音訊號，經過頻譜分析所得到聲音頻譜圖：主要有4個峰值頻率(peak frequency)，大約是143Hz、300Hz、612Hz、1018Hz。為什麼敲擊這個鑼臍型銅鑼的中心位置，會出現這幾個聲音頻率呢？為什麼是這樣的聲音頻率，又來自甚麼原因？打擊樂器的發聲機制，與振動模態相關，那又是怎樣的關係？

為了瞭解這些發聲頻率的產生機制與原因，我們對這個鑼臍型銅鑼建立了有限元素分析模型，並進行了理論模態分析，可以求得如圖示，在1,000Hz以內，共有49個振動模態，彙整了這個銅鑼的自然頻率以及對應的模態振型。

首先，解讀一下這個鑼臍型銅鑼的振動模態，分述如下：

1.      剛體模態(rigid body mode)：第1~6個振動模態，其自然頻率都是0，呈現出6個剛體模態，此乃是因為此鑼臍型銅鑼是懸吊起來，相當於自由邊界狀態，所以，會有3個平移剛體模態、以及3個旋轉剛體模態。

2.      彈性體模態(elastic/flexible body mode)：第7個以上的振動模態都是銅鑼結構體本身有變形效應的振動模態，所以，稱之為彈性體模態、或撓性體模態。

針對銅鑼之彈性體模態，再仔細觀察與分類，可以區別出兩種類型的彈性體振動模態，包括：

1.      銅鑼的整體模態global mode：主要的振動變形特徵是銅鑼整體面的變形振動，物理意義是整體結構的變形振動狀態，在此，也將之稱為面模態(surface mode)。

2.      銅鑼的局部模態local mode：主要的振動變形特徵是此銅鑼的外側環結構，物理意義是環局部結構的變形振動現象，在此，則稱之為環模態(ring mode)。

最後，最有興趣的是第9、16、31的非對稱模態，都是θ=0，也就是圓週方向沒有節線的面模態。參閱聲音頻譜圖的峰值頻率上方所呈現的模態振型，可以發現：這幾個主要發出聲音的振動模態，其模態振型在銅鑼中心點敲擊位置，都不是節點(nodal point)，也就是模態振型的位移不是0；而且，都是位移振幅較高的位置。因此，敲擊中心位置，就會激發出這幾個振動模態，進而發出對應於自然頻率的聲音。所以，可以稱這些(r,θ)=(X,0)模態，就是這個銅鑼的發聲模態。

有趣的是，雖然這個銅鑼有許多其他的振動模態，因為，當模態振型在中心點位置，剛好是節點(nodal point)，也就是模態振型的位移是0，所以，敲擊中心點時，這些模態就不會被激發出來。

這個單元觀察與探討了在中心位置有凸起部位的鑼臍型銅鑼，由敲擊此銅鑼中心位置的聲音頻譜特性，有主要4個發聲頻率。由理論模態分析求得了此銅鑼的模態參數，也就是自然頻率及模態振型，由模態振型的特徵，可以解讀與印證此銅鑼的發聲模態是(r,θ)=(X,0)的面模態。

希望本單元的介紹，可以讓讀者對解讀一些複雜形狀結構「模態振型」的物理意義有幫助！同時，也認識打擊樂器的發聲機制，打擊樂器的發聲頻率，其實就是結構的特定振動模態。

以上個人看法，請多指教！

王栢村

2018.06.11

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【皮托科技】2018 COMSOL® CAE應用年會(台北)

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(例:整天只參加研討會收費為500、整天只參加上機為1000、整天有參加研討會

及上機課程為1000)

注意事項

▲活動下午場次請擇一報名(若報名後無法出席．請務必於兩週前取消)

▲匯款後如無法參加，恕不另行退款。

▲若需研習證明，需另行負擔 $500元發證費

▲本公司享有審核報名資料、核準通過之一切權利。

重要日期

▲10月30日- 論文截止收件(論文格式下載)

▲11月03日- 論文審查通知日

▲11月07日- 報名截止．恕不接受現場報名

▲11月09日- COMSOL Conference in Taipei

論文投遞：E-mail: pitotech@mail.pitotech.com.tw

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《振動噪音科普專欄》銅鑼的「振動模態」如何解讀？

一般銅鑼的結構外形，大約都是圓形的薄板結構，為什麼要觀察與探討銅鑼的振動模態(vibration mode)呢？因為，銅鑼也是一種打擊樂器，透過敲擊結構體，產生結構的振動，進行發出聲音。因此，了解銅鑼的結構模態，特別是模態振型，可以探知銅鑼敲擊後的發聲頻率特性。讀者可以回顧一下先前單元：【聲音如何產生？】、【康熙字典怎麼解釋【聲】(sound)？】、【打擊樂器如何分類？】。

圖示呈現了，以分析方式進行理論模態分析，可以求得銅鑼的自然頻率以及對應的模態振型，如果，沒有對模態振型做適當的特性分類與解讀，看起來是不是有眼花撩亂的感覺呢？

由於，銅鑼是圓形薄板結構，建議讀者可以先回顧一下，先前對圓形平板結構的模態振型物理意義之解釋說明：【如何解讀典型圓形平板的模態振型？】，【如何解讀自由邊界圓形平板的模態振型？】

針對銅鑼的模態振型圖示，我們就逐項探討，這個銅鑼的振動模態之物理意義：

1.          第1及第2個振動模態：可以觀察其自然頻率都為100.5Hz，此兩個模態是軸對稱模態，因為，銅鑼是圓形結構體有軸對稱的特性。又，模態振型可看出有十字的節線(nodal line)，皆可解讀為(r,θ)=(0,2)模態。圖示上，標示為global mode，意指整體結構的模態。

2.          第3及第4個振動模態：也是軸對稱模態(axisymmetric mode)，兩個自然頻率相同，模態振型可解讀為(r,θ)=(0,3)模態。

3.          第8及第9個振動模態、第10及第11個振動模態：也是相同於前述類型的軸對稱振動模態，分別可解讀為(r,θ)=(0,4)模態，以及(r,θ)=(0,5)模態。同時，也可視為是此銅鑼結構的整體模態(global mode)。

4.          第5及第14個振動模態：觀察到的模態振型，只有在銅鑼的中間區域有振動，主要是因為此銅鑼是有個階梯的斜面，中間區域相當於是一個四週固定的圓形平板結構。所以，在銅鑼的中間區域會呈現出局部結構的振動模態，稱為local mode局部模態。第5及第14個振動模態，可以分別解讀為(r,θ)=(0,0)模態，以及(r,θ)=(1,0)模態。θ=0，是因為沿著圓週方向，沒有節線；此類型的模態，沒有自然頻率相同的軸對稱模態。

5.          第6及第7個振動模態：也是銅鑼中間區域的局部模態，同時，也都有自然頻率相同的兩個軸對稱模態的特性，可解讀為銅鑼中間區域的(r,θ)=(0,1)局部模態。

6.          第12及第13個振動模態：也是銅鑼中間區域的局部模態，同時，也都有自然頻率相同的兩個軸對稱模態的特性，可解讀為銅鑼中間區域的(r,θ)=(0,2)局部模態。

綜合以上的探討，由於，這個銅鑼在中間區域有一圓形平板，外圍有階梯的斜面形狀特徵，所以，在此銅鑼結構可以特別觀察出有結構局部模態(structural local mode)的特徵。而此銅鑼的這個局部模態特徵，相當於四週固定圓形平板的振動模態，這種局部模態的概念，常會出現在類似的結構體上，工程師也是需要一點想像力去解讀不同結構的可能之局部模態特性。

所以，結構的振動模態又有一種分類與區別方式，就是：

1.          結構整體模態structural global mode：第1/2、3/4、8/9、10/11個模態，可以觀察大約是整個銅鑼結構的振動形態，所以，稱之為整體模態global mode。

2.          結構局部模態structural local mode：以此銅鑼來看，第5、6/7、12/13個模態，都是僅有銅鑼中間區域的振動，四週斜面邊的平板是都不動的面，所以，可以稱這些模態為局部模態local mode，而其物理意義是，相當於四週固定圓形平板的振動模態。

又，由於是圓形的軸對稱結構體，可以觀察出兩種振動模態特性：

1.          軸對稱振動模態(axisymmetric mode)：當圓週方向有節線的模態，也就是θ>=1時，都會有自然頻率相同的兩個軸對稱模態，例如：第1及第2個振動模態，是整體結構的(r,θ)=(0,2)整體模態；以及第6及第7個振動模態，是銅鑼中間區域結構的(r,θ)=(0,1)局部模態

2.          非對稱振動模態(non-symmetrical mode)：當θ=0時，也就是圓週方向沒有節線的振動模態，就沒有對稱模態的出現。例如：第5及第14個振動模態，是銅鑼中間區域的局部模態，分別解讀為(r,θ)=(0,0)模態，以及(r,θ)=(1,0)模態。

最後，再做個補充，有關這個銅鑼的發聲機制與振動模態的關係。以這個銅鑼，主要的敲擊點會是在銅鑼的中心點位置。觀察圖示中14個振動模態，只有第5及第14個振動模態，在此中心點位置，不是節點(nodal point)，也就是模態振型的位移不是0。

所以，理論上，如果，對這個銅鑼是敲擊在正中心上，只有第5及第14個振動模態會被激發，因為，這兩個模態的模態振型在正中心點不是節點。而其他的振動模態，在中心點位置，都是節點，所以，敲擊在正中心上，也就是敲擊在節點上，這些振動模態是不會被激發出聲音的。有關打擊樂器的發聲機制與振動模態關係，我們再另闢單元討論。

這個單元觀察探討了有階梯狀斜面的銅鑼結構之振動模態特性，帶起了振動模態解讀的另一種分類方式：整體模態global mode、局部模態local mode。希望本單元的介紹，可以讓讀者對解讀一些複雜形狀結構「模態振型」物理意義的想像空間有幫助！

以上個人看法，請多指教！

王栢村

2018.06.10

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