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振動噪音產學聯盟總部實驗室
振動噪音實驗室
《振動噪音科普專欄》Integration of CAE and EMA for Engineering Design and Applications：Vertical Auxiliary Table
先前單元：【甚麼是「模型驗證」？】，簡要介紹模型驗證的需要性及實施方法。【如何應用EMA於分析模型的模型驗證？】，說明如何引用EMA於模型驗證。【模型驗證的意義與虛擬測試之應用】，介紹應用模型驗證理念於虛擬測試Virtual
Testing的工程實務案例，【結合「CAE」與「EMA」之工程設計與應用：後懸吊扭曲管件結構】，以實際的「後懸吊扭曲管件結構」設計變更流程，探討模型驗證(Model
Verification)的意義與虛擬測試(Virtual
Testing)之應用。
這個單元我們再來看結合「CAE」與「EMA」之工程設計與應用，探討的主題是振動試驗機的垂直輔助平台之結構設計分析。
振動試驗機的主要組成，包含一個電磁式驅動的激振器(shaker)，垂直以及水平振動的輔助測試平台，當然還有控制單元。其中，垂直輔助平台是執行垂直振動試驗時，必要的輔助元件，方便在平台上方安置固定待測物(device under test, DUT)。
振動試驗機典型的測試條件，包括：(1)隨機激振random excitation、(2)掃描正弦波激振swept sine excitation、以及(3)固定頻率的正弦波激振dwell sine excitation等三種振動試驗。為適應在不同頻率的激振條件，垂直輔助平台需要有良好的振動響應特性，使得平台的振動頻譜特性能夠符合測試試驗規範的要求。因此，垂直輔助平台需要有良好的結構設計。
對一個結構的設計，首要在建立設計準則或規範。之於垂直輔助平台而言，是在執行振動試驗於不同頻率範圍的激振下，平台表面需要能夠維持平整(flatness)的響應特性，所以，建立了平台表面的平坦度指標(flatness index)。
其次，在結構設計時，當然最可靠的是以實驗方法進行驗證分析，但是，需要製造出實體結構，方可進行實驗的驗證程序。因此，虛擬測試(virtual testing, VT)的理念，就是結合CAE電腦輔助工程分析技術以及實驗方法，以能對不同結構設計的構想做評估，加速結構優化設計的時程。
參閱圖1是結合EMA與CAE技術的模型驗證(model verification, MV)流程，主要有三個步驟：
1.
CAE：電腦輔助工程分析(computer aided
engineering)，最常採用的有限元素分析(finite
element analysis, FEA)，或是泛稱CAE電腦輔助工程分析。對應於EMA，所需要的分析技術，包括：(1)理論模態分析(theoretical modal analysis, TMA)：求得結構的模態參數，自然頻率與對應的模態振型；(2) 簡諧響應分析(harmonic response
analysis)：求得結構的頻率響應函數(frequency response
function, FRF)。
2.
EMA：實驗模態分析(Experimental Modal Analysis, EMA) 也可稱為「模態試驗」(modal testing)。EMA是一種實驗方法，主要在求得結構的模態參數，包括：自然頻率、模態振型及模態阻尼比。EMA的基本步驟：(1)量測取得結構的頻率響應函數。(2)由頻率響應函數透過曲線嵌合求得模態參數。【甚麼是【實驗模態分析】？What is 'Experimental Modal Analysis' (EMA)？】、【如何量測得到結構的頻率響應函數？】
3.
比較探討：由兩個面向比較CAE/FEA與EMA的等效性。(1) 頻率域(frequency domain)：結構系統的頻率響應函數(frequency response function, FRF)。(2) 模態域(modal
domain)：結構系統的模態參數(modal
parameters)。
在本案例振動試驗機垂直輔助平台的MV模型驗證過程，分成兩個階段進行：
1.
全自由邊界(free boundary)：因為垂直輔助平台體積大且重，不易懸吊，採用三點支撐，模擬自由邊界狀態，進行EMA。平台的有限元素模型以無邊界之設定，進行分析，並與EMA實驗結果比較，校正平台結構材料參數之設定。
2.
實際邊界(real boundary)：垂直輔助平台實際安裝在激振器上方，配合實際振動試驗的狀態，進行EMA。實際鎖固邊界下的平台分析模型，以彈簧元素模擬鎖固邊界的效應，透過與EMA實驗結果的比較驗證，包括：頻率域的FRF，以及模態域的模態參數，調校彈簧常數使能有效模擬平台的實際邊界效應。
圖2是振動試驗機垂直輔助平台的結構設計變更流程，分別討論如下：
1.
模型驗證(model verification,
MV)：由圖1，針對平台在實際邊界狀態，分別透過分析與實驗的解析，比對驗證系統模態參數相吻合，以確認平台結構系統之分析模型的正確性。
2.
響應預測(response prediction,
RP)：引用驗證後的結構系統分析模型，設定外力負荷條件以及邊界狀態，可以進行響應預測，得到設定的性能指標(performance index, PI)。對此垂直輔助平台，建立了平台表面的平坦度指標(flatness index)。
3.
設計變更(design modification,
DM)：透過模型變更(model modification)，可以對平台結構系統分析模型，進行如圖2所示不同平台肋骨之幾何形狀尺寸的設計變更，並進行反覆的虛擬測試(virtual testing, VT)。
4.
完成較佳設計(optimum design)並重複以上步驟：當完成平台不同的結構設計構想之響應預測與評估，可以取得一個優化設計、或較佳設計，實務上，不容易取得真正的最佳化設計。最後，仍要製造出實體結構，進行MV及RP的驗證分析，視需要再執行DM，直到符合設定的設計目標/設計規範。
本單元以振動試驗機的「垂直輔助平台」結構設計變更流程，探討模型驗證的意義與虛擬測試之應用，希望對讀者在引用EMA及結合CAE/FEA於模型驗證的應用，有進一步的了解與體會！
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2018.08.16
【山衛科技】2018年10月16日 聲音系列研討會-通訊語音品質分析及最佳化
舉 辦 日 期：2018年10月16日
舉 辦 時 間：09:00~16:30
上課地點：台北(會場於報名完成時另行通知)
主 辦 單 位：山衛科技股份有限公司
主講人： Mr. Ruge, Christian, 東南科技大學 吳孝文 教授
報 名 費 用：免費參加，名額有限請盡早報名
報 名 方 式：1. 請填妥報名表並傳真至 02-2692-1380
2. E-MAIL至 chloe@samwells.com
3. 山衛科技網站 線上報名
聯絡電話： 02-2692-1400*261(王先生)
報名截止日期：2018年10月21日
有鑑於今日通話環境複雜，隨時隨處，通話環境不再侷限於必須在安靜的處所，各種不同的環境背景噪音都影響語音品質的好壞。另外，不論VoIP、GSM、Bluetooth等傳輸方式，系統與系統間，網路與網路間，都會產生不同的時間Delay，直接導致嚴重的echo。新進的Wideband寬頻技術 在提供更多通訊功能的同時，且更近似面對面說話的場景，如何利用Wideband技術設計出更好的語音品質，都有待我們積極的探討。以上種種都是新的acoustics規範、法規勢必要面臨的新挑戰，不只解決產品面對新的語音品質問題，更要能在設計階段就能預測出好的產品語音品質。
如何提升通訊語音品質。還將介紹模擬不同環境背景噪音的新測試法規及其趨勢，其如何使測試環境更吻合實際之使用環境，使手機於設計階段，吾人即能預測出實際使用時的語音品質等等，歡迎各先進前來指教。
本次研討會討論主題著重在以下：
○ LabCORE LabCORE是ACQUAlab新一代的Frontend，具有最新的模組化概念，提供多通道多功能，為MFE VI最佳繼任者，凡ACQUA使用者請須深入瞭解。
○ HQS-Audio介紹：
本次研討會討論主題著重在以下：
○ LabCORE LabCORE是ACQUAlab新一代的Frontend，具有最新的模組化概念，提供多通道多功能，為MFE VI最佳繼任者，凡ACQUA使用者請須深入瞭解。
○ HQS-Audio介紹：
HQS-Audio是一種測量標準，用於Audio音頻測試分析，可得所有電聲相關參數。應用範圍包含(喇叭單體、音箱、耳機、車用音響系統）。
測量主要功能包括：
•適用於所有應用的自動測量程序
•音箱的音場方向性特性測試
•計算喇叭單體的Thiele / Small (T/S)參數
•所有應用程序的相對方法分析
•耳機的被動式噪音隔離和主動式(ANC)噪音消除性能測試
○ 自動語音辨識VoCAS 自動語音辨識(ASR)系統得到廣泛的應用， 將介紹通訊裝置的自動呼叫處理，車用的多媒體系統，車用免持裝置、手機、平板電腦、筆記型電腦、電視或Smart Speaker自動語音辨識之應用與功能。
○ Skype-Lync Skype-Lync 測量標準是SkypeTM和Microsoft®Lync® 通信語音量測規範。Skype-Lync 測量標準定義了音頻要求，如語音品質，信噪比，迴音和延遲，3QUEST，EQUEST，POLQA以及基Double Talk等測試項目，這些音頻需求顯著影響最終的用戶體驗。
○ HHP IV HHP IV”MotoMount”新型電動手機定位器，此裝置安裝在HMS II.3人工頭，HHP IV MotoMount能夠自動定位手持裝置(例如，行動電話)至標準位置或用戶定義的位置，可透過觸控面板控制，或者使用ACQUA 根據不同的測項要求自動調整施加壓力，不需手動操作。升級的可能性：根據不同版本的HHP，我們提供了各種升級途徑，將舊HHP升級至HHP IV。
○ VoLTE測量標準 VZW(Verizon Wireless)VoLTE是HEADAcoustics ACQUA新的聲學量測標準，在VZW VoLTE的測試套件涵蓋所有VoLTE的的移動裝置，包含手持及免持模式。測試包含語音傳輸品質，delay，echo，speech transmission quality，quality for background noise transmission。結合MFE VI.1，在VZW VoLTE的測試套件提供自動化量測及數據分析。
○ Superwideband/Fullband
-MFE VIII.1 增加Opus codec。HEAD Acoustics在MFE VIII.1增加了一個VoIP codec新標準Opus，Opus 可以處理從Narrowband (8 kHz)至Fullband (48kHz)的語音及音樂訊號。
-TS 102 924/925 包含了 "ETSI Speech and multimedia Transmission Quality"測項, Basic electro-acoustic performance aspects of Superwideband/Fullband hands-free and headset terminals
汽車相關：
○ eCall 汽車製造商和供應商正在全力以赴制定和實施緊急呼叫系統，在發生事故的情況下，自動緊急呼叫。緊急呼叫系統最佳化，並確保撞壞的汽車救援服務之間的最佳通信品質，HEAD Acoustics 提供了HQS-eCall 的測試套件，該測試涵蓋模擬緊急呼叫時背景噪音的情況，而且還包括新的測試，如為“沉默的呼叫”(silent calls)的檢測，HQS-eCall並符合現有的規範GOST R55531-NB和UG GOST R55531-WB。
○ BreakOBSERVER 降低煞車噪音、駕駛舒適度最佳化。BreakOBSERVER能夠偵測並紀錄擾人的煞車噪音、分析任何可能的因素。自動地且智慧地紀錄煞車噪音事件。能即時回饋噪音事件的評估，主觀評價提供1~10的分數。
○ BTPA/BTPS (Binaural Transfer Path Analysis and Synthesis) BTPA是表徵個別車輛噪聲路徑的測量程序。結果可以用來創建聽到車內任何位置路徑相關的噪音，故障排除和聲音設計的，因而可以獲得可能性的精確模型。BTPS是創建基於一個BTPA模型或修改，以使其可收聽到車室內的噪聲數據的過程。雙耳錄音和重放技術用於整個以實現逼真的聲音再現。
○ ITU-T P.1100/1110 Standard telephonometric requirements such as frequency responses and loudness ratings in single talk situations, Echo performance and level variation in single and double talk situations,
Quality of background noise transmission
-Built-in hands-free systems
-After-market hands-free car kits
-Corded headsets
-Wireless headsets
本次研討會講師Ruge, Christian曾任職於西門子通訊，目前服務於德國HEAD acoustics GmbH，專長領域為VoIP GSM和手機量測，於比較及發展終端機量測有豐富經歷。
■ Skype-Lync 法規
-SkypeTM和Microsoft®Lync® 通信語音量測規範 -語音品質，信噪比，迴音和延遲，3QUEST，EQUEST，POLQA以及基Double Talk等測試項目
■ HHP IV 新型電動手機定位器
-自動定位手持裝置至標準位置
-觸控面板控制
-自動調整施加壓力
■ VoLTE 新型電動手機定位器
-VZW(Verizon Wireless)VoLTE是HEADAcoustics ACQUA新的聲學量測標準
-語音傳輸品質，delay，echo，speech transmission quality，quality for background noise transmission
■ Superwideband/Fullband
-VoIP codec新標準Opus, 處理從Narrowband (8 kHz)至Fullband (48kHz)的語音及音樂訊號
-TS 102 924/925 包含了 "ETSI Speech and multimedia Transmission Quality"測項
■ eCall 緊急呼叫系統
-在發生事故的情況下，自動緊急呼叫 -符合GOST R55531-NB和UG GOST R55531-WB規範
-汽車救援服務之間的最佳通信品質
■ BreakOBSERVER
-降低煞車噪音、駕駛舒適度最佳化
■ BTPA/BTPS
-車輛噪聲路徑的測量程序
■ ITU-T P.1100/1110
-車內通訊語音品質測定
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測量主要功能包括：
•適用於所有應用的自動測量程序
•音箱的音場方向性特性測試
•計算喇叭單體的Thiele / Small (T/S)參數
•所有應用程序的相對方法分析
•耳機的被動式噪音隔離和主動式(ANC)噪音消除性能測試
○ 自動語音辨識VoCAS 自動語音辨識(ASR)系統得到廣泛的應用， 將介紹通訊裝置的自動呼叫處理，車用的多媒體系統，車用免持裝置、手機、平板電腦、筆記型電腦、電視或Smart Speaker自動語音辨識之應用與功能。
○ Skype-Lync Skype-Lync 測量標準是SkypeTM和Microsoft®Lync® 通信語音量測規範。Skype-Lync 測量標準定義了音頻要求，如語音品質，信噪比，迴音和延遲，3QUEST，EQUEST，POLQA以及基Double Talk等測試項目，這些音頻需求顯著影響最終的用戶體驗。
○ HHP IV HHP IV”MotoMount”新型電動手機定位器，此裝置安裝在HMS II.3人工頭，HHP IV MotoMount能夠自動定位手持裝置(例如，行動電話)至標準位置或用戶定義的位置，可透過觸控面板控制，或者使用ACQUA 根據不同的測項要求自動調整施加壓力，不需手動操作。升級的可能性：根據不同版本的HHP，我們提供了各種升級途徑，將舊HHP升級至HHP IV。
○ VoLTE測量標準 VZW(Verizon Wireless)VoLTE是HEADAcoustics ACQUA新的聲學量測標準，在VZW VoLTE的測試套件涵蓋所有VoLTE的的移動裝置，包含手持及免持模式。測試包含語音傳輸品質，delay，echo，speech transmission quality，quality for background noise transmission。結合MFE VI.1，在VZW VoLTE的測試套件提供自動化量測及數據分析。
○ Superwideband/Fullband
-MFE VIII.1 增加Opus codec。HEAD Acoustics在MFE VIII.1增加了一個VoIP codec新標準Opus，Opus 可以處理從Narrowband (8 kHz)至Fullband (48kHz)的語音及音樂訊號。
-TS 102 924/925 包含了 "ETSI Speech and multimedia Transmission Quality"測項, Basic electro-acoustic performance aspects of Superwideband/Fullband hands-free and headset terminals
汽車相關：
○ eCall 汽車製造商和供應商正在全力以赴制定和實施緊急呼叫系統，在發生事故的情況下，自動緊急呼叫。緊急呼叫系統最佳化，並確保撞壞的汽車救援服務之間的最佳通信品質，HEAD Acoustics 提供了HQS-eCall 的測試套件，該測試涵蓋模擬緊急呼叫時背景噪音的情況，而且還包括新的測試，如為“沉默的呼叫”(silent calls)的檢測，HQS-eCall並符合現有的規範GOST R55531-NB和UG GOST R55531-WB。
○ BreakOBSERVER 降低煞車噪音、駕駛舒適度最佳化。BreakOBSERVER能夠偵測並紀錄擾人的煞車噪音、分析任何可能的因素。自動地且智慧地紀錄煞車噪音事件。能即時回饋噪音事件的評估，主觀評價提供1~10的分數。
○ BTPA/BTPS (Binaural Transfer Path Analysis and Synthesis) BTPA是表徵個別車輛噪聲路徑的測量程序。結果可以用來創建聽到車內任何位置路徑相關的噪音，故障排除和聲音設計的，因而可以獲得可能性的精確模型。BTPS是創建基於一個BTPA模型或修改，以使其可收聽到車室內的噪聲數據的過程。雙耳錄音和重放技術用於整個以實現逼真的聲音再現。
○ ITU-T P.1100/1110 Standard telephonometric requirements such as frequency responses and loudness ratings in single talk situations, Echo performance and level variation in single and double talk situations,
Quality of background noise transmission
-Built-in hands-free systems
-After-market hands-free car kits
-Corded headsets
-Wireless headsets
本次研討會講師Ruge, Christian曾任職於西門子通訊，目前服務於德國HEAD acoustics GmbH，專長領域為VoIP GSM和手機量測，於比較及發展終端機量測有豐富經歷。
■ Skype-Lync 法規
-SkypeTM和Microsoft®Lync® 通信語音量測規範 -語音品質，信噪比，迴音和延遲，3QUEST，EQUEST，POLQA以及基Double Talk等測試項目
■ HHP IV 新型電動手機定位器
-自動定位手持裝置至標準位置
-觸控面板控制
-自動調整施加壓力
■ VoLTE 新型電動手機定位器
-VZW(Verizon Wireless)VoLTE是HEADAcoustics ACQUA新的聲學量測標準
-語音傳輸品質，delay，echo，speech transmission quality，quality for background noise transmission
■ Superwideband/Fullband
-VoIP codec新標準Opus, 處理從Narrowband (8 kHz)至Fullband (48kHz)的語音及音樂訊號
-TS 102 924/925 包含了 "ETSI Speech and multimedia Transmission Quality"測項
■ eCall 緊急呼叫系統
-在發生事故的情況下，自動緊急呼叫 -符合GOST R55531-NB和UG GOST R55531-WB規範
-汽車救援服務之間的最佳通信品質
■ BreakOBSERVER
-降低煞車噪音、駕駛舒適度最佳化
■ BTPA/BTPS
-車輛噪聲路徑的測量程序
■ ITU-T P.1100/1110
-車內通訊語音品質測定
 Booking_20181016.pdf | 136 kB |
【活動報導】2018振動噪音實驗與分析技術研討會
研討會開始，首先由聯盟北部據點召集人蕭俊祥教授代表致歡迎詞，後由聯盟主席王栢村教授開幕致詞。王教授向各界貴賓介紹【振動噪音產學技術聯盟】，今年是聯盟計畫執行的第五年，希望藉由聯盟推廣與交流振動噪音的相關技術，由我有推廣為眾有，協助業界解決相關振動噪音的問題，並媒合相關的廠商，亦是研討會辦理之初心。
最後感謝科技部計畫補助，與國立台北科技大學協助聯盟共同辦理「2018振動噪音實驗與分析技術研討會」之第二場次。
本次研討會順利成功進行主要感謝主講人踴躍參與，共安排12場專題演講。講者包括學界產學經驗豐富的教授及業界專家，演講主題如下(依主講順序列)：
1.台北科技大學 林志哲教授 – Modelling and Control for Vibration and its Applications
2.基太克 石峯銘董事長 – 振動攝影技術
3.資通電腦 曾文光總監 – 智慧製造規劃與應用
4.妙點企業 葉彰和總經理 – 無線式機械狀態監測系統
5.謙達科技 江明輝技術長 – 工業4.0預修系統：管理激發缺陷自然頻率之策略
6.逢甲大學 林葳教授 – 多功能表演廳堂之室內聲場評估
7.思百吉 簡福進經理 – 材料聲學特性採用殘響室法與阻抗管法之比較
8.虎門科技 許琦偉博士 – 超音波探頭音路分析CAE技術分享
9.山衛科技 吳孝文教授 – 聲音品質介紹與量測範例—聲舒適度發展趨勢
10.台北科技大學 許書涵助理教授 – 熱聲技術簡介
11.皮托科技 楊棟焜處長 – COMSOL Multiphysics 應用在振動噪音分析
12.屏科大 王栢村教授 – Development of Customized Sound Measurement Program and
Application to Product Noise Evaluation
簡報檔下載
*簡報檔下載說明：簡報檔業經主講人同意公開，方能下載。
簡報檔下載
*簡報檔下載說明：簡報檔業經主講人同意公開，方能下載。
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】在會場透過電腦操作與專員口頭介紹聯盟經營運作，現場展示聯盟可技轉技術【客製化振動噪音量測系統(SVM)】與【聲音量測軟體(SM) 】，並於會場內拜訪聯盟會員包括：【基太克國際股份有限公司】、【虎門科技股份有限公司】、【皮托科技股份有限公司】、【謙達科技工程有限公司】、【妙點企業股份有限公司】以及【山衛科技股份有限公司】、【台灣思百吉股份有限公司】、【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。
2018振動噪音實驗與分析技術研討會第二場次於北科大順利圓滿閉幕。
以下為活動花絮：
台北科技大學 林志哲教授 – Modelling and Control for Vibration and its Applications
.基太克 石峯銘董事長 – 振動攝影技術
資通電腦 曾文光總監 – 智慧製造規劃與應用
妙點企業 葉彰和總經理 – 無線式機械狀態監測系統
謙達科技 江明輝技術長 – 工業4.0預修系統：管理激發缺陷自然頻率之策略
逢甲大學 林葳教授 – 多功能表演廳堂之室內聲場評估
思百吉 簡福進經理 – 材料聲學特性採用殘響室法與阻抗管法之比較
虎門科技 許琦偉博士 – 超音波探頭音路分析CAE技術分享
山衛科技 吳孝文教授 – 聲音品質介紹與量測範例—聲舒適度發展趨勢
台北科技大學 許書涵助理教授 – 熱聲技術簡介
皮托科技 楊棟焜處長-COMSOL Multiphysics應用在振動噪音分析
屏科大 王栢村教授 – Development of Customized Sound Measurement Program and Application to Product Noise Evaluation
虎門科技展示攤
妙點企業展示攤位
謙達科技展示攤位
基太克展示攤位
皮托科技展示攤位
山衛科技展示攤位
華新工程展示攤位
思百吉展示攤位
振噪聯盟展示攤位