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研究生: 周彥廷
Chou, Yen-Ting
論文名稱: 土石流地聲特性之研究-不同大小及材質之地聲頻譜判識
Study on the Underground Sound Generated by the Debris Flows:An Identification of Different Sizes and Materials of Frequency Spectrum of Underground Sound
指導教授: 黃清哲
Huang, Ching-Jer
謝正倫
Shieh, Chjeng-Lun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 土石流地聲相似度
外文關鍵詞: debris flow, underground sound, similarity
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  • 本文主要探求土石流發生時其內容物的材質以及大小之聲波頻譜上之差異性,為找出是否有其差異存在,本文將實驗簡化,只單純以兩物體之間的碰撞模式觀察其材質的差異和大小的不同對其聲波頻譜的影響。在本文中除了使用FFT與Gabor轉換來分析頻譜之外,另外再加入了相似度的判識方式,以期對地聲頻譜能做更進一步的分析。在觀察材質相同之碰撞實驗(如石球碰撞石板等)結果時,可發現石球碰撞石板較符合一般土石流所觀測到之地聲訊號,亦即顯著頻寬出現在20~80Hz左右且除第一峰值外其餘頻率皆較不顯著,而如鐵塊碰撞鐵塊、木塊碰撞木板等實驗之聲波訊號其顯著頻率則不一定在上述範圍內,且高頻部分不一定不明顯,因而很容易與石球碰撞石板的訊號區別。而在判識相同材質但大小不同的實驗分析訊號時,其FFT與Gabor轉換後之圖形皆頗為相似,但經相似度分析之後所得之結果判識為不相似,且大小差異愈大,其相似度相差愈多,故由此結果可知在地聲訊號之中物體大小對於聲波頻譜訊號確實有其影響性。

    The intention of this paper is to find out the difference of the frequency spectrum of sound waves in different materials and sizes in debris flows. For looking for the difference in the frequency spectrum, so the study tries to simplify the experiment to collide motions for the different materials and sizes. Besides using FFT and Gabor transform, this study uses the method for differentiating from the similarity. When  researched in experiments for colliding with the same materials( for example the stone hit stone ), we can nose out that the signals of the underground sound will match the signals of the general debris flows. In another word, the notable width of frequency will occur at 20~80Hz, and the first peak value will more obvious than others. But other signals (such as iron hit iron and wood hit wood )won’t occur at the above- mentioned frequency, so we can easily differentiate between stone and others. When observe on the figures of the same materials but different sizes, we can find out that those figures are similar. But when used the method for differentiating those signals from similarity, we can find that the results are not similar. And the range of the different sizes is bigger, the difference of similarity is more different. So from those results, we can find the influence on the sizes of materials is truly existed.

    中文摘要------------------------------------------------ Ⅰ 英文摘要 ----------------------------------------------- Ⅱ 謝 誌 ----------------------------------------------- Ⅲ 目 錄 ----------------------------------------------- Ⅳ 表 目 錄 ------------------------------------------------ VI 圖 目 錄 ------------------------------------------------VII 第一章 緒論 1-1 前言 ---------------------------------------------- 1 1-2 文獻探討 -------------------------------------------3 1-2.1 日本 ---------------------------------------------- 3 1-2.2 大陸 ---------------------------------------------- 4 1-2.3 國內 ---------------------------------------------- 5 1-3 研究架構 ---------------------------------------------7 第二章 地聲頻譜相關理論 2-1 聲波傳遞理論 -----------------------------------------9 2-1.1 聲波的本質與傳遞方式 -------------------------------9 2-1.2 地聲聲波的傳遞理論 --------------------------------10 2-1.3 聲波的衰減理論 ------------------------------------11 2-2 FFT與Gabor轉換理論 ----------------------------------13 2-2.1 取樣原理 ------------------------------------------13 2-2.2 快速傅立葉轉換 ------------------------------------14 2-2.3 Gabor轉換 -----------------------------------------15 2-2.4 FFT與Gabor轉換之比較 ------------------------------20 2-3 相似度-----------------------------------------------28 2-3.1 ---------------------------------------------------28 2-3.2 相似度之定義 --------------------------------------29 2-3.3 地聲聲紋判識流程 ----------------------------------29 2-3.4 聲紋判識流程 --------------------------------------32 第三章 實驗佈置與流程 3-1 實驗設備---------------------------------------------33 3-2 實驗材料---------------------------------------------36 3-3 實驗佈置 --------------------------------------------38 3-3.1 實驗佈置示意圖 ------------------------------------38 3-3.2 實驗配置 ------------------------------------------39 3-3.4 實驗流程 ------------------------------------------40 第四章 實驗結果分析 4-1 實驗環境背景噪音分析 --------------------------------41 4-2 以石材為自由落體之實驗頻譜分析 ----------------------44 4-3 以木材為自由落體之實驗頻譜分析 ----------------------55 4-4 以鐵塊為自由落體之實驗頻譜分析 ----------------------66 4-5 聲紋相似度分析 --------------------------------------77 4-5.1 不同材質碰撞之聲紋相似度分析 ----------------------77 4-5.2 相同材質不同大小之物體碰撞之聲紋相似度分析 --------80 4-5.3 其他相同材質碰撞之聲紋相似度 ----------------------83 第五章 結論與建議 5-1 結論 ------------------------------------------------85 5-2 建議 ------------------------------------------------86 參考文獻 ------------------------------------------------87 附錄一 水中收音器特性圖 ---------------------------------90

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2003-07-17公開
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