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acoular/spectacoular: v21.08
No full textOfficial release, available via anaconda. Supports Python 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 on Linux, MacOS, Windows.
Includes pre-built web applications for microphone array measurements and data evaluation/exploration
Reducing aerofoil-turbulence interaction noise through chordwise-varying porosity
No full textThis paper considers the effects of smoothly varying chordwise porosity of a finite perforated plate on turbulence-aerofoil interaction noise. The aeroacoustic model is made possible through the use of a novel Mathieu function collocation method, rather than a traditional Wiener–Hopf approach, which would be unable to deal with chordwise varying quantities. The main focus is on two bio-inspired porosity distributions, modelled from air flow resistance data obtained from the wings of barn owls (tyto alba) and common buzzards (buteo buteo). Trailing-edge noise is much reduced for the owl-like distribution, but perhaps surprisingly so too is leading-edge noise despite both wings having similar porosity values at the leading edge. A general monotonic variation is then considered indicating that there may indeed be a significant acoustic impact of how the porosity is distributed along the whole chord of the plate, not just its values at the scattering edges. Through this investigation it is found that a plate whose porosity continuously decreases from the trailing edge to a zero-porosity leading edge and in fact generate lower levels of trailing-edge noise than a plate whose porosity remains always at the constant trailing-edge value
The TRANSIT project: innovation towards train pass-by noise source characterisation and separation tools
No full textThe overall goal of the Shift2Rail project TRANSIT is to provide the railway community with a proven set of innovative tools and methodologies to reduce the environmental noise impact and improve interior acoustic comfort of railway vehicles. To predict overall noise levels accurately for stand-still or during pass-by, accurate separation and characterisation of the main contributing sources is required. Methods developed in TRANSIT are based on static characterisation and on measurements during pass-by to identify the sound power and directivity of the main sources of railway noise and establish their contribution to the total measured levels. These results are the input to exterior noise simulation tools. The main obstacle for current vehicle certification methods is the fact that the track is the main contributor to pass-by noise. TRANSIT is targeting this problem by developing methods to identify the contribution of vehicle sources and to separate the vehicle and track contributions to rolling noise, based on the most promising approaches from Roll2Rail. Validation tests for all these techniques are being carried out in collaboration with the FINE-2 project. Finally, acoustic meta-material designs are being developed for specific applications, within an HVAC duct and as a horn cover, to achieve high absorption and transmission loss at target frequencies. The initial assessment is promising and will be followed by measurements in realistic conditions
The TRANSIT project: innovation towards train pass-by noise source characterisation and separation tools
No full textIn TRANSIT, experimental methods are developed to separate and characterise noise sources on moving trains. Improvedmicrophone array techniques allow quantification of sound power and directivity. Source separation methods based on the PassBy Analysis method, Advanced Transfer Path Analysis and the TWINS model are also developed. For trains at standstill, new testmethods are developed to quantify noise transmission paths from sources to the standard microphone positions accounting forinstallation effects. Several measurement campaigns are used to demonstrate and verify these methods. In addition, innovativematerials and methods are investigated for improved sound comfort in trains. Approaches considered include optimal soundabsorption at the source, attenuation along ducts for air conditioning systems and innovative meta-structure designs for the carbody part
AcouPipe v24.04
No full text<div>
<h2><strong>Acoupipe - A framework for generating large-scale microphone array data for machine learning</strong></h2>
</div>
<p><strong>AcouPipe</strong> is an easy-to-use Python toolbox for generating unique acoustical source localization and characterization data sets with <a href="http://www.acoular.org/">Acoular</a> that can be used for training of deep neural networks and machine learning. Instead of raw time-data, only the necessary input features for acoustical beamforming are stored, which include:</p>
<ul>
<li>Cross-Spectral Matrix / non-redundant Cross-Spectral Matrix </li>
<li>Conventional Beamforming Map </li>
</ul>
<p>This allows the user to create datasets of manageable size that are portable and facilitate reproducible research.</p>
<p>AcouPipe supports distributed computation with <a href="https://docs.ray.io/en/master/">Ray</a> and comes with a default configuration data set inside a pre-built Docker container that can be downloaded from <a href="https://hub.docker.com/r/adku1173/acoupipe/tags?page=1&ordering=last_updated">DockerHub</a>.</p>
<h2><strong>What's Changed in v24.04</strong></h2>
<h3>New features:</h3>
<ul>
<li>Datasets (<code>DatasetSynthetic</code> and <code>DatasetMIRACLE</code>): include a new feature <code>targetmap_analytic</code> and <code>targetmap_estimated</code>, which is a sparse mapping of the analytic / estimated squared sound pressure distribution. "Estimated" means from a limited number of snapshots (e.g. via Welch's method) (feature by @adku1173 in https://github.com/adku1173/acoupipe/pull/34)</li>
</ul>
<h3>Bugfixes</h3>
<ul>
<li>Datasets: sample the squared RMS value as at source strength instead of the pure RMS @adku1173 in https://github.com/adku1173/acoupipe/pull/35</li>
</ul>
<h3>Others</h3>
<ul>
<li>uses an updated version of the MIRACLE dataset</li>
<li>AcouPipe now requires at least Acoular 24.03</li>
</ul>
<p><strong>Full Changelog</strong>: https://github.com/adku1173/acoupipe/compare/v23.11...v24.04</p>
Microphone array data for basic examples in Acoular
No full textThis record contains microphone array data for use with Acoular software.
example_data.h5 contains a 1 second time history from a windtunnel measurement with 56 microphones. array_56.xml contains the microphone coordinates, and example_calib.xml the calibration factors.
three_sources.h5 and two_sources.h5 contain synthetic measurement for a three and a two source scenario, respectively. array_64 contains the microphone coordinates for this case.
three_sources.csv, three_sourcesv7.mat, and three_sourcesv73.mat contain the same data, but in CSV, MATLAB old and MATLAB new format
Investigation on the dissemination of unit watt in airborne sound and applications
Get PDFSound power is a widely applied quantity for the characterization of sound sources. Its determination is based on measurements of sound field quantities. Despite the state-of-the art measurement techniques, the sound power determination has some disadvantages. Most significant is the low frequency limitation, with different measurement methods leading to different results, which are expressed in broad frequency bands. A new method is proposed towards the establishment of traceability in airborne sound power. The realization of a primary source enables the free field sound power to be determined. The study investigates the dissemination process by which the sound power of a device under test can be referred to its free field sound power. In addition, the related uncertainty can be explicitly determined. The method of choice is the substitution method, which has been investigated both theoretically and experimentally. Apart from the well-established sound pressure measurements, the implementation of the substitution method also includes sound intensity measurements. The theoretical investigation focuses on the different positioning of the sources used in the substitution method, the substitution of sources of different radiation order and the existence of an impedance boundary. The sound power of aerodynamic reference sound sources has been examined since this type of source has been chosen to be the required transfer standard. For the measurements a specially designed scanning apparatus has been used. Sound power determination in calibration conditions and in situ has been performed. The required correction has been derived and successfully compared to an existing one. Sound pressure and sound intensity measurements at realistic environments have taken place and their sound power has been determined by applying the dissemination process. The sound power determination includes both narrow and broadband analysis along with a transparent uncertainty budget for the spectrum from 20 Hz to 10 kHz
Aeroakustische Lärmreduzierung durch Endplatten an endlichen Tragflügeln
No full textThe expansion of wind energy and growing air traffic demand for low noise airfoils to reduce nuisance of neighboring residents of onshore wind farms or airports. The aeroacoustic self noise associated with wind turbine blades or landing flaps consists of multiple sound sources and source regions that depend on the airfoil's operating conditions. At high angles of attack, the cross flow from the pressure to the suction side creates a vortex at the free end of the airfoil which generates sound due to the turbulent interaction with the airfoil surface. This tip vortex formation noise can be a relevant contribution to the overall self noise spectrum for mid to high frequencies.
The application of winglet type end plates is a known method to reduce the vortex generation but research has been focused on the aerodynamic impact rather than the aeroacoustic effect. This thesis aims to investigate the potential noise reduction effect of such end plates that prevent the flow around the free end. For this purpose experimental and numerical studies on a symmetric NACA~0012 and cambered NACA~4412 are conducted.
Microphone array measurements in aeroacoustic wind tunnels are performed to quantify the noise reduction effect on three different subsets of end plates. Aerodynamic measurements, hot-wire measurements in the tip wake as well as surface flow visualizations are employed to understand the effect of the end plates on the flow field. Additionally, for two selected cases a numerical hybrid approach of LES and Curle's analogy is used to assess the information of the flow field and surface pressures in more detail.
The results suggest that the end plates greatly reduce the transfer of fluid from the pressure to the suction side and, subsequently, diffuse the turbulence intensity at the tip. High pressure fluctuations at the tip trailing edge are reduced which leads to substantial noise reduction in the tip region compared to base configuration. Airfoils with the end plates applied achieve higher maximum lift and the spanwise dependency of the flow is reduced so that the flow field rather resembles a two dimensional configuration.
This working principle is qualitative similar for all considered end plates and the quantitative differences are discussed in the thesis. The application of end plates on the suction side is most beneficial for the underlying considerations. Overall, when the contribution of the tip is relevant, end plates effectively reduce the aeroacoustic noise and can potentially help to achieve quieter airfoils.Der Ausbau der Windenergie und der zunehmende Flugverkehr erfordern lärmarme Tragflügel, um die Belästigung von Anwohnern von Windparks oder Flughäfen zu verringern. Der aeroakustische Eigenlärm von Windturbinenblättern oder Landeklappen besteht aus mehreren Schallquellen und Quellbereichen, die von den Umströmungsbedingungen des Profils abhängen. Bei hohen Anstellwinkeln erzeugt die Querströmung von der Druck- zur Saugseite einen Wirbel am freien Ende des Tragflügels, der durch die turbulente Wechselwirkung mit der Oberfläche Schall erzeugt. Diese Wirbelbildung an der Spitze kann bei mittleren bis hohen Frequenzen einen relevanten Beitrag zum gesamten Eigengeräuschspektrum leisten.
Die Verwendung von Winglet-Endplatten ist eine bekannte Methode zur Verringerung der Wirbelbildung. Die bisherige Forschung konzentriert sich eher auf die aerodynamischen Auswirkungen als auf den aeroakustischen Effekt. Ziel dieser Arbeit ist es, die potenzielle lärmmindernde Wirkung solcher Endplatten, die die Strömung um das freie Ende verhindern, zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden experimentelle und numerische Studien an einem symmetrischen NACA~0012 und einem gewölbten NACA~4412 durchgeführt.
Es werden Mikrofonarray-Messungen in aeroakustischen Windkanälen durchgeführt, um den Lärmreduzierungseffekt bei drei verschiedenen Untergruppen von Endplatten zu quantifizieren. Aerodynamische Messungen, Hitzdrahtmessungen in der Nachlaufströmung sowie Visualisierungen der Oberflächenströmung werden eingesetzt, um die Auswirkungen der Endplatten auf das Strömungsfeld zu verstehen. Zusätzlich wird für zwei ausgewählte Fälle ein numerischer Hybridansatz aus Grobstruktursimulation und Curles Analogie verwendet, um die Informationen über das Strömungsfeld und die Oberflächendrücke detaillierter zu untersuchen.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Endplatten den Fluidtransfer von der Druck- zur Saugseite stark reduzieren und in der Folge die Turbulenzintensität an der Spitze verringern. Die hohen Druckschwankungen an der Spitzenhinterkante werden reduziert, was zu einer erheblichen Lärmreduzierung im Spitzenbereich im Vergleich zur Basiskonfiguration führt. Profile mit Endplatten erreichen einen höheren maximalen Auftrieb und die Abhängigkeit der Strömung von der Spannposition wird reduziert, so dass das Strömungsfeld eher einer zweidimensionalen Konfiguration ähnelt.
Dieses Wirkprinzip ist für alle untersuchten Endplatten qualitativ ähnlich und die quantitativen Unterschiede werden in der Arbeit diskutiert. Die Anwendung von Endplatten auf der Saugseite ist für die zugrundeliegenden Überlegungen am vorteilhaftesten. Insgesamt können Endplatten, wenn der Beitrag der Spitze relevant ist, den aeroakustischen Lärm wirksam reduzieren und potenziell dazu beitragen, leisere Tragflügel zu ermöglichen
Efficient in-duct tonal sound power estimation methods for radial compressors
No full textRadialverdichter ermöglichen die effektive Kompression von Gas bei niedrigem Massenstrom.
Außerdem erzeugen Radialverdichter unerwünschten und schädlichen Lärm. Um Lärmschutzregularien gerecht zu werden und Gegenmaßnehmen zur Unterstützung des Arbeitsschutzes
einzuleiten, müssen die Schallemissionen eines Radialverdichters genau bestimmt werden. Die
Lautstärke oder die Fähigkeit einer Maschine, Schall zu produzieren, wird durch die Schallleistung gemessen. Die Töne eines Radialverdichters liefern den primären Beitrag zur abgestrahlten Schallleistung (vgl. Raitor and Neise [1]). Sobald die Energie der Töne durch die
Aerodynamik des Radialverdichterlaufrads erzeugt wird, durchläuft sie ungehindert den Diffusor, die Spirale und Druckleitung des Radialverdichters. Da die Geometrie eines Radialverdichters außerdem relativ komplex ist, bietet es sich an, die druckseitige tonale Schallleistung in der angeschlossenen Drukleitung zu messen. Modernste Schallleistungsmessverfahren sind allerdings zu ungenau für die Töne oder zu teuer für eine industrielle Anwendung.
Zusätzlich dazu, erschweren die Umgebungsbedingungen in der Druckleitung die akustische
Messungen.
Diese Lücke wird in der vorliegenden Arbeit geschlossen, indem ein experimentelles Messverfahren entwickelt wird, welches die druckseitige tonale Schallleistung möglichst genau, robust
und kostengünstig schätzt. Hierfür wurden zwei experimentelle Methoden entwickelt. Zudem
wird die Fähigkeit der neu entwickelten Methoden, die tonale Schallleistung zu rekonstruieren,
anhand von numerischen Testdaten getestet. Anschließend, werden beide Ansätze an einem
Radialverdichter Prüfstand zum Einsatz gebracht. Die beste Methode für eine industrielle
Anwendung wird aus der durchgeführten Analyse bestimmt. Die Aerodynamik des Laufrads
erzeugt akustische tonale Energie, die in die Spirale einkoppelt. Die dabei angeregten akustischen Moden leiten die akustische Energie durch die Druckleitung. Um die tonale Schallleistung zu bestimmen, müssen die Amplituden dieser Moden Rekonstruiert werden (vgl. Morfey
[9]). Um die Hardwarekosten zu senken, wurde die Anzahl der Sensoren begrenzt. Dadurch
wird das Nyquist und Shannon [60] Theorem verletzt und eine präzise Rekonstruktion der
Amplituden ist nicht mehr möglich. Um das Problem zu lösen, werden zwei experimentelle
Methoden eingeführt. Diese liefern eine präzise und zuverlässige Schätzung der Amplituden, womit eine Schätzung der tonalen Schallleistung ermöglicht wird. Um die dominanten
azimutalen Modenamplituden zu identifizieren und rekonstruieren, wird eine Rekonstruktiontechnik für dünnbesetzte Signal verwendet, bekannt als Compressed Sensing (CS). Mit Hilfe
eines Verteilungsmodells, Equal Energy Density per Mode (EEDM), werden dann die Amplituden aller Moden geschätzt. Dieser kombinierte zweistufige Prozess wird mit dem Akronym
CSAE bezeichnet. Die alternative Methode verwendet eine linienförmige Monopolquellenverteilung, die an der Außenwand eines vereinfachten Volutenmodells angeordnet ist. Die
Einkopplung der akustischen Energie in die Volute wird damit modelliert. Die akustische Energie wird durch die Spirale, den Druckrohrdiffusor und das Druckrohr mittels eines langsam
variierenden Kanalmodenmodells ausgebreitet. Das resultierende Modell, RAdial Compressor
Equivalent Tonal Noise Source Model (RACET), wird mit dem regularisierten Least Squares
Fit an die Messdaten gefittet. Anschließend werden die Amplituden aller Moden geschätzt
Detektion und Trennung rotierender akustischer Merkmale mithilfe ringförmiger Mikrofonarrays
No full textSound emissions by rotating machinery are often connected to rotating acoustic sources. Efficient control of these emissions – whether by simply reducing them or by shaping their spectral characteristics – requires knowledge about the underlying sound generating mechanisms as well as the contribution of separate sources to the total radiation. The detection of sound sources is subject of ongoing research. In the presence of multiple sources, using microphone array methods for their spatial separation is state of the art.
In this thesis, several novel data processing methods are presented whose application provides new insights based on acoustic measurements with circular array arrangements. Aside from the localization of rotating sound sources, it is shown how these measurements can be used for the detection of occurring rotational speeds and for the isolation of different spectral characteristics. Most importantly, the presented data processing allows the separation of acoustic features even if multiple sources with different rotational speeds are present in one data set.
The general applicability of the methods and their limitations are investigated with the help of simulated acoustic data. For demonstrating their practical capabilities, two experimental setups featuring axial fans are evaluated: one with a microphone ring array measuring the sound radiated into a freefield and the other with a ring of wall-mounted microphones within a cylindrical duct. It is shown that with the new methods, previously inaccessible knowledge about present acoustic sources and the underlying sound generating mechanisms can be gainedDie Schallabstrahlung rotierender Maschinen steht häufig im Zusammenhang mit rotierenden Schallquellen. Eine effiziente Beeinflussung der Emissionen – sei es deren bloße Reduktion oder eine gezielte Veränderung der spektralen Charakteristika – setzt die Kenntnis von zugrundeliegenden Schallentstehungsmechanismen und des Anteils einzelner Quellen an der Gesamtabstrahlung voraus. Schallquellendetektion ist Gegenstand aktueller Forschung. Bei Vorhandensein mehrerer Quellen ist der Einsatz von Mikrofonarrayverfahren für deren räumliche Trennung Stand der Technik.
In der vorliegenden Arbeit werden mehrere neuartige Datenverarbeitungsmethoden vorgestellt, deren Anwendung neue Erkenntnisse auf Basis akustischer Messungen mit ringförmigen Array-Anordnungen liefert. Neben der Lokalisierung von rotierenden Schallquellen wird gezeigt, wie diese Messungen zur Detektion auftretender Rotationsgeschwindigkeiten und zur Trennung unterschiedlicher spektraler Anteile genutzt werden können. Vor allem aber ist die Trennung akustischer Merkmale mithilfe der vorgestellten Datenverarbeitungsschritte auch dann möglich, wenn mehrere Quellen mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten in einem Datensatz auftreten.
Mit Hilfe simulierter akustischer Daten werden die generelle Anwendbarkeit der Methoden sowie deren Grenzen untersucht. Zur Demonstration der Praxistauglichkeit werden zwei Versuche mit Axialventilatoren ausgewertet. Im ersten wird die Schallabstrahlung ins Freifeld mit einem darin befindlichen Mikrofonringarray ausgewertet. Im zweiten Versuch wird das Schallfeld in einem zylindrischen Strömungskanal mit einem Ring aus wandbündigen Mikrofonen gemessen. Es wird gezeigt, dass mit den neuen Methoden bislang unzugängliche Informationen über die vorhandenen Schallquellen und die zugrundeliegenden Schallentstehungsmechanismen gewonnen werden können
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