155 research outputs found
A numerical and experimental validation of the room acoustics diffusion theory inside long rooms
No full textThis paper focuses on the validation of the recently proposed room-acoustics diffusion theory for the propagation of sound in enclosures by means of numerical simulations and experimental measurements.
In particular, the analysis aims to verify the equation underlying the model (Fick’s law of diffusion), which states that the reverberant energy density gradient and the sound intensity inside a room are proportional through a constant diffusion coefficient.
In this work the involved acoustic quantities are numerically/experimentally derived under stationary conditions and their ratio is employed to estimate the effective value of the diffusion coefficient inside long rooms.
The numerical study was carried out with a set of particle-tracing simulations. The measurements were performed with a Microflown® three-dimensional sound intensity probe inside a 1:16 scale model of a long room, varying the absorption and the scattering properties at the boundaries.
A comparison between numerical and experimental results is carried out with a least-square algorithm, showing a fair agreement between the diffusion coefficients estimated with the two methods.
The results lead to the conclusion that the reverberant sound field inside long rooms can be described by a non-homogeneous diffusion process: the local diffusion coefficient is not a constant inside the room but increases with the distance from the source and depends on the acoustical properties of the room boundaries
Experimental study of self-sustained tones produced by a jet flowing out from a duct and impinging on a slotted plate
No full textThe production of self-sustained tones (up to 125 dB) by a low Mach number free plane jet
impinging on a slotted plate, known as slot-tone, is experimentally studied. For all geometries
of the slot’s edge tested, the tones are generated from 6 m/s and when a resonant mode of
the duct from which the jet flows out is excited. The Strouhal number associated with the
tones fundamental frequency describes stages. These one are linked to the number of
vortices present, with vortex pairing possibilities. On the other hand, the frequency domain of
the fundamental is defined by the two instability modes of the jet. If the edge of the slot is
beveled and if this one is placed backwards to the flow, the tones occurs at a lower speed
(3.5 m/s) as soon as the jet becomes turbulent, and the excitation of an acoustic resonator is
then not necessary
Identification of aeroacoustic sources on bluff bodies by time-domain and frequency-domain beamforming
No full textLa localisation de sources aéroacoustiques sur les corps automobiles est actuellement un sujet d’intérêt majeur pour les industriels. Le traitement d’antenne microphonique par formation de voies (beamforming) est une méthode robuste, classiquement utilisée dans ce cadre. L’objectif principal de ce manuscrit concerne ainsi la détection de sources aéroacoustiques sur des corps non profilés. Deux configurations expérimentales sont envisagées : une marche montante qui représente un cas académique, et un corps tridimensionnel générant des structures tourbillonnaires de type montant de baie se rapprochant du cadre de l’industrie automobile. La localisation de sources par formation de voies classique a permis d’identifier, pour différentes gammes de fréquence, les principales régions d’émission acoustique, à savoir : les zones tourbillonnaires amont et aval sur la marche et les montants de baie latéraux sur le corps tridimensionnel. De plus, des tendances similaires dans les mesures de pression pariétale fluctuante et de pression acoustique en champ lointain ont été observées. L’étude s’est ensuite dirigée vers la détection d’intermittences acoustiques afin de déterminer dans quelle mesure, à l’instar du bruit de jet, le bruit d’écoulement en présence d’obstacle présente un caractère intermittent. Un processus de seuillage sur le champ lointain mesuré a permis de sélectionner des événements représentant 80% de l’énergie du signal original et 20% de sa durée sur les deux configurations. Une méthode de formation de voies temporelle, en lien direct avec la technique de retournement temporel, a été développée afin de réaliser une imagerie de sources aéroacoustiques en fonction du temps.L’utilisation de cette technique permet de montrer que les événements sélectionnés à partir du seuillage correspondent à des sources intermittentes dont on peut déterminer les lieux et les instants d’émission (obéissant à une distribution statistique Gamma). Le bruit aéroacoustique généré par les corps non profilés considérés dans cette étude peut donc être vu comme une succession d’événements intermittents identifiables. Enfin, la reconstruction des signaux acoustiques à partir d’une famille d’ondelettes a été effectué. Les spectres du signal original et filtré sont fortement semblables, une différence de l’ordre de 10% ayant été observée entre eux pour les deux maquettes, confirmant l’importance des événements intermittents dans le rayonnement aéroacoustique des corps non profilés.The localization of aeroacoustic sources of automotive bodies is currently a topic of major interest to industry. Beamforming is a robust method typically used in this context. The main objective of this thesis relates to the detection of aeroacoustic sources on bluff bodies. Two experimental configurations are considered : a forwardfacing step that is an academic event, and a three dimensional bluff body generating A-pillar vortices approaching the automotive industry. Source localization through classical beamforming has enabled to detect the main regions of acoustic emission for different frequency ranges, namely : upstream and downstream vortices around thestep and A-pillar vortices generated on both sides of the 3D bluff body. In addition, relationships have been observed between wall pressure fluctuations and acoustic field radiated. The study was then directed to the detection of intermittent acoustic events to determine whether, like jet noise, the noise radiated by an obstacle in the flow is composed of intermittent signatures. A thresholding process on the far field measurements was used to select events representing 80% of the energy of the original signal and 20% of its time for both configurations. A time-domain beamforming algorithm, directly linked to the time reversal technique, has been developed to achieve a spatio-temporal information about the intermittent noise sources. The use of this technique has proved that the events selected with the tresholding technique correspond to intermittent acoustic sources which space and time informations canbe determined (they follow a Gamma distribution). The aeroacoustic noise radiated by the bluff bodies considered in this study can therefore be seen as a succession of intermittent events that can be identified. Finally, the reconstruction of intermittent acoustic signals using a family of wavelets was performed. The Fourier spectra of the original and reconstructed signals are highly similar, a difference of about 10% was observed, confirming the importance of intermittent events in the noise radiated by bluff bodies
Flow-induced noise of a wall-mounted finite airfoil at low-to-moderate Reynolds number
No full textAbstract not availableDanielle J.Moreau, Zebb Prime, Ric Porteous, Con J. Doolan, Vincent Valea
A numerical investigation of the sound intensity field in rooms by using diffusion theory and particle tracing
No full textThis work focuses on the calculation of net intensity vectors in rooms, by using two different methods : a geometrical method, based on particle tracing, and the room-acoustic diffusion theory. The classical assumption for diffuse sound fields is that the net flow of reverberant energy at any location in Room, i.e., the reverberant intensity vector, is null. The reverberant field in rooms with homogeneous dimensions and uniform absorption coefficients is usually considered as diffuse. This study focuses first on the spatial structure of the intensity vector field in such rooms, showing that, although the energy density variation is weak, an organized structure of energy flows can be observed throughout the room. In a second part, the net intensity field in more complex rooms, such as, for example, long rooms, will be investigated in the same way, for both diffuse and specular reflections, with the aim of providing numerical estimations of the sound intensity field and of the room-acoustic diffusion coefficient
Analysis of trailing-edge tonal noise generation for a NACA 0012 airfoil by using beamforming and time-resolved particle image velocimetry techniques
No full textCette étude expérimentale s'intéresse au bruit tonal de bord de fuite sur un profil NACA 0012, et en particulier aux effets de l'inhomogénéité en envergure de l'écoulement sur les sources de bruit. L'originalité de l'approche consiste dans la mesure simultanée du bruit rayonné par antennerie acoustique et des champs de vitesse dans le sillage par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) résolue en temps (fréquence de 20 kHz afin de résoudre les échelles de temps acoustiques).Une expérience préliminaire retrouve, comme dans la bibliographie, des résultats de PIV altérés pour des fréquences inférieures à la limite de Shannon, et permet d'identifier l'allure des distorsions liées à cette erreur. La précision de la synchronisation entre le signal focalisé par formation de voies temporelle et les champs de vitesse est ensuite évaluée, et est de l'ordre du centième de milliseconde.La mesure acoustique révèle un bruit tonal (constitué d'un ou plusieurs pics fréquentiels) pour des conditions d'écoulement en accord avec la littérature. La formation de voies permet alors d'identifier des zones sources le long de l'envergure, distinctes pour chaque fréquence. Cela constitue un apport intéressant car les modèles théoriques utilisés pour décrire la formation de bruit tonal au bord de fuite sont bidimensionnels.L'analyse fréquentielle des champs de vitesse dans un plan parallèle au profil d'aile indique un détachement tourbillonnaire variable en fonction de la position en envergure, avec les mêmes fréquences dans les mêmes zones que les sources de bruit identifiées. Il est aussi montré que les zones sources de bruit sont celles où la cohérence transverse du détachement tourbillonnaire présente un maximum. Une mesure dans le plan perpendiculaire à l'aile permet le suivi temporel des tourbillons détachés au bord de fuite, et une comparaison entre le signal de vorticité et le signal acoustique focalisé sur la zone de mesure aboutit à un taux de corrélation satisfaisant, de l'ordre de 60%.In this experimental study about the generation of trailing-edge tonal noise by a NACA 0012 airfoil, we evaluated the effects of flow inhomogeneity in the spanwise dimension on noise sources. In this original approach, the acoustic measurements performed with a microphonic array are used in conjunction with simultaneous time-resolved PIV measurements (20 kHz) in the wake of the wing.In a first part, a preliminary experiment is performed to test the limits of PIV measurements. As was discussed in the bibliography, the results are altered at frequencies lower than the Shannon limit, and the shape of these alterations is identified. Then, another experiment with a piloted micro-jet allows us to affirm that the precision of the synchronisation between the focused time-domain beamforming signal and the velocity field is around a hundredth of a millisecond. The acoustic measurements on the trailing-edge noise reveal tonal noise (with one or multiple frequency peaks), at flow conditions in accordance with literature. With the use of frequency-domain beamforming, multiple noise sources are localised along different positions on the trailing-edge, one for each peak on the far-field spectrum. This constitutes an interesting result, because theoretical models used for the description of tonal trailing-edge noise are bidimensional.Then, the frequential analysis of the velocity field obtained with PIV measurements in the plane of the wing show that the vortex shedding is also dependent on the position in the spanwise dimension. The same frequencies are observed as in the acoustic analysis, and on the same locations on the span. Moreover, the noise sources are shown to be superimposed with the locations of the maxima of the vortex shedding transverse coherence. Finally, a PIV measurement in a plane perpendicular to the wing allows for the assessment of the correlation factor (60%) between the vorticity signal and the focused time-domain beamforming signal
Three-dimensional beamforming of dipolar aeroacoustic sources
No full textAbstract not availableRic Porteous, Zebb Prime, Con J. Doolan, Danielle J. Moreau, Vincent Valea
Transmission of the aeroacoustic noise fluctuations into a car interior model due to an unsteady flow : a wind-tunnel study
No full textCette étude vise à caractériser en soufflerie les mécanismes aérodynamiques à l’origine de la génération puis la transmission des fluctuations de bruit dans un modèle d’habitacle automobile. Le banc d’essai conçu en soufflerie anéchoïque consiste en un écoulement dont la vitesse incidente est modulée par un volet mobile, et qui par interaction avec une marche montante rayonne un bruit aéroacoustique transmis à travers une vitre dans un caisson anéchoïque. L’approche retenue consiste, pendant le temps de maniement du volet, à mesurer et relier le champ de vitesse externe mesuré à l’aide de la technique de vélocimétrie laser par images de particules (TR-PIV échantillonnée à 20 kHz) à la pression pariétale d’une part, puis au champ acoustique interne obtenu par transmission d’autre part. Des outils de corrélation spatio-temporelle sont alors utilisés pour mettre en évidence les zones de l’écoulement les plus corrélées avec les fluctuations d’énergie de la pression pariétale et celles du niveau de bruit intérieur. La fluctuation du chargement aérodynamique de la vitre sous la bulle de recirculation est logiquement liée à l’activité instationnaire de cette dernière, puis plus en aval, au lâcher tourbillonnaire. Quant au bruit transmis dans le modèle d’habitacle, il semble principalement lié aux fluctuations de vitesse dans la couche de cisaillement. Enfin, une procédure spécifique a permis d’évaluer le caractère quasi-stationnaire des variations temporelles des quantités fluctuantes ainsi que la réponse acoustique de la vitre.This study aims at characterizing in a wind tunnel the aerodynamic mechanisms contributing to the generation and transmission of the noise fluctuations into a car interior model. The test bench designed in anechoic wind tunnel consists of a flow whose incoming flow velocity is modulated by a mobile flap, and which by interaction with a forward-facing step radiates an aeroacoustic noise transmitted through a glass into an anechoic box. The adopted approach consists, during the flap handling time, in measuring and connecting the external velocity field measured using the Time-Resolved laser Particle Image Velocimetry technique (TR-PIV at sampling frequency 20 kHz) to the wall pressure on the one hand, and then to the internal acoustic field obtained by transmission on the other hand. Spatio-temporal correlation tools are then used to highlight the flow areas that are the most correlated with the energy fluctuations of the wall pressure and with those of the internal noise level. The fluctuation of the aerodynamic loading of the window under the recirculation bubble is logically related to the unsteady activity of the latter, then further downstream to the vortex stream. As for the noise transmitted into the cabin model, it seems mainly related to the speed fluctuations in the shear layer. Finally, a specific procedure allows to evaluate the quasi-steady nature of the temporal variations of the fluctuating quantities, as well as the acoustic response of the window
A numerical investigation of the Fick's law of diffusion in room acoustics
No full textIn this paper the validity of the Fick's law of diffusion in room acoustics is investigated in the stationary state. The Fick's law, underlying the room-acoustics diffusion model, assumes a proportionality relationship between the local sound intensity and the energy density gradient, the proportionality constant being the so-called diffusion coefficient. This relationship, based on an analogy with the behavior of real particles in a scattering medium, is assessed by using a numerical tool simulating the actual dynamics of sound particles in a room. Two types of room geometries are considered: rooms with proportionate dimensions and long rooms. Concerning proportionate rooms the numerical analysis highlights the presence of weak variations of the reverberant energy density, generating an intensity vector pattern which is shown to be correctly described by the theoretical Fick's law and homogeneous diffusion. Conversely, inside long rooms, an estimate of the local value of the diffusion coefficient is carried out, showing that the reverberant sound field is well described by a spatially varying diffusion coefficient (non-homogeneous diffusion). The rate of increase of the estimated diffusion coefficient depends on the cross-sectional area of the room and on the boundaries absorption coefficient
Localisation de source acoustique en soufflerie anéchoïque par deux techniques d’antennerie : formation de voies et retournement temporel numérique
No full textBeamforming (BF) is a powerful technique to localise sound sources in a wind-tunnel, but theflow effects on the acoustic propagation should be taken into account. An experiment is carried outin an anechoic wind-tunnel in order to validate the BF treatment associated to flow corrections.The results show that the BF technique can estimate very accurately the position of the source. However, the experiments are limited by the low speed of the wind-tunnel. So, a numerical code solving the linearized Euler equations (EEL) is used to simulate different flow conditions. We show that the apparent position shifting of the source, due to the effects of the flow is roughly proportional to the product of the Mach number by the thickness of the uniform flow. Furthermore, we show that the corrections remain robust for a higher Mach number. Then we present a new method for localising a source in a wind-tunnel based on the time-reversal technique. We show that EEL are invariant under time-reversal in changing the direction of the flow velocity. The experimental signals obtained are time-reversed and the backpropagation is performed numerically. The results show that it is possible to localise the source position, without BF assumptions and without flow corrections. The ability of the method to localise an intermittent aeroacoustic source is highlighted.Le développement croissant des moyens de transport a engendré des nuisances sonores en zone urbaine et périurbaine. Pour pallier ce problème les industriels sont amenés à effectuer des études en vue de la réduction du bruit. La première étape de ce travail consiste à localiser les zones responsables de la production sonore. Le traitement d’antenne microphonique associé à la formation de voies (beamforming) est une méthode classique et robuste de localisation de sources sonores. Dans le cas de sources aéroacoustiques, cette technique d’imagerie peut être appliquée in situ, engendrant un coût important, ou en soufflerie anéchoïque. L’application de cette technique à des mesures en soufflerie permet ainsi de localiser des sources de bruits dans un écoulement, mais les effets de l’écoulement sur la propagation doivent être pris en compte pour une localisation optimale. Une expérience de localisation de source est mise en place dans la soufflerie anéchoïque Eole afin de valider le traitement par formation de voies associé aux corrections des effets de l’écoulement. Deux modèles correctifs distincts sont testés (modèle d’Amiet et modèle de Koop). Les résultats montrent que cette technique permet d’estimer très précisément la position de la source acoustique. De plus, nous montrons que les effets de l’écoulement sur la propagation sont bien indépendants de la longueur d’onde acoustique. Cependant, les moyens techniques limitent l’étude sur la localisation de source à de faibles vitesses, ainsi un code numérique résolvant les équations d’Euler linéarisées est utilisé afin de simuler des conditions d’écoulement plus diverses. Nous mettons en évidence que le décalage apparent de la position de la source, dû aux effets de convection et réfraction des ondes acoustiques, est approximativement proportionnel au produit du nombre de Mach par l’épaisseur d’écoulement uniforme. De plus, nous montrons que les deux corrections testées demeurent robustes même pour un nombre de Mach élevé. Dans une seconde partie nous présentons une méthode originale de localisation de source pour l’aéroacoustique s’appuyant sur une technique connue en acoustique, le retournement temporel. Contrairement à la formation de voies, cette méthode ne fait aucune hypothèse sur le rayonnement de la source et sur la distance source-antenne. Nous montrons que les équations d’Euler linéarisées autour d’un écoulement moyen sont invariantes par retournement temporel en changeant le sens de l’écoulement moyen. Puis une étude numérique des capacités d’un miroir à retournement temporel pour la localisation de source monopolaire ou dipolaire en soufflerie est réalisée. Finalement des expériences sont menées en soufflerie; les signaux obtenus sont retournés temporellement et la phase de rétropropagation est réalisée numériquement. Les résultats montrent qu’il est possible de localiser la position de la source sans les hypothèses liées à la formation de voies et sans correction des effets de l’écoulement. De plus, les capacités de la méthode à localiser une source aéroacoustique intermittente sont mises en évidence
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