Eine Web-Applikation zur Optimierung der Krümmung von Line Source Arrays

DFG, 393106680, Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereic

Synthese komplexer Richtcharakteristiken für eine Schallfeldoptimierung im Zeitbereich

DFG, 393106680, Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereic

Analysis and comparison of FDTD discretization procedures for room acoustical simulations

Room acoustic simulation techniques have been widely studied in the recent years. Its application ranges over a wide field, e.g., building acoustics, virtual reality or automotive design. Mainly two categories have been formed: geometrical and wave-based methods [1]. The latter include, among others, the finite difference time domain method (FDTD) [2]. In the case of room acoustic simulations in FDTD, the governing equations are usually written as the second-order wave equation [3]. Alternatively, an equivalent system of linear acoustic equations (LAE) of first-order [2] can be employed. Moreover, the full nonlinear Euler equations (NLEE) can be used to consider heat stratifications or flow. Recently, the NLEE were used to compute outdoor sound propagation [4] and modeling of directive sound sources [5]. Moreover, they were incorporated for sound source localization [6]. In this contribution, an analysis of computational aero acoustic (CAA) techniques of spatial and temporal dis- cretization as well as filtering in FDTD regarding room acoustical simulations is presented. Depending on the application, recommendations for the optimal scheme are given. Uncertainties and computational effort of the schemes are discussed

SPL-basierte Optimierung der Krümmung von Line-Source-Arrays mit PALC

Eine Beschallung mittels Line Source Arrays (LSAs) erlaubt die Kontrolle der abgestrahlten homogenen Wellenfront und damit der Schalldruckpegelverteilung über den Zuhörerbereich. Es ist bekannt, dass dies durch eine geeignete Krümmung des Arrays realisierbar ist [1]. Eine einfache Optimierung der Geometrie von LSAs kann durch ein Strahlenmodell hergeleitet werden. Aus dieser Idee haben die Autoren in früheren Beiträgen den Polygonal-Audience-Line-Curving (PALC)-Algorithmus vorgeschlagen [2], erweitert [3] und eine Web-Applikation [4] zur Verfügung gestellt. In diesem Beitrag wird für PALC die Implementierung von Gewichtungsfaktoren dargestellt, die zusätzlich zum rein auf geometrischen Betrachtungen basierenden PALC das Einbeziehen von Schallenergieverteilungen erlauben. Daraus wird ein iteratives Verfahren hergeleitet, das für einen gewünschten Schalldruckpegelverlauf die Array-Krümmung optimiert. Die Evaluation erfolgt für einen modellierten Veranstaltungsort mit Hilfe des Complex-Directivity-Point-Source (CDPS)-Modells [5, 6]. Zusätzlich zum Schalldruckpegelverlauf wird die Homogenität des Schallfeldes diskutiert.DFG, 393106680, Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereic

Adjungierten-basierte Monopolsynthese von Schallquellen mit komplexer Richtcharakteristik

Numerical time domain methods are continuously improving and gain in importance in virtual acoustics. The accurate modeling of directive sound sources is a prerequisite for acoustical simulations. In contrast to frequency domain methods, the directivity pattern of sound sources cannot be analytically implemented in the time domain directly. The sound sources are rather approximated by the superposition of monopoles around the directive sound source. For that purpose, an adjoint-based monopole synthesis method is discretized in a finite differences time domain (FDTD) scheme. Therein, the full non-linear Euler equations are solved by means of computational aeroacoustics (CAA). To efficiently compute reference sound fields, an analytical complex directivity point source (CDPS) model is embedded into the existing architecture of the CAA solver, which enables a decomposition of the computing domain to parallelize the computation. In order to avoid unfavorable interferences between the monopoles in FDTD, its spatial expansion is analyzed. Finally, the adjoint-based monopole synthesis method is considered for a dipole, a quadrupole and a (complex) circular piston model. The results are evaluated by graphical representations and technical measures, e.g., 3D directivity pattern figures. The analysis is not only limited to the reproduction of the reference directivity patterns, as it is as well the intention of this thesis to examine the procedure of the adjoint-based monopole synthesis method.Numerische Methoden im Zeitbereich sind ein aktiver Forschungsbereich in der virtuellen Akustik. Die Modellierung von richtungsabhängigen Schallquellen ist eine Vorraussetzung für akustische Simulationen. Im Gegensatz zu den Methoden im Frequenzbereich können Richtcharakteristiken von Schallquellen nicht direkt analytisch im Zeitbereich implementiert werden. Vielmehr werden die Schallquellen durch eine Superposition von Monopolen um die richtungsabhängige Schallquelle approximiert. Zu diesem Zweck wird eine adjungierten-basierte Monopolsynthese mithilfe eines finite Differenzenschema im Zeitbereich (FDTD) diskretisiert. Darin werden die kompletten nicht-linearen Euler Gleichungen mittels numerischer Strömungsakustik (CAA) gelöst. Zur effizienten Berechnung von Referenzschallfeldern wird ein analytisches (CDPS) Modell in die bestehende Architektur des CAA Lösers eingebettet, die eine Zerlegung des Rechengebiets zur Parallelisierung der Rechnungen ermöglicht. Um unerwünschte Interferenzen zwischen den Monopolen in FDTD zu vermeiden, wird die räumliche Ausdehnung der Monopole untersucht. Abschließend wird die adjungierten-basierte Monopolsynthese für einen Dipol, einen Quadrupol und einen (komplexen) Rundkolbenstrahler (Circular Piston) angewendet. Die Ergebnisse werden mittels graphischer Darstellung und technischer Beurteilungen, wie beispielsweise 3D Abbildungen von Richtcharakteristiken, ausgewertet. Die Analyse ist nicht nur auf die Nachbildung der Richtcharakteristiken beschränkt, sondern konzentriert sich auch auf die Vorgehensweise der adjungierten-basierten Monopolsynthese

Adjungierten-basierte Schallfelderzeugung im Zeitbereich mit Zielfunktion im Frequenzraum

In vorangegangenen Beitr¨agen [3][4][5][7][8] haben die Autoren eine Methode zur Adjungierten-basierten Optimierung von Lautsprecher-Arrays im Zeitbereich vorgestellt. Mit dieser Methode lassen sich grundsätzlich nicht nur der optimale Ort, sondern auch optimale Treiberfunktionen für beliebige Anordnungen von Lautsprechern finden. In dem vorliegenden Beitrag stellen die Autoren eine Erweiterung der Methode vor, die die Vorgabe von gewünschten Schallamplituden im Frequenzbereich ermöglicht. Die Methode erlaubt es, die typischerweise Frequenz-basiert definierten akustischen Anforderungen an ein Beschallungsszenario mit den Vorteilen eines Zeitbereichsverfahrens zu kombinieren, etwa die Einbeziehung von Rand- und Umgebungsbedingungen wie Wind. Die Validierung des Verfahrens erfolgt an Beispielen von in der Beschallungstechnik typischen Szenarien, in denen räumlich verschiedene Werte für die Schallamplituden angestrebt werden.DFG, 393106680, Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereic

Adjungierten-basierte Synthese und Bestimmung optimaler Treiberfunktionen von Lautsprechern mit komplexer Richtcharakteristik

Die Bestimmung optimaler Treiberfunktionen von Lautsprechern mit frequenzabhängiger Richtcharakteristik ist ein schlecht gestelltes Optimierungsproblem. Zu dessen Lösung haben die Autoren in vorangegangenen Beiträgen eine adjungierten-basierte Methode zur Optimierung von Lautsprecher-Arrays im Zeitbereich vorgestellt [5, 6, 8]. Diese ermöglicht unter anderem die Berücksichtigung von Berandungen und Umgebungseffekten wie Wind, war je- doch bisher auf monopol-artige Quellen beschränkt. Um diese Einschränkung zu beheben, haben die Autoren einen adjungierten-basierten Zeitbereichsansatz mit Finiten-Differenzen (FDTD) zur Synthese komplexer synthetischer Schallquellen durch diskrete, gitter-basierte Monopole vorgestellt [4, 9]. In diesem Beitrag demonstrieren die Autoren die entsprechende Modellierung eines realen Zweiwege-Monitors (A). Zudem wird gezeigt, wie sich die Vielzahl der zur Synthese verwendeten Monopole in eine Lautsprecher-Treiberfunktion überführen lassen (B).DFG, 393106680, Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereic