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Main Title: Adjoint-based monopole synthesis of sound sources with complex directivities
Translated Title: Adjungierten-basierte Monopolsynthese von Schallquellen mit komplexer Richtcharakteristik
Author(s): Hölter, Arne Birk
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Master Thesis
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/17112
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-15891
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: 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.
Subject(s): adjoint-based optimization
virtual acoustics
computational aero acoustics
monopole synthesis
directive sound source
adjungierten-basierte Optimierung
virtuelle Akustik
numerische Aeroakustik
Monopolsynthese
Schallquellen mit Richtcharakteristik
Issue Date: 2022
Date Available: 30-Jun-2022
Language Code: en
DDC Class: 534 Schall und verwandte Schwingungen
TU Affiliation(s): Fak. 1 Geistes- und Bildungswissenschaften » Inst. Sprache und Kommunikation » FG Audiokommunikation
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