Project

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LION - Lokalisierung und Identifikation sich bewegender Schallquellen

English title LION - Localization and identification of moving noise sources
Applicant Wunderli Jean Marc
Number 185530
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Abteilung Akustik / Lärmminderung Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA)
Institution of higher education Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology - EMPA
Main discipline Other disciplines of Engineering Sciences
Start/End 01.07.2020 - 30.06.2023
Approved amount 195'138.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Engineering Sciences
Mathematics

Keywords (8)

Acoustic source localization; Propagation of sound; Moving sound sources; Acoustic beamforming; Turbulence modelling; Acoustic holography; Main component analysis; time-variant digital filters

Lay Summary (German)

Lead
Technische Schallquellen bestehen oft aus verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Schallquellenlokalisierungsverfahren helfen, auf einzelne Teilschallquellen zu fokussieren und separat zu beschreiben. Diese Separation ist Voraussetzung für ein vertieftes Verständnis der Schallentstehungsmechanismen und trägt den Schlüssel für gezielte Lärmreduktionsmassnahmen in sich. Deshalb sind Schallquellenlokalisierungsverfahren beispielsweise in der Automobil-, Schienenfahrzeug- und Luftfahrtindustrie weit verbreitet. Die existierenden Verfahren sind jedoch in ihrer Anwendung limitiert und kämpfen namentlich bei bewegten Quellen, stark gerichteter Abstrahlung und bei grösseren Messabständen mit Schwierigkeiten.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Das Projekt LION kombiniert die Expertise von vier Arbeitsgruppen aus drei verschiedenen Ländern im Bereich der Schallquellenlokalisierung: Die Beuth Hochschule für Technik Berlin (Beuth), das Fachgebiet Turbomaschinen- und Thermoakustik der TU Berlin (TUB), das Akustische Forschungsinstitut (ARI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und das Schweizer Forschungslabor für Akustik / Lärmminderung der EMPA. Die genannten Institutionen kooperieren, um die existierenden Methoden zur Analyse von bewegten Schallquellen zu erweitern und zu verbessern. Die neuen Verfahren sollen beispielsweise auf die Analyse von ausgedehnten und tonalen Quellen mit starker Richtcharakteristik angewandt werden. Die Partner werden die Methoden gemeinsam entwickeln, validieren und Synergieeffekte erzielen, die sich durch diese Partnerkonstellation ergeben. Die Entwicklungen werden in einer virtuellen Testumgebung erprobt und auf ihre Leistungsfähigkeit getestet. Zum Abschluss werden die verbesserten und erweiterten Verfahren auf existierende Mikrofonmessungen von Zügen und Flugzeugen angewandt, um so den generierten Mehrwert unter realen Bedingungen aufzuzeigen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unsere Arbeit wird es erlauben, komplexe technische Schallquellen wie Flugzeuge oder Züge im realen Einsatz in bisher nicht dagewesener Detaillierung zu untersuchen. Diese Resultate werden das Verständnis über die die Schallentstehungsmechanismen fördern und so die Grundlage für gezielte Massnahmen an der Quelle darstellen.

Direct link to Lay Summary Last update: 14.02.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Project partner

Abstract

Sound source localisation methods are widely used in the automotive, railway, and aircraft industries. Many different methods are available for the analysis of sound sources at rest. However, methods for the analysis of moving sound sources still suffer from the complexities introduced by the Doppler frequency shift, the relatively short measuring times, and propagation effects in the atmosphere. The project LION combines the expertise of four research groups from three countries working in the field of sound source localisation: The Beuth Hochschule für Technik Berlin (Beuth), the turbomachinery group at TU-Berlin (TUB), the Acoustic Research Institute (ARI) of the Austrian Academy of Sciences in Vienna and the Swiss laboratory for Acoustics / Noise Control of EMPA cooperate on improvements and extensions of the existing methods for the analysis of moving sound sources. They want to increase the dynamic range, the spatial, and the frequency resolution of the methods and extend their application to complex problems like the analysis of tonal sources with strong directivities as well as to coherent and spatially distributed sound sources. The partners want to jointly develop and validate these methods, exploiting the synergy effects that arise from such a partnership. The Beuth Hochschule plans to extend the equivalent source method in frequency domain to moving sources located in a half-space, taking into account the influence of the ground and sound propagation through an inhomogeneous atmosphere. The Acoustic Research Institute contributes acoustic holography, principal component analysis, and independent component analysis methods and wants to use its experience with pass-by measurements for trains to improve numerical boundary element methods including the transformation from fixed to moving coordinates. The turbomachinery group at TU-Berlin develops optimization methods and model based approaches and will contribute its data base of fly-over measurements with large microphone arrays as test cases. Empa contributes a sound propagation model based on Time-Variant Digital Filters with particular consideration of turbulence and ground effects and will also simulate synthetic test cases for the validation of sound source localization algorithms. The project is planned for a period of three years with a funding of one full-time scientist at every one of the four partner institutions, student research assistants, and travel funds that enable the partners to get together regularly and exchange ideas and scientific staff. The work programme is organized in four work packages: 1) the development of algorithms and methods, 2) the development of a virtual test environment for the methods, 3) the simulation of virtual test cases, and 4) the application of the new methods to existing test cases of microphone array measurements with trains and aircraft.
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