Includes bibliographical references (leaves 287-305) / 310 leaves : ill ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Mechanical Engineering, 1991

This thesis presents a comprehensive study of decentralised feedback control on a smart panel with electrodynamic proof mass actuators and velocity sensors at their footprints. The aim is to provide guidance for the design of light, simple, robust and low cost, control units which can be attached in large numbers to flexible structures in order to control their spatially averaged response and sound radiation at low audio-frequencies. The first part of the thesis is focused on the identification of simple and effective single channel feedback control laws. In particular the stability properties and control performance produced by Proportional, Integral, Derivative, PI, PD, PID feedback control laws are assessed with reference to two simple problems where a single degrees of freedom system is controlled by an ideal reactive force actuator and by a practical proof mass actuator. Following this introductory study, the implementation of decentralised feedback control on a smart panel with five control units using proof mass electrodynamic actuators is investigated for the best two cases of Proportional and PID control. In parallel the practical design of small scale control units is explored. In particular the scaling of the stability and control performance properties of a single control unit that implements proportional control is examined using a stability–control formula. The final part of the thesis presents the stability and control performance tests carried out on a single control unit and on five decentralised control units. For the multiple channel control case, the reductions of the spatially averaged vibration measured with a laser vibrometer and the reduction of the total sound power radiation measured in an anechoic room are presented.

Les travaux présentés portent sur l'élaboration d'une paroi acoustique absorbante de faible épaisseur capable d'absorber des ondes acoustiques de basses fréquences (500 - 1500 Hz). Le bruit est en effet la première source de nuisances environnementales évoquée par le public. Cette gêne nécessite la mise en place de traitements acoustiques dans le but d'améliorer le confort. Cependant, dans certaines conditions, les contraintes portant sur l'encombrement des solutions absorbantes limitent fortement leur utilisation. En effet, de manière générale, plus les fréquences du son à atténuer sont basses plus les éléments à utiliser doivent être épais. La paroi acoustique absorbante conçue dans le cadre de cette thèse est basée sur un réseau de transducteurs électrodynamiques, réalisés en technologie MEMS. Ce type de paroi permet de contrôler l'absorption obtenue à partir de charges électriques adaptées, connectées aux bornes des transducteurs. Afin de dimensionner les différents éléments de cette paroi absorbante, un modèle analytique de l'absorption de la paroi prenant en compte le comportement des transducteurs électrodynamique utilisés ainsi que les couplages acoustiques entre les différentes sources qui sont particulièrement importants dans le domaine des basses fréquences, a été développé. Ce modèle a été validé par 2 moyens : i) des modélisations par éléments finis et ii) la mesure de l'absorption acoustique des prototypes réalisés, mesure obtenue pour deux types de transducteurs. L’une est basée sur des micro-haut-parleurs commerciaux, l'autre sur un transducteur miniature MEMS de dimensions similaires mais dont le rendement de conversion est d’un ordre de grandeur supérieur aux micro-haut-parleurs conventionnels. La modélisation analytique a montrée deux voies d'améliorations qui ont été entreprises, la première sur la suppression des courts-circuits présents au niveau du transducteur, la seconde sur l'optimisation du facteur de force permettant l'amélioration du rendement de conversion électro-mécanique. Les résultats d'absorption acoustique obtenus à partir des transducteurs MEMS montrent que la solution possède un réel intérêt dans le domaine des basses fréquences là où les solutions conventionnelles sont peu efficaces. / The work presented in this thesis focuses on the development of a sound absorbent thin solution able to absorb sound waves of low frequency (500 - 1500 Hz). Noise is, actually, the primary source of environmental pollution raised by the public. This discomfort requires the establishment of acoustic solutions in order to improve the acoustic comfort. However, under certain conditions, the thickness of absorbent solutions strongly limit their use. Indeed, in general, more frequencies are low more the acoustic solutions used must be thick. The sound absorption noise of the solution presented in this work is based on a network of miniature electrodynamic transducers controlled from appropriate electrical loads connected to the terminals of the transducers. An analytical model of the behavior of sound absorbing wall was developed. This model takes into account the behavior of electrodynamic transducers used and the acoustic coupling between the various sources that are particularly important in the area of low frequencies. This model has been validated by two means : i) finite element modeling and ii) measuring the absorption of acoustic prototypes. Two types of absorbent walls were made. One is based on commercial micro-speakers, the other on a miniature MEMS transducer of similar dimensions but the conversion efficiency is an order of magnitude greater than conventional micro-speakers. Analytical modeling has shown two ways of improvements that have been undertaken, the first on the removal of short circuits present at the transducer, the second on optimizing the force factor for improving the conversion efficiency of electro-mechanics. The results sound absorption obtained from the MEMS transducers show that the solution has a real interest in the low frequency range where conventional solutions are not very effective.

L'allègement des structures est un enjeu économique important dans les domaines d'activités industrielles telles que l'automobile, l'aéronautique ou le naval, qui intègrent peu à peu les matériaux composites dans la fabrication des structures. Cet allègement s'accompagne d'un raidissement de la matière qui implique des problèmes de vibrations et d'isolation acoustique. Plusieurs méthodes de traitement existent pour diminuer les vibrations ou le bruit rayonné d'une paroi, mais ces méthodes ont l'inconvénient d'augmenter significativement la masse de la paroi. Afin de répondre à cette problématique, il est proposé dans cette thèse de modifier le comportement dynamique des structures à partir d'un réseau périodique de patchs piézoélectriques shuntés avec un circuit électrique dont il est possible de modifier l'impédance. En contrôlant ainsi le comportement dynamique des patchs piézoélectriques, il est possible de contrôler le comportement vibratoire de la structure et donc de traiter les problèmes de transmissions solidiennes ou de transmissions aériennes.La méthode de shunt choisie est la méthode dite de shunt à capacité négative qui permet de modifier la rigidité d'une structure. Cette méthode dite semi-passive présente plusieurs avantages : la mise en œuvre est simple, il est possible d'intégrer les patchs directement à l'intérieur de la paroi, elle consomme une faible quantité d'énergie électrique et sa mise en application est peu onéreuse. / Making the structure lighter is an important economic stake in the field of industrial activities such as automotive, aeronautic or naval, which gradually integrate composite materials in the manufacturing of structures. This reduction of the mass goes along with a stiffening of the matter implying acoustics and vibrations issues. Several methods exist to reduce vibrations or acoustic radiations of structures, but these methods increase the mass. In order to answer the problematic, we propose to change the dynamic behavior of structures with a periodic lattice of piezoelectric patches shunted with an electrical circuit whose the impedance can be controlled. Therefore, the control of the coupled behavior of the piezoelectric patches allows the control of vibrational wave's diffusion inside the structure and so to treat the structure-borne vibrations and airborne acoustics emission. The shunt method chosen is negative capacitance shunt which allows to modify the rigidity of a structure. This semi-passive method has several advantages: the implementation is simple, it is possible to integrate the patches directly inside the wall, it consumes a low amonte of electrical energy and its implementation is inexpensive.

Der Bericht beschreibt, wie die akustische Abschirmwirkung von Wäldern mit Hilfe eines akustisch-meteorologischen Modells ermittelt werden kann. Aus den Berechnungen werden meteorologische Zusatzdämpfungen für die Vegetationsarten Wiese, Nadelwald und Laubwald abgeleitet. Insbesondere im schalltechnisch kritischen Nachtzeitraum ist Nadelwald in einem lockeren Bestand für Schallschutzmaßnahmen am besten geeignet. Durch Schallschutzmaßnahmen in Form von Waldflächen kann eine deutliche Verbesserung des Schallschutzes in der Nähe von Straßen und Schienen erreicht werden. Die Veröffentlichung dient der Unterstützung von Planungsempfehlungen für einen verbesserten Schallschutz und wendet sich insbesondere an Immissionsschutz- und Forstbehörden.

Bibliography : leaves 237-251. / x, 251 leaves : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Mechanical Engineering, 1994

Le bruit, en particulier celui dû au trafic routier, est cité par de nombreuses études comme une source de préoccupation sociétale majeure. Jusqu'à présent les réponses des pouvoirs publics ne se basent que sur une quantification énergétique de l'exposition sonore, souvent via la mesure ou l'estimation du LA ou du Lden, et des prises de décisions relatives à la diminution du niveau sonore. Or des études psychoacoustiques ont montré que le niveau sonore n'expliquait qu'une faible part de la gêne sonore ressentie. Il est donc intéressant d'avoir plus d'information sur la source de bruit et de ne pas la réduire à un simple niveau sonore. Dans cette thèse, nous proposons de concevoir un outil permettant d'estimer la gêne sonore associée à chaque véhicule du trafic routier via l'utilisation de son signal audio et de modèles de gêne sonore. Pour ce faire, le signal audio du véhicule est isolé de l'ensemble du trafic routier urbain grâce à l'utilisation de méthodes inverses et de grands réseaux de microphones ainsi que du traitement d'images pour obtenir sa trajectoire. Grâce à la connaissance de la trajectoire ainsi que du signal, le véhicule est classifié par une méthode de machine learning suivant la taxonomie de Morel et al. Une fois sa catégorie obtenue, la gêne spécifique du véhicule est estimée grâce à un modèle de gêne sonore utilisant des indices psychoacoustiques et énergétiques. Cela permet l'estimation des gênes sonores spécifiques à chaque véhicule au sein du trafic routier. L'application de cette méthode est faite lors d'une journée de mesure sur une grande artère parisienne. / Noise, especially road traffic noise, is cited by many studies as a source of major societal concern. So far, public responses are based only on energy quantification of sound exposure, often by measuring or estimating LA or Lden, and sound-level reduction related decision are taken. Nevertheless, psychoacoustic studies have shown that the sound level explains only a small part of the perceived noise annoyance. It is interesting to have more information about the source of noise and not to reduce the information to its sound level. In this thesis a tool is proposed for estimating the noise annoyance induced by each road vehicle using its audio signal and noise annoyance models. To do so, the audio signal of the vehicle is isolated by using inverse methods, large microphones arrays and image processing to obtain its trajectory. The knowledge of the trajectory and of the signal allows the vehicle to be classified by a machine learning method according to Morel et al. taxonomy. Once its category obtained, the specific annoyance of the vehicle is estimated thanks to a noise annoyance model using psychoacoustic and energetic indices. This allows the estimation of specific noise annoyance for each vehicle within the road traffic. The application of this method is made during a measurement day on a large Parisian artery.

Der Bericht beschreibt, wie die akustische Abschirmwirkung von Wäldern mit Hilfe eines akustisch-meteorologischen Modells ermittelt werden kann. Aus den Berechnungen werden meteorologische Zusatzdämpfungen für die Vegetationsarten Wiese, Nadelwald und Laubwald abgeleitet. Insbesondere im schalltechnisch kritischen Nachtzeitraum ist Nadelwald in einem lockeren Bestand für Schallschutzmaßnahmen am besten geeignet. Durch Schallschutzmaßnahmen in Form von Waldflächen kann eine deutliche Verbesserung des Schallschutzes in der Nähe von Straßen und Schienen erreicht werden. Die Veröffentlichung dient der Unterstützung von Planungsempfehlungen für einen verbesserten Schallschutz und wendet sich insbesondere an Immissionsschutz- und Forstbehörden.

Pour commercialiser un véhicule, les constructeurs automobiles doivent se soumettre à la réglementation sur le bruit extérieur. Le règlement de la commission économique pour l'Europe, ECE R51.03, spécifie les niveaux admissibles que peut rayonner un véhicule automobile en roulage. Ce règlement est entré en vigueur depuis le 1er juillet 2016 pour remplacer l'ancien règlement ECE R51.02 (changement de méthode d’essai et sévérisation des niveaux de bruit admissibles). La diminution drastique des niveaux sonores tolérés se fait en trois étapes : passage de 74 dB (A) sous l'ancien règlement, à 68 dB (A) en 2024. Par conséquent, les constructeurs ainsi que les fournisseurs automobiles seront confrontés à un grand défi pour atteindre cet objectif. Ainsi, l'objectif de ces travaux de thèse consiste à développer une aide à la modélisation totale du bruit de passage d’un véhicule, comme le préconisent les essais réglementaires. Le but est de construire des modèles optimaux pour prévoir et évaluer avec précision le bruit que peut rayonner un véhicule en roulage plus tôt dans son cycle de développement, i.e. avant l'étape d'industrialisation. Il faut alors se placer dans la recherche d'un compromis entre précision des estimations, sensibilité aux paramètres, robustesse de la méthode et efficacité numérique. / Currently, to put a vehicle on market, car manufacturers must comply to a certification test of exterior noise. The regulation of the United Nations Economic Commission for Europe, ECE R51-03, specifies permissible levels a rolling motor vehicle can emit. This regulation is applied since July 1st, 2016, to replace the old regulation ECE R51-02 (test method change and tightening of permissible levels). The drastic reduction in noise levels will be done in 3 steps: from 74 dB (A) under the old regulation to 68 dB (A) in 2024. Therefore, manufacturers as well as their suppliers will face a great challenge to achieve this goal. The objective of this thesis is to develop an aid to the modeling of the pass-by noise of a vehicle, as called for in regulatory testing. The goal is to predict and evaluate accurately the noise emissions earlier in the vehicle development cycle, i.e. before the industrialization stage. We must then seek a trade-off between accuracy of estimates, sensitivity to parameters, robustness of the method and numerical efficiency.

Είναι ευρύτατα γνωστό ότι ο θόρυβος δημιουργείται από δονούμενες επιφάνειες. Για την αντιμετώπιση του θορύβου στην πηγή του, δηλαδή τη δονούμενη επιφάνεια, δύο κυρίως τρόποι έχουν αναπτυχθεί. Ο πρώτος τρόπος αφορά τη χρησιμοποίηση παθητικών μέσων, δηλαδή ηχομονωτικών υλικών που αποσβένουν συγκεκριμένες συχνότητες. Ο δεύτερος τρόπος αφορά τη χρήση ενεργητικών μέσων. Τα ενεργητικά μέσα είναι διατάξεις που αποτελούνται από ένα σύστημα ελέγχου και ένα σύνολο αισθητήρων και ενεργοποιητών. Η λειτουργία ενός τέτοιου Συστήματος Ενεργού Ελέγχου Δονήσεων (ΣΕΕΔ) βασίζεται στην καταγραφή μέσω των αισθητήρων του τρόπου δόνησης της επιφάνειας (πρωτεύον πεδίο δόνησης), την δημιουργία σημάτων ελέγχου από τον ελεγκτή (ίδιου πλάτους αλλά με διαφορά φάσης 180o) και την αποστολή τους στους ενεργοποιητές που θα δημιουργήσουν ένα δευτερεύον πεδίο δόνησης. Η υπέρθεση των δύο πεδίων έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός εναπομείναντος πεδίου με πλάτη δόνησης αισθητά χαμηλότερα από αυτά του πρωτεύοντος. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός γενικευμένου ΣΕΕΔ, ο έλεγχος του οποίου βασίζεται σε εργαλεία Τεχνητής Νοημοσύνης όπως τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα και οι Γενετικοί Αλγόριθμοι για την αναγνώριση του τρόπου δόνησης οποιασδήποτε επιφάνειας και το βέλτιστο έλεγχο της δόνησής της, χωρίς να απαιτείται καμία πρότερη γνώση της δυναμικής συμπεριφοράς της επιφάνειας. Επιπλέον, το υπό μελέτη ΣΕΕΔ είναι ικανό να ελέγχει τέσσερις συχνότητες αντί μιας που απαντάται συνήθως στην πλειονότητα των εφαρμογών. Ο σκοπός της διατριβής αυτής είναι η απόδειξη της αρχής λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. Η προσέγγιση για την επίτευξη αυτού του στόχου περιλαμβάνει πειραματικές μετρήσεις ενός πρωτότυπου ΣΕΕΔ σε μία απλοποιημένη πειραματική διάταξη. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του εν λόγω ΣΕΕΔ δείχνουν ότι παρά τους περιορισμούς που υπεισέρχονται λόγω των δυνατοτήτων του υλικού (hardware) του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού, το υπό μελέτη ΣΕΕΔ λειτουργεί επιτυχώς στη βασική αρχή του, ενώ έχει τις προϋποθέσεις και τη δυναμική για περαιτέρω βελτιστοποίηση και εξέλιξη σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. / It is generally approved that noise is created by vibrating surfaces. In order to tackle this phenomenon at its source, mainly two approaches have been followed. The first approach involves passive means, that is sound insulation materials that dampen certain frequencies. The second approach involves the use of active means. The active means are arrangements that consist of a control system and a set of sensors and actuators. The application of such an arrangement for vibration control is called Active Vibration Control (AVC) and is based on the sampling (by means of sensors) of the primary field of vibration of the surface, the creation of control signals by the controller (secondary field - of the same amplitude but with phase difference of 180o) and finally applying these control signals on the vibrating surface, by means of the actuators. The superimposing of the two vibration signals (primary and secondary) results to a residual field where the amplitudes of vibration are significantly lower than in the primary. The objective of the thesis at hand is to develop a Generic AVC with the controller developed using Artificial Intelligence tools such as the Artificial Neural Networks (ANNs) and Genetic Algorithms (GAs), in order to identify the vibration patterns of any surface and the optimal control of its vibration, without any prior knowledge of the dynamic behavior of the surface. Moreover, the developed AVC system will be able to identify and control four dominating frequencies instead of one that is usually the choice in the majority of similar applications. The scope of this work is the ‘Proof of Concept’ of the successful operation of such a generic AVC system. The approach to this end includes experimental testing of a prototype AVC system on a simplified experimental set-up. The results of the application of the developed AVC system, performed also by independent parties in the framework of a EC-funded Basic Research project, prove the successful operation of the developed AVCS, even within the limitation of the contemporary data acquisition platform (hardware and software) used, imposes limitations in the efficiency of the AVCS, and provide the basis for its further development and application in a multitude of problems.