Localisation de source en milieu réverbérant par retournement temporel

Acoustic source localization in reverberant médium by Time Reversal Process

• Auteur / Autrice : Guillemette Ribay
• Direction : Mathias Fink
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lamb, Ondes de

Acoustique

Retournement temporel (acoustique)

Résumé

Cette thèse concerne l'étude du Retournement Temporel (RT) en milieu réverbérant, appliqué d'une part à la focalisation d'ondes acoustiques audibles longues de plusieurs secondes à caractère aléatoire dans une chambre réverbérante, et d'autre par à la localisation d'impacts à la surface de plaques minces réverbérantes. Concernant cette première application, une focalisation spatiale des signaux est observée tant numériquement qu'expérimentalement. Il est montré à la fois théoriquement et expérimentalement que le contraste ne dépend que du nombre d'éléments du Miroir à Retournement Temporel. Enfin, la robustesse de la focalisation lorsque la réciprocité du milieu est brisée entre les deux étapes du RT est étudiée. D'autre part, afin de localiser des impacts à la surface de plaques réverbérantes, une technique reposant sur la comparaison des signatures acoustiques par corrélation est développée. L'analogie avec le RT, ainsi qu'une étude de la nature des ondes excitées par un impact à la surface de plaques, permettent de comprendre les capacités de cette techniques en terme de résolution et contraste. L'interaction de l'onde majoritaire (onde de Lamb AO) avec les bords de la plaque est également étudiée. En outre, un code de simulation numérique de la propagation de ce mode par différences finies dans l'approximation faible produit fréquence par épaisseur est développé. Enfin, l'influence des variations de température sur la technique de localisation par corrélation est étudiée numériquement, théoriquement et expérimentalement, dans plusieurs matériaux. Un changement de température entraîne une simple dilatation des réponses impulsionnelles, et est aisément compensé.

In this thesis, the Time Reversal Process is applied in the acoustic domain, first to focus a few seconds-long random noise in a reverberant room, and second to localize impacts given at the surface of thin plates. Concerning the first application, 2D numerical simulations as well as 3D experiments show a spatial focusing of the signals. The signal to noise ratio is proved theoretically and experimentally to depend only on the number elements of the Time Reversal Mirror. The robustness of this focusing is studied while the medium reciprocity is broken between the two Time Reversal steps. Moreover, a technique is developed to localize impacts given at the surface of reverberant plates. It is based on the pattern matching of acoustic signatures. The link between this method and Time Reversal and the study of the waves excited by such impacts allow to predict the resolution and the signal to noise ratio of the technique. The interaction of the predominant wave (the AO Lamb wave) with the plate's borders is studied. Besides, a finite differences simulation of AO mode propagation in thin plates is developed. At last, the sensibility of the localization technique to temperature variations is studied in many materials, numerically, theoretically and experimentally. When temperature changes, the impulse responses are simply stretched, which can easily be compensated for.