Développement de la technique d'holographie acoustique de champ proche temps réel pour l'analyse de sources de bruit fluctuantes

Development of the real-time nearfield acoustic holography for the analysis of non-stationary sound sources

• Auteur / Autrice : Sébastien Paillasseur
• Direction : Jean-Claude Pascal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Le Mans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes

Spectroscopie -- Déconvolution

Traitement du signal

Problèmes inverses

Holographie acoustique

Résumé

L’holographie acoustique de champ proche (NAH) est une technique, introduite dans les années 80, permettant de caractériser et de localiser des sources sonores stationnaires à partir de mesures effectuées par une antenne de microphones positionnée à proximité du plan source. Cette méthode a été l’objet de nombreuses études afin d’une part d’améliorer la qualité des résultats obtenus et d’autre part de pouvoir étendre cette technique à la caractérisation de sources non-stationnaires rencontrées notamment dans le domaine de l’industrie. L’objectif de ce travail est de développer une nouvelle méthode, appelée holographie acoustique de champ proche temps-réel (RT-NAH), dont l’originalité consiste, contrairement aux méthodes déjà proposées, à conserver la dépendance temporelle des signaux tout au long du traitement ce qui permet une analyse en temps continu mieux adaptée à la caractérisation des sources sonores fluctuantes. Cette technique, basée sur une formulation dans le domaine temps-nombre d’onde, décrit la propagation d’un champ de pression par le biais du produit de convolution entre les différentes composantes du spectre de nombre d’onde instantané et d’une réponse impulsionnelle. Dans un premier temps, le problème direct qui permet d’analyser le rayonnement acoustique d’un plan source composé de différentes sources sonores, est étudié dans le cadre de simulations numériques. Ainsi certaines limitations introduites lors de la mise en oeuvre de cette méthode sont mises en évidence, en particulier l’échantillonnage de la réponse impulsionnelle, la troncature et la discrétisation du plan de mesure. Des solutions basées sur différents filtres appliqués à la réponse impulsionnelle (filtre de Chebyshev, filtre de Kaiser-Bessel, etc) et au champ de pression mesuré (filtre de Tukey, etc) sont proposées puis testées afin de valider la formulation dans le domaine temps-nombre d’onde du problème direct. Ensuite, l’utilisation de cette formulation dans le cadre de l’holographie acoustique nécessite son inversion afin de pouvoir reconstruire le champ de pression au niveau du plan source en fonction du temps. Cependant, ce problème de déconvolution présente de nombreuses difficultés propres à la résolution de problèmes inverses. Deux méthodes de déconvolution sont présentées : la première fait appel à la méthode de régularisation de Tikhonov dont les paramètres de régularisation sont déterminés à l’aide de la méthode de validation croisée généralisée (GCV) et la seconde est basée sur le filtrage inverse de la réponse impulsionnelle. Les performances de ces méthodes de déconvolution associées au filtrage de la réponse impulsionnelle, déterminé dans le cadre du problème direct, sont examinées dans le cadre de simulations numériques.

Near-field Acoustic Holography (NAH) is a measuring process, introduced in the eighties, for locating and characterizing stationary sound sources from measurements made by an array of microphones positioned near the acoustic source plane. Numerous studies has been made to first improve the accuracy of the results obtained and then to extend this method for non-stationnary sound sources. The aim of this work is to develop a new method, called real time nearfield acoustic holography (RT-NAH), in order to enhance the characterization of fluctuating sound sources by providing on each point of the source plane a time continuous pressure signal. This technique is based on a time-wavenumber formulation that describes the forward propagation of the time dependant sound pressure field by the use of a convolution product between the instantaneous wavenumber spectrum componant with an impulse response. The direct problem, that describes the acoustic radiation of a source plan composed of non stationnary sources, is first tested in the case of numerical simulations. Some limitations introduced with the implementation of this formulation, such as the sampling of the impulse response or the troncation of the measurement plane, are underlined. Several processings based on the filtering of the impulse response (Chebyshev filter, Kaiser-Bessel filter, etc) and the sound pressure field (Tukey filter, etc) are proposed and tested to validate the time-wavenumber formulation. The use of this time-wavenumber formulation in the case of the acoustic holography recquires its inversion in order to recover the time dependant sound pressure field on the source plane. This deconvolution problem is however sensitive and recquires specific process to solve it. Two inversion methods are suggested : the first one is based on the Tikhonov regularization associated with the generalized crossed validation (GCV) to determine the regularization parameter and the second one is based on the inverse filtering of the impulse response. Finally, the efficiency of those deconvolution methods in addition to the processing of the impulse response is valued by numerical simulations.