Reconstruction de champs basée sur le concept de volume acoustique virtuel : Stratégies de régularisation, reconstruction de sources masquées et séparation de champs

Source field reconstruction based on virtual acoustic volume concept : Regularization strategies and blind reconstruction and separation

• Auteur / Autrice : Emmanuel Manu Dabankah
• Direction : Nicolas Totaro, Jérôme Antoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 22/06/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique (Lyon, INSA) - Laboratoire Vibrations Acoustique / LVA
• Jury : Président / Présidente : Jean-Hugh Thomas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Totaro, Jérôme Antoni, Jean-Hugh Thomas, Mathieu Aucejo, Claudio Colangeli, Sandra Forget
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Hugh Thomas, Mathieu Aucejo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Émission acoustique

Pollution par le bruit

Mots clés libres

Acoustique

Champ acoustique

Reconstruction de champs acoustiques

Méthode inverse

Volume acoustique virtuel

Méthodes IPTF

Pollution sonore

Champ acoustique

Sources sonores

Problème inverse

Séparation aveugle de sources

Acoustic

Acoustic field

Reconstruction of acoustic fields

Inverse method

Virtual acoustic volume concept

IPTF Method

Sound pollution

Acoustic field

Sound sources

Inverse problem

Blind source separation

Résumé

L’objectif du projet Européen PBNv2 (ETN GA721615, https://www.h2020-pbnv2.eu/) était de développer des approches numériques et expérimentales pour la caractérisation du bruit de passage des véhicules de nouvelle génération équipés de groupes motopropulseurs électriques ou hybrides. Le projet s’articulait autour de trois axes : les sources de bruit, les voies de passages et les sujets humains soumis au bruit. Le travail de thèse présenté ici a permis de développer la méthode ''inverse Patch Transfer Function'' (iPTF) pour une caractérisation acoustique complète d’une source à géométrie complexe dans un contexte industriel acoustiquement mal maîtrisé. Le mémoire de thèse est composé de trois parties principales. La première partie porte sur une étude détaillée de méthodes de régularisation d’un problème mal posé. De nombreuses approches (Tikhonov, bayésiennes, itératives) combinées à des critères de sélection des solutions optimales sont présentées et illustrées sur un cas d’application numérique. Les sensibilités des approches au bruit perturbateur et à la sous-détermination du problème sont notamment abordées et expliquées. La seconde partie exploite le concept de volume virtuel fini pour pouvoir prendre en compte la présence d’objets masquants qui empêchent généralement d’appliquer les méthodes classiques d’holographie acoustique de champ proche. L’étude présentée démontre que la méthode iPTF est très robuste même en présence d’un objet masquant une large partie de la source (une plaque rectangulaire dans l’exemple traité) et à une faible distance. Une campagne expérimentale appliquée à un moteur électrique en fonctionnement a permis de démontrer le potentiel de l’approche. Enfin, la dernière partie développe le concept de ''blind separation'' (séparation à l’aveugle). Cette approche permet de décomposer les champs reconstruits en contributions provenant de différentes sources vibratoires décorrélées. Elle permet ainsi d’améliorer la compréhension des phénomènes à l’origine du bruit rayonné. Une première validation de cette approche sur une expérience numérique est proposée.

The objective of the European PBNv2 project (ETN GA721615, https://www.h2020-pbnv2.eu/) was to develop numerical and experimental approaches for the characterization of pass-by noise of new generation vehicles equipped with electric powertrains or hybrids. The project revolved around three axes: sources of noise, pathways and human subjects subject to noise. The thesis work presented here has made it possible to develop the ''inverse Patch Transfer Function'' (iPTF) method for a complete acoustic characterization of a source with complex geometry in an acoustically poorly controlled industrial context. The thesis dissertation is composed of three main parts. The first part deals with a detailed study of methods for regularizing an ill-posed problem. Many approaches (Tikhonov, Bayesian, iterative) combined with criteria for selecting optimal solutions are presented and illustrated on a numerical application case. The sensitivities of the approaches to disturbing noise and to the under-determination of the problem are notably evoked and explained. The second part exploits the concept of finite virtual volume to be able to take into account the presence of masking objects which generally prevent the application of classical near-field acoustic holography methods. The study demonstrated that the iPTF method is very robust even in the presence of an object masking a large part of the source (a rectangular plate in the example treated) and at a short distance. An experimental campaign applied to an electric motor in operation demonstrated the potential of the approach. Finally, the last part develops the concept of ''blind separation''. This approach makes it possible to decompose the reconstructed fields into contributions coming from different uncorrelated vibrational sources. It thus makes it possible to improve the understanding of the phenomena at the origin of the radiated noise. A first validation of this approach on a numerical experiment is proposed.