Equivalent source methods for threedimensional acoustic imaging in complex environments

• Auteur / Autrice : Joannès Chambon
• Direction : Jérôme Antoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 22/03/2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique (Lyon, INSA) - Laboratoire Vibrations Acoustique / LVA
• Jury : Président / Présidente : Vincent Valeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Antoni, Vincent Valeau, Mirjam Snellen, Jean-Hugh Thomas, Simon Bouley, Paolo Chiariotti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mirjam Snellen, Jean-Hugh Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie tridimensionnelle

Imagerie acoustique

Mots clés libres

Imagerie acoustique

Sources équivalentes

Antennes

Soufflerie acoustique

Problème inverse

Identification de sources

Propagation acoustique

Fonction de transfert

Acoustic imaging

Equivalent source

Array

Acoustic wind tunnel

Inverse problem

Source identification

Acoustic propagation

Transfer function

Résumé

L'identification de sources en trois dimensions par antennerie relève de problématiques nouvelles en imagerie acoustique. L’une d’entre elle concerne le modèle retenu pour retranscrire la propagation acoustique dans l’environnement de mesure. Ce dernier doit potentiellement être en mesure de prendre en compte des phénomènes de premier ordre : diffraction, convection ou directivités liées à la nature physique de sources. En pratique, le choix du modèle de propagation se résume à la construction d’une matrice de transfert entre une grille de sources potentielles et une antenne de microphone qu’il convient d’inverser pour revenir aux sources prépondérantes. Dans cette thèse, la méthode des sources équivalentes est testée en tant qu’outil simple et modulable pour la simulation de fonctions de transfert permettant une description plus précise de la scène acoustique. Des méthodes détaillées de paramétrage des sources équivalentes sont proposées et évaluées sur divers cas d’étude obtenus analytiquement, par mesure en soufflerie ou simulation dynamique des fluides. Pour finir, une approche plus prospective est mise au point dans l’objectif d’inclure les sources équivalentes dans le processus d’antennerie de manière plus cohérente que lors du calcul direct de matrices de transfert. Les sources sont ajustées en fonction des pressions microphoniques et d’une condition aux limites, puis repropagées pour représenter l’ensemble du champ rayonné. L’intérêt de cet algorithme est évalué comparativement à des techniques d’imagerie classique sur des mesures de sources corrélées montées sur une maquette de moteur.

With the growing interest for acoustic source identification in three dimensions, a set of new issues with respect to two-dimensional acoustic imaging with microphone arrays are to be tackled. One is the model chosen to describe the acoustic propagation in the environment where the measurements are performed. This may feature first order phenomena such as scattering effects, convection or inherent directivity patterns related to the physical origin of the sources. In practical, this model takes the form of a transfer function between sources and microphones, discretized into a matrix then featured to an inversion algorithm. In this thesis, the equivalent source method is surveyed as a simple and flexible simulation tool to build physically accurate transfer functions able to account for the above-cited phenomena. In-depth approaches to tune equivalent sources for acoustic imaging purposes are proposed and assessed with respect to various test cases including both analytical models, actual wind tunnel measurements and simulations. Finally, a more prospective algorithm is designed with a view to fully involve equivalent sources in the imaging process and bypass formalism of transfer functions computed independently from measurements: equivalent sources are tailored to concomitantly match with microphone pressures and a given boundary condition, then propagated toward regions of interest to seize the directivity of the emitted sound field. Performance of this method is benchmarked side by side with wide-spread acoustic imaging algorithms on a mock-up fitted with flush-mounted sources.