Dissertations / Theses on the topic 'Acoustic source identification'

In the context of Structural Health Monitoring, the Acoustic Emission Technique may be efficiently used to detect damage on aerospace structures. This study focuses on the development of a source identification algorithm to distinguish different acoustic emission events in aluminium sheets, which have been collected during experimental tests. The future goal will be the design of a Holistic Structural Health Monitoring System which will make the complete aircraft an intelligent structure able to diagnose its own structural damage based on the condition of the structure while maintaining safety.

La reconstruction de champ source a pour but d’identifier le champ d’excitation en mesurant la réponse du système. Pour l’Holographie acoustique de champ proche (Near-field Acoustic Holography), la réponse du système (pression acoustique rayonnée) est mesurée sur un hologramme bidimensionnel utilisant un réseau de microphones et le champ source (le champ de vitesse acoustique) est reconstruit par une technique de rétropropagation effectuée dans le domaine des nombres d’ondes. L’objectif des travaux présentés est d’utiliser le même type de techniques pour reconstruire le champ de déplacement sur toute la surface d’une plaque en mesurant les vibrations sur des hologrammes à une dimension (lignes de mesures). Dans le domaine vibratoire, l’équation du mouvement de plaque implique la présence de 4 types d’ondes différents, deux étant purement évanescents. Ces derniers peuvent introduire des instabilités dans l’application de la méthode, notamment lorsque les hologrammes sont placés dans le champ lointain des efforts appliqués à la structure. La méthode présentée ici, appelée ”Holographie Vibratoire”, est particulièrement intéressante quand une mesure directe du champ de vitesse est impossible. L’holographie vibratoire permet également de séparer les sources dans le cas d’excitations multiples en les considérant comme des ondes allers ou retours. Il est alors possible d’isoler l’influence de chaque source et de quantifier notamment les champs d’intensités structurales que chacune d’elles génère. L’objectif de cette thèse est de présenter les principes de l’holographie Vibratoire, ses limites, ses applications et de les illustrer par des exemples sur plaque infinie, plaque appuyée et sur des résultats expérimentaux
The source field reconstruction aims at identifying the excitation field measuring the response of the system. In Near-field Acoustic Holography, the response of the system (the radiated acoustic pressure) is measured on a hologram using a microphones array and the source field (the acoustic velocity field) is reconstructed with a back-propagation technique performed in the wave number domain. The objective of the present works is to use such a technique to reconstruct displacement field on the whole surface of a plate by measuring vibrations on a one-dimensional holograms. This task is much more difficult in the vibratory domain because of the complexity of the equation of motion of the structure. The method presented here and called "Structural Holography" is particularly interesting when a direct measurement of the velocity field is not possible. Moreover, Structural Holography decreases the number of measurements required to reconstruct the displacement field of the entire plate. This method permits to separate the sources in the case of multi-sources excitations by considering them as direct or back waves. It’s possible to compute the structural intensity of one particular source without the contributions of others sources. The aim of this PHD is to present the principles of Structural Holography, its limits, its applications and illustrate them with examples of infinite plate, supported plate and on experimental results

This thesis investigates condition monitoring (CM) of diesel engines using acoustic emission (AE) techniques. The AE signals recorded from a small size diesel engine are mixtures of multiple sources from multiple cylinders. Thus, it is difficult to interpret the information conveyed in the signals for CM purposes. This thesis develops a series of practical signal processing techniques to overcome this problem. Various experimental studies conducted to assess the CM capabilities of AE analysis for diesel engines. A series of modified signal processing techniques were proposed. These techniques showed promising results of capability for CM of multiple cylinders diesel engine using multiple AE sensors.

La caractérisation expérimentale de sources acoustiques est l'une des étapes essentielles pour la réduction des nuisances sonores produites par les machines industrielles. L'objectif de la thèse est de mettre au point une procédure complète visant à localiser et à quantifier des sources acoustiques stationnaires ou non sur un maillage surfacique par la rétro-propagation d'un champ de pression mesuré par un réseau de microphones. Ce problème inverse est délicat à résoudre puisqu'il est généralement mal-conditionné et sujet à de nombreuses sources d'erreurs. Dans ce contexte, il est capital de s'appuyer sur une description réaliste du modèle de propagation acoustique direct. Dans le domaine fréquentiel, la méthode des sources équivalentes a été adaptée au problème de l'imagerie acoustique dans le but d'estimer les fonctions de transfert entre les sources et l'antenne, en prenant en compte le phénomène de diffraction des ondes autour de l'objet d'intérêt. Dans le domaine temporel, la propagation est modélisée comme un produit de convolution entre la source et une réponse impulsionnelle décrite dans le domaine temps-nombre d'onde. Le caractère sous-déterminé du problème acoustique inverse implique d'utiliser toutes les connaissances a priori disponibles sur le champ sources. Il a donc semblé pertinent d'employer une approche bayésienne pour résoudre ce problème. Des informations a priori disponibles sur les sources acoustiques ont été mises en équation et il a été montré que la prise en compte de leur parcimonie spatiale ou de leur rayonnement omnidirectionnel pouvait améliorer significativement les résultats. Dans les hypothèses formulées, la solution du problème inverse s'écrit sous la forme régularisée de Tikhonov. Le paramètre de régularisation a été estimé par une approche bayésienne empirique. Sa supériorité par rapport aux méthodes communément utilisées dans la littérature a été démontrée au travers d'études numériques et expérimentales. En présence de fortes variabilités du rapport signal à bruit au cours du temps, il a été montré qu'il est nécessaire de mettre à jour sa valeur afin d'obtenir une solution satisfaisante. Finalement, l'introduction d'une variable manquante au problème reflétant la méconnaissance partielle du modèle de propagation a permis, sous certaines conditions, d'améliorer l'estimation de l'amplitude complexe des sources en présence d'erreurs de modèle. Les développements proposés ont permis de caractériser, in situ, la puissance acoustique rayonnée par composant d'un groupe motopropulseur automobile par la méthode de la focalisation bayésienne dans le cadre du projet Ecobex. Le champ acoustique cyclo-stationnaire généré par un ventilateur automobile a finalement été analysé par la méthode d'holographie acoustique de champ proche temps réel
Experimental characterization of acoustic sources is one of the essential steps for reducing noise produced by industrial machinery. The aim of the thesis is to develop a complete procedure to localize and quantify both stationary and non-stationary sound sources radiating on a surface mesh by the back-propagation of a pressure field measured by a microphone array. The inverse problem is difficult to solve because it is generally ill-conditioned and subject to many sources of error. In this context, it is crucial to rely on a realistic description of the direct sound propagation model. In the frequency domain, the equivalent source method has been adapted to the acoustic imaging problem in order to estimate the transfer functions between the source and the antenna, taking into account the wave scattering. In the time domain, the propagation is modeled as a convolution product between the source and an impulse response described in the time-wavenumber domain. It seemed appropriate to use a Bayesian approach to use all the available knowledge about sources to solve this problem. A priori information available about the acoustic sources have been equated and it has been shown that taking into account their spatial sparsity or their omnidirectional radiation could significantly improve the results. In the assumptions made, the inverse problem solution is written in the regularized Tikhonov form. The regularization parameter has been estimated by an empirical Bayesian approach. Its superiority over methods commonly used in the literature has been demonstrated through numerical and experimental studies. In the presence of high variability of the signal to noise ratio over time, it has been shown that it is necessary to update its value to obtain a satisfactory solution. Finally, the introduction of a missing variable to the problem reflecting the partial ignorance of the propagation model could improve, under certain conditions, the estimation of the complex amplitude of the sources in the presence of model errors. The proposed developments have been applied to the estimation of the sound power emitted by an automotive power train using the Bayesian focusing method in the framework of the Ecobex project. The cyclo-stationary acoustic field generated by a fan motor was finally analyzed by the real-time near-field acoustic holography method

A partir de la theorie de la generation des ondes acoustiques par les ecoulements turbulents, on demontre (par simulation numerique) qu'il est possible d'identifier la source acoustique associee a une singularite de circuit en presence des sources perturbatrices appartenant au meme circuit

La localisation de sources aéroacoustiques sur les corps automobiles est actuellement un sujet d’intérêt majeur pour les industriels. Le traitement d’antenne microphonique par formation de voies (beamforming) est une méthode robuste, classiquement utilisée dans ce cadre. L’objectif principal de ce manuscrit concerne ainsi la détection de sources aéroacoustiques sur des corps non profilés. Deux configurations expérimentales sont envisagées : une marche montante qui représente un cas académique, et un corps tridimensionnel générant des structures tourbillonnaires de type montant de baie se rapprochant du cadre de l’industrie automobile. La localisation de sources par formation de voies classique a permis d’identifier, pour différentes gammes de fréquence, les principales régions d’émission acoustique, à savoir : les zones tourbillonnaires amont et aval sur la marche et les montants de baie latéraux sur le corps tridimensionnel. De plus, des tendances similaires dans les mesures de pression pariétale fluctuante et de pression acoustique en champ lointain ont été observées. L’étude s’est ensuite dirigée vers la détection d’intermittences acoustiques afin de déterminer dans quelle mesure, à l’instar du bruit de jet, le bruit d’écoulement en présence d’obstacle présente un caractère intermittent. Un processus de seuillage sur le champ lointain mesuré a permis de sélectionner des événements représentant 80% de l’énergie du signal original et 20% de sa durée sur les deux configurations. Une méthode de formation de voies temporelle, en lien direct avec la technique de retournement temporel, a été développée afin de réaliser une imagerie de sources aéroacoustiques en fonction du temps.L’utilisation de cette technique permet de montrer que les événements sélectionnés à partir du seuillage correspondent à des sources intermittentes dont on peut déterminer les lieux et les instants d’émission (obéissant à une distribution statistique Gamma). Le bruit aéroacoustique généré par les corps non profilés considérés dans cette étude peut donc être vu comme une succession d’événements intermittents identifiables. Enfin, la reconstruction des signaux acoustiques à partir d’une famille d’ondelettes a été effectué. Les spectres du signal original et filtré sont fortement semblables, une différence de l’ordre de 10% ayant été observée entre eux pour les deux maquettes, confirmant l’importance des événements intermittents dans le rayonnement aéroacoustique des corps non profilés
The localization of aeroacoustic sources of automotive bodies is currently a topic of major interest to industry. Beamforming is a robust method typically used in this context. The main objective of this thesis relates to the detection of aeroacoustic sources on bluff bodies. Two experimental configurations are considered : a forwardfacing step that is an academic event, and a three dimensional bluff body generating A-pillar vortices approaching the automotive industry. Source localization through classical beamforming has enabled to detect the main regions of acoustic emission for different frequency ranges, namely : upstream and downstream vortices around thestep and A-pillar vortices generated on both sides of the 3D bluff body. In addition, relationships have been observed between wall pressure fluctuations and acoustic field radiated. The study was then directed to the detection of intermittent acoustic events to determine whether, like jet noise, the noise radiated by an obstacle in the flow is composed of intermittent signatures. A thresholding process on the far field measurements was used to select events representing 80% of the energy of the original signal and 20% of its time for both configurations. A time-domain beamforming algorithm, directly linked to the time reversal technique, has been developed to achieve a spatio-temporal information about the intermittent noise sources. The use of this technique has proved that the events selected with the tresholding technique correspond to intermittent acoustic sources which space and time informations canbe determined (they follow a Gamma distribution). The aeroacoustic noise radiated by the bluff bodies considered in this study can therefore be seen as a succession of intermittent events that can be identified. Finally, the reconstruction of intermittent acoustic signals using a family of wavelets was performed. The Fourier spectra of the original and reconstructed signals are highly similar, a difference of about 10% was observed, confirming the importance of intermittent events in the noise radiated by bluff bodies

The diploma thesis deals with the application of acoustic methods for evaluating the technical condition of the shock absorbers. Analysis of acoustic radiation during damping operation leads to the definition of a new non-contact diagnostic methodology that can determine the condition of the shock absorbers. The first part of the thesis focuses on the noise radiation of the shock absorbers, which is caused by discontinuous dumping. Further, the methods for the noise source localization available at The Institute of Machine and Industrial Design are described – with their functionalities, advantages and limitations. Based on all the information, an appropriate method is selected and used in the experimental part of this work. Then, aeration and removing the full volume of oil with damage of the shock absorber tube are caused (induced) on several types of the shocks. Noise radiation is measured by a microphone array and by a sound meter; the acoustic maps, frequency spectra and the synchronous filtration graphs are calculated from the measured data. From the differences in the acoustic radiations of each shock condition, a suitable diagnostic criterion for a specific shock absorber is defined. The final part discusses obtained results. Based on these results, a general diagnostic methodology, applicable to any type of shock absorber, is formulated.

L’identification des efforts vibratoires agissant sur les structures et la détection des défauts à partir des mesures opérationnelles sont des sujets importants dans des projets académiques et industriels. Le choix de l’outil ou de la méthode utilisée dépend de la bande de fréquences d'étude puisqu’il existe des approches appropriées pour chaque domaine fréquentiel. Une méthode énergétique appelée la méthode énergétique simplifiée (MES) est utilisée pour prédire la répartition de la densité d'énergie vibroacoustique en moyennes et hautes fréquences. L'objectif de ce mémoire est d'étendre cette méthode pour résoudre les problèmes vibro-acoustiques inverses pour identifier d'une part les sources de vibration et d'autre part pour détecter les défauts. La formulation MES inverse (IMES) est numériquement validée pour des systèmes continus basés sur le couplage tel que le cas d’un système comportant plusieurs plaques couplées et celui d’un système composé d’une cavité acoustique couplée avec une plaque. En plus, une nouvelle méthodologie numérique est proposée, pour étendre cet outil d'identification IMES pour la détection des défauts. Une analyse paramétrique est effectuée pour le cas d’un modèle présentant des défauts afin de tester la robustesse et l’efficacité de cette approche. Finalement, une étude expérimentale est effectuée pour valider la technique IMES à fin d'identifier et localiser les charges exercées pour plusieurs cas, et détecter les défauts
The identification of inputs forces acting on structures and the detection of defects from operating measurement have been important topics in both academic and industrial projects. The choice of the used tool or method depends on the frequency band of study since there are appropriate approaches for each frequency domain. An energetic method so called the simplified energy method (MES) is used to predict the distribution of the vibro-acoustic energy density in the medium and high frequency band. The objective of this thesis is to extend this energy method to solve inverse vibro-acoustic problems and to identify the sources of vibrations on one hand and to detect the defects on the other hand. The inverse MES formulation (IMES) is numerically validated for continuous coupling-based systems such as the case of a system composed with several coupled plates and the case of a system composed of an acoustic cavity coupled with a plate. In addition, a new numerical methodology is proposed to extend this IMES identification tool for the detection of defects. A parametric analysis is performed in the case of plate with defects in order to test the robustness and the efficiency of this approach. Finally, an experimental study is carried out to validate the IMES technique to identify and locate the input loads for several scenarios, and detecting the defects

This work describes the design of an intelligent recognition system used to distinguish noise signatures of five different acoustic sources. The system uses pattern recognition techniques to identify the information obtained from a single microphone. A training phase is used in which the system learns to distinguish the sources and automatically selects features for optimal performance. Results were obtained by training the system to distinguish jet planes, propeller planes, a helicopter, train, and wind turbine from one another, then presenting similar sources to the system and recording the number of errors. These results indicate the system can successfully identify the trained sources based on acoustic information. Classification errors highlight the impact of the training sources on the system's ability to recognize different sources.

Master of Science

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension de l’acoustique du piano dans le contexte de la synthèse sonore par modèles physiques. Le manuscrit est décomposé en trois parties principales, dont les deux premières ont pour but la compréhension de l'origine de la double polarisation de la corde de piano, tandis que la dernière se focalise sur l’identification de sources d’un piano complet.Dans la première partie, la non linéarité géométrique, intervenant lorsque les amplitudesde vibration sont grandes, est étudiée afin de comprendre si le couplage non linéaire peut transmettre de l'énergie à une polarisation non initialement excitée et mener ainsi au phénomène de double polarisation. Un développement en échelles multiples est mené sur un modèle de corde de Kirchhoff-Carrier avec les deux extrémités fixes, restreint au mode fondamental de chacune des polarisations. Les deux oscillateurs ont alors des fréquences très proches, on parle de résonance 1:1. La condition d’existence et le critère de stabilitépour l’apparition de double polarisation sont obtenus et validés numériquement sur la base des équations de Kirchhoff-Carrier, ainsi qu’avec un modèle de corde enrichi.Des expériences sont menées sur un dispositif monocorde où les angles de polarisation naturelle de la corde, le désaccord entre les deux polarisations et le comportement non linéaire son observés et identifiés.La seconde partie se concentre sur le couplage entre la corde et le chevalet. Les degrés de liberté de la corde sont couplés au chevalet dont les mouvements (translation/rotation) sont représentés par un ensemble d'oscillateurs. Les fréquences propres des différents systèmes couplés sont analysés. Des schémas numériques sont proposés et mis en {oe}uvre pour une résolution directe. Ces schémas résolvent les équations de corde par une méthode d’éléments finis d’ordre élevé et les équations du chevalet analytiquement. Les conditions de couplage entre corde et chevalet sont assurées par des multiplicateurs de Lagrange. Expérimentalement, la corde est tendue sur le chevalet dans une configuration de type zig-zag et excitée verticalement ou horizontalement. Dans les deux cas, les phénomènes de double polarisation et de double décroissance sont observés et des résultats qualitativement similaires sont obtenus avec les modèles numériques.La dernière partie s'attache à décrire quantitativement les différentes sources vibro-acoustiques d'un piano complet. Une étude est menée en utilisant une analyse des chemins de transfert (transfer path analysis en anglais) sur un piano Bösendorfer 280VC-9. Les contributions de la table d’harmonie, des parties interne et externe de la ceinture, du cadre en fonte et du couvercle sont étudiées dans le domaine fréquentiel. L’analyse montre que la table d’harmonie est le principal contributeur mais que le cadre en fonte et le couvercle jouent également un rôle significatif, en particulier à hautes fréquences
The objective of this thesis is to improve the understanding of the acoustics of the piano in the context of physically-based sound synthesis. The manuscript is decomposed in three parts, the first two being devoted to the undertsanding of the origin of the double polarisation in piano string, while the third one is dedicated to the identification of sound sources of a complete piano.In the first part, the geometric (large-amplitude) nonlinearity is studied in order to understand if the nonlinear coupling can transfer energy to an initially non excited polarisation, thus leading to the double polarisation phenomenon. A multiple-scaleanalysis is conducted on a Kirchhoff-Carrier string model with fixed boundary conditions at both ends. Each polarisation is restrained to its fundamental mode, leading to two oscillors having nearly equal eigenfrequencies, and thus presenting a 1:1 internal resonance. The existence condition and stability criteria for double polarisation to occur are obtained and validated numerically based on the complete Kirchhoff-Carrier equations, as well as a more enriched third-order string model. Experiments are carried out on a monochord setup where the natural polarisation angles of the string, detuning between the two polarisations and its nonlinear behaviour are observed and identified.The second part is devoted to the string/bridge coupling. The degrees of freedom of the string are coupled to the bridge whose translational and rotational motions are respresented by a set of oscillators. The eigenfrequencies of various coupled systems are analysed. Numerical schemes are proposed and implemented where the string is solved via high-order finite-element method while the lumped bridge is solved analytically and coupled to the string by Lagrange multipliers. Experimentally, the string is strung over a bridge in a zig-zag configuration and excited vertically and horizontally. In both cases, double polarisation and double decay are observed and similar results are also obtained qualitatively in numerical models.The last part is devoted to a quantitative description of the vibroacoustic sources of a Bösendorfer 280VC-9 piano via operational transfer path analysis. The contribution of the soundboard, inner and outer rim, iron frame and lid are investigated in the frequency domain. It is found out that the soundboard is the primary contributor but the iron frame and the lid also play a significant role, especially at high frequencies

La caractérisation de sources acoustiques a pour but de décrire des émetteurs sonores à travers certains paramètres comme leur localisation dans l'espace, le niveau sonore qu'ils produisent ou encore leur identification grâce à leur signature acoustique. Dans cette thèse, l'objectif est d'obtenir certains de ces trois paramètres dans deux cas d'application concrets, pour des sources situées en champ lointain et grâce à des antennes acoustiques. La première application concerne l'impact acoustique de la prospection minière sous-marine par grands fonds dans le cadre du projet FUI Abysound. Au sein du projet, la thèse cherche à caractériser les machines excavatrices placées sur les fonds marins en obtenant leur localisation et leur niveau sonore. Une première phase de design a abouti à la construction d'une antenne conique de 3 m. En s'appuyant ensuite sur les données issues de deux campagnes expérimentales menées en mer Méditerranée avec cette antenne, la méthode haute-résolution MUSIC localise précisément les sources mises en oeuvre, qu'elles soient mobiles et à plus de 600 m de l'antenne, ou immergées par 700 m de fond. Leur niveau sonore est ensuite estimé par formation de voies, et les niveaux attendus sont retrouvés pour des signaux monochromatiques ou à large bande. Dans la seconde application, une procédure complète pour la localisation et l'identification de drones est proposée pour la protection de sites sensibles. Elle combine traitement d'antenne et apprentissage statistique en s'articulant autour de trois étapes clés : la localisation, la focalisation et l'identification. La méthode MUSIC localise à nouveau les sources acoustiques présentes autour de l'antenne industrielle utilisée, puis la focalisation reconstruit le signal temporel de chacune, et un modèle SVM les identifie comme drone ou non. Les validations expérimentales, en intérieur comme en extérieur, constituent une contribution importante de ce travail de thèse. Les données acquises montrent entre autres que la procédure localise des drones à 3° près en extérieur, les détecte à 99 %, ou encore les identifie en présence d'une source perturbatrice plus puissante
Acoustic sources characterization aims to describe sound emitters through some parameters like their localization in space, the sound level they produce or their identification thanks to their acoustic signature. In this thesis, the objective is to obtain some of these parameters in two industrial application cases, for sources located in far-field and by the use of acoustic arrays. The first application concerns deep-sea mining acoustic impact in the context of Abysound FUI project. Within it, the thesis searches to characterize the excavation machine located on the seabed by assessing their localization and their sound level. First, a design phase has led to the construction of a 3 m size acoustic array. Then, using data from two experimental campaigns conducted in the Mediterranean Sea with this array, the high-resolution method MUSIC accurately localizes the used acoustic sources, either mobile and more than 600 m away from the array, or immersed by 700 m depth. Their sound level is then estimated by beamforming, and the expected levels are verified for monochromatic or wideband signals. In the second application, a complete procedure for the localization and the identification of drones is proposed to protect sensitive areas. It combines array processing and machine learning through three key steps: localization, focalization, and identification. MUSIC localizes again nearby acoustic sources around the industrial array used, then focalization reconstructs each temporal signal, and a SVM model identifies them as drone or not. Experimental validations, inside and outside, establish an important contribution of this thesis work. Acquired data show for instance that the procedure localizes drones with 3° accuracy outside, detects them at 99 %, or identifies them despite the presence of a more powerful source

La directivité d'une source sonore intervient dans de nombreuses applications en acoustique, allant de la compréhension des phénomènes physiques aéro-acoustiques jusqu'à la reproduction sonore spatialisée. Pour estimer expérimentalement cette signature spatiale, il est d’usage de déployer les microphones de sorte à englober partiellement ou totalement les sources. Le rayonnement acoustique est ainsi capté dans toutes les directions de l'espace. Sur ce principe, nous proposons dans ce manuscrit le développement d'un réseau microphonique 3D de grandes dimensions. L'antenne baptisée MODO ("Les Murs Ont Des Oreilles") comprend un total de 1024 MEMS digitaux, répartis sur les murs et les parois d'une salle rectangulaire classique. Pour localiser les sources acoustiques et caractériser leur directivité, nous résolvons le problème inverse associé sous contrainte de parcimonie structurée. La méthode choisie exploite le faible nombre de sources dans la salle, autorisant une représentation parcimonieuse du champ sonore mesuré. Le formalisme des harmoniques sphériques est utilisé pour décomposer efficacement la directivité des sources et les composantes élémentaires de rayonnement qui la compose. Les trajets de propagation acoustique sont modélisés via l'intégration des fonctions de transfert de la salle, qui sont synthétisées grâce au principe des antennes virtuelles. Nous validons la méthode de caractérisation proposée sur des sources directives connues, dont la directivité est étalonnée au préalable à l'aide d'une antenne sphérique d'ordre élevé
Knowing the directivity pattern of an acoustic source is useful in many applications in acoustics. To experimentally estimate the spatial signature, it is common to deploy microphones partially or totally surrounding the source. The acoustic radiation is then captured in all possible directions. In this thesis, we discuss the development of a large-scale 3D microphone array. This array, named "MODO" ("Les Murs Ont Des Oreilles", or, "The Walls Have Ears"), is comprised of 1024 digital MEMS microphones, flush mounted on the walls and the ceiling of a typical shoe-box room. In order to localize the sources and identify their directivity pattern, we solve the associated inverse problem under block-sparsity constraints. The chosen method exploits the small number of sources inside the room, allowing a sparse representation of the measured sound field. We use the spherical harmonics formalism to efficiently describe the directivity of the sources and their individual contributions to the radiation pattern. The acoustic path is modelled via integration of room transfer functions, synthesized with the mirror microphone method. We validated the proposed characterization method \textit{in situ} by comparison with known directivity patterns, calibrated using a high order spherical microphone array in controlled conditions

The high temporal resolution of Acoustic Emission offers great promise in the on-line monitoring of complex machines such as diesel engines. The fuel injection process is one of the most important processes in the diesel engine and its timing and fuel delivery control are critical in combustion efficiency. In this work, the phenomena leading to the generation of acoustic emission during injection are investigated by simulation of the injection process in a specially designed rig and through test in running engines on a test-bed. Signal processing approaches are devised to produce diagnostic indicators for the quality of the injection process. The novelty of the research lies in; 1) obtaining a coherent set of data which allows the separation of the part of the signal associated with injection in a given cylinder from other sources adjacent in time and space, and 2) in developing a signal processing approach which allows this separation to be achieved on line using an array of sensors. As such, the research is generic to multi-source multi-sensor analysis in machines. A series of experiments were performed on an experimental injector rig, and two-stroke and four-stroke diesel engines under different operating conditions. The injector rig experiments provided useful information on the characteristic signatures of the injection events, finding which could be implemented to the more complex signal from the running engines. A number of sensor arrays (sets of two and three sensors) were used on two types of four-stroke engine at different running speeds to investigate the source identification of the injection events, the essential strategy being to add complexity to the information in the AE record by using engines of varying degrees of mechanical sophistication. It has been concluded that the AE signals are generated by the mechanical movements of the components in the pump and injector as well as aspects of the fuel flow through the injector and the piping. Also, it is found that the temporal structure of the AE is highly sensitive to sensor position, and that transmission path differences to a sensor array are generally large enough to allow source separation. Applying a purpose-designed thresholding technique, followed by canonical correlation allows the separate identification of parts of the AE signal in the short crank angle widow where sources involved in injection, inlet valve opening and combustion are operating.

Le présent travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la caractérisation de l'émission de bruit des véhicules routiers. On désire identifier les sources de bruit d'un véhicule en mouvement, lors de son passage sur une voie de circulation en conditions réelles, à partir de mesures acoustiques effectuées à poste fixe en bord de voie. Les méthodes d'imagerie acoustique utilisées actuellement présentent des performances insuffisantes sur véhicules routiers. Un état de l'art a permis d’identifier une méthode existante, MSA-PSF, consistant à effectuer sous certaines hypothèses une déconvolution sur sources mobiles dans le domaine fréquentiel, et originellement utilisée en aéronautique. Cette méthode est ici adaptée au contexte des véhicules routiers. Dans un deuxième temps, une approche originale est introduite pour répondre spécifiquement aux contraintes de ce contexte : CLEANT. Il s’agit d’une méthode itérative, dans le domaine temporel avec une approche large bande, qui prend en compte les effets du déplacement des sources et qui comporte deux paramètres permettant d’affiner les résultats : le facteur de boucle et le critère d’arrêt. Une version filtrée en fréquence est également proposée et montre une amélioration de l’identification de sources secondaires dans certains cas. CLEANT présente l’avantage d’obtenir des signaux-sources temporels reconstruits, ouvrant la voie à d’autres analyses, en particulier l’utilisation de la cohérence avec des signaux issus de mesures embarquées pour la séparation des contributions de sources décorrélées. MSA-PSF et CLEANT sont évaluées sur des simulations numériques à l'aide d'indicateurs mesurant leurs performances sur les aspects localisation et quantification de sources. Elles sont par la suite testées expérimentalement en conditions contrôlées de laboratoire, par l'utilisation d'une source mobile. Cette expérience permet une première application à un cas pratique, impliquant un mouvement linéaire, la présence de deux sources simultanées et des signaux de différentes natures (tonale et large bande). Enfin, elles sont comparées à l’approche classique de formation de voies sur source mobile, dans le cadre d’une expérience avec véhicule en conditions réelles. L'approche originale CLEANT fournit des résultats très encourageants, représentant une amélioration de la formation de voies classique, notamment en basse fréquence sur les cas testés. L'application à un véhicule en conditions réelles illustre certains comportements potentiellement problématiques de CLEANT et les solutions apportées par sa version filtrée en fréquence ou par l'ajustement de ses différents paramètres. Un premier test des approches par référencement avec des signaux issus de mesures embarquées est également présenté pour discriminer l'origine physique des sources, et souligne l'incidence de la brièveté des signaux inhérente au contexte de sources au passage
The study detailed in this manuscript is part of the effort to characterize the noise emission from road vehicles. We wish to identify the noise sources of a moving vehicle, when driven on a roadway in real-world conditions, with roadside acoustic measurements. The current acoustic imaging methods do not provide sufficient performance on road vehicles. A state of the art led to the selection of an existing method, MSA-PSF, which consists in deconvolving signals from mobile sources in the frequency domain under certain assumptions, and was originally developed for aeroacoustics. This method is adapted here to the context of road vehicles. Then, an original approach is proposed in order to tackle the specific constraints of this context: CLEANT. This is an iterative method, performed in time domain with a wideband approach, which takes into account the effect of sources motion and includes two parameters designed to refine the result: the loop factor and the stopping criterium. A further version of the algorithm, including a frequency filter, is also proposed and shows significant improvement in identifying secondary sources in some particular cases. An interesting point of CLEANT is the availability of the sources reconstructed time signals, which enables other types of analysis, especially the use of the coherence with signals from on-board measurements in order to separate the contributions of uncorrelated sources. MSA-PSF and CLEANT are evaluated with numerical simulations and a set of indicators to measure their source localization and quantification performance. They are then tested in a controlled laboratory conditions experiment, using a moving source. This experiment represents a first application of the methods to a practical case, involving a linear motion, two simultaneous sources and different kinds of signals (tone and wideband). They are finally compared to the classical approach of moving source beamforming, within the frame of an experiment on a road vehicle, in real-world conditions. The original approach CLEANT yields very encouraging results, and is a clear improvement from the conventional beamforming, especially at low frequency for the tested cases. Applying it to a road vehicle in real-world conditions highlights a potentially troublesome behavior of the method, and the solution brought by CLEANT's frequency filtered version, or by adapting its various parameters. The coherence with reference signals to discriminate the physical origins of the sources is also tested and underlines the role of the short duration of the signals related to the sources passing-by context

Le traitement d'antennes reseau sert a detecter et a localiser des sources rayonnantes. Sont presentees,ici, les diverses methodes de traitement d'antennes, basees sur l'information contenue dans la matrice spectrale des signaux recus sur les differents capteurs. Ces methodes sont regroupees en deux categories : solutions globales et solutions decouplees. Experimentation a longue distance en acoustique sousmarine

L'objet de cette thèse est l'extension aux structures complexes de la méthode de Résolution Inverse Fenêtrée Filtrée (RIFF). L'idée principale se base sur le modèle Eléments Finis local et libre d'une partie de la structure étudiée. Tout d'abord, la méthode a été développée dans le cas des poutres. Les mesures de vibrations sont alors injectées dans le modèle Eléments Finis de la partie de poutre analysée. Les rotations sont estimées à l'aide de mesures de déplacements supplémentaires et des fonctions de forme sur le support élémentaire. La méthode étant sensible vis-à-vis des incertitudes de mesures, une régularisation a dû être développée. Celle-ci repose sur une double inversion de l'opérateur où une régularisation de type Tikhonov est appliquée dans la seconde inversion. L'optimisation de cette régularisation est réalisée par le principe de la courbe en L. A cause des effets de lissage induits par la régularisation, les moments ne peuvent être reconstruits mais ils apparaissent comme des "doublets" de forces. Ceci nous a conduit à résoudre le problème en supposant que seules des forces agissent sur la poutre. Enfin, une étude des effets de la troncature du domaine a été menée dans le but de s'affranchir des efforts de couplage apparaissant aux limites de la zone étudiée. Le cas des plaques a été considéré ensuite afin d'augmenter progressivement la complexité des modèles utilisés. L'approche Eléments Finis a permis d'intégrer à la méthode des techniques de condensation dynamique et de réduction par la méthode de Craig-Bampton. Le nombre de degrés de liberté est trop élevé pour permettre une estimation des rotations par mesures de déplacements supplémentaires, la condensation dynamique est employée afin de les supprimer dans le modèle théorique. Par ailleurs, la régularisation induisant une perte de résolution spatiale à cause de son effet de lissage, une procédure de déconvolution spatiale basée sur l'algorithme de Richardson- Lucy a été ajoutée en post traitement. Enfin, une application de la méthode à la détection de défauts a été envisagée de même que l'application de la méthode à l'identification des efforts appliqués par une pompe à huile sur un banc d'essais industriel. Le travail s'est donc appuyé sur des développements numériques et la méthode a été validée expérimentalement en laboratoire et en contexte industriel. Les résultats de la thèse fournissent un outil prédictif des efforts injectés par des sources de vibrations raccordées à une structure en s'appuyant sur un modèle Eléments Finis local et des mesures vibratoires, le tout en régime harmonique.

L'objectif de ce travail de thèse est la conception d'un système de haut-parleurs transportable, capable de générer un champ sonore prédéfini et focalisé avec un contraste spatial élevé. Ce système doit permettre à terme d'effectuer différents types d'études, par exemple des essais de transparence acoustique ou encore des essais vibratoires en conditions non-anéchoïques. La minimisation du nombre de canaux à piloter ainsi que du nombre des transducteurs est l'un des enjeux principaux du travail. Le choix du nombre de sources et la sélection de leurs positions optimales afin de générer un champ acoustique cible n'a pas de solution triviale. Pour répondre à cette question, la méthode proposée se base sur la décomposition du rayonnement d’une source en série de fonctions orthogonales indépendantes (les"modes de rayonnement"), construits numériquement via une décomposition en valeurs singulières de la matrice d'impédance. En filtrant les termes évanescents, le champ lointain peut être reconstruit à l'aide d'un faible nombre de termes. De plus, la méthode permet d'estimer une distribution de débit efficace pour générer le champ cible. La méthode proposée étant relativement peu étudiée dans la littérature, la première partie de la thèse a été consacrée au problème de la validation expérimentale de la méthode directe et à l'étude des principaux paramètres en influençant le résultat. La problématique du positionnement des sources permettant de synthétiser un champ sonore prédéfini et focalisé est abordée dans la deuxième partie du travail
The goal of this thesis is the design of a transportable speaker system, able to generate a predefined and focused sound field with a high spatial contrast. This system has eventually to allow carrying out different types of studies, for example acoustic transmission loss tests or vibration tests in non-anechoic conditions. The minimization of the number of driven channels and the number of transducers is one of the main goals of the work. The choice of the number of sources and the selection of their optimal positions in order to generate a target acoustic field has no trivial solution. To answer this question, the proposed method is based on the decomposition of the source radiation into a series of independent orthogonal functions (the "radiation modes"), constructed numerically via a singular value decomposition of the impedance matrix. By filtering the evanescent terms, the far field can be reconstructed using a small number of terms. In addition, the method allows the estimation of an efficient flow distribution to generate the target field. With the proposed method having been scarcely studied in the literature, the first part of the thesis is devoted to the problem of the experimental validation of the direct method and the study of the main parameters that are influencing the result. The problem of sources positioning in order to synthesize a predefined and focused sound field is discussed in the second part of the thesis

Ce travail de recherche porte sur le problème de l'identification des sources de bruit en espace clos. La motivation principale était de proposer une technique capable de localiser et quantifier les sources de bruit à l'intérieur des véhicules industriels, d'une manière efficace en temps. Dans cette optique, la méthode pourrait être utilisée par les industriels à des fins de réduction de bruit, et donc construire des véhicules plus silencieux. Un modèle simplifié basé sur la formulation par sources équivalentes a été utilisé pour résoudre le problème. Nous montrerons que le problème est mal conditionné, dans le sens où il est très sensible face aux erreurs de mesure, et donc des techniques dites de régularisation sont nécessaires. Une étude détaillée de cette question, en particulier le réglage de ce qu'on appelle de paramètre de régularisation, a été important pour assurer la stabilité de la solution. En particulier, un critère de régularisation basé sur une approche bayésienne s'est montré très robuste pour ajuster le paramètre de régularisation de manière optimale. L'application cible concernant des environnements intérieurs relativement grands, nous a imposé des difficultés supplémentaires, à savoir: (a) le positionnement de l'antenne de capteurs à l'intérieur de l'espace; (b) le nombre d'inconnues (sources potentielles) beaucoup plus important que le nombre de positions de mesure. Une formulation par pondération itérative a ensuite été proposé pour surmonter les problèmes ci-dessus de manière à: (1) corriger pour le positionnement de l'antenne de capteurs dans l'habitacle ; (2) obtenir des résultats corrects en terme de quantification des sources identifiées. Par ailleurs, l'approche itérative nous a conduit à des résultats avec une meilleure résolution spatiale ainsi qu'une meilleure dynamique. Plusieurs études numériques ont été réalisées afin de valider la méthode ainsi que d'évaluer sa sensibilité face aux erreurs de modèle. En particulier, nous avons montré que l'approche est affectée par des conditions non-anéchoïques, dans le sens où les réflexions sont identifiées comme des vraies sources. Une technique de post-traitement qui permet de distinguer entre les chemins directs et réverbérants a été étudiée. La dernière partie de cette thèse porte sur des validations expérimentales et applications pratiques de la méthode. Une antenne sphérique constituée d'une sphère rigide et 31 microphones a été construite pour les tests expérimentaux. Plusieurs validations académiques ont été réalisées dans des environnements semi-anéchoïques, et nous ont illustré les avantages et limites de la méthode. Enfin, l'approche a été testé dans une application pratique, qui a consisté à identifier les sources de bruit ou faiblesses acoustiques à l'intérieur d'un bus.

Le bruit dans nos villes est perçu comme une question de qualité de vie. Il est généralement évalué par la mesure de son niveau sonore. Si cette mesure est représentative d'environnements bruyants caractérisés par des flots continus de véhicules, elle s'avère insuffisante pour caractériser la « couleur » d'une ambiance sonore où différentes sources coexistent. C'est ainsi que la présente étude se propose d'examiner la qualité d'ambiances sonores urbaine du point de vue de leur composition, c'est-à-dire des sources sonores occurrentes., la finalité étant la mise au point d'une méthode d'évaluation automatique d'un environnement sonore urbain.
La première partie met en évidence le fait que celles-ci ne sont pas toutes perçues de la même manière et qu'en conséquence leurs évaluations métrologiques doivent être adaptées. Ce travail permet de proposer un indicateur lié au désagrément sonore ; en fonction du lieu, cet indicateur utilise la force sonore de la séquence, mais il prend toujours en compte les caractéristiques des différentes sources émergentes.
La deuxième partie de l'étude propose deux méthodes pour la mesure automatique de cet indicateur à travers l'identification des sources. Ces outils représentent, in fine, une aide à la gestion d'un environnement sonore de quartier.

碩士
國立海洋大學
系統工程暨造船學系
90
In this thesis, the acoustic field data is measured on a two dimensional microphones array close to the noise source. By spatial transformation, three dimensional space sound field data, such as near-field sound pressure, near-field sound intensity, far-field sound pressure, and far-field sound intensity can be calculated, with “Acoustic Holography Analysis” of Lms’ software “Cada-x”. First, in order to make sure that all experimentation collocate software are practicable, and the application in structure noise source identification. Therefore the experiment process is step by step generally, then the location, intensity, and distribution property of noise source will be proved and discussed. This thesis divide into three parts：(1) A stationary single sound source in the anechoic room：use a isotropic speaker, and a fan of computer for the provement in source distribution location. (2) Stationary multiple sound sources in the anechoic room：identify the location of noise sources by isotropic speaker and plane speaker. (3) The tires of the car：The acoustic radiation from the tire surface can be predicted by using sharker；Besides, the distribution property of the noise sources on the tire surface can be identify by operating the tires in the roller belt. For all study results show, Acoustic Holography identify noise sources are quite correct. Therefore noise source identification dimension, it is very effective ways.

碩士
國立臺灣海洋大學
系統工程暨造船學系
105
In this thesis, the acoustic camera is used in the case of compound noise sources.It calculates the sound pressure and spectrum base on beamforming theory. The result of the calculation will show on the screen in different colors to indicate the position of the sound source. In the experiment, two reference sound sources, which have similar acoustic power, is used to simulate the phenomenon of compound noise sources. Comparing the pressure and the spectrum of the computational sound source with the reference sound source, the result indicated that they have similar spectrum. And also, the software is able to calculate the sound pressure in the different distance by using feedback mechanism. At last, applying acoustic camera to compound noise sources, the position of either the reflected sound component or the abnormal sound can be easily identified.