Localisation et calibration acoustiques par des réseaux distribués en milieux réverbérants

• Auteur / Autrice : Thibault Nowakowski
• Direction : Laurent Daudet, Julien de Rosny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et interfaces
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cavités résonnantes (acoustique)

Milieux hétérogènes (physique)

Imagerie acoustique

Calibrage

Microphones

Son -- Propagation

Mots clés libres

Milieux réverbérants

Localisation des sources

Décomposition des modes propres

Résumé

Dans les salles, la localisation de sources acoustiques via des réseaux de microphones distribués est un problème complexe du fait de la réverbération et des nombreux obstacles à la propagation sonore. Les principales techniques d'imagerie acoustique comme la formation de voies, efficaces en champ libre, ne permettent plus d'obtenir une estimation fiable de la position des sources. De nouvelles approches doivent donc être explorées. Lorsqu'aucune information n'est disponible sur le milieu de propagation, nous nous fondons dans ce manuscrit sur une technique d'approximation des solutions de l'équation de Helmholtz consistant à modéliser le champ réverbéré comme une combinaison linéaire de fonctions harmoniques. Ainsi, l'onde directe provenant des sources est isolée. Ces dernières sont alors localisées par des méthodes de régularisation parcimonieuse. Nous validons cette approche numériquement et expérimentalement. Afin de réduire le nombre de microphones nécessaires, nous introduisons le concept de mesures virtuelles pour prendre en compte partiellement la géométrie de la pièce. Ensuite, nous proposons une méthode de déréverbération "semi-aveugle" fondée sur l'estimation des fonctions de Green par corrélation du champ. Le déploiement des réseaux dans les milieux réverbérants pose des problèmes de calibration. Nous proposons deux approches complémentaires fondées sur les corrélations temporelles du champ réverbéré et l'interpolation des modes propres du milieu pour estimer le positionnement des microphones. Enfin nous proposons une approche originale fondée sur les résultats précédents pour estimer la forme d'une membrane à partir de quelques mesures acoustiques.

In rooms, acoustic source localization with distributed microphones arrays is a difficult task because of the reverberation and various obstacles modifying the sound propagation. The main acoustic imaging methods that are successful in free field, like the beamforming algorithm, fait to give a good estimation of the sources positions in these close environments. New approaches have to be developed. When no information is avaitabte about the propagation environment, we choose to use a method to approximate the solutions to the Helmholtz equation thanks to linear combinations of harmonic polynomials, like Fourier-Bessel functions or plane waves. Thanks to this approach, the direct field generated by the sources can be isolated. The sources can then be localized with sparse reconstruction methods. We first validate numerically and then with several experiments. To reduce the number of required microphones, we introduce a concept of virtual measurements to partially take into account the room geometry. Afterwards, we propound a "semi-blind" dereverberation method based on Green's functions estimation from cross-correlations of the acoustic field. Setting up a microphone array in reverberant medium brings several calibration issues. We propose two complementary methods based on time-domain correlations of the reverberated field and the interpolation of the eigenmodes of the medium, to estimate the microphones positions. Finally, we develop an original approach based on our previous results to estimate a membrane shape from a set of acoustic measurements.