Στην παρούσα εργασία μελετάται ο συχνοτικός διαχωρισμός ενός ηχητικού σήματος με χρήση τράπεζας φίλτρων MPEG 32 περιοχών με σκοπό τη τροφοδοσία μιας επίπεδης συστοιχίας 32 ακουστικών πηγών και τον υπολογισμό του σήματος εξόδου σε δοσμένη θέση στο χώρο. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι παράμετροι απόδοσης NMR (Noise to Mask Ratio) και LSD (Log Spectral Distance) για τέσσερις μεθόδους σάρωσης (τροφοδοσίας) των ακουστικών πηγών της συστοιχίας. Αναπτύσσεται επίσης και παρουσιάζεται μια γραφική διεπιφάνεια χρήστη μέσω της οποίας υλοποιούνται οι προσομοιώσεις και απεικονίζονται τα αποτελέσματα. / The current project describes the frequency separation of a sound signal into frequency components by using a MPEG filter bank of 32 bands, in order to use these components as input values for a loudspeaker array composed by 32 loudspeakers and calculate the output in a given position in space. After the estimation of the output, two parameters of efficiency are being calculated, NMR (Noise to Mask Ratio) and LSD (Log Spectral Distance) for four different setups of the loudspeaker array. Finally, a graphical user interface is developed in order to perform the necessary simulations and present the results.

Avec la généralisation de l'écoute au casque, la technique binaurale apparaît comme une solution privilégiée pour démocratiser l'accès à des contenus sonores spatialisés. La synthèse binaurale repose sur l'utilisation de filtres appelés HRTFs qui restituent à l'auditeur l'ensemble des indices acoustiques de localisation. Ceux-ci possèdent une composante individuelle forte et l'utilisation de filtres non-individuels entraîne des défauts de localisation ou de timbre à la restitution. L’acquisition individuelle des HRTFs requiert un dispositif de mesure complexe. Les méthodes d’individualisation visent à offrir des solutions alternatives à cette mesure individuelle et reposent généralement sur l’exploitation de bases de données de HRTFs. A cet effet, une nouvelle base de données de HRTFs à haute résolution spatiale et fréquentielle a été constituée. Le développement d’un modèle visant à prédire les directions perçues de sources virtuelles synthétisées avec des HRTFs non-individuelles constitue le cœur du travail de thèse. La métrique utilisée pour quantifier la similarité entre HRTFs fait l’objet d’une attention particulière. L’objectif ultime est d’évaluer dans quelle mesure ce modèle peut être utilisé pour sélectionner le jeu de HRTFs optimal pour un individu à partir de ses réponses dans un test de localisation de sources sonores virtuelles synthétisées avec des HRTFs non-individuelles. La mise en place de tels tests implique l’utilisation d’une méthode de report, responsable d’une part d’erreur dans les réponses. La thèse comprend une étude comparative de 3 méthodes de report et la préconisation d’une méthode mieux adaptée au contexte de l’écoute binaurale au casque. / With the spread of headphone listening, binaural technology appears as the most appropriate solution to democratize the access to spatialized audio contents. Binaural synthesis of virtual sound sources is based on the use of filters called HRTFs, which provide the listener with accurate localization cues. These cues are however highly listener-dependent and the use of non-individual HRTFs may lead to localization and timbre artefacts.Individual acquisition of HRTFs requires a complex measurement setup installed in an anechoic chamber which is incompatible with large scale deployment. Therefore, individualization methods have been devised in order to offer alternatives to this individual measurement. They are often based on the exploitation of large HRTFs databases. To this end, a new HRTFs database with high spatial and frequency resolution has been created. The development of a model that predicts the perceived direction of a virtual source synthesized with non-individual HRTFs is the core of the thesis work. The choice of the metric used for quantifying the similarity between HRTFs receives a particular attention. The ultimate goal is to evaluate how such a model can be used to select automatically the optimal HRTFs set for an individual, from the observation of his responses in a localization test of virtual sound sources synthesized with non-individual HRTFs. The implementation of such a test implies the use of a reporting method, which may introduce some bias in the responses. This thesis includes a comparative study of 3 reporting methods and the recommendation of a method more suitable in the context of binaural listening through headphones.

Si les questions du temps, du matériau, de la forme et de leurs relations sont des questions centrales pour les compositeurs, il importe de se demander si la vieille dichotomie entre forme et matériau n’est pas à repenser en regard des nouveaux dispositifs susceptibles d’amener une appréhension à la fois plus fine et plus globale des diverses dimensions temporelles. Dans le cas plus précis de la musique mixte, la question que nous étudions est la suivante : dans quelle mesure l’existence d’un continuum entre les notions de forme et de matériau est-elle liée à la composition consciente d’entrelacs temporels ?Cette question implique l’utilisation de paradigmes capables de nous faire appréhender les nombreuses composantes qui font l’identité d’un matériau ou d’une forme, et de nous faire percevoir les liens qu’elles entretiennent mutuellement. Notre travail s’articule autour de deux axes complémentaires. Le premier traite de la nécessité d’organiser des espaces compositionnels permettant de rendre plus poreuse la frontière érigée entre les notions de forme et de matériau. Nous étudions à cet effet une représentation spatiale du matériau basée sur des structures topologiques. Le second nous amène à voir comment le langage synchrone Antescofo peut nous permettre de concevoir une musique mixte singularisée par les divers types d’écriture qu’il sous-entend et les nouveaux paradigmes qu’il est susceptibles d’engendrer. La composition des temps multiples liés par l’écriture, par des processus temporels propres aux paradigmes du temps réel, ainsi que par la prise en considération des temps liés à la performance, est abordée sous un angle résolument relationnel. / If the problematic of time, material, form, and their relationships is longstanding question in musical composition, the old dichotomy between form and material should be reshaped in view of the technological opportunities making possible a finer and more global apprehension in the handling of time in the scope of mixed music.In this context, the question addressed is to which extent the existence of a continuum between the notions of form and material is linked to the explicit design of temporal interlacing? This question involves new paradigms to understand the many components that determine the identity and the mutual relationships of material and form.Our research unfolds in two complementary axes to develop a compositional framework addressing the specification and the management of heterogeneous intertwined temporal processes at different time scales. The first axis works out an explicit topological representation of compositional spaces (based on simplicial complexes) that smoothes the boundaries between form and material. The second one spells out the various kinds of writing and the new temporal paradigms allowed by the Antescofo synchronous real-time programming language. The specification of multiple times during the composition phase and their management during the performance is developed through a strong relational standpoint.The theoretical and practical propositions investigated in this research works are illustrated on several pieces written during the thesis.

Les observations astronomiques nous permettent d’étudier l’univers et de comprendre les phénomènes qui le gouvernent. La matière visible dans l’univers émet des ondes à des fréquences très diverses, réparties sur tout le spectre électromagnétique (domaines radio, submillimétrique, infrarouge, visible, ultraviolet, X et gamma). Ces ondes nous renseignent sur certaines caractéristiques physico-chimiques des éléments observés (nature, température, mouvement, etc.). Des télescopes couvrant différentes plages de fréquences sont nécessaires pour observer l’ensemble du spectre électromagnétique. Les radio-télescopes, sensibles aux ondes (sub)millimétriques, sont principalement dédiés à l’observation de la matière froide présente dans le milieu interstellaire. Le milieu interstellaire est le berceau des étoiles et son étude est essentielle pour comprendre les différentes étapes de la vie des étoiles. La fréquence maximale d’observation des radio-télescopes est en augmentation depuis la fabrication des premiers radio-télescopes dans les années 1930. Récemment, des radio-télescopes capables de détecter des signaux dans l’infrarouge lointain, au delà de 1 THz, ont été développés. Ces avancées technologiques ont été motivées, entre autres, par la présence, dans le milieu interstellaire, de molécules et d’ions uniquement observables à des fréquences supérieures à 1 THz. Pour observer des raies avec une haute résolution spectrale, les radio-télescopes sont équipés de récepteurs hétérodynes. Ce type de récepteur permet d’abaisser la fréquence de la raie spectrale observée tout en conservant ses caractéristiques (une raie observée à 1 THz peut, par exemple, être décalée à une fréquence de 1 GHz). Cette technique permet d’observer des raies avec une très haute résolution spectrale et c’est pourquoi les récepteurs hétérodynes sont largement utilisés pour les observations de raies spectrales aux fréquences GHz et THz. Dans les récepteurs hétérodynes, un oscillateur local (OL) émet un signal monochromatique à une fréquence très proche de celle du signal observé. Les deux signaux sont superposés à l’aide d’un diplexeur et transmis à un mélangeur. Ce dernier réalise le battement des deux signaux et génère un signal identique au signal observé mais à une fréquence plus faible. Durant ma thèse, j’ai travaillé sur la construction, la caractérisation et l’amélioration d’un récepteur hétérodyne à 2.6 THz. Cette fréquence d’observation (2.6 THz) est l’une des plus hautes atteintes par les récepteurs hétérodynes THz existant actuellement, ce qui constitue un défi technologique très important. Dans le but de caractériser et d’améliorer ce récepteur, je me suis concentré sur trois aspects essentiels ..... / (Sub)Millimeter-telescopes are often used to observe the interstellar medium in the universe and they enable us to study the stellar life cycle. To detect and study some important molecules and ions, we need receivers able to observe at frequencies above 1 THz. Receivers working at such high frequencies are quite new and the 2.6 THz heterodyne receiver I built and characterized during my PhD represents the state-of-the-art of THz heterodyne receivers. I especially focused on three important aspects of this receiver: its stability, the superimposition of the local oscillator signal (LO) and the observed signal by a diplexer, and the splitting of the LO signal by a phase grating. The stability was calculated with the Allan variance and I found that the two elements limiting the stability of our receiver were the 1.4 THz local oscillator and the mixer bias supply. The Martin-Puplett interferometer (MPI) diplexer I designed, built and tested is able to transmit 76 % of the LO power at 2.6 THz and we estimate a transmittance around 79 % for the observed signal. This MPI is operational and ready for the next generation of heterodyne receivers. Splitting the LO signal is essential to build heterodyne receivers with several pixels, which allows us to get spectra of the universe at many positions in the sky simultaneously. I have developed a new kind of grating, called Global gratings, and I made two prototypes of these Global phase gratings able to split the LO beam into four beams. These two phase grating prototypes, a transmissive and a reflective one, were optimized for 610 GHz and showed, respectively, an efficiency of 62 ± 2 % and 76 ± 2 %. These excellent results validate the design and fabrication processes of this new kind of grating. In conclusion, the work accomplished during this PhD constitutes an important step toward the realization of a very stable and highly sensitive 2.6 THz multi-pixel heterodyne receiver using a MPI diplexer.

Cette thèse étudie le design et la conception d’un Goniomètre Radio Fréquence (GRF) visant à assister les services de secours à la personne (e.g. équipes de sauvetage déblaiement), exploitant les téléphones des victimes à retrouver comme des balises de détresse radio. La conception est focalisée sur une interface audio, utilisant le son pour guider progressivement les sauveteurs vers la victime. L’ambition de la thèse est d’exploiter les mécanismes naturels propres à l’audition humaine pour améliorer les performances générales du processus de recherche plutôt que de développer de nouvelles techniques d’Estimation de Direction de Source (EDS).Les techniques d’EDS classiques sont tout d’abord exposées, ainsi qu’une série d’outils permettant d’en évaluer les performances. Basée sur ces outils, une étude de cas est proposée visant à évaluer les performances attendues d’un GRF portable, adapté aux conditions d’emploi nominales envisagées. Il est montré que les performances des techniques dites « à haute résolution » généralement utilisées pour l’EDS sont sérieusement amoindries lorsqu’une contrainte de taille/poids maximum est imposée sur le réseau d’antennes associé au GRF, particulièrement en présence de multi-trajets de propagation entre le téléphone ciblé et le tableau d’antenne.Par la suite, une étude bibliographique concernant la sonification par encodage de paramètres (Parameter Mapping Sonification) est proposée. Plusieurs paradigmes de sonification sont considérés et évalués en rapport à leur capacité à transmettre une information issue de différents designs de GRF envisagés. Des tests d’écoute sont menés, suggérant qu’après une courte phase d’entrainement les sujets sont capables d’analyser plusieurs flux audio en parallèle ainsi que d’interpréter des informations de haut niveau encodées dans des flux sonores complexes. Lesdits tests ont permis de souligner le besoin d’une sonification du GRF basée sur une hiérarchie perceptive de l’information présentée, permettant aux débutants de focaliser leur attention sans efforts et uniquement sur les données les plus importantes. Une attention particulière est portée à l’ergonomie de l’interface sonore et à son impact sur l’acceptation et la confiance de l’opérateur vis-à-vis du GRF (e.g. en ce qui concerne la perception du bruit de mesure pendant l’utilisation du GRF pendant la navigation).Finalement, un prototype virtuel est proposé, simulant une navigation basée sur le GRF dans un environnement virtuel pour en évaluer les performances (e.g. paradigmes de sonification proposés plus haut). En parallèle, un prototype physique est assemblé afin d’évaluer la validité écologique du prototype virtuel. Le prototype physique est basé sur une architecture radio logicielle, permettant d’accélérer les phases de développement entre les différentes versions du design de GRF étudiées. L’ensemble des études engageant les prototypes virtuels et physiques sont menées en collaboration avec des professionnels des opérations de recherche à la personne. Les performances des designs de GRF proposés sont par la suite comparées à celles des solutions de recherche existantes (géo-stéréophone, équipes cynotechniques, etc.).Il est montré que, dans le contexte envisagé, un simple GRF basé sur la sonification en parallèle des signaux provenant de plusieurs antennes directionnelles peut offrir des performances de navigations comparables à celles résultantes de designs plus complexes basés sur des méthodes à haute résolution. Puisque l’objectif de la tâche est de progressivement localiser une cible, la pierre angulaire du système semble être la robustesse et la consistance de ses estimations plutôt que sa précision ponctuelle. Impliquer l’utilisateur dans le processus d’estimation permet d’éviter des situations critiques où ledit utilisateur se sentirait impuissant face à un système autonome (boîte noire) produisant des informations qui lui semblent incohérentes. / This research investigates the design of a radio Direction Finder (DF) for rescue operation using victims' cellphone as localization beacons. The conception is focused on an audio interface, using sound to progressively guide rescuers towards their target. The thesis' ambition is to exploit the natural mechanisms of human hearing to improve the global performance of the search process rather than to develop new Direction-Of-Arrival (DOA) estimation techniques.Classical DOA estimation techniques are introduced along with a range of tools to assess their efficiency. Based on these tools, a case study is proposed regarding the performance that might be expected from a lightweight DF design tailored to portable operation. It is shown that the performance of high-resolution techniques usually implemented for DOA estimation are seriously impacted by any size-constraint applied on the DF, particularly in multi-path propagation conditions.Subsequently, a review of interactive parameter mapping sonification is proposed. Various sonification paradigms are designed and assessed regarding their capacity to convey information related to different levels of DF outputs. Listening tests are conducted suggesting that trained subjects are capable of monitoring multiple audio streams and gather information from complex sounds. Said tests also indicate the need for a DF sonification that perceptively orders the presented information, for beginners to be able to effortlessly focus on the most important data only. Careful attention is given to sound aesthetic and how it impacts operators' acceptance and trust in the DF, particularly regarding the perception of measurement noise during the navigation.Finally, a virtual prototype is implemented that recreates DF-based navigation in a virtual environment to evaluate the proposed sonification mappings. In the meantime, a physical prototype is developed to assess the ecological validity of the virtual evaluations. Said prototype exploits a software defined radio architecture for rapid iteration through design implementations. The overall performance evaluation study is conducted in consultation with rescue services representatives and compared with their current search solutions.It is shown that, in this context, simple DF designs based on the parallel sonification of the output signal of several antennas may produce navigation performance comparable to these of more complex designs based on high-resolution methods. As the task objective is to progressively localize a target, the system's cornerstone appears to be the robustness and consistency of its estimations rather than its punctual accuracy. Involving operators in the estimation allows avoiding critical situations where one feels helpless when faced with an autonomous system producing non-sensical estimations. Virtual prototyping proved to be a sensible and efficient method to support this study, allowing for fast iterations through sonifications and DF designs implementations.

L'apparition récente de microphones numériques MEMS a ouvert de nouvelles perspectives pour le développement de systèmes d'acquisition acoustiques massivement multi-canaux de grande envergure. De tels systèmes permettent de localiser des sources acoustiques avec de bonnes performances. En revanche, de nouvelles contraintes se posent. La première est le flux élevé de données issues de l'antenne, devant être traitées en un temps raisonnable. La deuxième contrainte est de connaître la position des nombreux microphones déployés in situ. Ce manuscrit propose des méthodes répondant à ces deux contraintes. Premièrement, une étude du système d'acquisition est présentée. On montre que les microphones MEMS sont adaptés pour des applications d'antennerie. Ensuite, un traitement en temps réel des signaux acquis via une implémentation parallèle sur GPU est proposé. Cette stratégie répond au problème de flux de données. On dispose ainsi d'un outil d'imagerie temps réel de sources large bande, permettant d'établir un diagnostic dynamique de la scène sonore.Deuxièmement, différentes méthodes de calibration géométrique pour la détermination de la position des microphones sont exposées. Dans des conditions réelles d'utilisation, les méthodes actuelles sont inefficaces pour des antennes étendues et à grand nombre de microphones. Ce manuscrit propose des techniques privilégiant la robustesse du processus de calibration. Les méthodes proposées couvrent différents environnements acoustiques réels, du champ libre au champ réverbérant. Leur efficacité est prouvée par différentes campagnes expérimentales. / Recently, digital MEMS microphones came out and have opened new perspectives. One of them is the design of large-aperture and massively multichannel acoustical acquisition systems. Such systems meet good requirements for efficient source localization. However, new problems arise. First, an important data flow comes from the array, and must be processed fast enough. Second, if the large array is set up in situ, retrieving the position of numerous microphones becomes a challenging task. This thesis proposes methods addressing these two problems. The first part exhibits the description of the acquisition system, which has been developed during the thesis. First, we show that MEMS microphone characteristics are suitable for array processing applications. Then, real-time processing of channel signals is achieved by a parallel GPU implementation. This strategy is one solution to the heavy data flow processing issue. In this way, a real-time acoustic imaging tool was developed, and enables a dynamic wide-band diagnosis, for an arbitrary duration.The second part presents several robust geometric calibration methods: they retrieve microphone positions, based only on the array acoustic signals. Indeed, in real-life conditions, the state of the art methods are inefficient with large arrays. This thesis proposes techniques that guarantee the robustness of the calibration process. The proposed methods allow calibration in the different existing soundscapes, from free field to reverberant field. Various experimental scenarios prove the efficiency of the methods.

Le contexte de ce travail repose sur l'étude des instabilités de combustion au sein des moteurs-fusées à propergols liquides. Cette étude se concentre sur les effets des champs acoustiques transverses de haute amplitude sur l'injection coaxiale en conditions non-réactives. La réponse acoustique du système d'injection est dépendante des propriétés locales du champ acoustique dans la cavité d'injection. La modification du processus d'atomisation, induit par le champ acoustique, a été analysée dans des configurations simples et multiinjection. Des expériences ont été menées pour des régimes d'atomisation de faibles et hauts nombres de Weber. Trois phénomènes ont été observés: un aplatissement du jet, une amélioration du processus d'atomisation et la déviation du système liquide. La combinaison de ces trois phénomènes en configuration multi-injection résulte en un phénomène de regroupement de gouttes. En présence de combustion, un tel regroupement pourraitmener à un dégagement de chaleur non-uniforme susceptible de déclencher ou d'entretenir des instabilités de combustion. Un modèle théorique basé sur les équations d'acoustique non-linéaire a été développé pour donner les expressions générales de pression de radiation et de forces de radiations résultantes appliqué aux objets sphériques et cylindriques en champ stationnaire ou progressif. Le modèle a été utilisé pour interpréter et quantifier les observations expérimentales en configurations liquide/gaz, trans-critique/super-critique et gaz/gaz, et a permis de montrer que le nombre de Helmholtz qui caractérise le champ acoustique, et le rapport de densité qui caractérise les deux milieux, sont deux paramètres cruciaux. Les principales conclusions montrent que le phénomène observé peut être interprété comme résultant de l'acoustique non-linéaire, dont le paramètre clé étant le ratio de densité. Cela exige que la couche séparant les deux milieux, vue comme une interface, ne doive pas être réduite uniquement à une interface liquide/gaz. / The context of this work relies to high frequency combustion instabilities in Liquid Rocket Engines (LRE). The present research focuses on the effects of high amplitude transverse acoustic fields on non-reactive coaxial injection. The acoustic response of injection domes is found to be dependent on the local properties of the acoustic field in the injection cavity. The modification of the atomization process, induced by the acoustic field, has been analyzed in single and multi-injection configurations. Experiments were performed from low to high Weber number atomization regimes. Three phenomena are observed: jet flattening, improvement of the atomization process and deviation. The combination of these phenomena in multi-injection configurations leads to a droplet clustering phenomenon. In the presence of combustion, such a clustering could lead to non-uniform heat release rate which can trigger or sustain combustion instabilities. A theoretical model based on non-linear acoustics has been developed, providing general expressions of radiation pressure and resulting radiation force, for spherical and cylindrical objects in standing and progressive wave field. The model has been successfully used to interpret and quantify experimental observations in liquid/gas, trans-critical/super-critical and gas/gas configurations and showed that the Helmholtz number α characterizing the acoustic field and the density ratio η characterizing the two media are two parameters of importance. The major conclusions are that the observed phenomena can be interpreted as resulting from non-linear acoustics, the key feature being the density ratio. It is claimed that the layer separating the two media, seen as an interface, does not need to be restricted only to a liquid/gas interface.