Cette thèse a pour but d'estimer la position et la puissance de sources sonores ponctuelles à l'aide d'une antenne acoustique. Nous nous intéressons d'abord à la directivité des antennes acoustiques pondérées. On montre qu'une telle antenne, appelée antenne conventionnelle, même si elle est à directivité optimale, est inutilisable pour localiser plusieurs sources sonores. Des traitements adaptatifs d'antenne sont donc exigés et les méthodes dites à haute résolution sont introduites. Elles sont basées sur l'estimation de la matrice de covariance des signaux issus des capteurs et présentent l'avantage de s'affranchir des limitations naturelles du traitement d'antenne conventionnel. Cependant, ces méthodes nécessitent l'emploi d'un modèle de propagation et sont donc par nature peu robustes aux erreurs de modèle, ce qui peut être parfois un handicap et dégrader leurs performances. Par la suite, nous présentons une nouvelle méthode de séparation des sources utilisant une représentation parcimonieuse des signaux. Nous montrons que ses performances sont meilleures que celles obtenues par les méthodes à haute résolution et notre algorithme parvient à une bonne résolution spatiale, même sous des conditions défavorables. Cette méthode est appliquée aux sources corrélées et décorrélées, à bande étroite et à large bande, en champ proche et en champ lointain. Pour finir, nous présentons des méthodes pour estimer la puissance des sources sonores. Des simulations numériques et des expérimentations en chambre anéchoïque sont effectuées afin de vérifier et de valider les analyses et les résultats théoriques

Dans notre société de plus en plus mobile, nous constatons que les systèmes de communication mains libres sont devenus une norme, que ce soit pour les interactions homme-machine ou homme-homme. Cependant, il est difficile de garantir la qualité du signal de parole lors d'une prise de son distante car les microphones captent en plus du signal désiré le bruit de fond, la réverbération, le signal d'écho et les autres sources de parole concurrentes. Les antennes acoustiques associées aux techniques de formation de voies sont une solution efficace et aujourd'hui technologiquement réalisable. Grâce à leur directivité, elles améliorent le rapport signal sur bruit de même que, en exploitant la corrélation spatiale du champ sonore, elles permettent de réduire la réverbération, l'écho et le bruit. Les antennes acoustiques jouent un rôle croissant dans la téléphonie mains libres, la reconnaissance de locuteur, les systèmes à commande vocale, l'aide aux malentendants ou la surveillance audio. Dans cette thèse, pour s'adapter aux environnements variants dans le temps, aux non-stationnarités des signaux et aux éventuels mouvements du locuteur, nous considérons les antennes adaptatives de type GSC (Generalized Sidelobe Canceller) pour leur implémentation avantageuse. Cependant, l'un des défauts majeurs de cette antenne, couramment utilisée, réside dans la fuite du signal utile dans l'étage d'estimation du bruit provoquant de fortes dégradations voire l'auto-annulation de ce signal en sortie. Pour résoudre ce problème, nous proposons de mettre à profit la structure récursive spécifiquement dédiée à la gestion de la diaphonie dans la technique d'annulation adaptative de bruit bicapteur, nommée CTRANC (Crosstalk-Resistant Adaptive Noise Canceller). Ainsi, avant de proposer une extension de cette méthode au cas du GSC et donc de définir une nouvelle architecture récursive pour celui-ci, nous donnons dans un premier temps une analyse complète du CTRANC et proposons de nouveaux algorithmes adaptatifs dans le domaine fréquentiel. Par ailleurs, notre étude fournit également de nouveaux résultats sur les propriétés de convergence et l'existence d'un point d'équilibre pour le CTRANC. Enfin, des résultats expérimentaux confortent l'analyse et montrent l'efficacité des solutions proposées pour la suppression du signal de fuite et l'amélioration des performances.

Cette thèse a pour but d‘estimer la position et la puissance de sources sonores ponctuelles à l'aide d‘une antenne acoustique. Nous nous intéressons d‘abord à la directivité des antennes acoustiques pondérées. On montre qu‘une telle antenne, appelée antenne conventionnelle, même si elle est à directivité optimale, est inutilisable pour localiser plusieurs sources sonores. Des traitements adaptatifs d‘antenne sont donc exigés et les méthodes dites à haute résolution sont introduites. Elles sont basées sur l‘estimation de la matrice de covariance des signaux issus des capteurs et présentent l‘avantage de s‘affranchir des limitations naturelles du traitement d‘antenne conventionnel. Cependant, ces méthodes nécessitent l‘emploi d‘un modèle de propagation et sont donc par nature peu robustes aux erreurs de modèle, ce qui peut être parfois un handicap et dégrader leurs performances. Par la suite, nous présentons une nouvelle méthode de séparation des sources utilisant une représentation parcimonieuse des signaux. Nous montrons que ses performances sont meilleures que celles obtenues par les méthodes à haute résolution et notre algorithme parvient à une bonne résolution spatiale, même sous des conditions défavorables. Cette méthode est appliquée aux sources corrélées et décorrélées, à bande étroite et à large bande, en champ proche et en champ lointain. Pour finir, nous présentons des méthodes pour estimer la puissance des sources sonores. Des simulations numériques et des expérimentations en chambre anéchoïque sont effectuées afin de vérifier et de valider les analyses et les résultats théoriques / This thesis concerns the problem of sensor array source localization and power estimation by an acoustical array of sensors. In first the acoustical array directivity is treated. It is shown that such array is not useful for the localization of multiple sources. Adaptive arrays and high resolution methods are then introduced. They are based on the estimation of the sensor output covariance matrix and their performances overcome the natural limitations of the weighted beamforming processing. However, these methods require the use of a propagation model and are not robust to model errors. We present a new method which is an application of sparse regularization methodology to acoustical source localization using an acoustical array. Its performances are better than high-resolution methods and this method works very well in the case of correlated or uncorrelated signals, narrow band or wideband signals, near field or far field environments. Finally, a power estimation of sound sources by an acoustical array is presented. Numerical and experimental results in an anechoic room are presented showing the effectiveness of theoretical results

Le travail de thèse qui est rapporté dans le présent document a porté sur la réalisation d'un système de restitution sonore spatialisée pour la visioconférence. La principale contrainte de ce projet a résidé dans la taille de la zone d'écoute qui doit être sufisamment grande pour englober plusieurs auditeurs simultanément. Chaque auditeur doit également pouvoir se déplacer au sein de la zone d'écoute. A l'issue d'un tour d'horizon des différentes méthodes de spatialisation sonore existantes (stéréophonie, techniques binaurales, système ambisonique...) dont la pertinence a été examinée du point de vue du contexte de visioconférence, une approche holophonique a été finalement choisie. Attendu qu'elle s'avère être la solution la plus pertinente pour obtenir une zone d'écoute étendue. Un prototype de système holophonique pour la visioconférence a ainsi été conçu et réalisé. D'un point de vue théorique, l'holophonie dérive du Principe de Huygens. Elle constitue l'équivalent acoustique de l'holographie et consiste à reproduire un champ sonore à partir d'un enregistrement sur une surface. Sur la plan pratiqu, le champ sonore est enregistré par un réseau de microphones auquel on substitue un réseau de haut-parleurs de géométrie identique à la restitution. Le concept de Wavefield Synthesis qui a été mis au point à l'UTD (Université Technologique de Delft) définit un exemple de mise en oeuvre d'un système holophonique. Le prototype qui a été développé au cours de cette thèse s'en est largement inspiré. En particulier les simplifications mises en évidence à l'UTD, principalement afin de réduire la taille du réseau de transducteurs et leur nombre, ont été retenues. On a néanmoins eu le souci constant d'analyser la pertinence de la démarche menée à l'UTD et de l'approfondir. Ainsi les questions de l'échantillonnage spatial et de la troncature du réseau de transducteurs ont fait l'objet d'études spécifiques. Au final, le système holophonique qui a été mis au point se compose d'une antenne de haut-parleurs pilotés par une carte DSP. Il a été validé à la fois en environnement anéchoïque et dans un studio expérimental de visioconférence. Au delà de la réalisation d'un système de spatialisation sonore pour la visioconférence, le second objectif de cette thèse visait une meilleure compréhension des procédés de spatialisation sonore à partir de l'approche générale que définit l'holophonie. Cet objectif a été atteint en reliant le système ambisonique à l'holophonie. Il est montré que, loin de constituer deux méthodes distinctes, les systèmes ambisonique et holophonique sont fondés sur des processus analogues et qu'en réalité, le système ambisonique est un cas particulier de l'holophonie. De ce résultat, un formalisme unifiée de la reconstruction de champ sonore a été dégagé, il permet une comparaison directe des performances des deux méthodes, en termes d'enco age et de décodage de l'information spatiale du champ sonore. Il en ressort que, bien que le système ambisonique soit très séduisant sur le plan théorique, il se heurte à de nombreux problèmes de mise en œuvre. Par suite, l'holophonie reste la méthode la plus robuste sur le plan pratique.