De nombreux traitements appliqués aux signaux audio travaillent sur une représentation Temps-Fréquence (TF) des données. Lorsque le résultat de ces algorithmes est un champ spectral d’amplitude, la question se pose, pour reconstituer un signal temporel, d’estimer le champ de phase correspondant. C’est par exemple le cas dans les applications de séparation de sources, qui estiment les spectrogrammes des sources individuelles à partir du mélange ; la méthode dite de filtrage de Wiener, largement utilisée en pratique, fournit des résultats satisfaisants mais est mise en défaut lorsque les sources se recouvrent dans le plan TF. Cette thèse aborde le problème de la reconstruction de phase de signaux dans le domaine TF appliquée à la séparation de sources audio. Une étude préliminaire révèle la nécessité de mettre au point de nouvelles techniques de reconstruction de phase pour améliorer la qualité de la séparation de sources. Nous proposons de baser celles-ci sur des modèles de signaux. Notre approche consiste à exploiter des informations issues de modèles sous-jacents aux données comme les mélanges de sinusoïdes. La prise en compte de ces informations permet de préserver certaines propriétés intéressantes, comme la continuité temporelle ou la précision des attaques. Nous intégrons ces contraintes dans des modèles de mélanges pour la séparation de sources, où la phase du mélange est exploitée. Les amplitudes des sources pourront être supposées connues, ou bien estimées conjointement dans un modèle inspiré de la factorisation en matrices non-négatives complexe. Enfin, un modèle probabiliste de sources à phase non-uniforme est mis au point. Il permet d’exploiter les à priori provenant de la modélisation de signaux et de tenir compte d’une incertitude sur ceux-ci. Ces méthodes sont testées sur de nombreuses bases de données de signaux de musique réalistes. Leurs performances, en termes de qualité des signaux estimés et de temps de calcul, sont supérieures à celles des méthodes traditionnelles. En particulier, nous observons une diminution des interférences entre sources estimées, et une réduction des artéfacts dans les basses fréquences, ce qui confirme l’intérêt des modèles de signaux pour la reconstruction de phase. / A variety of audio signal processing techniques act on a Time-Frequency (TF) representation of the data. When the result of those algorithms is a magnitude spectrum, it is necessary to reconstruct the corresponding phase field in order to resynthesize time-domain signals. For instance, in the source separation framework the spectrograms of the individual sources are estimated from the mixture ; the widely used Wiener filtering technique then provides satisfactory results, but its performance decreases when the sources overlap in the TF domain. This thesis addresses the problem of phase reconstruction in the TF domain for audio source separation. From a preliminary study we highlight the need for novel phase recovery methods. We therefore introduce new phase reconstruction techniques that are based on music signal modeling : our approach consists inexploiting phase information that originates from signal models such as mixtures of sinusoids. Taking those constraints into account enables us to preserve desirable properties such as temporal continuity or transient precision. We integrate these into several mixture models where the mixture phase is exploited ; the magnitudes of the sources are either assumed to be known, or jointly estimated in a complex nonnegative matrix factorization framework. Finally we design a phase-dependent probabilistic mixture model that accounts for model-based phase priors. Those methods are tested on a variety of realistic music signals. They compare favorably or outperform traditional source separation techniques in terms of signal reconstruction quality and computational cost. In particular, we observe a decrease in interferences between the estimated sources and a reduction of artifacts in the low-frequency components, which confirms the benefit of signal model-based phase reconstruction methods.

Tato práce se zabývá vylepšením algoritmu pro sdružování (clustering) ERP signálů pomocí analýzy časových a prostorových vlastností pseudo-signálů získaných za pomocí metody analýzy nezávislých komponent (Independent Component Analysis). Naším zájmem je nalezení nových vlastností, které by zlepšily stávající výsledky. Tato práce se zabývá použitím Fourierovy transformace (Fourier Transform), FIR filtru a krátkodobé Fourierovy transformace ke zkvalitnění informace pro sdružovací algoritmy. Princip a použitelnost metody jsou popsány a demonstrovány ukázkovým algoritmem. Výsledky ukázaly, že pomocí dané metody je možné získat ze vstupních dat zajímavé informace, které mohou být úspěšně použity ke zlepšení výsledků.

The objective of this thesis is to develop vibration-based fault detection strategies for on-line condition monitoring of gear transmission systems. The study divides the thesis into three sections. First of all, the local stresses created by a root fatigue crack on a pinion spur gear are analyzed using a quasi-static finite element model and non-linear contact mechanics simulation. Backlash between gear teeth which is essential to provide better lubrication on tooth surfaces and to eliminate interference is included as a defect and a necessary part of transmission design. The second section is dedicated to fixed axis power trains. Torsional vibration is shown to cause teeth separation and double-sided impacts in unloaded and lightly loaded gearing drives. The transient and steady-state dynamic loading on teeth within a two stage crank-slider mechanism arising from backlash and geometric manufacturing errors is investigated by utilizing a non-linear multi-body dynamics software model. The multi-body model drastically reduces the computation time required by finite element methods to simulate realistic operation. The gears are considered rigid with elastic contact surfaces defined by a penalty based non-linear contact formulation. The third section examines a practical differential planetary transmission which combines two inputs and one output. Planetary gears with only backlash errors are compared to those containing both backlash and tooth defects under different kinematic and loading conditions. Fast Fourier Transform (FFT) analysis shows the appearance of side band modulations and harmonics of the gear mesh frequency. A joint time-frequency analysis (JTFA) during start-up reveals the unique vibration patterns for fixed axis gear train and differential planetary gear, respectively, when the contact forces increase during acceleration.

<p>Multi-linear operators play an important role in analysis due to their multiple connections with and applications to other mathematical areas such as ergodic theory, elliptic regularity, and other problems in partial differential equations.</p> <p>Within the area of multi-linear operators, powerful methods were developed originating from the problem of the almost everywhere convergence of Fourier series. Indeed, in their work, Carleson and Fefferman lay the foundation of time-frequency analysis. By further refining their methods, M. Lacey and C. Thiele proved the boundedness of the classical bilinear Hilbert transform for a suitable range of Hölder indices.</p> <p>In this thesis, we consider the general boundedness properties of the bilinear Hilbert transform and the sub-bilinear maximal function along a suitable family of curves.</p> <p>In the first part of our work, we present a short proof of the maximal boundedness range for the sub-bilinear maximal function along non-flat curves, giving a unified treatment of both the singular and the maximal operators.</p> <p>In the second part, we discuss the boundedness of these operators along hybrid curves. This work aims to present a unified perspective that treats the case obtained by joining the zero-curvature features of the operators along flat curves with the non-zero curvature features along non-flat curves.</p>

Vibrations are everywhere around us all the time and we often recognise them as sounds that we can hear and analyse with our brain. In this thesis, data that has been gathered from a diverter switch (DS) in a controlled environment, is analysed. This data consists of vibroacoustic measurements and information to indicate what is happening inside the DS as the vibroacoustic data is gathered. The frequency properties of vibroacoustic data from the DS gathered before this thesis are displayed using a wavelet transformation model. This means the frequency properties of the signal can be approximated for all times in the operation with a certain accuracy. As the DS is built from many different components, the frequency properties of these components are compared to the time-frequency picture of the full DS operation. This sort of comparison ends up not being feasible as the complexity of the DS frequency pattern is much more than that of a sum of its component’s frequency pattern. A second approach of analysing the gathered vibroacoustic data is by using a classification model. The information about what is happening inside of the DS is used to train a logistic regression model on different defined regions of the vibroacoustic data. Before the training is preformed though, the different defined regions are transformed into frequency space with help of the fast Fourier transform. With this, a classification model is produced, where vibroacoustic data of any time region can be fed into the model and the model will classify which defined region this vibroacoustic data belongs to. The results are promising, and the model can be used both for classification of the defined regions and potentially used to determine if the vibroacoustic properties of the DS has changed due to wear of the mechanical components or transformer oil.

Dans cette thèse, nous nous proposons d’investiguer les signaux expérimentaux provenant des transmissions par courroie, afin d’envisager par exemple le diagnostic de la tension. N’étant pas issu du domaine de la Mécanique, nous présentons donc une bibliographie exhaustive et thématique sur la théorie et l’expérimentation dans les systèmes transmissions par courroie. Le résumé de ce travail a permis de choisir une approche de modélisation mécanique correspondant au mieux aux conditions réelles de fonctionnement de notre système. Elle inclut les variations temporelles dans la vitesse de rotation du moteur qui entraîne la transmission entière et des changements dans la tension de la courroie. Malheureusement, nous n’avons pas réussi à implémenter numériquement les équations de simulation. Néanmoins, les conclusions que nous en tirons nous aident par la suite à mieux comprendre et interpréter les résultats expérimentaux obtenus, après application de l’ensemble des procédures de Traitement du signal. Notre panoplie d’outils de traitements numériques est tirée d’une longue analyse comparative des différents algorithmes de Traitement du Signal existants, dédiés à la surveillance, au diagnostic et au pronostic des défaillances observées sur les roulements et les engrenages. Nous les avons réadaptés pour convenir à l'étude des paramètres variables (tension, charge et/ou vitesse) qui peuvent apparaître dans les transmissions par courroie. Le principal intérêt de notre travail est le développement d’une procédure automatisée et efficace, permettant un suivi fiable des défaillances, dans les domaines d’analyses : modale, traditionnelle (temporelle, fréquentielle, spectrale), synchrone, temps-fréquence et surtout « cyclostationnaire » . Dans ce dernier domaine, avec des méthodes d’extraction de sources à partir d’un signal préalablement rééchantillonné, nous étudions spécifiquement les composantes périodique et aléatoire. Chaque type de défaut (variations au niveau de la tension, la charge et/ou la vitesse) a une signature que nous cherchons à distinguer avec des indicateurs de condition(temporels, fréquentiels et spectraux). Nous essayons de comparer les résultats expérimentaux à la théorie sur les transmissions par courroie. Grâce aux méthodes et algorithmes développés dans ce travail de thèse, nous apportons une contribution permettant de traiter un certain nombre de problèmes inhérents aux transmissions par courroies, à partir de leurs signaux expérimentaux acquis sur des accéléromètres, des jauges de contraintes et des codeurs optiques / In this PHD, we investigate experimental signals recorded from belt drives with a diagnosis aim of belt tension. Our research works present an exhaustive and thematic bibliography on theory and experimentation in belt drive to complete our insufficient knowledges in mechanical domain. We choosed a theoritical approach nearest real conditions of our belt drives bench. We included time fluctuaction in drive shaft speed and blet changes. Unfortunately, we could not resolve motion equations because existence of numerical limits. All conclusions will be used to understand and interprate experimental results after our signal processing numerical procedures. Our tools panel of numerical process comes from a comparative analysis extracted in several scientific documents and differents algorithms. They dedicate to surveillance, diagnosis and pronostic oriented toward bear and gear defaults. A adaptation in our belt case is necessary with variables parameters (tension, load and/or speed) affecting our case. In our automatic approach, we study several faults in analysis domains : modal, traditionnal (time, frequency, spectrum), synchronous, time-frequency and « cyclostationary » . In this last domain, we extract both comopnent (discret and random), after an previous resmapling operation applying to raw collected signal. Each falut type has a specific signature to discriminate with pertinent condition indications (time, frequency and spectrum domains). All results are discussed at the end of this PHD document. Our developped methods and algorithms are a contribution to process belt drives problems, from exprerimental signals recording with acceleromertes, constraint gauges and optical coders

Dans ce travail, une approche de reconnaissance de l’orateur en utilisant un microphone de contact est développée et présentée. L'élément passif de contact est construit à partir d'un matériau piézoélectrique. La position du transducteur piézoélectrique sur le cou de l'individu peut affecter grandement la qualité du signal recueilli et par conséquent les informations qui en sont extraites. Ainsi, le milieu multicouche dans lequel les vibrations des cordes vocales se propagent avant d'être détectées par le transducteur est modélisé. Le meilleur emplacement sur le cou de l’individu pour attacher un élément transducteur particulier est déterminé en mettant en œuvre des techniques de simulation Monte Carlo et, par conséquent, les résultats de la simulation sont vérifiés en utilisant des expériences réelles. La reconnaissance est basée sur le signal généré par les vibrations des cordes vocales lorsqu'un individu parle et non sur le signal vocal à la sortie des lèvres qui est influencé par les résonances dans le conduit vocal. Par conséquent, en raison de la nature variable du signal recueilli, l'analyse a été effectuée en appliquant la technique de transformation de Fourier à court terme pour décomposer le signal en ses composantes de fréquence. Ces fréquences représentent les vibrations des cordes vocales (50-1000 Hz). Les caractéristiques en termes d'intervalle de fréquences sont extraites du spectrogramme résultant. Ensuite, un vecteur 1-D est formé à des fins d'identification. L'identification de l’orateur est effectuée en utilisant deux critères d'évaluation qui sont la mesure de la similarité de corrélation et l'analyse en composantes principales (ACP) en conjonction avec la distance euclidienne. Les résultats montrent qu'un pourcentage élevé de reconnaissance est atteint et que la performance est bien meilleure que de nombreuses techniques existantes dans la littérature. / In this work, a speaker recognition approach using a contact microphone is developed and presented. The contact passive element is constructed from a piezoelectric material. In this context, the position of the piezoelectric transducer on the individual’s neck may greatly affect the quality of the collected signal and consequently the information extracted from it. Thus, the multilayered medium in which the sound propagates before being detected by the transducer is modeled. The best location on the individual’ neck to place a particular transducer element is determined by implementing Monte Carlo simulation techniques and consequently, the simulation results are verified using real experiments. The recognition is based on the signal generated from the vocal cords’ vibrations when an individual is speaking and not on the vocal signal at the output of the lips that is influenced by the resonances in the vocal tract. Therefore, due to the varying nature of the collected signal, the analysis was performed by applying the Short Term Fourier Transform technique to decompose the signal into its frequency components. These frequencies represent the vocal folds’ vibrations (50-1000 Hz). The features in terms of frequencies’ interval are extracted from the resulting spectrogram. Then, a 1-D vector is formed for identification purposes. The identification of the speaker is performed using two evaluation criteria, namely, the correlation similarity measure and the Principal Component Analysis (PCA) in conjunction with the Euclidean distance. The results show that a high percentage of recognition is achieved and the performance is much better than many existing techniques in the literature.

Les objectifs de cette thèse sont d'étudier les capacité prédictive des méthodes statistiques URANS et hybrides RANS-LES à modéliser des écoulements complexes à haut nombre de Reynolds et de réaliser l'analyse physique de la turbulence et des structures cohérentes en proche paroi. Ces travaux traitent de configurations étudiées dans le cadre des projets européens ATAAC (Advanced Turbulent Simulation for Aerodynamics Application Challenges) et TFAST (Transition Location Effect on Shock Wave Boundary Layer Interaction). Premièrement, l'écoulement décollé autour d’une configuration de cylindre en tandem, positionnés l'un derrière l’autre, est étudiée à un nombre de Reynolds de 166000. Un cas statique, correspondant schématique aux support de train d'atterrissage, est d’abord considéré. L’interaction fluide-structure est ensuite étudiée dans le cas dynamique, dans lequel le cylindre aval possède un degré de liberté en translation dans la direction perpendiculaire à l'écoulement. Une étude paramétrique est menée afin d'identifier les différents régimes d'interaction en fonction des paramètres structuraux. Dans un deuxième temps, la physique du tremblement transsonique est étudiée au moyen d’une analyse temps-fréquence et d’une décomposition orthogonale en modes propres (POD), dans l’intervalle de nombre de Mach 0.70–0.75. Les interactions entre le choc principal, la couche limite décollée par intermittence et les tourbillons se développant dans le sillage, sont analysées. Un forçage stochastique, basée sur une réinjection de turbulence synthétique dans les équations de transport de l’énergie cinétique et du taux de dissipation générée à partir de la reconstruction POD, a été introduit dans l’approche OES (organised-eddy simulation). Cette méthode introduit une modélisation de la turbulence “upscale" agissant comme un mécanisme de blocage par tourbillons capable de prendre en compte les interfaces turbulent/non-turbulent et de couches de cisaillement autour des géométries. Cette méthode améliore grandement la prédiction des forces aérodynamiques et ouvre de nouvelles perspectives quant aux approches de type moyennes d’ensemble pour modéliser les processus cohérents et aléatoires à haut nombre de Reynolds. Enfin, l'interaction onde de choc/couche limite (SWBLI) est traitée, dans le cas d’un choc oblique à nombre de Mach 1.7, contribuant aux études de "design d'ailes laminaires" au niveau européen. Les performances des modèles URANS et hybrides RANS-LES ont été analysées en comparant, avec les résultats expérimentaux, les valeurs intégrales de la couche limite (épaisseurs de déplacement et de quantité de mouvement) et les valeurs à la paroi (coefficient de frottement). Les effets de la transition dans la couche limite sur l’interaction choc/couche limite sont caractérisés. / This thesis aims at analysing the predictive capabilities of statistical URANS and hybrid RANS-LES methods to model complex flows at high Reynolds numbers and carrying out a physical analysis of the near-region turbulence and coherent structures. This study handles configurations included in the European research programmes ATAAC (Advanced Turbulent Simulation for Aerodynamics Application Challenges) and TFAST (Transition Location Effect on Shock Wave Boundary Layer Interaction). First, the detached flow in a configuration of a tandem of cylinders, positionned behind one another, is investigated at Reynolds number 166000. A static case, corresponding to the layout of the support of a landing gear, is initially considered. The fluid-structure interaction is then studied in a dynamic case where the downstream cylinder, situated in the wake of the upstream one, is given one degree of freedom in translation in the crosswise direction. A parametric study of the structural parameters is carried out to identify the various regimes of interaction. Secondly, the physics of the transonic buffet is studied by means of time-frequency analysis and proper orthogonal decomposition (POD), in the Mach number range 0.70–0.75. The interactions between the main shock wave, the alternately detached boundary layer and the vortices developing in the wake are analysed. A stochastic forcing, based on reinjection of synthetic turbulence in the transport equations of kinetic energy and dissipation rate by using POD reconstruction, has been introduced in the so-called organised-eddy simulation (OES) approach. This method introduces an upscale turbulence modelling, acting as an eddy-blocking mechanism able to capture thin shear-layer and turbulent/non-turbulent interfaces around the body. This method highly improves the aerodynamic forces prediction and opens new ensemble-averaged approaches able to model the coherent and random processes at high Reynolds number. Finally, the shock-wave/boundary-layer interaction (SWBLI) is investigated in the case of an oblique shock wave at Mach number 1.7 in order to contribute to the so-called "laminar wing design" studies at European level. The performance of statistical URANS and hybrid RANS-LES models is analysed with comparison, with experimental results, of integral boundary-layer values (displacement and momentum thicknesses) and wall quantities (friction coefficient). The influence of a transitional boundary layer on the SWBLI is featured.

La vitesse des liens séries haut débit (USB, SATA, PCI-express, etc.) a atteint les multi-gigabits par seconde, et continue à augmenter. Deux des principaux paramètres électriques utilisés pour caractériser les performances des SerDes sont la gigue transmis à un niveau de taux d’erreur donné et la capacité du récepteur à suivre la gigue à un taux d’erreur donné.Modéliser le bruit de phase des différents components du SerDes, et extraire la gigue temporelle pour la décomposer, aideraient les ingénieurs en conception de circuits à atteindre les meilleurs résultats pour les futures versions des SerDes. Générer des patterns de gigue synthétiques de bruits blancs ou colorés permettrait de mieux analyser les effets de la gigue dans le système pendant la phase de vérification.La boucle d’asservissement de phase est un des contributeurs de la gigue d’horloge aléatoire et déterministe à l’intérieur du système. Cette thèse présente une méthode pour modéliser la boucle d’asservissement de phase avec injection du bruit de phase et estimation de la gigue temporelle. Un modèle dans le domaine temporel en incluant les effets de non-linéarité de la boucle a été créé pour estimer cette gigue. Une nouvelle méthode pour générer des patterns synthétiques de gigue avec une distribution Gaussienne à partir de profils de bruit de phase coloré a été proposée.Les standards spécifient des budgets séparés de gigue aléatoire et déterministe. Pour décomposer la gigue de la sortie de la boucle d’asservissement de phase (ou la gigue généré par la méthode présentée), une nouvelle technique pour analyser et décomposer la gigue a été proposée. Les résultats de modélisation corrèlent bien avec les mesures et cette technique aidera les ingénieurs de conception à identifier et quantifier proprement les sources de la gigue ainsi que leurs impacts dans les systèmes SerDes.Nous avons développé une méthode, pour spécifier la boucle d’asservissement de phase en termes de bruit de phase. Cette méthode est applicable à tout standard (USB, SATA, PCIe, …) et définit les profils de bruits de4phases pour les différentes parties de la boucle d’asservissement de phase, pour s’assurer que les requis des standards sont satisfaits en termes de gigue. Ces modèles nous ont également permis de générer les spécifications de la PLL, pour des standards différents. / Bit rates of high speed serial links (USB, SATA, PCI-express, etc.) have reached the multi-gigabits per second, and continue to increase. Two of the major electrical parameters used to characterize SerDes Integrated Circuit performance are the transmitted jitter at a given bit error rate (BER) and the receiver capacity to track jitter at a given BER.Modeling the phase noise of the different SerDes components, extracting the time jitter and decomposing it, would help designers to achieve desired Figure of Merit (FoM) for future SerDes versions. Generating white and colored noise synthetic jitter patterns would allow to better analyze the effect of jitter in a system for design verification.The phase locked loop (PLL) is one of the contributors of clock random and periodic jitter inside the system. This thesis presents a method for modeling the PLL with phase noise injection and estimating the time domain jitter. A time domain model including PLL loop nonlinearities is created in order to estimate jitter. A novel method for generating Gaussian distribution synthetic jitter patterns from colored noise profiles is also proposed.The Standard Organizations specify random and deterministic jitter budgets. In order to decompose the PLL output jitter (or the generated jitter from the proposed method), a new technique for jitter analysis and decomposition is proposed. Modeling simulation results correlate well with measurements and this technique will help designers to properly identify and quantify the sources of deterministic jitter and their impact on the SerDes system.We have developed a method, for specifying PLLs in terms of Phase Noise. This method works for any standard (USB, SATA, PCIe, …), and defines Phase noise profiles of the different parts of the PLL, in order to be sure that the standard requirements are satisfied in terms of Jitter.

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines.