Mes travaux de thèse s'intéressent à la voix émotionnelle dans un contexte d'interaction humain-robot. Dans une interaction réaliste, nous définissons au moins quatre grands types de variabilités : l'environnement (salle, microphone); le locuteur, ses caractéristiques physiques (genre, âge, type de voix) et sa personnalité; ses états émotionnels; et enfin le type d'interaction (jeu, situation d'urgence ou de vie quotidienne). A partir de signaux audio collectés dans différentes conditions, nous avons cherché, grâce à des descripteurs acoustiques, à imbriquer la caractérisation d'un locuteur et de son état émotionnel en prenant en compte ces variabilités.Déterminer quels descripteurs sont essentiels et quels sont ceux à éviter est un défi complexe puisqu'il nécessite de travailler sur un grand nombre de variabilités et donc d'avoir à sa disposition des corpus riches et variés. Les principaux résultats portent à la fois sur la collecte et l'annotation de corpus émotionnels réalistes avec des locuteurs variés (enfants, adultes, personnes âgées), dans plusieurs environnements, et sur la robustesse de descripteurs acoustiques suivant ces quatre variabilités. Deux résultats intéressants découlent de cette analyse acoustique: la caractérisation sonore d'un corpus et l'établissement d'une liste "noire" de descripteurs très variables. Les émotions ne sont qu'une partie des indices paralinguistiques supportés par le signal audio, la personnalité et le stress dans la voix ont également été étudiés. Nous avons également mis en oeuvre un module de reconnaissance automatique des émotions et de caractérisation du locuteur qui a été testé au cours d'interactions humain-robot réalistes. Une réflexion éthique a été menée sur ces travaux.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mathématiques : Mécanique. Acoustique : Toulon : 2007. / Titre provenant du cadre-titre. Références bibliographiques f.111-123.

Thèse de doctorat : Plasmas, Optique, Opto-Électronique et Micro-Nanosystèmes : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3855. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 293-298.

La dynamique des flammes de prémélange est étudiée par deux approches numériques différentes. La première résout les équations compressibles de Navier-Stokes avec une chimie simplifiée (DNS). Afin de réduire les coûts de calcul, nous analysons et développons un schéma numérique à grille décalée. Le traitement des ondes acoustiques aux sorties est connu pour rendre les flammes cylindriques légèrement carrées. Ces déformations non-physiques sont expliquées en mettant en évidence la modélisation insuffisamment précise de l'accélération du fluide lorsque l'écoulement est oblique à la sortie. Une étude paramétrique et statistique de flammes turbulentes est menée en 2D et une simulation parallèle 3D est réalisée dans un domaine de (3cm)3. En considérant la flamme infiniment mince, l'approche EEM diminue considérablement les coûts de calcul. Les mêmes simulations sont réalisées et comparées aux résultats de DNS pour tester la capacité du modèle EEM à fournir des résultats quantitatifs.

Les développements récents en physique, et technologiques, ont permis l'élaboration de nouveaux matériaux magnéto-électro-élastique, comme les composites multicouches piézoélectriques / piézomagnétiques. Leur coefficient magnétoélectrique, très grand en comparaison de celui des matériaux constitués d'une seule phase, a suscité récemment un grand nombre de travaux, menant au développement de capteurs, d'actionneurs, de systèmes de conversion d'énergie magnétique-électrique, et dans les mémoires à état solide.Cette thèse porte sur l'étude théorique et expérimentale des ondes acoustiques de surface dans des structures multicouches piézomagnétiques. Une description théorique des matériaux magnéto-élastiques, reposant sur la dérivation d'un modèle de matériau piézomagnétique équivalent, est utilisée conjointement à une technique numérique afin de calculer les courbes de dispersion et les formes des modes des ondes acoustiques se propageant dans des composites piézo-électro-magnétiques déposés sur un substrat. Ce modèle, très général, peut être utilisé pour différents types de structures et pour une intensité et une direction quelconques du champ magnétique externe appliqué. Les structures réalisées en salle blanche sont constituées d'un film mince de 20 couches de TbCo2 (5nm)/FeCo(5nm) déposé sur un substrat de LiNbO3 entre deux peignes interdigités. Une comparaison, entre les variations de la vitesse de phase d'ondes acoustiques de surface induites par l'application d'un champ magnétique externe modélisées et mesurées, est réalisée. Un bon accord quantitatif entre les mesures et les calculs théoriques, et cela pour toutes les orientations du champ magnétique (suivant l'axe facile ou l'axe difficile) et pour différents modes acoustiques, est obtenu. Le mode transverse horizontal présente les plus grandes variations de vitesse, proche de 20% pour un film dont l'épaisseur serait celle de la longueur d'onde acoustique

Th. doct.--Géosci. et matières premières--Nancy--Inst. natl. polytech. de Lorraine, 1998. / Bibliogr. p. 297-303. Résumé en français et en anglais. 1998 d'après la déclaration de dépôt légal.

Les instabilités thermo-acoustiques causent des problèmes récurrents dans les chambres de combustion pour une large gamme d'applications industrielles, allant des chaudières domestiques aux turbines à gaz, en passant par les moteurs fusées. Ces phénomènes résultent d’un couplage résonant entre la dynamique de la combustion et les modes acoustiques du foyer, et peuvent donner lieu à de fortes vibrations, un vieillissement prématuré des composants de la chambre, voire des dommages structurels. Les mécanismes physiques mis en jeu sont complexes et difficiles à modéliser, ainsi les oscillations thermo-acoustiques ne sont pas facilement prévisibles au stade de la conception d’une chambre de combustion. Dans de nombreux foyers, des systèmes d’amortissement passifs sont installés pour augmenter la dissipation d’énergie acoustique et empêcher le développement de ces instabilités. Dans ce travail, des systèmes d’amortissement basés sur des plaques perforées couplées à une cavité résonante et traversées par un écoulement moyen sont analysés. Les principaux objectifs sont : (i) d’améliorer et de simplifier la conception de systèmes d’amortissement robustes en maximisant leurs propriétés d’absorption acoustique en régime linéaire, (ii) d’analyser l’effet de l’amplitude des ondes sonores incidentes sur la réponse acoustique des plaques perforées et (iii) de développer des modèles capables de reproduire cette réponse aux hautes amplitudes. Tout d’abord, deux régimes asymptotiques intéressants sont identifiés où le système fonctionne à faibles et forts nombres de Strouhal respectivement. Dans ces régimes la conception d’un système d’amortissement maximisant l’absorption acoustique est grandement simplifiée, puisque les calculs de la vitesse optimale de l’écoulement et de la taille de la cavité sont découplés. Il est démontré qu’à faible nombre de Strouhal le système se comporte comme un résonateur quart d’onde, et dispose d’une bande d’absorption très large. À fort nombre de Strouhal, le système fonctionne comme un résonateur de Helmholtz, comportant une cavité de taille plus réduite, mais une bande d’absorption beaucoup plus étroite que dans le régime précédent. Ces prévisions sont confirmées par des mesures réalisées dans les différents régimes identifiés sur un dispositif expérimental dédié. L’évolution des propriétés acoustiques d’une plaque perforée lorsque l’amplitude de forçage augmente est ensuite examinée par le biais de simulations directes. Il est montré que la transition du régime linéaire au régime non linéaire se produit lorsque l’amplitude de la vitesse acoustique dans l’orifice est comparable à la vitesse de l’écoulement moyen dans les trous. Pour des amplitudes élevées, une inversion périodique de l’écoulement est observée dans l’orifice. Des anneaux tourbillonnaires sont alternativement éjectés en amont et en aval de l’orifice à une vitesse de convection qui augmente avec l’amplitude de la perturbation acoustique. Ces mécanismes influencent profondément l’absorption acoustique des plaques perforées dans le régime non linéaire. Deux nouveaux modèles décrivant la réponse non linéaire de ces systèmes sont ensuite développés en exploitant la trajectoire des vortex (modèle VC), et une approche quasi-stationnaire (modèle IDF). Les prévisions de ces modèles sont confrontées à des mesures effectuées dans le tube à impédance et aux résultats de simulations directes. Les résultats obtenus au cours de ces travaux peuvent être utilisés pour guider la conception de systèmes d’absorption robustes, capables de fonctionner dans des environnements difficiles avec des niveaux sonores élevés, comme ceux rencontrés lors d’instabilités thermo-acoustiques. / Thermo-acoustic instabilities are of primary concern in combustion chambers for a wide range of industrial applications, from domestic boiler to gas turbines or rocket engines. They are the consequence of a resonant coupling between the flame dynamics and the acoustic modes of the combustor, and can result in strong vibrations, early aging of combustor components and structural damage. The physical mechanisms involved are complex and difficult to model, thus thermo-acoustic oscillations are not easily predictable at the design stage of a combustor. In many combustors, passive dampers are implemented to increase the acoustic energy dissipation of the system and to hinder detrimental flame-acoustics interactions. In the present work, passive damping systems based on perforated screens backed by a resonant cavity and traversed by a bias flow are investigated. The main objectives are: (i) to improve and simplify the design of these dampers by maximizing their acoustic absorption properties in the linear regime, (ii) to analyze the effect of the sound wave amplitude on the acoustic response of these systems and (iii) to develop models capable of capturing absorption at high oscillation amplitudes. First, two interesting asymptotic regimes are identified where the plate operates at low and high Strouhal numbers respectively. In these regimes the design of a damper maximizing absorption is greatly simplified, since the choice of the optimal bias flow velocity and back cavity size can be decoupled. It is shown that at low Strouhal numbers the damper behaves as a quarter-wave resonator, and features a wide absorption bandwidth. At high Strouhal numbers, the system operates as a Helmholtz resonator, featuring shorter optimal back cavity sizes but narrower absorption bandwidths. These predictions are compared to measurements in a dedicated experimental setup for the different operating regimes identified. The dependence of the acoustic properties of a perforated plate on the forcing amplitude is then examined by means of direct numerical simulations. It is shown that transition from linear to nonlinear regimes occurs when the acoustic velocity amplitude in the orifice is comparable to the mean bias flow velocity. At high amplitudes, periodic flow reversal is observed within the perforation, vortex rings are alternatively shed upstream and downstream of the hole and convected away at a velocity which is increasing with the forcing amplitude. These mechanisms greatly influence the acoustic absorption of the perforate in the nonlinear regime. Two novel models capturing this nonlinear response are then inferred based on an analysis of the vortex trajectory (VC model), and on a quasi-steady description of the flow (IDF model). Their predictions are finally compared to measurements conducted in an impedance tube, and to results from numerical simulations. The results obtained in this work can be used to ease the design of robust dampers capable of operating in harsh environments with high sound levels, such as those found during self-sustained thermo-acoustic instabilities.

Les effets non linéaires de l’acoustique et en particulier le streaming de Rayleigh sont étudiés depuis les années 1850 où Lord Rayleigh fit l’observation d’un écoulement quasi permanent se superposant à l’onde acoustique qui se propageait dans un résonateur. Ce phénomène n’est donc pas nouveau et il a par ailleurs été le sujet de nombreuses études. Il a néanmoins été adopté comme point de départ de cette thèse, à ceci près que nous avons choisi de l’appliquer ici au cas particulier de la thermoacoustique. Cette nouvelle discipline qui a commencé à se développer dans les années 1980 met en œuvre un processus (basé sur la conversion réciproque entre énergie acoustique et énergie thermique) utilisé dans les systèmes thermoacoustiques tels que les moteurs ou réfrigérateurs. C’est une nouvelle technologie propre et fiable qui a de nombreux avantages. Cependant lorsque ces machines fonctionnent à forts niveaux acoustiques des effets indésirables viennent perturber le fonctionnement et réduire le rendement. Au cours de cette thèse nous nous sommes efforcés à analyser et évaluer expérimentalement ces effets indésirables et non linéaires qui se caractérisent entre autres par l’apparition du streaming de Rayleigh. Un objectif pas si élémentaire car ces phénomènes du second ordre amènent généralement à des situations délicates où les interactions et couplages entre les différents effets rencontrés sont très présents. L’interaction d’un gradient de température au sein du résonateur, de la géométrie de ce dernier ou encore l’interaction d’un stack thermoacoustique sur le streaming de Rayleigh sont autant de points sur lesquels nous nous sommes concentrés. Pour mener à terme cette étude, un premier résonateur acoustique muni d’une cellule de mesure a été utilisé pour valider la méthode expérimentale retenue. La PIV (Velocimétrie par Image de Particules) a été retenue comme technique la plus appropriée à la mesure des non linéarités de l’écoulement et du streaming de Rayleigh. Un second résonateur a ensuite été réalisé puis mis en place au laboratoire afin d’effectuer des mesures de plus grande envergure. Les résultats confirment les conclusions tirées de précédentes études et montrent la présence de quatre cellules contrarotatives au sein du résonateur. Par ailleurs la totalité du résonateur a pu être cartographiée permettant ainsi de visualiser l’ensemble des écoulements secondaires présents. L’intrication du streaming avec la température se révèle complexe. L’introduction de nouveaux éléments dans le résonateur (tels que les échangeurs) vient en effet créer des phénomènes qui se superposent aux effets déjà présents. Afin de continuer le travail débuté au cours de cette thèse, de nouveaux essais sont prévus. Ils permettront d’analyser plus finement les diverses interactions entre phénomènes. / Nonlinear acoustic effects and Rayleigh streaming in particular are studied since the 1850s when Lord Rayleigh made the observation of a quasi-steady flow superimposed on the acoustic wave propagating in a resonator. This phenomenon may not be new and it has moreover been the subject of numerous studies. However, it was adopted as the starting point of this thesis, except that we have chosen to apply it to the particular case of thermoacoustics. This new discipline that has started raising interest in the 1980s features a process –based on reverse conversion between thermal and acoustic energy- used in systems such as thermoacoustic engines and refrigerators. This is a new, clean and reliable technology that has many advantages. However, when these machines operate at high acoustic levels unwanted and nonlinear effects appear reducing the machine performances. In this thesis we therefore have tried to analyze and experimentally evaluate these effects which among other things are characterized by the appearance of Rayleigh streaming. This goal is not so elementary as these second-order phenomena generally lead to tricky situations where interactions and couplings between the different effects encountered are very present. The interaction of a temperature gradient within the resonator, the geometry of the latter or the interaction of a thermoacoustic stack on Rayleigh streaming are many points on which we focused. To complete this study, an acoustic resonator with a measurement cell was first used to validate the experimental method chosen. PIV (Particle Image Velocimetry) has proven to be an appropriate technique for the measurement of acoustical nonlinearities and Rayleigh streaming. A second resonator was then achieved and implemented in the laboratory to make measurements on a larger scale. The results confirm the findings of previous studies and show the presence of two counter-rotating cells within the resonator. Moreover the entire resonator has been mapped allowing visualizing all secondary flows. The interaction of streaming with temperature is complex. The introduction of new elements in the resonator such as heat exchangers has indeed created additional phenomena that superimposed on already existing effects. To continue the work started in this thesis, further tests are planned. They will further analyze the interactions between theses various phenomena.

Le domaine de la reconnaissance automatique du locuteur (RAL) a vu des avancées considérables dans la dernière décennie permettant d’atteindre des taux d’erreurs très faibles dans des conditions contrôlées. Cependant, l’implémentation de cette technologie dans des applications réelles est entravée par la grande dégradation des performances en présence de nuisances acoustiques en phase d’utilisation. Un grand effort a été investi par la communauté de recherche en RAL dans la conception de techniques de compensation des nuisances acoustiques. Ces techniques opèrent à différents niveaux : signal, paramètres acoustiques, modèles ou scores. Avec le développement du paradigme de "variabilité totale", de nouvelles possibilités peuvent être explorées profitant des propriété statistiques simples de l’espace des i-vecteurs. Notre travail de thèse s’inscrit dans ce cadre et propose des techniques de compensation des nuisances acoustiques qui opèrent directement dans le domaine des i-vecteurs. Ces algorithmes utilisent des relations simples entre les i-vecteurs corrompus et leurs versions propres et font abstraction de l’effet réel des nuisances dans cet espace. Afin de mettre en œuvre cette méthodologie, des exemples de données propres / corrompues sont générés artificiellement et utilisés pour construire des algorithmes de compensation des nuisances acoustiques. Ce procédé permet d’éviter les dérivations qui peuvent être complexes, voire très approximatives. Les techniques développées dans cette thèse se divisent en deux classes : La première classe de techniques se base sur un modèle de distorsion dans le domaine des i-vecteurs. Une relation entre la version propre et la version corrompue d’un i-vecteur est posée et un estimateur permettant de transformer un i-vecteur de test corrompu en sa version propre est construit. La deuxième classe de techniques n’utilise aucun modèle de distorsion dans le domaine des i-vecteurs. Elle permet de tenir compte à la fois de la distribution des i-vecteurs propres, corrompus ainsi que la distribution jointe. Des expériences ont été réalisées sur les données bruitées ainsi que les données de courte durée ; donnés de NIST SRE 2008 bruitées/découpées artificiellement ainsi que les données du challenge SITW bruitées naturellement / de courte durée. / Speaker recognition witnessed considerable progress in the last decade, achieving very low error rates in controlled conditions. However, the implementation of this technology in real applications is hampered by the great degradation of performances in presence of acoustic nuisances. A lot of effort has been invested by the research community in the design of nuisance compensation techniques in the past years. These algorithms operate at different levels : signal, acoustic parameters, models or scores. With the development of the "total variability" paradigm, new possibilities can be explored due to the simple statistical properties of the i-vector space. Our work falls within this framework and presents new compensation techniques which operate directly in the i-vector space. These algorithms use simple relationships between corrupted i-vectors and the corresponding clean versions and ignore the real effect of nuisances in this domain. In order to implement this methodology, pairs of clean and corrupted data are artificially generated then used to develop nuisance compensation algorithms. This method avoids making complex derivations and approximations. The techniques developed in this thesis are divided into two classes : The first class of techniques is based on a distortion model in the i-vector space. A relationships between the clean version of an i-vector and its corrupted version is set and an estimator is built to transform a corrupted test i-vector to its clean counterpart. The second class of techniques does not use any distortion model in the i-vectors domain. It takes into account both the distribution of the clean, corrupt i-vectors as well as the joint distribution. Experiments are carried-out on noisy data and short utterances ; artificially corrupted NIST SRE 2008 data and natural SITW (short / noisy segments).