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Longterm exposure to noise in the workplace can lead hearing loss and other psychosocial effects. Among the most effective noise reduction methods is to apply efforts directly at the source. To do so, each source must be characterized by their spatial location and contribution. In the workplace, a Spherical Microphone Array (SMA) can be used. When the microphones are held on a wireframe structure or on thin rods, the SMA is considered acoustically transparent, and the Conventional Beamforming in the Frequency domain (CBF) algorithm can be used. The CBF, however, does not compensate for the scattering effect of a diffracting object. On the other hand, rigid SMAs are usually made of a solid sphere with flush-mounted microphones and may scatter the acoustic waves. Although the literature has shown the advantages of using a rigid SMA with the spherical harmonics decomposition, the influence of the scattering effect on the acoustic image when not accounted for remains under-examined. This study aims to assess the influence of the uncompensated scattering effects on acoustic images obtained with a SMA. Images obtained with a rigid SMA are compared to those obtained from a theoretical perfectly transparent SMA using the CBF. First, a spherical wave field is simulated using a finite element analysis model to generate the microphone signals for both SMAs. Then, the images are generated using the CBF and three image quality criteria are used to assess the scattering effects, i.e., the ellipse area ratio, the mainlobe-to-sidelobe ratio and the mainlobe level. Results show that the influence of the scattering effect, if not corrected, will reduce the width of the mainlobe and amplify the level of the sidelobes. The effect on the estimated source level is not significant in this case.

The quality of an acoustic image is evaluated based on criteria such as the source level, the mainlobe-to-sidelobes ratio and the spatial resolution. Spatial resolution can be evaluated by the mainlobe area. For spherical microphone arrays, polar projection and ellipse area can be used. These methods are however applied in a plane and not in a spherical plane. In particular, the covariance ellipsemethod may exceed the spherical coordinate frame of the acoustic image when the mainlobe is large, typically at low frequencies, or when there are numerous sidelobes at high frequencies. In addition, the mainlobe may not be centered in the acoustic image and may be distorted around the poles. In order to overcome these limitations, a criterion based on the solid angle is introduced in this paper.The performance of the method based on the solid angle computation is compared with that based on the ellipse. Numerical simulations are performed using a spherical microphone array with a rigid t-design geometry, and spherical harmonics are used to generate the acoustic images. The results show that the solid angle method provides a more stable value compared to the covariance ellipse method when the source is not centered. When the source is centered, the results are similar except when sidelobes occur. In conclusion, the solid angle method provides a robust approach for evaluating the spatial resolution of acoustic images obtained with spherical microphone arrays.

L’utilisation des ultrasons de puissance dans l’air constitue un champ de recherche grandissant de l’acoustique car de nombreuses applications lui sont découvertes (lévitation acoustique, analyse non destructive de matériaux, séchage par ultrasons et traitements médicaux). Dans ces applications, le recours aux ultrasons de puissance est limité car les technologies actuelles ne permettent pas de générer de hauts niveaux sonores (>120 dB SPL) au-delà de 40 kHz. De plus, elles sont coûteuses et ne permettent pas d’être utilisées sur une large bande de fréquence tout en permettant un contrôle de phase et de l’amplitude. C’est pourquoi, une nouvelle source ultrasonore de puissance remplissant les objectifs suivant permettraient d’étendre les applications des ultrasons dans l’air : – atteindre un minimum de 20 kHz – avoir un niveau sonore de 120 dB à 0.5 m – être large bande de : 20 kHz à 60 kHz Pour réponde à ces objectifs, le développement d’une source ultrasonore pneumatique est effectué. Elle permettrait de répondre à des besoins grandissants et d’étendre les possibilités d’utilisation des ultrasons de puissance à d’autres champs de l’ingénierie et de la science. Le développement de cette nouvelle source a été fait selon une approche itérative ayant pour objectif la réalisation d’une preuve de concept. Pour ce faire, un modèle analytique a été adapté. Ce modèle ne couvrant pas le cas étudier un modèle numérique a été effectué. Pour finir des phases de conception ont été réalisées grâce à la fabrication additive. Elles ont été suivies de phases expérimentales pour caractériser la source ultrasonore. Les résultats expérimentaux ont permis de démontrer les performances du système en atteignant des niveaux de pressions acoustiques (SPL) de 122 dB et 125 dB respectivement pour des pressions dans le plenum de 6 Psi et 36 Psi et pour la fréquence fondamentale. Cette fréquence a été mesurée jusqu’à 22 kHz lorsque la première harmonique atteignait 44 kHz et la deuxième harmoni

Les ultrasons sont utilisés dans le domaine médical. Ils ont d’abord été utilisés en tant qu’outil diagnostique, mais leurs possibilités d’applications non-invasives et peu coûteuses ouvrent sur des perspectives dans le domaine de la thérapie, notamment dans la modulation neuronale. De nombreuses études ont montré que l’utilisation d’ultrasons pourrait permettre un changement sur le long terme de l’activité des neurones, ouvrant la porte à des applications thérapeutiques. Leur utilisation de façon sécuritaire et contrôlée serait une véritable avancée pour le traitement des maladies neurologique, comme la maladie de Parkinson ou d’Alzheimer. L'enjeu est de développer une nouvelle technique de stimulation cérébrale pour des applications thérapeutiques, non invasive, afin d'aider à la compréhension et au traitement du cerveau humain. Cependant, les os, et notamment le crâne, présentent un obstacle à la propagation des ondes ultrasonores, absorbant et diffractant les faisceaux, rendant difficile l’utilisation des ultrasons dans un but de neuromodulation. Afin d’approfondir ce sujet d’étude, de nombreuses expériences doivent être réalisées sur des crânes de donneurs. Pour limiter l’utilisation d’un grand nombre de crânes, le processus de plastination permet de les conserver sur plusieurs années. La caractérisation de l’impact du processus de plastination sur la transmission des ondes ultrasonores à travers le crâne est primordiale pour pouvoir utiliser de tels spécimens. Un banc de test a été réalisé pour étudier la propagation des ondes ultrasonores à travers des crânes plastinés. Les expériences ont été réalisées dans un bassin d’inspection ultrasonore, avec un hydrophone et une sonde ultrasonore. Les données ont été analysées sous Matlab. La transmission des ultrasons et leur déphasage sont étudiés entre 200 kHz et 2100 kHz sur 3 crânes avant et après le processus de plastination. Le traitement de conservation ne semble pas avoir d’impact sur le déphasage engendré par, Ultrasound are used in medical field. They were first used as a diagnostic tool, but their non-invasive and inexpensive applications open up prospects in the field of therapy, particularly in neuronal modulation. Many studies have shown that the use of ultrasound under certain conditions could lead to a long-term change in the activity of neurons. Their use in a safe and controlled manner would be a real advance for the treatment of neurological diseases, such as Parkinson's or Alzheimer's. The challenge is to develop a new technique for non-invasive brain stimulation for therapeutic applications to help understand and treat the human brain. However, bones, and in particular the skull, present an obstacle to the propagation of ultrasound waves, absorbing and diffracting beams. In order to investigate this subject further, numerous experiments have to be carried out on donor skulls. In order to limit the use of a large number of skulls, the plastination process allows them to be preserved over several years. The characterization of the impact of the plastination process on the transmission of ultrasound waves through the skull is essential for the use of such specimens. A test bench was built to study the propagation of ultrasound waves through plastinated skulls. The experiments were performed in an ultrasonic inspection tank, using a hydrophone and an ultrasonic probe. The data was analysed in Matlab. Ultrasound transmission and skull phase shift were studied between 200 kHz and 2100 kHz on three skulls before and after the plastination process. The conservation treatment does not seem to have any impact on the phase shift generated by the skull, and therefore no impact on the speed of sound in the skull. The amplitude, however, loses between 4 and 15 dB, depending on the skull studied and its characteristics. Generally speaking, plastination has less impact on signal transmission between 200 kHz and 600 kHz with a decrease of about 5 dB. A homogeneous m

L’échographie en 3D permet d’améliorer la représentation d’un organe et d’effectuer des diagnostics plus avancés par rapport à l’échographie 2D. La sommation cohérente d’ondes est une méthode souvent utilisée pour faire de l’échographie 3D rapide. Cette méthode consiste à transmettre plusieurs ondes acoustiques dans un milieu pour reconstruire une image ou un volume ; ces ondes sont représentées par la position d’une source dite virtuelle. Les travaux de cette thèse portent sur la recherche de distributions de sources virtuelles qui améliorent plusieurs critères d’imagerie par rapport à des distributions couramment utilisées dans la littérature relative à la sommation cohérente d’ondes. Une méthode est proposée pour évaluer la performance d’une distribution selon deux critères d’imagerie : le contraste et la résolution latérale dans les volumes. Un algorithme d’optimisation est utilisé pour rechercher des distributions optimales lorsque vingt-cinq sources virtuelles sont utilisées. Différentes distributions optimales ont été trouvées selon ces deux critères d’imagerie. Certaines distributions favorisent la qualité d’imagerie dans l’axe de la sonde ; d’autres permettent de conserver une qualité d’image homogène dans l’ensemble du volume d’imagerie. Ces résultats améliorent alors la qualité des volumes reconstruits par sommation cohérente d’ondes ; ils devraient permettre d’améliorer des diagnostics médicaux basés sur l’imagerie 3D rapide., Three-dimensional echography allows better organ representation as well as more accurate medical diagnosis than two-dimensional echography. Coherent Compounding method is often used in fast 3D echography. It consists in transmitting several acoustic waves in a medium to reconstruct an image or a volume. These waves are controlled using the position of a so-called virtual source. In this work, we are looking for virtual sources distributions that can outperform standard distributions used in the literature, regarding imaging criteria. To do so, a method for evaluating a virtual source distribution performance is proposed by looking at two quantities : contrast and lateral resolution measured inside an imaging volume. The research for new distributions is done by using an optimization routine, with a fixed number of twenty-five virtual sources. Several optimized distribution have been found according to the two imaging criteria. Some of them help to have a better imaging quality along the axis of the probe ; some others ensure a more homogeneous distributions of these criteria through the whole volume. The outputs of this work is an imaging quality improvement for a volume when the coherent compounding method is used. These optimized distributions might help performing better medical diagnosis which are based on fast 3D echography.

Dans le cadre de ces travaux de recherche, un nouveau type d'actionneur électroacoustique est proposé dans le but de répondre à un besoin émergeant, soit un actionneur permettant de générer une onde de pression ultrasonore de grande amplitude (> 140 dB) sur une large bande passante allant de 25 à 75 kHz. Ce document est une synthèse des travaux effectués dans le but de présenter un prototype fonctionnel permettant de répondre à ce besoin. Cependant, certaines difficultés rencontrées ont fait en sorte que la preuve de concept développée se limite à une fréquence maximale de 25 kHz. Le concept développé se veut être une adaptation du principe d’arbre à cames, soit un mécanisme qui transfère un mouvement de rotation en un mouvement de translation tel qu’utilisé pour la conception des valves d’admission et d’éjection dans un moteur à explosion. En imposant un mouvement de rotation à une came par l’entremise d’un moteur électrique, il est possible de générer un mouvement de piston suivant le profil de la came et, par le fait même, générer une onde de pression ayant la fréquence voulue en adaptant le profile de la came à la vitesse de rotation du moteur. Afin d'évaluer la validité du concept proposé, soit le mécanisme External Axial Groove (EAG), un modèle dynamique est développé dans le but de faire le dimensionnement du prototype. Ce modèle permettant de faire une prédiction des métriques d'intérêts, soit la pression rayonnée par le dispositif et la fréquence atteinte en régime permanent, est utilisé afin d'optimiser les paramètres de conception, principalement la géométrie de la came ainsi que la masse du suiveur. Une analyse numérique permettant de confirmer la validité théorique du concept est faite, suite à quoi les pièces sont fabriquées. La dernière étape, soit la mise en fonction du prototype, permet ensuite de valider le concept en terme de fréquence et de niveau de pression. En effet, les valeurs obtenues ont un écart de 16% pour ce qui est de la fréquence mesu

Dans les usines de pâte et papier, des techniques mécaniques sont utilisées pour éliminer les suspensions solides accumulées et concentrer la pulpe de papier. Pour des raisons environnementales et dans le but d’optimiser la fabrication de papier, l’enjeu est aujourd’hui de développer une nouvelle méthode pour filtrer les solides ou fibres du flux d'eau. L'idée de départ porte ainsi sur l’utilisation de la lévitation acoustique qui permet la suspension de particules de matière dans un milieu en utilisant la pression de rayonnement d’une onde acoustique. La force acoustique de rayonnement provenant du champ ultrasonore couplée à la force de trainée permettent alors de faire migrer les solides et de les séparer du flux d'eau. L’objectif est ainsi, en s’appuyant sur les connaissances actuelles en lévitation acoustique, de déterminer les conditions opératoires optimales pour le déploiement d’un procédé industriel de concentration de pulpe par méthode ultrasonore. Ainsi, un état de l’art à partir de travaux existants est réalisé dans un premier temps. Des applications de lévitation acoustique dans différents milieux sont notamment étudiées. De plus, les caractéristiques des flux de pulpe sont mises en avant. Les transducteurs de puissance créant l’onde ultrasonore sont aussi analysés. Ensuite différentes expériences préliminaires pour un cas de pulpe stationnaire sont réalisées afin de valider l’utilisation de la lévitation acoustique pour la concentration de pulpe de papier. Différents paramètres et conditions sont ainsi identifiés. Un modèle numérique de lévitation acoustique en présence d’un flux de pulpe de papier est alors développé afin de réaliser une étude visant à optimiser les paramètres et conditions mis en avant expérimentalement. Ce modèle 2D axisymétrique se base sur des modèles existants de lévitation acoustique en milieu micro fluidique. A la suite de cette étude numérique un ensemble de paramètres permettant la concentration de la pulpe de papier est obte

Les caméras acoustiques servent à établir la cartographie sonore d’un environnement. Cette caractérisation peut mener au diagnostic des éléments trop bruyants d’un milieu de travail ou d’un produit. Plusieurs compagnies fabriquent et vendent de telles caméras, mais peu ont mis à jour leurs produits afin de refléter les plus récents développements en matière de microphones. En effet, les microphones MEMS numériques ayant fait leur apparition sur le marché depuis quelques années offrent un rapport qualité/ prix hors pair et leur utilisation en antennerie acoustique mérite d’être étudiée. La compagnie Mecanum partenaire du projet désire qu’une caméra acoustique performante à faible coût soit conçue et fabriquée au terme d’une période de deux ans. Ce défi technique exige la recherche et l’analyse des solutions possibles aux différents aspects du problème. D’abord, il faut choisir un algorithme de localisation de sources sonores approprié. Puis, la géométrie et le format de la caméra doivent être définis de façon à respecter les contraintes du cahier de charges de l’entreprise partenaire. Finalement, toute la chaîne électronique doit être choisie et assemblée, puis jointe à une structure mécanique usinée. Le tout formera une antenne qui sera commercialisable à faible prix afin que des petites et moyennes entreprises aient les moyens de s’en procurer. Ainsi, l’antennerie acoustique deviendra plus accessible, ce qui favorisera son utilisation dans la lutte pour la réduction de bruit dans différents milieux.