Time-frequency analysis and granular sythesis of diesel engine noise at idle: Application for a perceptive study in the context of the auditory scene analysis.
Analyse temps-fréquence et synthèse granulaire des bruits moteur diesel au ralenti: Application pour étude perceptive dans le contexte des scènes auditives.
Résumé
The diesel engine noise at idle is an important factor for the car manifacturers, in order to improve the global car quality. The perception study of the engine noise at idle is important, because this repetitive impulsive sound may cause an auditory discomfort. In this PhD thesis, the diesel engine noise is examined from the point of view of 3 scientific domains: the car acoustics, the time-frequency signal analysis and the auditory perception. The complexe nature of the engine sound is presented, describing the physical origin and the sound signature of the multiple acoustic sources in the engine, as well as the origins of the road and the wind car noise. The focus of the study is on the rhythmical characteristics of the diesel engine noise at idle. The principal contribution in the signal processing domain is the developpement of an original time-frequency analysis and granular synthesis algorithm. This algorithm is based on the analysis of one engine cycle and the extraction of the signal parameters for the granular synthesis from the modulus and the phase of the Gabor transform and its derivatives. This method gives a sparse decomposition of the signal only on a limited number of time-frequency atoms and allows the engine noise synthesis via the periodization of one engine synthesis cycle. An original perception approach is developped, based on a fragmentation of the engine cycle in time-frequency areas (zones) and modification of the time-frequency atoms in this zone. The preference and the categorization auditory tests using synthesis sounds show that the modification of the sound level and the timbre of the zones influence a lot the noise perception. The existence of an important factor in the perception of the engine noise at idle is shown, the rythmic factor. This factor highlights the grouping of the time-frequency zones into auditory streams and suggests, in general, similar perception mecanisms for the impulsive repetitive sounds.
Le bruit des moteurs diesel fait l'objet d'un intérêt particulier de la part des constructeurs automobile dans leur démarche d'assurer la qualité d'une voiture. Le bruit diesel au ralenti est un bruit impulsif répétitif qui peut provoquer la gêne auditive et, de ce fait, son étude perceptive est d'une grande importance. La présente thèse adopte une approche pluridisciplinaire des bruits diesel au ralenti dans le contexte de trois domaines scientifiques: l'acoustique automobile, les méthodes de traitement du signal temps-fréquence et la perception auditive. La problématique complexe du bruit moteur est exposée en décrivant la nature physique et la signature sonore des multiples sources acoustiques du groupe moto-propulseur, ainsi que les mécanismes associés au bruit de roulement et d'écoulement. L'accent est mis sur les caractéristiques rythmiques du bruit diesel au ralenti. L'apport principal dans le domaine du traitement du signal réside dans le développement d'un algorithme d'analyse temps-fréquence et de synthèse granulaire. Cet algorithme est basé sur l'analyse d'un cycle moteur et l'extraction des paramètres pour la synthèse granulaire à l'aide du module et de la phase de la transformée de Gabor et ses dérivées. La méthode fournit une décomposition parcimonieuse du signal sur un nombre restreint d'atomes temps-fréquence et permet la reconstruction du bruit moteur par périodisation d'un cycle moteur de synthèse. Une approche perceptive originale consiste à découper en zones temps-fréquence le cycle moteur de synthèse et de modifier les paramètres des atomes constituant cette zone. Les tests de préférence et de catégorisation effectués sur les sons de synthèse avec une modification du niveau des atomes dans les zones temps-fréquence a permis de mettre en évidence l'influence du niveau et du timbre des zones, mais également l'existence d'un facteur rythmique dans la perception des bruits diesel au ralenti dû au regroupement des zones en flux auditifs. Cette observation suggère la prise en compte de ce facteur rythmique dans l'étude perceptive des bruits moteur en ralenti et, plus globalement, des bruits impulsifs répétitifs.
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