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Hélie, Thomas (1974-....).

Overview
Works: 12 works in 16 publications in 2 languages and 17 library holdings
Roles: Thesis advisor, Opponent, Other
Publication Timeline
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Most widely held works by Thomas Hélie
Port-Hamiltonian modeling of fluid-structure interactions in a longitudinal domain by Luis Alejandro Mora Araque( )

2 editions published in 2020 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Fluid-structure interaction (FSI) is a multi-physics problem (with multiple physic domains) that study the reciprocal action between a structure and a fluid flow through a coupling surface or interface. Mathematically, Fluid-structure interaction is described by a set of differential equations and boundary conditions, obtained by an Euler-Lagrange formulation and the Navier-Stokes equations, which belong to the structure an fluid domains respectively. The behavior of FSI can be studied through numerical solutions using finite elements or finite differences methods. An alternative to Euler-Lagrange in the modeling of the energy-conserving physical systems is the port-Hamiltonian framework where the system dynamics are described through a non-negative function that represents the total stored energy in the system, called Hamiltonian H. The port-Hamiltonian framework allows the modeling of the energy transfer between systems in different physical domains. An interesting example of a FSI is the voice production mechanism of the vocal folds, where the intraglottal airflow generates a vibration cycle that produces the phonation. In this context, numerical models of the vocal folds are relevant to explore the effects of certain therapeutic or surgical procedures. In recent years there has been a growing interest in the study of energy flux in the glottis for analysis of pathophysiology of vocal disorders. The study of this kind of multi-physics system can be extended to other FSI system where a fluid moving in a longitudinal domain interacts with a mechanical system that move in the transversal dimension. In this thesis, a scalable finite-dimensional model for FSI systems will be developed. The division of fluid-structure problem into n interconnected sub-systems described by finite-dimensional models, provide an alternative to the traditional infinite-dimensional formulation. In addition, the use of port-Hamiltonian framework to describe the dynamics allows an adequate characterization of the energy flux in the system. Thus, the aim of this study develop a scalable finite-dimensional model focused in the energy flux for fluid-structure systems in a longitudinal domain with application to vocal folds
Active noise control in the presence of uncertain and time-varying disturbances by Raúl Antonio Mélendez Márquez( )

1 edition published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The aim of this thesis is the development and application of different control methods for Active Noise Control in the presence of uncertain and time-varying disturbances. A model-based controller design is applied and a full methodology for model identification is introduced. In this context, a reconfigurable test bench based on a noise silencer for ducts has been designed and built. It is fully equipped with sensors and actuators in order to test the developed algorithms in diverse configurations.A feedback scheme is established for the case where narrowband disturbances are present. Based on the Internal Model Principle, fixed linear and robust controllers are designed and compared with the proposed adaptive feedback controller using a Youla-Kučera parametrization. For the case where disturbances have broadband characteristics, a feedforward scheme is proposed. This approach requires the introduction of an additional sensor which creates an internal positive coupling, requiring a specific design in order to avoid possible instabilities. In this framework, Infinite (IIR) and Finite (FIR) Impulse Responses adaptive feedforward compensators, as well as Youla-Kučera parametrized adaptive feedforward compensators are compared.The estimated models' quality for control design as well as the control capabilities themselves are illustrated by the experimental performance of the controllers implemented on the test bench for various tests setup conditions
Discrétisation et commande frontière de systèmes vibro-acoustiques, une approche hamiltonienne à ports by Vincent Trenchant( )

2 editions published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Cette thèse répond à une problématique de commande frontière d'une conduite acoustique dont l'actionnement est assuré par un réseau d'actionneurs/capteurs co-localisés constituant une peau active. Pour faire face au caractère intrinsèquement multiphysique de ce problème vibro-acoustique, nous avons choisi dans cette thèse d'employer une approche hamiltonienne à ports, approche structurée basée sur la représentation des échanges entre différents domaines énergétiques au sein d'un système et entre différents systèmes. Nous avons proposé une modélisation hamiltonienne à ports de l'équation d'onde interconnectée à la frontière au système d'actionnement distribué, correspondant à une formulation 2D du problème physique. Nous avons développé une méthode de discrétisation spatiale basée sur l'utilisation de différences finies sur plusieurs grilles en quinconce qui préserve la structure hamiltonienne à ports de l'équation d'onde. Cette méthode permet en outre d'interconnecter facilement le système discrétisé avec d'autres sous-systèmes, dans le but de mettre en place un actionnement par exemple. Son principal avantage sur d'autres méthodes préservatives de structure réside dans sa simplicité de mise en œuvre qui découle de l'utilisation de différences finies. Concernant la commande du système vibro-acoustique, nous avons proposé une méthode de synthèse de loi de commande distribuée pour les systèmes régis par deux lois de conservation en 1D. L'originalité de cette méthode réside en le fait qu'elle repose sur le calcul d'invariants structuraux (fonctions de Casimir) exploités afin de modifier la structure du système en boucle fermée. Les conditions d'application sur un système 2D sont étudiées et des résultats numériques valident les lois de commande synthétisées
Réalisation en guide d'ondes numériques stables d'un modèle acoustique réaliste pour la simulation en temps-réel d'instruments à vent by Rémi Mignot( Book )

in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This work deals with the physical modelling of acoustic tubes for digital simulation in real-time. The main application is the sound synthesis of wind instruments, with a realistic model, a modular method and a low-cost digital implementation. The acoustic model of "Webster-Lokshin", used in this work, is an unidimensional model which takes into account the "curvature" of the profile and the "visco-thermal losses" at the wall. With this acoustic model, we obtain a framework for simulation which is compatible with the "Waveguides" approach: a tube is then represented by a system with delays and closed loops, involving several sub-systems without internal delay. A difficulty is the presence of infinite-dimensional sub-systems which behave as infinite sums of first or second order systems. First, they are approximated by finite-dimensional systems, then their "state-space representation" in the discrete time domain is determined. Finally, using standard tools of automatic control, these representations facilitate the connection of acoustic elements and reduce the computational complexity of the digital simulation. In this work, an analysis of the stability and passivity of this approach is described. For some particular cases of tubes, a problem occurs: even if the input/output relations of the tube are stable, some sub-systems have an infinity of singularities which produce internal instabilities in the system. We present an explanation of this phenomenon and to solve this problem, a new decomposition into sub-systems is performed
Production de la voix : exploration, modèles et analyse/synthèse by Thomas Hézard( Book )

2 editions published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Ce travail porte sur l'étude de la production de la voix. L'objectif principal est de proposer des solutions pour son analyse-synthèse qui permettent une large représentation de la diversité des signaux biométriques (observés en pratique) dans le cadre du paradigme source-filtre ou de modèles physiques simplifiés. L'étude est menée selon trois axes : l'exploration de l'activité laryngée, la modélisation de la phonation et l'analyse-synthèse sonore. Après une description de l'appareil phonatoire et de modèles d'analyse-synthèse actuels, la première partie s'intéresse à l'exploration de signaux biométriques. A partir du recensement des dispositifs actuels, nous proposons un outil de synchronisation qui révèle la complexité du mouvement 3D des plis vocaux. Une étude comparative avec un système acoustique à valve humaine similaire (lèvres d'un tromboniste) est menée et le développement d'un nouvel outil combinant deux techniques récentes d'imagerie électrique est proposé. Dans la deuxième partie, deux algorithmes d'analyse sont proposés pour un modèle source-filtre fondé sur une représentation tous-pôles causale-anticausale du signal vocal. Un calcul du cepstre complexe est proposé, garantissant l'holomorphie sur une couronne de convergence dans le domaine en Z. Cet outil est alors exploité pour la séparation de la source et du filtre. Enfin, des représentations paramétriques des signaux d'aire glottique sont exploitées pour piloter des modèles à géométrie forcée. Un modèle de synthèse, inspiré du modèle source-filtre mais intégrant l'effet du couplage entre la glotte et le conduit vocal, et des avancées sur la modélisation de conduit vocal à profil régulier sont présentées
Wave propagation in periodic structures applied to woodwind tonehole lattices : how the cutoff frequency balances sound production and radiation by Erik Alan Petersen( )

1 edition published in 2020 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

The research goal of this dissertation is to evaluate how the tonehole lattice cutoff frequency affects the sound production and radiation of woodwind instruments. Below the cutoff, waves entering the tonehole lattice are evanescent, where as above cutoff waves can propagate freely within the lattice. Therefore, the low frequency response of the resonator that determines the playing frequency of a woodwind is set by the length between the reed and the first open tonehole, while the high frequency response is governed by the remaining open toneholes downstream on the instrument. A study of the cutoff frequency that separates these two bands is, in effect, a study of how this `unused' portion of the tonehole lattice may influence the sound of the instrument. Following the work of Benade in the 1960s, studies on this subject have been rare, despite its central importance to the sound of woodwind instruments. This dissertation includes analytical, numerical, and experimental advances on the subject of the cutoff frequency, approached in three published studies. This dissertation demonstrates ways in which the cutoff affects both internal waveforms and, more importantly, the radiated soundfield of woodwind-type instruments. It also advances the theoretical basis for incorporating the cutoff into a tonehole lattice conception, which is of practical use for instrument manufacturers
Modélisation du rayonnement des guides de forme complexe par une méthode multimodale by Thomas Guennoc( )

1 edition published in 2021 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Pour de nombreux instruments à vent ou dispositifs audio, la qualité du système dépend fortement de la forme du pavillon, qui peut plus ou moins favoriser le rayonnement acoustique. La conception de ces systèmes peut aujourd'hui s'appuyer sur diverses méthodes de simulation numérique afin de s'affranchir d'essais empiriques coûteux et susceptibles d'aboutir à des géométries sous-optimales. Cependant, les méthodes numériques classiquement utilisées sont peu propices à l'analyse physique et/ou recourent à des simplifications du problème de rayonnement. Un des objectifs de cette thèse est ainsi d'étendre le champ d'application d'une méthode multimodale au rayonnement réalistes des guides de formes complexes, cette méthode-ci présentant l'avantage de tirer au mieux parti de l'existence d'une direction de propagation privilégiée au sein du guide. Egalement diverses problématiques numériques sont abordées, comme la construction d'une base modale 3D permettant de mieux satisfaire la condition aux parois. L'aboutissement de ces travaux de thèse est l'application des algorithmes développés à l'optimisation de forme de pavillons
Identification de systèmes non linéaires représentés en séries de Volterra : applications aux systèmes sonores by Damien Bouvier( )

1 edition published in 2018 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

This thesis addresses the identification of nonlinear systems that can be represented with Volterra series, and its application to audio systems. Volterra series give an input-output representation, approximated to within a given error, of any time-invariant continuous nonlinear system with fading memory. Technically, they correspond to a series expansion sorted by homogeneity order with respect to the input: each homogeneous term is characterized by a convolutive kernel whose set provides a "complete signature" of the modelled system. The works presented are based on the development of a preliminary step that consists in separating the series' terms to improve Volterra kernels' identification. Compared to existing homogeneous order separation methods, which are based on amplitude relationships between test signals, the approach chosen in this thesis is to exploit phase relationships between signals to obtain a robust method. This is first obtained in the theoretical case of complex excitation signals. From this idea, several methods suited to the use of real signals are developed. This leads to define new signals categories that describes the output of a Volterra series, sorting nonlinear contributions according to their phase properties. The proposed separation methods are applied and tested on a guitar pedal effect. Then, specific identification methods for the new types of signals are presented Finally, a method for estimating the parameters of a polynomial nonlinear state-space representation is developed. This is applied to an electrodynamic loudspeaker whose nonlinear characteristics are studied
Approche passive pour la modélisation, la simulation et l'étude d'un banc de test robotisé pour les instruments de type cuivre by Nicolas Lopes( )

1 edition published in 2016 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

This thesis is to be seen against the robotic, the automatic, and the musical acoustic backgrounds. It provides a study of a robotized test bench for brass instruments and is divided into three parts: the passive modelling of the system, its simulation and its development. The modelling uses a passive formalism, namely, the ports-Hamiltonian systems. The main parts of the complete system are: an air supply for the breath, an acoustic exciter (composed of a couple of artificial lip and an air jet) and an acoustic resonator. A new model for the air jet generated between the lips is proposed. This model aims at providing a power balance, which is closer to the real system than other commonly used models. The discrete gradient method is presented to perform passive simulations. It does not generally guaranty the existence and uniqueness of a solution and is limited to the second order of numerical consistency. Moreover, its execution needs nonlinear optimisation algorithms. To compensate for these limitations, a multi-stage method of double Runge-Kutta type and based on a change of variable is proposed. Results from simulations are interpreted and compared to those coming from a Bernoulli type model. Finally, the test bench and the technical developments are presented. They enable the performance of repeatable cartographies experiments which can be used to characterise music instruments. Finally, experimental and numerical results are compared in order to highlight the defaults and the qualities of the proposed model
Toward three-dimensional computation of the acoustic energy-stress tensor by Aidan Meacham( )

1 edition published in 2021 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

La méthode du tenseur énergie impulsion est une approche théorique permettant d'approcher les contours énergétiques de la "réverbération stochastique" à l'aide d'équations de conservation basées sur le processus de diffusion acoustique. Dans ce formalisme, les termes termes décrivant la densité d'énergie, l'intensité sonore et le flux de quantité de mouvement peuvent tous être rassemblés en un seul tenseur appelé le tenseur énergie impulsion, qui fournit la base des équations de conservation capables de caractériser la réverbération stochastique. Cette approche, appelée "méthode du tenseur énergie impulsion'' ou méthode EST (après l'anglais), s'est avérée capable de représenter le champ diffus dans des espaces où tous les éléments de simulation touchent au moins une limite, c'est-à-dire des espaces qui peuvent être caractérisés comme étant principalement unidimensionnels ou bidimensionnels, tels qu'un couloir ou un étage d'un immeuble de bureaux.La présente thèse vise à étendre ces résultats par un certain nombre de voies : vérifier la validité fréquentielle des modèles précédemment dérivés, introduire des termes sources et redéfinir le modèle en termes d'approche dans la méthode temporelle des volumes finis (FVTD), oraliser les résultats dans le contexte d'un modèle acoustique hybride, et enfin, fournir un cadre pour explorer le comportement du tenseur de contrainte d'onde dans les espaces tridimensionnels afin de fournir une base pour les équations de volume dans les espaces avec des régions en espace libre, loin de toute frontière qui pourrait être utilisée pour la réduction dimensionnelle. Le calcul des éléments du tenseur énergie impulsion partout dans un espace a été réalisé en dérivant les valeurs instantanées en termes de potentiel de vitesse acoustique pour une simulation FVTD pression-vitesse. Une fois moyennée dans le temps et dans l'espace, cette représentation peut être utilisée pour explorer le comportement de la réverbération stochastique sans mesure physique exhaustive dans des espaces présentant des caractéristiques de diffusion variables, et finalement, pour réaliser la simulation directe des termes du tenseur aux frontières et en espace libre. Cela pourrait être utilisé dans des travaux futurs pour caractériser les paramètres de simulation en termes de géométrie et de propriétés des matériaux plutôt que de mesures physiques
Réalisation en guide d'ondes numériques stables d'un modèle acoustique réaliste pour la simulation en temps-réel d'instruments à vent by Rémi Mignot( )

in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Ce travail porte sur la modélisation physique des tubes acoustiques pour la simulation numérique en temps-réel. Le but principal est la synthèse sonore d'instruments à vent, avec un modèle réaliste, une méthode modulaire et une implémentation numérique faible coût. Le modèle acoustique de "Webster-Lokshin", utilisé ici, est un modèle à 1 dimension prenant en compte à la fois la "courbure" du profil et les "pertes visco-thermiques" à la paroi. Pour ce modèle acoustique, une structure de simulation compatible avec l'approche des "Guides d'Ondes" est obtenue : un tube y est représenté par un système bouclé, avec retards, faisant intervenir plusieurs sous-systèmes sans retard interne. Une difficulté est la présence de sous-systèmes de dimension infinie qui se comportent comme des sommes infinies de systèmes du premier ou du second ordre. Dans un premier temps, ils sont approximés par des systèmes de dimension finie, puis leur "représentation d'état" à temps discret est obtenue. Enfin, en utilisant des outils standard de l'automatique, ces représentations nous permettent de faciliter la connexion d'éléments acoustiques et de réduire les coûts de calcul de la simulation numérique. Dans ce travail, l'étude de la stabilité et de la passivité est faite. Pour des cas paticuliers de tubes, un problème survient : même si les relations entrées/sorties du tube sont stables, certains sous-systèmes internes possèdent une infinité de singularités à l'origine d'instabilités internes. Nous présentons une explication de ce phénomène et ceci nous amène à proposer une nouvelle décomposition en sous-systèmes pour lever ce problème
Modélisation, simulation, génération de code et correction de systèmes multi-physiques audios : approche par réseau de composants et formulation Hamiltonienne à Ports by Antoine Falaize( )

1 edition published in 2016 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Les systèmes audios incluent les instruments de musique traditionnels (percussions, cordes, vents, voix) et les systèmes électro-acoustiques (amplificateurs de guitares, pédales d'effets, synthétiseurs analogiques). Ces systèmes multi-physiques possèdent une propriété commune : hors des sources d'excitation (les générateurs), ils sont tous passifs. Nous présentons dans cette thèse un ensemble de méthodes automatiques dédiées à leur modélisation, leur simulation et leur contrôle, qui garantissent explicitement et exploitent la passivité du système original. Nous utilisons dans ce travail le formalisme des systèmes hamiltoniens à ports (SHP), introduits en automatique et théorie des systèmes au début des années 1990. Pour la modélisation, on exploite le fait que la connexion de systèmes décrits dans ce formalisme préserve explicitement la dynamique de la puissance dissipée de l'ensemble, pour développer une méthode automatique de modélisation d'instruments complets à partir de modèles élémentaires rassemblés dans un dictionnaire. Pour la simulation, une méthode numérique qui préserve la structure passive des SHP à temps discret a été développée, garantissant ainsi la stabilité des simulations (pour lesquelles le code C++ est généré automatiquement). Concernant le contrôle, on exploite la structure d'interconnexion afin de déterminer automatiquement une forme découplée (sous-systèmes hiérarchisés) pour une certaine classe de SHP. Les systèmes de cette classe sont dits systèmes hamiltonien à ports plats, au sens de la propriété de platitude différentielle, à partir de laquelle une loi de commande en boucle ouverte exacte sur le modèle est générée
 
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