Wave propagation in mammalian skulls and its contribution to acoustic source localization / Michael Reinwald ; sous la direction de Quentin Grimal et de Lapo Boschi

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Dauphins -- Physiologie

Bioacoustique

Ondes -- Propagation

Écholocation (physiologie)

Renversement du temps

Classification Dewey : 591.594

Classification Dewey : 534

Grimal, Quentin (1976-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Boschi, Lapo (Directeur de thèse / thesis advisor)

Adam, Olivier (19..-.... ; bioacousticien) (Président du jury de soutenance / praeses)

Favretto-Cristini, Nathalie (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Larose, Eric (1977-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Glotin, Hervé (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Catheline, Stefan (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Marchal, Jacques (1973-....) (Membre du jury / opponent)

Sorbonne université (Paris ; 2018-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire d'Imagerie Biomédicale (Paris) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : La précision avec laquelle le dauphin localise les sources sonores est excellente, que les sources soient situées dans le plan médial ou dans le plan transverse. Cette faculté est contre-intuitive étant donné que les dauphins n’ont pas d’oreille externe (pavillon), qui joue un rôle important chez les autres mammifères pour la localisation de sources en élévation. Dans cette thèse, des simulations tridimensionnelles ont été réalisées pour déterminer l’influence de la conduction osseuse du son dans le crâne d’un dauphin commun à bec court sur la pression acoustique au voisinage de l’oreille. La modalisation n’a pas permis de mettre en évidence d’encoches spectrales telles que celles créées par le pavillon de l’oreille externe des humains et qui codent chez celui-ci l’élévation de la source sonore. Une série d’expériences sur un crâne de dauphin, immergé dans une piscine, a permis de mesurer directement la conduction osseuse dans la mandibule. Les formes d’ondes complètes des sons reçus aux récepteurs fixés sur la mandibule, et particulièrement la coda du signal, a pu être utilisée avec succès pour obtenir la position de sources en utilisant un algorithme de corrélation. Ce résultat, qui devra être conforté par la réalisation d’autres expériences, suggère que le système auditif du dauphin pourrait utiliser la coda des signaux reçus lors de l’écholocation. Enfin, des simulations 2D ont permis de mettre en évidence le potentiel bénéfice du couplage de la conduction osseuse du son avec la propagation dans des structures graisseuses de la tête du dauphin.

Résumé / Abstract : The spatial accuracy of source localization by dolphins has been observed to be equally accurate independent of source azimuth and elevation. This ability is counter-intuitive if one considers that humans and other species have presumably evolved pinnae to help determine the elevation of sound sources, while cetaceans have actually lost them. In this work, 3D numerical simulations are carried out to determine the influence of bone-conducted waves in the skull of a short-beaked common dolphin on sound pressure in the vicinity of the ears. The skull is not found to induce any salient spectral notches, as pinnae do in humans, that the animal could use to differentiate source elevations in the median plane. Experiments are conducted in a water tank by deploying sound sources on the horizontal and median plane around a skull of a dolphin and measuring bone-conducted waves in the mandible. Their full waveforms, and especially the coda, can be used to determine source elevation via a correlation-based source localization algorithm. While further experimental work is needed to substantiate this speculation, the results suggest that the auditory system of dolphins might be able to localize sound sources by analyzing the coda of biosonar echoes. 2D numerical simulations show that this algorithm benefits from the interaction of bone-conducted sound in a dolphin's mandible with the surrounding fats.