EP1479266A2 - Procede et dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique - Google Patents

Procede et dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique

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EP1479266A2
EP1479266A2 EP03720643A EP03720643A EP1479266A2 EP 1479266 A2 EP1479266 A2 EP 1479266A2 EP 03720643 A EP03720643 A EP 03720643A EP 03720643 A EP03720643 A EP 03720643A EP 1479266 A2 EP1479266 A2 EP 1479266A2
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EP
European Patent Office
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representative
restitution
parameters
determining
elements
Prior art date
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EP03720643A
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German (de)
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EP1479266B1 (fr
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Rémy BRUNO
Arnaud Laborie
Sébastien MONTOYA
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/301—Automatic calibration of stereophonic sound system, e.g. with test microphone
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/02—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic of the matrix type, i.e. in which input signals are combined algebraically, e.g. after having been phase shifted with respect to each other

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling an assembly for restoring an acoustic field.
  • Sound is an acoustic wave phenomenon that evolves in time and space.
  • the existing techniques act mainly on the temporal aspect of the sounds, the processing of the spatial aspect being very incomplete.
  • so-called multichannel systems send different and predetermined signals to several loudspeakers, the distribution of which is fixed and known.
  • the sound environment is assimilated to an angular distribution of sound sources around a point, corresponding to the listening position.
  • the signals correspond to a decomposition of this distribution on the basis of directivity functions called spherical harmonics.
  • the object of the invention is to remedy this problem by providing a method and a device for determining control signals of a set for restitution of an acoustic field whose spatial configuration is arbitrary.
  • the subject of the invention is a method for controlling a set for restoring an acoustic field in order to obtain a restored sound field of specific characteristics substantially independent of the intrinsic restitution characteristics of said set, said restitution set comprising a plurality of elements. restitution, characterized in that it comprises at least: - a step of establishing a finite number of coefficients representative of the distribution over time and in the three dimensions of the space of said acoustic field to be restored;
  • a step of determining reconstruction filters representative of said restitution set comprising a sub-step of taking into account at least spatial characteristics of said restitution set;
  • said step of establishing a finite number of coefficients representative of the distribution of said acoustic field to be restored comprises:
  • a step consisting in supplying an input signal comprising temporal and spatial information of a sound environment
  • this shaping step making it possible to deliver a representation of said acoustic field to be restored corresponding to said sound environment in the form a linear combination of said functions;
  • a step consisting in supplying an input signal comprising a finite number of coefficients representative of said acoustic field to be restored in the form of a linear combination of spatio-temporal functions;
  • said spatio-temporal functions are so-called Fouier-Bessel functions and / or linear combinations of these functions;
  • said sub-step of taking into account at least spatial characteristics of said restitution set is carried out at least on the basis of parameters representative, for each element, of the three coordinates of its position relative to the center placed in the listening area, and / or its spatiotemporal response;
  • said sub-step of taking into account at least spatial characteristics of said restitution set is further carried out from:
  • the method includes a calibration step for delivering all or part of the parameters used in said step of determining reconstruction filters;
  • - Said calibration step includes, for at least one of the restitution elements:
  • said calibration step includes:
  • - said acquisition sub-step corresponds to a sub-step of receiving a number of coefficients representative of the acoustic field generated by said at least one element in the form of a linear combination of spatio-temporal functions, which coefficients are directly used during said sub-step of determining spatial and / or acoustic parameters of said at least one element;
  • - Said calibration sub-step further comprises a sub-step of determining the position in at least one of the three dimensions of the space of said at least one element of said restitution assembly;
  • - Said calibration step further includes a sub-step for determining the spatio-temporal response of said at least one element of said restitution assembly
  • - Said calibration step further includes a sub-step of determining the frequency response of said at least one element of said reproduction unit; the method includes a step of simulating all or part of the parameters necessary for carrying out said step of determining reconstruction filters;
  • - Said simulation step comprises: - a substep for determining the missing parameters among the parameters used during said step for determining reconstruction filters;
  • said simulation step comprises a sub-step for determining a list of elements of the active restitution set as a function of the frequency, and said calculation sub-steps are carried out for the only elements of said list;
  • said simulation step comprises a sub-step for calculating a parameter representative of the operating order limiting the number of coefficients to be taken into account during said step of determining reconstruction filters from at least the position in the space of all or part of the elements of the restitution assembly;
  • said simulation step comprises a step of determining parameters representative of a spatial window in the form of weighting coefficients from a parameter representative of the spatial window in the spherical coordinate system and / or of a parameter representative of the radius of said spatial window when the latter is a ball;
  • - Said simulation step comprises a sub-step for determining a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed from the position of all or part of the elements of the restitution set;
  • the method comprises an input step making it possible to determine all or part of the parameters used during said step of determining reconstruction filters;
  • said step of determining reconstruction filters comprises:
  • a sub-step of calculating a decoding matrix carried out for a finite number of operating frequencies, from the matrix for weighting the acoustic field, the matrix representative of the radiation of the restitution unit, the matrix representative of the spatiotemporal functions whose reconstruction is imposed, and of a parameter representative of the desired local adaptation capacity to the spatial irregularity of the restitution set, representative of the reconstruction filters;
  • said sub-step of calculation making it possible to deliver a matrix representative of the radiation of the restitution assembly is furthermore carried out on the basis of parameters representative for each element of its frequency response.
  • the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for the execution of the steps of the method, when said program is executed on a computer.
  • a subject of the invention is also a removable medium of the type comprising at least one processing processor and a non-volatile memory element, characterized in that said memory comprises a program comprising instructions for the execution of the steps of the method, when said processor executes said program.
  • the invention also relates to a device for controlling an assembly for restoring an acoustic field, comprising a plurality of restitution elements, characterized in that it comprises at least:
  • the device is associated with means for shaping an input signal comprising temporal and spatial information of a sound environment to be restored, adapted to decompose said information on the basis of spatio-temporal functions in order to deliver a signal comprising said finite number of coefficients representative of the distribution over time and in the three dimensions of the space of said acoustic field to be restored, corresponding to said sound environment, in the form of a linear combination of said space-time functions;
  • said spatio-temporal functions are so-called Fouier-Bessel functions and / or linear combinations of these functions;
  • said means for determining reconstruction filters receive at input at least one of the following parameters:
  • each of said parameters received by said means for determining reconstruction filters is conveyed by one of the signals from the following group of signals:
  • a definition signal comprising information representative of the spatial characteristics of the restitution assembly; an additional signal comprising information representative of the acoustic characteristics associated with the elements of the restitution assembly;
  • an optimization signal comprising information relating to an optimization strategy, in order to deliver, using the parameters contained in these signals, a signal representative of said reconstruction filters representative of said restitution set;
  • the device is associated with means for determining all or part of the parameters received by said means for determining reconstruction filters, said means comprising at least one of the following elements:
  • Said means for determining reconstruction filters are adapted to determine a set of filters representative of the position in space of the elements of the restitution set
  • - Fig.1 is a representation of a spherical coordinate system
  • - Fig.2 is a diagram of a rendering system according to the invention
  • - Fig.3 is a block diagram of the method of the invention.
  • - Fig.4 is a diagram detailing the calibration means
  • - Fig.5 is a diagram detailing the calibration step
  • - Fig.6 is a diagram of the simulation step
  • Fig.7 is a diagram of the means for determining reconstruction filters
  • - Fig.8 is a diagram of the step of determining reconstruction filters
  • - Fig.9 is an embodiment of the step of shaping the input signal
  • - Fig.10 is an embodiment of the step of determining control signals.
  • Figure 1 there is shown a conventional spherical coordinate system, so as to specify the coordinate system to which reference is made in the text.
  • This coordinate system is an orthonormal coordinate system, of O origin and comprising three axes (ON), (OY) and (OZ).
  • a position denoted x is described by means of its spherical coordinates (r, ⁇ ,), where r denotes the distance from the origin O, ⁇ orientation in the vertical plane and ⁇ orientation in the horizontal plane.
  • FIG. 1 is a representation of a rendering system according to the invention.
  • This system comprises a decoder 1 controlling a reproduction unit 2 which comprises a plurality of elements 3 ⁇ to 3 N , such as speakers, loudspeakers or any other sound source, arranged so arbitrary in a place of listening 4.
  • a decoder 1 controlling a reproduction unit 2 which comprises a plurality of elements 3 ⁇ to 3 N , such as speakers, loudspeakers or any other sound source, arranged so arbitrary in a place of listening 4.
  • the system also includes means 6 for shaping an input signal SI and means 7 for generating parameters comprising means 8 for simulation, means 9 for calibration and means 10 for entering parameters.
  • the decoder 1 comprises means 11 for determining control signals and means 12 for determining reconstruction filters.
  • the decoder 1 receives as input a signal SIFB comprising information representative of the three-dimensional sound field to be restored, a definition signal SL comprising information representative of the spatial characteristics of the reproduction unit 2, an additional signal RP comprising information representative of the characteristics acoustics associated with the elements 3 ⁇ to 3 N and an optimization signal OS comprising information relating to an optimization strategy.
  • the decoder transmits to the attention of each of the elements 3 ⁇ to 3N of the restitution assembly 2, a signal sci to sc ⁇ / of specific control.
  • FIG. 3 the main stages of the method implemented in a system according to the invention are shown diagrammatically as described with reference to FIG. 2.
  • the method includes a step 20 for entering optimization parameters, a calibration step 30 making it possible to measure certain characteristics of the restitution assembly 2 and a simulation step 40.
  • certain parameters of the operation of the system can be defined manually by an operator or be delivered by a suitable device.
  • the calibration means 9 are connected in turn with each of the elements 3 ⁇ to 3 / ⁇ of the restitution assembly 2 in order to measure parameters associated with these elements.
  • the simulation step 40 implemented by the means 8, makes it possible to simulate the parameter signals necessary for the operation of the system which are neither entered during step 20 nor measured during step 30.
  • the means 7 for generating parameters then output the definition signal SL, the additional signal RP and the optimization signal OS.
  • steps 20, 30 and 40 make it possible to determine the set of parameters necessary for the implementation of step 50.
  • the method comprises a step 50 of determining reconstruction filters implemented by the means 12 of the decoder 1 and making it possible to deliver a signal FD representative of the reconstruction filters.
  • This step 50 of determining reconstruction filters makes it possible to take into account the at least spatial characteristics of the restitution set 2 defined during the steps 20 of input, 30 of calibration or 40 of simulation. Step 50 also makes it possible to take into account the acoustic characteristics associated with the elements 3 ⁇ to 3 N of the restitution assembly 2 and the information relating to an optimization strategy.
  • the reconstruction filters obtained at the end of step 50 are subsequently stored in the decoder 1 so that steps 20, 30, 40 and 50 are repeated only in the event of modification of the restitution set 2 or optimization strategies.
  • the signal SI comprising temporal and spatial information of a sound environment to be restored, is supplied to the shaping means 6, for example by direct acquisition or by reading a recording or by synthesis using computer software.
  • This signal SI is shaped during a shaping step 60.
  • the means 6 deliver to the decoder 1 a signal SI F B comprising a finite number of representative coefficients, on the basis of spatio-temporal functions, of the distribution over time and in the three dimensions of l space, of an acoustic field to be restored corresponding to the sound environment to be restored.
  • the signal SI F B is supplied by external means, for example a microcomputer comprising synthesis means.
  • the invention is based on the use of a family of spatiotemporal functions making it possible to describe the characteristics of any acoustic field.
  • these functions are so-called spherical Fourier-Bessel functions of the first kind, hereinafter called Fourier-Bessel functions.
  • the Fourier-Bessel functions are solutions of the wave equation and constitute a basis which generates all the acoustic fields produced by sound sources located outside of this zone.
  • Any three-dimensional acoustic field is therefore expressed by a linear combination of the Fourier-Bessel functions, according to the expression of the inverse Fourier-Bessel transform which is expressed:
  • the Fourier-Bessel coefficients are also expressed in the time domain by the coefficients p ⁇ , m (t) corresponding to the inverse temporal Fourier transform of the coefficients E / , m (/).
  • the method of the invention uses bases of functions expressed as linear combinations, possibly infinite, of Fourier-Bessel functions.
  • the input signal SI is broken down into Fourier-Bessel coefficients p ⁇ , m (t) so as to establish the coefficients forming the signal SIFB-
  • the decomposition into Fourier-Bessel coefficients is carried out up to a limit order L defined prior to this shaping step 60 during the input step 20.
  • the SIFB signal delivered by the shaping means 6 is introduced into the means 11 for determining the control signals.
  • These means 11 also receive the signal FD representative of the reconstruction filters defined, taking into account in particular the spatial configuration of the reproduction unit 2.
  • the coefficients of the signal SIFB, delivered at the end of step 60, are used by the means 11 during a step 70 of determining the control signals sci to sc / of the elements of the reproduction unit 2 from the application of the reconstruction filters determined during the step 50 to these coefficients.
  • the signals sci to sc ⁇ are then delivered in order to be applied to the elements 3 ⁇ to> N of the restitution assembly 2 which restore the sound field whose characteristics are substantially independent of the intrinsic restitution characteristics of the rest assembly. restitution 2.
  • the signals sc 1 to sc ⁇ / of piloting are adapted to allow an optimal restitution of the acoustic field which exploits at best the spatial and / or acoustic characteristics of the restitution assembly 2, in particular the room effect, and which integrates the chosen optimization strategy.
  • an operator or a suitable memory system can specify all or part of the calculation parameters and in particular:
  • - W ⁇ (f) describing directly in the form of weighting of the Fourier-Bessel coefficients and for each frequency / considered, a spatial window representative of the distribution in the space of constraints of reconstruction of the acoustic field;
  • - R (f) representative, for each frequency / considered, of the radius of the spatial window when the latter is a ball;
  • the definition signal SL conveys the parameters x ", the additional signal RP, the parameters H n (f) and N /, m, constructive (/) and the optimization signal OS, the parameters G n (f), ⁇ (f), ⁇ (/ fc m k ) ⁇ (), L (f), W (r, j), W, (j), R (J) and RM (f).
  • the interface means 10 implementing this step 20 are means of conventional type such as a microcomputer or any other suitable means.
  • FIG. 4 there is shown the detail of the calibration means 9. They comprise a module 91 for decomposition, a module 92 for determining impulse response and a module 93 for determining calibration parameters.
  • the calibration means 9 are adapted to be connected to a sound acquisition device 100 such as a microphone or any other suitable device, and to be connected in turn to each element 3 ⁇ of the reproduction unit 2 in order to collect information on this element.
  • a sound acquisition device 100 such as a microphone or any other suitable device
  • FIG. 5 there is shown the detail of an embodiment of the calibration step 30 implemented by the calibration means 9 and making it possible to measure characteristics of the restitution assembly 2.
  • the calibration means 9 emit a specific signal u n (t) such as a pseudo-random sequence MLS (Maximum Length Sequence) for the attention of an element 3 ".
  • the acquisition device 100 receives, during a sub-step 34, the sound wave emitted by the element 3 "in response to the reception of the signal u" (t) and transmits representative signals c im (t) of the wave received at the decomposition module 91.
  • the decomposition module 91 decomposes the signals picked up by the acquisition device 100 into a finite number of Fourier-Bessel coefficients q ⁇ ⁇ > n (t).
  • the device 100 delivers information on pressure p (t) and speed v (t) at the center 5 of the restitution assembly.
  • the coefficients qo, o (t) to ⁇ 7 ⁇ , ⁇ (t) representative of the acoustic field are deduced from the signals c 0, o (t) to c 1; 1 (t) according to the following relationships:
  • ⁇ t), vy (t) and v ⁇ t) denote the components of the velocity vector v (t) in the orthonormal coordinate system considered and p denotes the density of the air.
  • the response determination module 92 determines the impulse responses hp tm (t) which connect the Fourier-Bessel coefficients q ⁇ , m (t) and the signal emitted u n (t).
  • the impulse response delivered by the response determination module 92 is addressed to the parameter determination module 93.
  • the module 93 deduces information on elements of the restitution set.
  • the module 93 for determining parameters determines the distance r "between the element 3" and the center 5 from its response hp 0 , o (t) and from the measurement of the time taken by the sound to propagate from the element 3 n to the acquisition device 100, by means of methods for estimating delay on the response hp w (t).
  • the acquisition device 100 is able to unambiguously encode the orientation of a source in space.
  • the module 93 determines the values hp x ⁇ A , hp ] fi and hp l corresponding to the values taken by the responses bp ⁇ , - ⁇ (t), b /? ⁇ , o (and hp ⁇ ⁇ (f) at an instant t arbitrarily chosen such as for example the time at which hp 0 , (t) reaches its maximum.
  • the module 93 estimates coordinates ⁇ n and, from the values using the following trigonometric relationships: - for b J p ⁇ , o> 0
  • the coordinates ⁇ n and ⁇ n are estimated over several instants.
  • the final determination of the coordinates ⁇ n and n is obtained by means of averaging techniques between the different estimates.
  • the coordinates ⁇ coachand ⁇ solo are estimated from other responses among the available bp /, m (t) or are estimated in the frequency domain from the responses HE /, m ().
  • the parameters r doubly-recording, ⁇ n and ⁇ n are transmitted to the decoder 1 by the definition signal SL.
  • the module 93 also delivers the transfer function H n (f) of each element 3 n , from the responses hp ⁇ m (t) from the response determination module 92.
  • One solution consists in constructing the response hp O tQ (t) corresponding to the selection of the part of the response hp 0 , o (t) which comprises a non-zero signal and devoid of the reflections introduced by the listening location 4.
  • the frequency response H n (f) is deduced by Fourier transform from the response hp ' 0 , o (t) previously windowed.
  • the window can be chosen from conventional smoothing windows, such as for example rectangular, Hamming, Hanning, and Blackman.
  • the parameters H Tar(f) thus defined are transmitted to the decoder 1 by the additional signal RP.
  • the spatio-temporal response ⁇ , m , n (t) contains a large amount of information characterizing the element 3Hz, in particular its position and its frequency response. It is also representative of the directivity of the element 3 n , of its non-punctuality, as well as of the room effect resulting from the radiation of the element 3ministerin the listening location 4.
  • the module 93 applies a time window to the response ⁇ , m> hear(t) to adjust the duration of taking into account the room effect.
  • the spatiotemporal response expressed in the frequency domain N ⁇ , m, possibly(f) is obtained by Fourier transform of the response ⁇ , m . n (t) -
  • the space-time response N /, ffl , etc() is then windowed frequently to adjust the frequency band over which the room effect is taken into account.
  • the module 93 then delivers the parameters Ni m, n (f) thus formatted which are supplied to the decoder 1 by the additional signal RP.
  • Sub-steps 32 to 39 are repeated for all the elements 3 ⁇ to 3A of the restitution assembly 2.
  • the calibration means 9 are adapted to receive other types of information referring to the element 3 ".
  • this information is introduced in the form of a finite number of Fourier-Bessel coefficients representative of the acoustic field produced by the element 3 economicallyin the listening location 4.
  • Such coefficients can in particular be delivered by means of acoustic simulation implementing a geometric modeling of the listening location 4 to determine the position of the image sources induced by the reflections due to the position of the element 3 ⁇ and to the geometry listening location 4.
  • the acoustic simulation means receive the input signal u combat(t) emitted by the module 92 and deliver, using the signal a , m (t), the coefficients of Fourier-Bessel determined by superposition of the acoustic field emitted by the element 3 ⁇ and the acoustic fields emitted by the image sources when the element 3 n receives the signal u n (t).
  • the decomposition module 91 performs only a transmission of the signal c ffl (t) to the module 92.
  • the calibration means 9 comprise other means for acquiring information referring to elements 3 ⁇ to 3 ⁇ such as laser position measurement means, signal processing means implementing channel forming techniques or any other suitable means.
  • the means 9 implementing the calibration step 30 consist for example of an electronic card or a computer program or any other suitable means.
  • step 40 of simulating parameters and the means 8 which implement it is performed for each frequency / operation.
  • the embodiments described require knowing for each element 3 elevateits complete position described by the parameters r font, ⁇ meinand ⁇ n and / or its space-time response described by the parameters N /, m . extract () -
  • Step 40 begins with a sub-step 41 for determining the missing parameters in the signals RP, SL and OS received.
  • the parameter HCH(f) representative of the response of the elements of the restitution set 2 takes the default value 1.
  • the parameter G Hand ( f) representative of the templates of the elements of the restitution assembly 2 is determined by thresholding on the parameter Hamba(/) in the case where it is measured, defined by the user, or provided by external means, otherwise , G n (f) takes the default value 1.
  • Step 40 then includes a sub-step 44 for determining the active elements at the frequency / considered.
  • a list ⁇ “* ⁇ (/) of elements of the restitution set active at the frequency / is determined, these elements being those whose template G Recipe () is non-zero for this frequency .
  • the list ⁇ "* ⁇ (/) includes TV ⁇ - elements and it is transmitted to decoder 1 by the optimization signal OS. She is used to select the parameters corresponding to the active elements at each frequency / from the set of parameters.
  • the index parameters n * correspond to the n th active element at the frequency /
  • the parameter L (f) representative of the order of operation of the module for determining the filters at the current frequency / is determined as follows:
  • the simulation means 9 determine the maximum order L (f) which is the largest integer respecting the relation L (f) ⁇ / a mn .
  • the parameter RM (f) defining the radiation model of the elements constituting the restitution assembly is determined automatically by taking the spherical radiation model by default.
  • the parameter W ⁇ (f) which describes the space window representative of the distribution in the space of constraints of reconstruction of the acoustic field in the form of weighting of Fourier-Bessel coefficients is determined by as follows:
  • W ⁇ (f) is deduced from its value by applying the expression : W, ( kR ( > ⁇ V)) otherwise, W ⁇ (f) is deduced from L (f), by applying the expression:
  • the simulation means 8 assign to the parameter Wtf), a default value, for example a Hamming window of size 2L (j) + 1, evaluated in /.
  • the parameter W ⁇ (f) is determined for the values of / ranging from 0 to
  • the parameter ⁇ (/ fc k ) ⁇ (f) is deduced from the parameters L (f) and x n * in the following manner:
  • the means 9 calculate the coefficients where ( ⁇ n * , ⁇ n * ) is the direction of the rendering element 3 n *. In a second step, the means 9 calculate the coefficients
  • the means 8 of simulation carry out a simplified processing :
  • the list of coefficients ⁇ (4, m k ) ⁇ () takes the form: ⁇ (0,0), (l -l), (l, l), (2 -2), (2,2) ... ( 1 , -,), (, ⁇ ) ⁇
  • Lj is chosen from so that the number of elements in this list is less than the number N ⁇ of elements 3 raid* active at the frequency / L ⁇ can take as value the integer part of (N f - ⁇ ) I2, but it is preferable to take a lower value for Ei.
  • the parameter ⁇ (f) which represents at the current frequency / the desired local adaptation capacity, varying between 0 and 1, is determined automatically by taking for example the default value 0, 7.
  • the simulation means 9 make it possible, during step 40, to complete the signals SL, RP and OS so as to deliver to the means 12 for determining reconstruction filters all the parameters necessary for their implementation.
  • simulation step 40 consisting of all of the sub-steps 41 to 49 is repeated for all the frequencies considered.
  • each substep is carried out for all the frequencies before proceeding to the next substep.
  • all of the intervening parameters are supplied to the decoder 1 and step 40 then comprises only the sub-step 41 of reception and verification of the signals SL, RP and OS and the sub-step 44 of determining the active elements at the frequency / considered.
  • the simulation means 8 implementing step 40 are for example computer programs or dedicated electronic cards for such an application or any other suitable means.
  • step 50 of determining reconstruction filters and the means 12 which implement it will now describe in more detail.
  • the means 12 for determining reconstruction filters which comprise a module 82 for determining transfer matrices from the parameters of the signals SL, RP and OS as well as means 84 for determining a matrix decoding D *.
  • the means 12 also include a module 86 for storing the response of the reconstruction filters and a module 88 for configuring reconstruction filters.
  • a module 86 for storing the response of the reconstruction filters and a module 88 for configuring reconstruction filters.
  • Figure 8 there is shown the detail of step 50 of determining reconstruction filters.
  • Step 50 is repeated for each operating frequency and comprises a plurality of sub-steps for determining matrices representative of the parameters defined beforehand.
  • Step 50 of determining reconstruction filters comprises a sub-step 51 of determining a matrix W for weighting the acoustic field from the signals L (f) and W ⁇ (f).
  • W is a diagonal matrix of size (L (f) + 1) 2 containing the weighting coefficients W ⁇ (f) and in which each coefficient W ⁇ (f) is found 2 / + 1 time in succession on the diagonal.
  • the matrix W therefore has the following form:
  • step 50 includes a sub-step 52 of determining a matrix M representative of the radiation of the restitution set from parameters N / , m , complicat* (), RM (f), H n * (f), ⁇ n * and L (j).
  • M is a matrix of size (L (J) + lf on ⁇ ⁇ , made up of elements Mi. m . N * , the indices l, m designating the line l 2 + l + m and n * designating the column n.
  • the matrix M therefore has the following form:
  • RM (f) defines a radiation model in spherical waves
  • the rest of /, m, deputy * is determined according to the relation: - if RM (f) defines a model using the measurements made of the space-time responses, with recourse to the spherical wave model for the missing measurements, then / m, provoke.
  • the matrix M thus defined is representative of the radiation of the restitution assembly.
  • M is representative of the spatial configuration of the restitution set.
  • the matrix M is representative of the space-time responses of the elements 3 ⁇ to 3 ⁇ / and therefore in particular of the room effect induced by the listening location 4 .
  • Step 50 also includes a sub-step 53 for determining a matrix F representative of the Fourier-Bessel functions for which perfect reconstruction is required. This matrix is determined from the parameter L (f), as well as from the parameters ⁇ (h, m k ) ⁇ (f) as follows.
  • a constituted matrix F is of size K on (L (f) + l) 2 .
  • Each row k of the matrix F contains a 1 on the column l k 2 + l k + m k , and 0s elsewhere.
  • the decoder 1 When the parameter ⁇ (j) is zero, the decoder 1 reproduces only the Fourier-Bessel functions listed by the parameters ⁇ (l k , m k ) ⁇ (f), the others being ignored.
  • ⁇ (f) When ⁇ (f) is set to 1, the decoder perfectly reproduces the Fourier-Bessel functions designated by ⁇ (l k , m k ) ⁇ (f) but also partially reproduces many other Fourier-Bessel functions among those available up to the order L (f) so that the reconstructed field is globally closer to that described at the input. This partial reconstruction allows the decoder 1 to adapt to very irregular rendering configurations in their angular distribution.
  • the substeps 51 to 53 implemented by the module 82 can be executed sequentially or simultaneously.
  • Step 50 of determining reconstruction filters then comprises a sub-step 54 of taking into account all of the parameters determined previously, implemented by the module 84 in order to deliver a decoding matrix D * representative of the filters reconstruction.
  • This matrix D * is delivered from the matrices M, F, W and the parameter ⁇ (J) according to the following expression:
  • the matrix D * is therefore representative of the configuration of the restitution unit, of the acoustic characteristics associated with the elements 3 ⁇ to 3 N and of the optimization strategies.
  • the matrix D * is representative in particular of the room effect induced by the listening location 4.
  • the module 86 for storing the response of the reconstruction filters at the current / complete frequency for the frequency / matrix D (f) representative of the frequency response of the filters reconstruction receiving as input the matrix D *.
  • the elements of the matrix D * are stored in the matrix D (f), by inverting the method of determining the list ⁇ “* ⁇ (/) described previously with reference to FIG. 6. More precisely, each element D * n, ⁇ , m of the matrix D * is stored in the element D n * , ⁇ , m (j) of the matrix D (f).
  • the elements of D (f) not determined at the end of this sub-step are set to 0.
  • Such use of the list ⁇ "* ⁇ () allows the consideration of heterogeneous templates of the elements of restitution 3- ⁇ at 3 ⁇ .
  • the matrix D (f) representative of the frequency responses of all the reconstruction filters is addressed to the reconstruction filter configuration module 88.
  • the reconstruction filter configuration module 88 then supplies the signal FD representative of the reconstruction filters, receiving the matrix D () as an input.
  • Each element D nm (J) of the matrix D () is a reconstruction filter which is described in the signal FD by means of parameters which can take different forms, for example, the parameters of the signal FD associated with each filter
  • Dn, ⁇ , m (j) can take the following forms:
  • n, ⁇ , "(t) are calculated using Fourier transform inverse temporal D" ⁇ m (j).
  • Each re- impulse response J tract, /, w (t) is sampled and then truncated to a length proper to each response; or
  • the means 12 for determining reconstruction filters deliver at the end of step 50 a signal FD to the means 11 for determining control signals.
  • this signal FD is representative of the following parameters: - spatial configuration of the elements of the reproduction unit;
  • - acoustic characteristics associated with the elements of the restitution unit in particular the frequency responses and the space-time responses representative, among other things, of the room effect induced by the listening location 4; - optimization strategies, in particular the spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed, the distribution in space of reconstruction constraints of the acoustic field and the desired local adaptation capacity to the spatial irregularity of the configuration of the restitution set 2.
  • the means 12 for determining reconstruction filters can be produced in the form of software dedicated to this function or even be integrated into an electronic card or any other appropriate means.
  • step 60 of shaping the input signal
  • the system When the system is implemented, it receives the input signal SI which includes temporal and spatial information of a sound environment to be restored.
  • This information can be of several natures, in particular:
  • format B a sound environment coded according to an angular distribution such as for example the format commonly called “format B”;
  • the shaping means 6 receive the input signal SI and break it down into Fourier-Bessel coefficients representative of a corresponding acoustic field to the sound environment described by the signal SI. These Fourier-Bessel coefficients are delivered to the decoder 1 by the signal SI F B- Depending on the nature of the input signal SI, the shaping step 60 varies.
  • a matrix E makes it possible to assign to each virtual source s a radiation model, for example in spherical wave.
  • E is a matrix of size (E + l) 2 over S, where S is the number of sources present in the scene and L is the order in which the decomposition is carried out.
  • the position of a source s is designated by its spherical coordinates r s , ⁇ s and ⁇ s .
  • the elements E ⁇ _ m _ s of the matrix E are written in the following way:
  • E ⁇ m ⁇ S f E ⁇ m ⁇ S f
  • the shaping means 6 carry out the operations described below.
  • a matrix S makes it possible to assign to each channel c a source of radiation, for example in plane wave of direction of origin ( ⁇ c , ⁇ c ) corresponding to the direction of the rendering element associated with channel c in the multichannel format considered.
  • S is a matrix of size (Z + l) 2 over C, where C is the number of channels.
  • Each Fourier-Bessel coefficient p ⁇ , m (t) constituting the SIFB signal is obtained by linear combination of the signals y c (t):
  • step 60 consists of a simple signal transmission.
  • the means 6 deliver, to the attention of the means 11 for determining control signals, a signal SI FB corresponding to the decomposition of the acoustic field to be restored into a finite number of Fourier-Bessel coefficients.
  • the means 6 can be produced in the form of dedicated computer software or else can be produced in the form of a dedicated computer card or any other suitable means.
  • step 70 of determining control signals we will now describe in more detail the step 70 of determining control signals.
  • the means 11 for determining control signals receive as input the signal SI FB corresponding to the Fourier-Bessel coefficients representative of the acoustic field to be restored and the signal FD representative of the reconstruction filters coming from the means 12.
  • the signal FD integrates parameters characteristic of the restitution assembly 2. From this information, during step 70, the means 11 determine the signals sc ⁇ (t) to sc ⁇ t) delivered to the attention of the elements 3 ⁇ to 3 ⁇ ⁇ These signals are obtained by applying to the signal SI B reconstruction filters, with frequency response D relieve m (f), and transmitted in the signal FD.
  • each filtering of P ⁇ , m (j) by D n , ⁇ , m (f) can be carried out according to conventional filtering methods, such as for example:
  • the signal FD directly supplies the frequency responses D relieve m (f), and the filtering is carried out in the frequency domain, for example, using the usual techniques of convolution by blocks;
  • the signal FD provides the finite impulse responses Jerie, / , m (t), and the filtering is carried out in the time domain by convolution;
  • the signal FD provides the coefficients of recursive filters with infinite impulse responses, and the filtering is carried out in the time domain by means of recurrence relations.
  • FIG. 10 shows the case of the finite impulse response filter.
  • Step 70 ends with an adjustment of the gains and the application of delays in order to temporally align the wave fronts of the elements 3 ⁇ to 3 ⁇ of the restitution assembly 2 with respect to the most distant element.
  • the signals sc ⁇ (t) to sci ⁇ ⁇ t) intended to supply the elements 3 ⁇ to 3w are deduced from the signals v ⁇ (t) to v ⁇ t) according to the expression:
  • Each element 3 ⁇ to 3 ⁇ / therefore receives a specific control signal sc-i to SC ⁇ / and emits an acoustic field which contributes to the optimal reconstruction of the acoustic field to be restored. Simultaneous control of all of the elements 3 ⁇ to 3 ⁇ / allows optimal reconstruction of the acoustic field to be restored.
  • the system described can also operate in simplified modes.
  • the module 12 for determining filters receives only the following parameters: - ⁇ chorus, representative of the position of the element 3 n of the restitution assembly 2;
  • step 50 the matrix M is constructed from a plane wave radiation model.
  • the module 84 then directly determines the matrix D according to the simplified expression:
  • control signals are determined in the time domain and corresponds to simple linear combinations of the coefficients p ⁇ m (t) followed by a time alignment according to the expression:
  • the module 11 then supplies the control signals sc ⁇ (t) to sc ⁇ t) intended for the restitution assembly.
  • the module 12 for determining filters receives the following parameters as input: - Xn, representative of the position of the element 3 n of the restitution assembly 2;
  • the parameters are independent of the frequency and the elements 3 ⁇ to 3 N of the restitution unit are active and supposed to be ideal for all the frequencies.
  • the sub-steps of step 50 are therefore carried out only once.
  • the matrix M is constructed from a plane wave radiation model.
  • the elements ⁇ /, mecanic , hail of the matrix M are simplified by:
  • Sub-step 53 for determining the matrix F remains unchanged.
  • the module 84 directly determines the matrix D according to the simplified expression:
  • control signals are determined in the time domain and corresponds to simple linear combinations of the coefficients p ⁇ , m (t) followed by a time alignment according to the expression:
  • the module 11 then supplies the control signals sc x (t) to sc (t) intended for the restitution assembly. It appears that according to the invention, the control signals sci to SCN are adapted to make the best use of the spatial characteristics of the restitution assembly 2, the acoustic characteristics associated with the elements 3 ⁇ to 3 / v and optimization strategies in order to reconstruct a high quality sound field.
  • the method of the invention can be implemented by digital computers such as one or more computer processors or digital signal processors (DSP). It can also be implemented from a general platform such as a personal computer.
  • digital computers such as one or more computer processors or digital signal processors (DSP). It can also be implemented from a general platform such as a personal computer.
  • DSP digital signal processors
  • an electronic card intended to be inserted into another element and adapted to store and execute the method of the invention.
  • an electronic card can be integrated into a computer.
  • all or part of the parameters necessary for the execution of the step of determining reconstruction filters is extracted from prerecorded memories or is delivered by another device dedicated to this function.

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Abstract

Ce procédé de pilotage d'un ensemble de restitution (2) d'un champ acoustique du type comportant une pluralité d'éléments de restitution (31 à 3N) est caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique; - une étape de détermination de filtres de reconstruction représentatifs dudit ensemble de restitution (2) et au moins de la configuration spatiale dudit ensemble de restitution (2); - une étape de détermination d'au moins un signal de pilotage (SC1 à SCN) desdits éléments (31 à 3N) par l'application auxdits coefficients desdits filtres de reconstruction; et - une-étape de délivrance dudit au moins un signal de pilotage afin de l'appliquer auxdits éléments (31 à 3N) afin d'engendrer ledit champ acoustique à restituer.

Description

Procédé et dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique.
Le son est un phénomène acoustique ondulatoire qui évolue dans le temps et dans l'espace. Les techniques existantes agissent principalement sur l'aspect temporel des sons, le traitement de l'aspect spatial étant très incomplet.
En effet, les systèmes de restitution de haute qualité existants imposent de fait une configuration spatiale prédéterminée de l'ensemble de restitution.
Par exemple, les systèmes dits multicanaux adressent des signaux différents et prédéterminés à plusieurs haut-parleurs dont la répartition est fixée et connue.
De même, les systèmes dits « ambisonic », qui considèrent la direc- tion de provenance des sons qui parviennent à un auditeur, requièrent un ensemble de restitution dont la configuration doit respecter certaines règles de positionnement.
Dans ces systèmes, l'environnement sonore est assimilé à une distribution angulaire de sources sonores autour d'un point, correspondant à la position d'écoute. Les signaux correspondent à une décomposition de cette distribution sur une base de fonctions de directivité appelées harmoniques sphériques.
Dans l'état actuel de développement de ces systèmes, une restitution de bonne qualité n'est possible qu'avec une répartition sphérique des haut- parleurs et une répartition angulaire sensiblement régulière.
Ainsi, lorsque les techniques existantes sont mises en œuvre avec un ensemble de restitution dont la répartition spatiale est quelconque, la qualité de restitution est grandement détériorée, notamment en raison de distorsions angulaires. Des développements techniques récents permettent de considérer une modélisation dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace d'un champ acoustique plutôt que la distribution angulaire de l'environnement sonore. Notamment, la thèse de doctorat « Représentation de champs acoustiques, application à la transmission et à la reproduction de scènes sonores complexes dans un contexte multimédia » Université Paris VI, Jérôme Daniel, du 11 juillet 2000, définit des fonctions décrivant les caractéristiques ondulatoires d'un champ acoustique et permettant une décomposition sur une base de fonctions de l'espace et du temps qui décrit complètement un champ acoustique tridimensionnel.
Cependant, dans ce document, les solutions théoriques s'inspirent des systèmes dits « Ambisonic » et une restitution de haute qualité ne peut être obte- nue que pour les 5 répartitions spheriques régulières existantes. Aucun élément ne permet d'assurer une restitution de haute qualité à partir d'une configuration spatiale quelconque de l'ensemble de restitution.
Il apparaît donc qu'aucun système de l'art antérieur ne permet d'effectuer une restitution de qualité à partir d'une configuration spatiale quel- conque de l'ensemble de restitution.
Le but de l'invention est de remédier à ce problème en fournissant un procédé et un dispositif de détermination de signaux de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique dont la configuration spatiale est quelconque. L'invention a pour objet un procédé de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique pour obtenir un champ acoustique restitué de caractéristiques spécifiques sensiblement indépendantes des caractéristiques intrinsèques de restitution dudit ensemble, ledit ensemble de restitution comportant une pluralité d'éléments de restitution, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - une étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique à restituer ;
- une étape de détermination de filtres de reconstruction représentatifs dudit ensemble de restitution, comportant une sous-étape de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution ;
- une étape de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution, ledit au moins un signal étant obtenu par l'application, auxdits coefficients, desdits filtres de reconstruction ; et - une étape de délivrance dudit au moins un signal de pilotage, en vue d'une application auxdits éléments de restitution afin d'engendrer ledit champ acoustique restitué par ledit ensemble de restitution.
Suivant d'autres caractéristiques : - ladite étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dudit champ acoustique à restituer comporte :
- une étape consistant à fournir un signal d'entrée comportant des informations temporelles et spatiales d'un environnement sonore ; et
- une étape de mise en forme dudit signal d'entrée par décompo- sition desdites informations sur une base de fonctions spatio-temporelles, cette étape de mise en forme permettant de délivrer une représentation dudit champ acoustique à restituer correspondant audit environnement sonore sous la forme d'une combinaison linéaire desdites fonctions ;
- ladite étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients repré- sentatifs de la distribution dudit champ acoustique à restituer comporte :
- une étape consistant à fournir un signal d'entrée comportant un nombre fini de coefficients représentatifs dudit champ acoustique à restituer sous la forme d'une combinaison linéaire de fonctions spatio-temporelles ;
- lesdites fonctions spatio-temporelles sont des fonctions dites de Fou- rier-Bessel et/ou des combinaisons linéaires de ces fonctions ;
- ladite sous-étape de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution est réalisée au moins à partir de paramètres représentatifs, pour chaque élément, des trois coordonnées de sa position par rapport au centre placé dans la zone d'écoute, et/ou de sa réponse spatio- temporelle ;
- ladite sous-étape de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution est réalisée en outre à partir :
- de paramètres décrivant, sous forme de coefficients de pondération, une fenêtre spatiale qui spécifie la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique ; et
- d'un paramètre décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ; - ladite sous-étape de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution est réalisée en outre à partir :
- de paramètres constituant une liste de fonctions spatiotemporelles dont la reconstruction est imposée ; et - d'un paramètre décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ;
- ladite étape de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution est réalisée en outre au moins à partir d'un des paramètres choisis dans le groupe constitué :
- de paramètres représentatifs d'au moins une des trois coordonnées de la position de chaque ou certains des éléments, par rapport au centre placé dans la zone d'écoute ;
- de paramètres représentatifs des réponses spatio-temporelles de chaque ou certains des éléments ;
- d'un paramètre décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ;
- de paramètres constituant une liste de fonctions spatio- temporelles dont la reconstruction est imposée ;
- de paramètres représentatifs des gabarits desdits éléments de restitution ;
- d'un paramètre représentatif de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration dudit ensemble de restitu- tion ;
- d'un paramètre définissant le modèle de rayonnement desdits éléments de restitution ;
- de paramètres représentatifs de la réponse en fréquence desdits éléments de restitution ; - d'un paramètre représentatif d'une fenêtre spatiale ;
- de paramètres représentatifs d'une fenêtre spatiale sous forme de coefficients de pondération ; et
- d'un paramètre représentatif du rayon d'une fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule ; - le procédé comporte une étape de calibrage permettant de délivrer tout ou partie des paramètres utilisés dans ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ;
- ladite étape de calibrage comporte, pour au moins l'un des éléments de restitution :
- une sous-étape d'acquisition de signaux représentatifs du rayonnement dudit au moins un élément dans le lieu d'écoute ; et
- une sous-étape de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques dudit au moins un élément ; - ladite étape de calibrage comporte :
- une sous-étape d'émission d'un signal spécifique vers ledit au moins un élément dudit ensemble de restitution, ladite sous-étape d'acquisition correspondant à l'acquisition de l'onde sonore émise en réponse par ledit au moins un élément ; et - une sous-étape de transformation desdits signaux acquis en un nombre fini de coefficients représentatifs de l'onde sonore émise, afin de permettre la réalisation de ladite sous-étape de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques ;
- ladite sous-étape d'acquisition correspond à une sous-étape de ré- ception d'un nombre de coefficients représentatifs du champ acoustique généré par ledit au moins un élément sous la forme d'une combinaison linéaire de fonctions spatio-temporelles, lesquels coefficients sont directement utilisés lors de ladite sous-étape de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques dudit au moins un élément ; - ladite sous-étape de calibrage comporte en outre une sous-étape de détermination de la position dans au moins l'une des trois dimensions de l'espace dudit au moins un élément dudit ensemble de restitution ;
- ladite étape de calibrage comporte en outre une sous-étape de détermination de la réponse spatio-temporelle dudit au moins un élément dudit en- semble de restitution ;
- ladite étape de calibrage comporte en outre une sous-étape de détermination de la réponse en fréquence dudit au moins un élément dudit ensemble de restitution ; - le procédé comporte une étape de simulation de tout ou partie des paramètres nécessaires à la réalisation de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ;
- ladite étape de simulation comporte : - une sous-étape de détermination des paramètres manquants parmi les paramètres utilisés lors de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ;
- une pluralité de sous-étapes de calcul permettant de déterminer la ou les valeurs du ou des paramètres manquants tels que définis précédem- ment en fonction des paramètres reçus, de la fréquence, et de valeurs par défaut prédéterminées ;
- ladite étape de simulation comporte une sous-étape de détermination d'une liste d'éléments de l'ensemble de restitution actifs en fonction de la fréquence, et lesdites sous-étapes de calcul sont réalisées pour les seuls éléments de ladite liste ;
- ladite étape de simulation comporte une sous-étape de calcul d'un paramètre représentatif de l'ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction à partir au moins de la position dans l'espace de tout ou partie des éléments de l'ensemble de restitution ;
- ladite étape de simulation comporte une étape de détermination de paramètres représentatifs d'une fenêtre spatiale sous forme de coefficients de pondération à partir d'un paramètre représentatif de la fenêtre spatiale dans le repère sphérique et/ou d'un paramètre représentatif du rayon de ladite fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule ;
- ladite étape de simulation comporte une sous-étape de détermination d'une liste de fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée à partir de la position de tout ou partie des éléments de l'ensemble de restitution ;
- le procédé comporte une étape de saisie permettant de déterminer tout ou partie des paramètres utilisés lors de ladite étape de détermination de filtres de reconstruction ;
- ladite étape de détermination de filtres de reconstruction comprend :
- une pluralité de sous-étapes de calcul réalisées pour un nombre fini de fréquences de fonctionnement et permettant de délivrer une matrice de pondération du champ acoustique, une matrice représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution, et une matrice représentative des fonctions spatiotemporelles dont la reconstruction est imposée ; et
- une sous-étape de calcul d'une matrice de décodage, réalisée pour un nombre fini de fréquences de fonctionnement, à partir de la matrice de pondération du champ acoustique, de la matrice représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution, de la matrice représentative des fonctions spatiotemporelles dont la reconstruction est imposée, et d'un paramètre représentatif de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de l'ensemble de restitution, représentative des filtres de reconstruction ;
- ladite sous-étape de calcul permettant de délivrer une matrice représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution, est réalisée à partir de paramètres représentatifs pour chaque élément :
- des trois coordonnées de sa position par rapport au centre pla- ce dans la zone d'écoute ; et/ou
- de sa réponse spatio-temporelle ; et
- ladite sous-étape de calcul permettant de délivrer une matrice représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution est réalisée en outre à partir de paramètres représentatifs pour chaque élément de sa réponse en fré- quence.
L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L'invention a également pour objet un support amovible du type com- portant au moins un processeur de traitement et un élément de mémoire non volatile, caractérisé en ce que ladite mémoire comprend un programme comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé, lorsque ledit processeur exécute ledit programme.
L'invention a également pour objet un dispositif de pilotage d'un en- semble de restitution d'un champ acoustique, comportant une pluralité d'éléments de restitution, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- des moyens de détermination de filtres de reconstruction représentatifs dudit ensemble de restitution adaptés pour permettre une prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution ; et - des moyens de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution, ledit au moins un signal étant obtenu par application desdits filtres de reconstruction à un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique à restituer.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- le dispositif est associé à des moyens de mise en forme d'un signal d'entrée comportant des informations temporelles et spatiales d'un environnement sonore à restituer, adaptés pour décomposer lesdites informations sur une base de fonctions spatio-temporelles afin de délivrer un signal comportant ledit nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique à restituer, correspondant audit environnement sonore, sous la forme d'une combinaison linéaire desdites fonctions spatio-temporelles ; - lesdites fonctions spatio-temporelles sont des fonctions dites de Fou- rier-Bessel et/ou des combinaisons linéaires de ces fonctions ;
- lesdits moyens de détermination de filtres de reconstruction reçoivent en entrée au moins l'un des paramètres parmi les paramètres suivants :
- des paramètres représentatifs d'au moins une des trois coor- données de la position de chaque ou certains des éléments, par rapport au centre placé dans la zone d'écoute ;
- des paramètres représentatifs des réponses spatio-temporelles de chaque ou certains des éléments ;
- un paramètre décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte dans les moyens de détermination de filtres de reconstruction ;
- des paramètres représentatifs des gabarits desdits éléments de restitution ;
- un paramètre représentatif de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration dudit ensemble de restitution ;
- un paramètre définissant le modèle de rayonnement desdits éléments de restitution ; - des paramètres représentatifs de la réponse en fréquence desdits éléments de restitution ;
- un paramètre représentatif d'une fenêtre spatiale ;
- des paramètres représentatifs d'une fenêtre spatiale sous forme de coefficients de pondération ;
- de paramètres représentatifs du rayon d'une fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule ; et
- des paramètres représentatifs d'une liste de fonctions spatiotemporelles dont la reconstruction est imposée ; - chacun desdits paramètres reçus par lesdits moyens de détermination de filtres de reconstruction est véhiculé par l'un des signaux parmi le groupe de signaux suivants :
- un signal de définition comportant des informations représentatives des caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution ; - un signal supplémentaire comportant des informations représentatives des caractéristiques acoustiques associées aux éléments de l'ensemble de restitution ; et
- un signal d'optimisation comportant des informations relatives à une stratégie d'optimisation, afin de délivrer, à l'aide des paramètres contenus dans ces signaux, un signal représentatif desdits filtres de reconstruction représentatifs dudit ensemble de restitution ;
- le dispositif est associé à des moyens de détermination de tout ou partie des paramètres reçus par lesdits moyens de détermination de filtres de reconstruction, lesdits moyens comportant au moins l'un des éléments suivants :
- des moyens de simulation ;
- des moyens de calibrage ;
- des moyens de saisie de paramètres ;
- lesdits moyens de détermination de filtres de reconstruction sont adaptés pour déterminer un ensemble de filtres représentatifs de la position dans l'espace des éléments de l'ensemble de restitution ; et
- lesdits moyens de détermination de filtres de reconstruction sont adaptés pour déterminer un ensemble de filtres représentatifs de l'effet de salle induit par la zone d'écoute. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig.1 est une représentation d'un repère sphérique ; - la Fig.2 est un schéma d'un système de restitution selon l'invention ;
- la Fig.3 est un schéma synoptique du procédé de l'invention ;
- la Fig.4 est un schéma détaillant les moyens de calibrage ;
- la Fig.5 est un schéma détaillant l'étape de calibrage ; - la Fig.6 est un schéma de l'étape de simulation ;
- la Fig.7 est un schéma des moyens de détermination de filtres de reconstruction ;
- la Fig.8 est un schéma de l'étape de détermination de filtres de reconstruction ; - la Fig.9 est un mode de réalisation de l'étape de mise en forme du signal d'entrée ; et
- la Fig.10 est un mode de réalisation de l'étape de détermination de signaux de pilotage.
Sur la figure 1 , on a représenté un repère sphérique classique, de manière à préciser le système de coordonnées auquel il est fait référence dans le texte.
Ce repère est un repère orthonormal, d'origine O et comportant trois axes (ON), (OY) et (OZ).
Dans ce repère, une position notée x est décrite au moyen de ses coordonnées spheriques (r,θ, ), où r désigne la distance par rapport à l'origine O, θ l'orientation dans le plan vertical et ^ l'orientation dans le plan horizontal.
Dans un tel repère, un champ acoustique est connu si l'on définit en tout point à chaque instant t la pression acoustique notée p(r, θ,φ,t), dont la transformée de Fourier temporelle est notée P(r, θ,φ,f) où /désigne la fréquence. La figure 2 est une représentation d'un système de restitution selon l'invention.
Ce système comporte un décodeur 1 pilotant un ensemble de restitution 2 qui comporte une pluralité d'éléments 3ι à 3N, tels que des haut-parleurs, des enceintes acoustiques ou toute autre source sonore, agencés de manière quelconque dans un lieu d'écoute 4. On place arbitrairement, dans le lieu d'écoute 4, l'origine O du repère que l'on appelle centre 5 de l'ensemble de restitution.
L'ensemble des caractéristiques spatiales, acoustiques et électrody- namiques est considéré comme les caractéristiques intrinsèques de restitution.
Le système comporte également des moyens 6 de mise en forme d'un signal d'entrée SI et des moyens 7 de génération de paramètres comportant des moyens 8 de simulation, des moyens 9 de calibrage et des moyens 10 de saisie de paramètres. Le décodeur 1 comporte des moyens 11 de détermination de signaux de pilotage et des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction.
Le décodeur 1 reçoit en entrée un signal SIFB comportant des informations représentatives du champ acoustique tridimensionnel à restituer, un signal de définition SL comportant des informations représentatives des caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution 2, un signal supplémentaire RP comportant des informations représentatives des caractéristiques acoustiques associées aux éléments 3ι à 3N et un signal d'optimisation OS comportant des informations relatives à une stratégie d'optimisation.
Le décodeur émet à l'attention de chacun des éléments 3ι à 3N de l'ensemble de restitution 2, un signal sci à scΛ/de pilotage spécifique.
Sur la figure 3, on a représenté schématiquement les étapes principales du procédé mis en œuvre dans un système selon l'invention tel que décrit en référence à la figure 2.
Le procédé comporte une étape 20 de saisie de paramètres d'optimisation, une étape 30 de calibrage permettant de mesurer certaines caractéristiques de l'ensemble de restitution 2 et une étape 40 de simulation.
Lors de l'étape 20 de saisie de paramètres mise en œuvre par les moyens 10 d'interface, certains paramètres du fonctionnement du système peuvent être définis manuellement par un opérateur ou être délivrés par un dispositif adapté.
Lors de l'étape 30 de calibrage, décrite plus en détails en référence aux figures 4 et 5, les moyens de calibrage 9 sont reliés tour à tour avec chacun des éléments 3ι à 3/γ de l'ensemble de restitution 2 afin de mesurer des paramètres associés à ces éléments. L'étape 40 de simulation, mise en œuvre par les moyens 8, permet de simuler les signaux de paramètres nécessaires au fonctionnement du système qui ne sont ni saisis lors de l'étape 20 ni mesurés lors de l'étape 30.
Les moyens 7 de génération de paramètres délivrent alors en sortie le signal de définition SL, le signal supplémentaire RP et le signal d'optimisation OS.
Ainsi, les étapes 20, 30 et 40 permettent de déterminer l'ensemble des paramètres nécessaires à la mise en œuvre de l'étape 50.
Suite à ces étapes, le procédé comporte une étape 50 de détermina- tion de filtres de reconstruction mise en œuvre par les moyens 12 du décodeur 1 et permettant de délivrer un signal FD représentatif des filtres de reconstruction.
Cette étape 50 de détermination de filtres de reconstruction permet de prendre en compte les caractéristiques au moins spatiales de l'ensemble de restitution 2 définies lors des étapes 20 de saisie, 30 de calibrage ou 40 de simula- tion. L'étape 50 permet également de prendre en compte les caractéristiques acoustiques associées aux éléments 3ι à 3N de l'ensemble de restitution 2 et les informations relatives à une stratégie d'optimisation.
Les filtres de reconstruction obtenus à l'issue de l'étape 50 sont par la suite mémorisés dans le décodeur 1 de sorte que les étapes 20, 30, 40 et 50 ne sont répétées qu'en cas de modification de l'ensemble de restitution 2 ou des stratégies d'optimisation.
En fonctionnement, le signal SI comportant des informations temporelles et spatiales d'un environnement sonore à restituer, est fourni aux moyens 6 de mise en forme, par exemple par une acquisition directe ou par lecture d'un enregistrement ou par synthèse à l'aide de logiciels informatiques. Ce signal SI est mis en forme lors d'une étape 60 de mise en forme. A l'issue de cette étape, les moyens 6 délivrent au décodeur 1 un signal SIFB comportant un nombre fini de coefficients représentatifs, sur une base de fonctions spatio-temporelles, de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace, d'un champ acoustique à restituer correspondant à l'environnement sonore à restituer.
En variante, le signal SIFB est fourni par des moyens extérieurs, par exemple un micro-ordinateur comportant des moyens de synthèse.
L'invention se base sur l'utilisation d'une famille de fonctions spatiotemporelles permettant de décrire les caractéristiques de tout champ acoustique. Dans le mode de réalisation décrit, ces fonctions sont des fonctions dites de Fourier-Bessel spheriques de première espèce appelées par la suite fonctions de Fourier-Bessel.
Dans une zone vide de sources sonores et vide d'obstacles, les fonc- tions de Fourier-Bessel sont solutions de l'équation des ondes et constituent une base qui engendre tous les champs acoustiques produits par des sources sonores situées à l'extérieur de cette zone.
Tout champ acoustique tridimensionnel s'exprime donc par une combinaison linéaire des fonctions de Fourier-Bessel, selon l'expression de la trans- formée de Fourier-Bessel inverse qui s'exprime :
P(r,θ,φ,f)=4 π∑ ∑ P,.m(f)j'jl(kr)yr( θ,φ)
1 = 0 m = - l
Dans cette équation, les termes Pι,m(f) sont, par définition, les coefficients de Fourier-Bessel du champ p(r,θ,φ,t), k=-^- , c est la célérité du son dans
l'air (340 ms"1), jι(kr)est la fonction de Bessel sphérique de première espèce
d'ordre / définie par jt ou χ) est la fonction de Bessel de pre mière espèce d'ordre v, et y"\θ, ) est l'harmonique sphérique réelle d'ordre / et de terme m, avec m allant de -/ à /, définie par :
Dans cette équation, les Pιm(χ) sont les fonctions de Legendre asso- ciées définies par :
avec Pι(x) les polynômes de Legendre, définis par :
Les coefficients de Fourier-Bessel s'expriment aussi dans le domaine temporel par les coefficients pι,m(t) correspondant à la transformée de Fourier temporelle inverse des coefficients E/,m(/). En variante, le procédé de l'invention utilise des bases de fonctions s'exprimant comme des combinaisons linéaires, éventuellement infinies, de fonctions de Fourier-Bessel.
Lors de l'étape 60 de mise en forme, réalisée par les moyens 6, le si- gnal d'entrée SI est décomposé en coefficients de Fourier-Bessel pι,m(t) de manière à établir les coefficients formant le signal SIFB-
La décomposition en coefficients de Fourier-Bessel est conduite jusqu'à un ordre limite L défini préalablement à cette étape 60 de mise en forme lors de l'étape 20 de saisie. A l'issue de l'étape 60, le signal SIFB délivré par les moyens 6 de mise en forme est introduit dans les moyens 11 de détermination des signaux de pilotage. Ces moyens 11 reçoivent également le signal FD représentatif des filtres de reconstruction définis en prenant en compte notamment la configuration spatiale de l'ensemble de restitution 2. Les coefficients du signal SIFB, délivrés à l'issue de l'étape 60, sont utilisés par les moyens 11 lors d'une étape 70 de détermination des signaux de pilotage sci à sc/ des éléments de l'ensemble de restitution 2 à partir de l'application des filtres de reconstruction déterminés lors de l'étape 50 à ces coefficients.
Les signaux sci à sc^ sont alors délivrés afin d'être appliqués aux élé- ments 3ι à >N de l'ensemble de restitution 2 qui restituent le champ acoustique dont les caractéristiques sont sensiblement indépendantes des caractéristiques intrinsèques de restitution de l'ensemble de restitution 2.
Grâce au procédé de l'invention, les signaux sc1 à scΛ/de pilotage sont adaptés pour permettre une restitution optimale du champ acoustique qui exploite au mieux les caractéristiques spatiales et/ou acoustiques de l'ensemble de restitution 2, notamment l'effet de salle, et qui intègre la stratégie d'optimisation choisie.
Ainsi, du fait de la quasi-indépendance entre les caractéristiques intrinsèques de restitution de l'ensemble de restitution 2 et du champ acoustique restitué, il est possible de rendre ce dernier sensiblement identique au champ acoustique correspondant à l'environnement sonore représenté par les informations temporelles et spatiales reçues en entrée.
On va maintenant décrire plus en détail les étapes principales du procédé de l'invention. Lors de l'étape 20 de saisie de paramètres un opérateur ou un système de mémoire adapté peut spécifier tout ou partie des paramètres de calcul et notamment :
- Xn , représentatif de la position de l'élément 3„ par rapport au centre d'écoute 5 ; x„ s'exprime dans le repère sphérique au moyen des coordonnées r„, Θn, et φn ;
- Gn(f), représentatif du gabarit de l'élément 3n de l'ensemble de restitution spécifiant la bande de fréquence de fonctionnement de cet élément ;
- Ntm,n(/). représentatif de la réponse spatio-temporelle de l'élément 3n correspondant au champ acoustique produit dans le lieu d'écoute 4 par l'élément
3π, lorsque celui-ci reçoit en entrée un signal impulsionnel ;
- W(r,j), décrivant pour chaque fréquence / considérée une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique, ces contraintes permettant de spécifier la réparti- tion dans l'espace de l'effort de reconstruction du champ acoustique ;
- Wι(f), décrivant directement sous forme de pondération des coefficients de Fourier-Bessel et pour chaque fréquence /considérée, une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique ; - R(f), représentatif, pour chaque fréquence /considérée, du rayon de la fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule ;
- H„(f), représentatif, pour chaque fréquence / considérée, de la réponse en fréquence de l'élément 3n ;
- μ(f), représentatif, pour chaque fréquence /considérée, de la capaci- té d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration de l'ensemble de restitution ;
- {(k, fnk)}(f), constituant pour chaque fréquence/considérée, une liste de fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée ;
- L(f), imposant, pour chaque fréquence /considérée, l'ordre limite de fonctionnement des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction ;
- RM(f), définissant, pour chaque fréquence/considérée, le modèle de rayonnement des éléments 3ι à 3w de l'ensemble de restitution 2. Le signal de définition SL véhicule les paramètres x» , le signal supplémentaire RP, les paramètres Hn(f) et N/,m,„(/) et le signal d'optimisation OS, les paramètres Gn(f), μ(f), {(/fc mk)}( ), L(f), W(r,j), W,(j), R(J) et RM(f).
Les moyens 10 d'interface mettant en œuvre cette étape 20 sont des moyens de type classiques tels qu'un micro-ordinateur ou tout autre moyen approprié.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 30 de calibrage et les moyens 9 qui la mettent en œuvre.
Sur la figure 4 on a représenté le détail des moyens 9 de calibrage. Ils comportent un module 91 de décomposition, un module 92 de détermination de réponse impulsionnelle et un module 93 de détermination de paramètres de calibrage.
Les moyens 9 de calibrage sont adaptés pour être connectés à un dispositif d'acquisition sonore 100 tel qu'un microphone ou tout autre dispositif adap- té, et pour être connectés tour à tour à chaque élément 3π de l'ensemble de restitution 2 afin de prélever des informations sur cet élément.
Sur la figure 5, on a représenté le détail d'un mode de réalisation de l'étape 30 de calibrage mise en oeuvre par les moyens 9 de calibrage et permettant de mesurer des caractéristiques de l'ensemble de restitution 2. Lors d'une sous-étape 32, les moyens 9 de calibrage émettent un signal spécifique un(t) tel qu'une séquence pseudo-aléatoire MLS (Maximum Length Séquence) à l'attention d'un élément 3„. Le dispositif d'acquisition 100 reçoit, lors d'une sous-étape 34, l'onde sonore émise par l'élément 3„ en réponse à la réception du signal u„(t) et transmet des signaux ci m(t) représentatifs de l'onde reçue au module de décomposition 91.
Lors d'une sous-étape 36, le module de décomposition 91 décompose les signaux captés par le dispositif d'acquisition 100 en un nombre fini de coefficients de Fourier-Bessel qιι>n(t).
Par exemple, le dispositif 100 délivre des informations de pression p(t) et de vitesse v(t) au centre 5 de l'ensemble de restitution. Dans ce cas, les coefficients qo,o(t) à <7ι,ι(t) représentatifs du champ acoustique se déduisent des signaux c0,o(t) à c1;1(t) selon les relations suivantes :
q o(t) = -ρc^ c fi(t) avec clι0(t) = vz(t)
q ) = -p ^ cl (t) avec c,,,(t) = v^(t)
Dans ces équations, ^t), vy(t) et v^t) désignent les composantes du vecteur vitesse v(t) dans le repère orthonormal considéré et p désigne la masse volumique de l'air.
Lorsque ces coefficients sont définis par le module 91 , ils sont adressés au module 92 de détermination de réponse.
Lors d'une sous-étape 38, le module 92 de détermination de réponse détermine les réponses impulsionnelles hptm(t) qui relient les coefficients de Fourier-Bessel qι,m(t) et le signal émis un(t).
La réponse impulsionnelle délivrée par le module 92 de détermination de réponse est adressée au module 93 de détermination de paramètres.
Lors d'une sous-étape 39, le module 93 déduit des informations sur des éléments de l'ensemble de restitution.
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 de détermination de paramètres détermine la distance r„ entre l'élément 3„ et le centre 5 à partir de sa réponse hp0,o(t) et de la mesure du temps mis par le son pour se propager de l'élément 3n au dispositif d'acquisition 100, grâce à des méthodes d'estimation de retard sur la réponse hpw(t).
Dans le mode de réalisation décrit, le dispositif d'acquisition 100 est en mesure d'encoder sans ambiguïté l'orientation d'une source dans l'espace. Ainsi, il apparaît pour chaque instant t des relations trigonométriques entre les 3 réponses hp\ ι(t), hp\ fi(t) et bj-- ι,ι(t) impliquant les coordonnées θn et φ„. Le module 93 détermine les valeurs hpx<A, hp]fi et hpl correspondant aux valeurs prises par les réponses bpι,-ι(t), b/?ι,o( et hp\Λ(f) à un instant t choisi arbitrairement tel que par exemple l'instant pour lequel hp0, (t) atteint son maximum.
Par la suite, le module 93 estime des coordonnées θn et , à partir des valeurs au moyen des relations trigonométriques suivantes : - pour bJpι,o> 0
Ces relations admettent les cas particuliers suivants
- pour bpι)0=0 et b 1;ι≠0 : θn~2
- pour b/?ι,ι=0 et hpi =0 et b ι,o=0 : θn et n sont indéfinis
- pour 2 et -signe(hp _,) -
- pour -signe(Λpi _,) Ç Avantageusement, les coordonnées θn et φn sont estimées sur plusieurs instants. La détermination finale des coordonnées θn et n est obtenue au moyen de techniques de moyennage entre les différentes estimations.
En variante, les coordonnées θ„ et φ„ sont estimées à partir d'autres réponses parmi les bp/,m(t) disponibles ou sont estimées dans le domaine fré- quentiel à partir des réponses HE/,m( ).
Ainsi définis, les paramètres r„, θn et φn sont transmis au décodeur 1 par le signal de définition SL.
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 délivre également la fonction de transfert Hn(f) de chaque élément 3n, à partir des réponses hpιm(t) issues du module 92 de détermination de réponse.
Une solution consiste à construire la réponse hp OtQ(t) correspondant à la sélection de la partie de la réponse hp0,o(t) qui comporte un signal non nul et dénué des réflexions introduites par le lieu d'écoute 4. La réponse en fréquence Hn(f) est déduite par transformée de Fourier de la réponse hp '0,o(t) préalablement fenêtrée. La fenêtre peut être choisie parmi les fenêtres classiques de lissage, comme par exemple rectangulaire, Hamming, Hanning, et Blackman. Les paramètres H„(f) ainsi définis sont transmis au décodeur 1 par le signal supplémentaire RP.
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 délivre également la réponse spatio-temporelle N/,w,/.( ) de chaque élément 3n de l'ensemble de restitu- tion 2, déduite en appliquant un ajustement de gain et un alignement temporel des réponses impulsionnelles hpιm(t) à partir de la mesure de la distance r„ de l'élément 3π de la manière suivante : ηι.m.n(t)= r„ hpιm (t+rn/c)
La réponse spatio-temporelle ηι,m,n(t) contient une grande quantité d'informations caractérisant l'élément 3„, notamment sa position et sa réponse en fréquence. Elle est représentative également de la directivité de l'élément 3n, de sa non ponctualité, ainsi que de l'effet de salle résultant du rayonnement de l'élément 3„ dans le lieu d'écoute 4.
Le module 93 applique un fenêtrage temporel à la réponse ηι,m>„(t) pour ajuster la durée de prise en compte de l'effet de salle. La réponse spatiotemporelle exprimée dans le domaine fréquentiel Nι,m,„(f) est obtenue par transformée de Fourier de la réponse ηι,m.n(t)- La réponse spatio-temporelle N/,ffl,„( ) est ensuite fenêtrée fréquentiellement afin d'ajuster la bande de fréquences sur laquelle l'effet de salle est pris en compte. Le module 93 délivre alors les paramè- très Nim,n(f) ainsi mis en forme qui sont fournis au décodeur 1 par le signal supplémentaire RP.
Les sous-étapes 32 à 39 sont répétées pour tous les éléments 3ι à 3A de l'ensemble de restitution 2.
En variante, les moyens 9 de calibrage sont adaptés pour recevoir d'autre types d'informations référentes à l'élément 3„. Par exemple, ces informations sont introduites sous la forme d'un nombre fini de coefficients de Fourier- Bessel représentatifs du champ acoustique produit par l'élément 3„ dans le lieu d'écoute 4.
De tels coefficients peuvent notamment être délivrés par des moyens de simulation acoustique mettant en œuvre une modélisation géométrique du lieu d'écoute 4 pour déterminer la position des sources images induites par les réflexions dues à la position de l'élément 3π et à la géométrie du lieu d'écoute 4.
Les moyens de simulation acoustique reçoivent en entrée le signal u„(t) émis par le module 92 et délivrent, à l'aide du signal a,m(t), les coefficients de Fourier-Bessel déterminés par superposition du champ acoustique émis par l'élément 3π et des champs acoustiques émis par les sources images lorsque l'élément 3n reçoit le signal un(t). Dans ce cas le module 91 de décomposition effectue uniquement une transmission du signal c ffl(t) au module 92. En variante, les moyens 9 de calibrage comportent d'autres moyens d'acquisition d'informations référentes aux éléments 3ι à 3ΛΛ tels que des moyens de mesure de position au laser, des moyens de traitement du signal mettant en œuvre des techniques de formation de voies ou tout autre moyen approprié.
Les moyens 9 mettant en œuvre l'étape 30 de calibrage sont consti- tués par exemple d'une carte électronique ou d'un programme d'ordinateur ou de tout autre moyen approprié.
On va maintenant décrire le détail de l'étape 40 de simulation de paramètres et les moyens 8 qui la mettent en œuvre. Cette étape est réalisée pour chaque fréquence/de fonctionnement. Les modes de réalisation décrits nécessitent de connaître pour chaque élément 3„ sa position complète décrite par les paramètres r„, θ„ et φn et/ou sa réponse spatio-temporelle décrite par les paramètres N/,m.„( )-
Dans un premier mode de réalisation, décrit en référence à la figure 6, les paramètres qui ne sont ni saisis, par un opérateur ou par des moyens exté- rieurs, ni mesurés, sont simulés.
L'étape 40 débute par une sous-étape 41 de détermination des paramètres manquants dans les signaux RP, SL et OS reçus.
Lors d'une sous-étape 42, le paramètre H„(f) représentatif de la réponse des éléments de l'ensemble de restitution 2 prend la valeur par défaut 1. Lors d'une sous-étape 43, le paramètre G„(f) représentatif des gabarits des éléments de l'ensemble de restitution 2 est déterminé par seuillage sur le paramètre H„(/) dans le cas où celui-ci est mesuré, défini par l'utilisateur, ou fourni par des moyens extérieurs, sinon, Gn(f) prend la valeur par défaut 1.
L'étape 40 comporte ensuite une sous-étape 44 de détermination des éléments actifs à la fréquence/considérée.
Lors de cette sous-étape, une liste {«*}(/) d'éléments de l'ensemble de restitution actifs à la fréquence /est déterminée, ces éléments étant ceux dont le gabarit G„( ) est non nul pour cette fréquence. La liste {«*}(/) comprend TV}- éléments et elle est transmise au décodeur 1 par le signal d'optimisation OS. Elle est utilisée pour sélectionner les paramètres correspondant aux éléments actifs à chaque fréquence/parmi l'ensemble des paramètres. Les paramètres d'indice n* correspondent au nème élément actif à la fréquence/
Lors d'une sous-étape 45, le paramètre L(f) représentatif de l'ordre de fonctionnement du module de détermination des filtres à la fréquence courante/ est déterminé de la manière suivante :
- les moyens de simulation 8 calculent le plus petit angle amm formé par une paire d'éléments de l'ensemble de restitution au moyen d'une relation trigo- nométrique, telle que par exemple : β«ι»,«2* = acos(sin#nl »sin#-12.cos( 11 Φ- I2*) + cos#„,.cos<9„2,) parmi l'ensemble des couples (ni *, n2*) tels que nl *≠ n2* ;
- les moyens 9 de simulation déterminent l'ordre maximum L(f) qui est le plus grand entier respectant la relation L(f) < π / amn.
Lors d'une sous-étape 46, le paramètre RM(f) définissant le modèle de rayonnement des éléments constituant l'ensemble de restitution, est déterminé automatiquement en prenant par défaut le modèle de rayonnement sphérique.
Lors d'une sous-étape 47, le paramètre Wι(f) qui décrit la fenêtre spa- tiale représentative de la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique sous forme de pondération de coefficients de Fourier- Bessel est déterminé de la manière suivante :
- si le paramètre W(r, ) représentatif de la fenêtre spatiale dans le repère sphérique est fourni ou saisi, Wι(f) est déduit de sa valeur en appliquant l'expression :
W, (f)=l6 π2 Çw(r,f)jr(kr)r2dr
- si le paramètre R(f), qui représente un rayon lorsque la fenêtre spatiale est une boule de rayon R(f), est fourni par des moyens extérieurs ou saisi, Wι(f) est déduit de sa valeur en appliquant l'expression : W, (kR ( > ∞ V)) sinon, Wι(f) est déduit de L(f), en appliquant l'expression :
W, (f) = S π R> ( KkR ) +J kR ) - ^ ikR ) jM{kR)) avec R = ^-
- En variante, si la fenêtre spatiale n'est pas spécifiée, les moyens de simulation 8 attribuent au paramètre Wtf), une valeur par défaut, par exemple une fenêtre de Hamming de taille 2L(j) + 1, évaluée en /.
Le paramètre Wι(f) est déterminé pour les valeurs de / allant de 0 à
W-
Lors d'une sous-étape 48, le paramètre {(/fc k)}(f) est déduit à partir des paramètres L(f) et xn* de la manière suivante :
Dans un premier temps, les moyens 9 calculent les coefficients où (θn*, φn*) est la direction de l'élément de restitution 3n*. Dans un second temps, les moyens 9 calculent les coefficients
Dans un troisième temps, les moyens 8 calculent, à l'aide d'un paramètre supplémentaire ε, la liste des paramètres {(h, mk)}(f), que l'on appelle C et qui est initialement vide. Pour chaque valeur de l'ordre /, en commençant à 0, les moyens 8 réalisent les sous-étapes suivantes : - recherche de Gι= max(G/,ffl) ;
- détermination de la liste Ci des coefficients (/, m) tels que G/,m (en dB) soit compris entre G - ε (en dB) et G/ (en dB).
Si la somme du nombre de termes dans C et du nombre de termes dans Ci est supérieure ou égale au nombre TV)- d'éléments de restitution actifs à la fréquence/, la liste C est complète, sinon, on ajoute Ci à C et on recommence la recherche de G/ pour /+l.
Dans le cas où tous les éléments 3 à 3W sont dans un plan horizontal et où la liste des {(lh mk)}(f) n'est ni saisie, ni fournie, les moyens 8 de simulation effectuent un traitement simplifié : La liste des coefficients {(4, mk)}( ) prend la forme : {(0,0),(l -l),(l,l),(2 -2),(2,2)...( 1,- ,),( , ι)} où Lj est choisi de sorte que le nombre d'éléments dans cette liste soit inférieur au nombre N^ d'éléments 3„* actifs à la fréquence/ L\ peut prendre pour valeur la partie entière de (Nf-\)I2, mais il est préférable de prendre pour Ei une valeur plus faible.
Lors d'une sous-étape 49, le paramètre μ(f), qui représente à la fréquence courante /la capacité d'adaptation locale souhaitée, variant entre 0 et 1 , est déterminé automatiquement en prenant par exemple la valeur par défaut 0,7. Ainsi, les moyens 9 de simulation permettent, lors de l'étape 40, de compléter les signaux SL, RP et OS de manière à délivrer aux moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction l'ensemble des paramètres nécessaires à leur mise en œuvre.
En fonction des paramètres saisis ou mesurés, certaines des sous- étapes de simulation décrites ne sont pas réalisées. L'étape 40 de simulation constituée de l'ensemble des sous-étapes 41 à 49, est répétée pour toutes les fréquences considérées. En variante, chaque sous-étape est réalisée pour toutes les fréquences avant de passer à la sous- étape suivante.
Dans un autre mode de réalisation, tous les paramètres intervenants sont fournis au décodeur 1 et l'étape 40 ne comporte alors que la sous étape 41 de réception et vérification des signaux SL, RP et OS et la sous étape 44 de détermination des éléments actifs à la fréquence/considérée.
Les moyens 8 de simulation mettant en œuvre l'étape 40 sont par exemple des programmes d'ordinateurs ou des cartes électroniques dédiées pour une telle application ou tout autre moyen approprié.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 50 de détermination de filtres de reconstruction et les moyens 12 qui la mettent en œuvre.
Sur la figure 7, on a représenté les moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction qui comportent un module 82 de détermination de matrices de transfert à partir des paramètres des signaux SL, RP et OS ainsi que des moyens 84 de détermination d'une matrice de décodage D*.
Les moyens 12 comportent également un module 86 de stockage de la réponse des filtres de reconstruction et un module 88 de paramétrage de filtres de reconstruction. Sur la figure 8, on a représenté le détail de l'étape 50 de détermination de filtres de reconstruction.
L'étape 50 est répétée pour chaque fréquence de fonctionnement et comporte une pluralité de sous-étapes de détermination de matrices représentatives des paramètres définis préalablement.
L'étape 50 de détermination de filtres de reconstruction comprend une sous-étape 51 de détermination d'une matrice W de pondération du champ acoustique à partir des signaux L(f) et Wι(f).
W est une matrice diagonale de taille (L(f)+ 1)2 contenant les coefficients de pondération Wι(f) et dans laquelle chaque coefficient Wι(f) se trouve 2/+1 fois à la suite sur la diagonale. La matrice W a donc la forme suivante :
De même, l'étape 50 comporte une sous-étape 52 de détermination d'une matrice M représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution à partir des paramètres N/,m,„*( ), RM(f), Hn*(f), χn* et L(j).
M est une matrice de taille (L(J)+lf sur Λ^, constituée d'éléments Mi.m.n*, les indices l,m désignant la ligne l2+l+m et n* désignant la colonne n. La matrice M a donc la forme suivante :
Af . ,0,1» ^ 1.0.2* ' • M 1 ,0, Λ. / * M, 1 , ,1 , ,1.* M 1 , 1 ,2* M 1 , 1 , V , *
M L -LΛ.M L _LtV •M L -L.N { *
M LtLΛ. iιLι2. M L ,L,N f *
Les éléments /,m>„* s'obtiennent en fonction du modèle de rayonnement RM(f) - si RM(f) définit un modèle de rayonnement en ondes planes,
- si RM(f) définit un modèle de rayonnement en ondes spheriques,
- si RM(f) définit un modèle utilisant les mesures effectuées des réponses spatio-temporelles, avec recours au modèle d'ondes planes pour les mesures manquantes, alors /jOTι„* = N/, ,n*( ) pour les indices l,m,n* fournis et la fréquence courante/ Le reste des /,m,„* est déterminé selon la relation : - si RM(f) définit un modèle utilisant les mesures effectuées des réponses spatio-temporelles, avec recours au modèle d'ondes spheriques pour les mesures manquantes, alors / m,„. = N/,m,„*( ) pour les indices l,m,n* fournis et la fréquence courante/ Le reste des m „* est déterminé selon la relation : θn*,Φn<)Hn*(f)ξι (rn;f) Dans ces expressions ξ, (r„.,/) est défini par l'expression :
La matrice M ainsi définie est représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution. En particulier, M est représentative de la configuration spatiale de l'ensemble de restitution. Lorsque le procédé utilise les coefficients N/.,«,„(/), la matrice M est représentative des réponses spatio-temporelles des éléments 3ι à 3Λ/ et donc notamment de l'effet de salle induit par le lieu d'écoute 4.
L'étape 50 comporte également une sous-étape 53 de détermination d'une matrice F représentative des fonctions de Fourier-Bessel dont on exige une reconstruction parfaite. Cette matrice est déterminée à partir du paramètre L(f), ainsi que des paramètres {(h,mk)}(f) de la manière suivante.
A partir de la liste {(lk,mk)}(f), en appelant K le nombre d'éléments (lk,mk) de la liste {( ,m*)}( ). |a matrice F constituée est de taille K sur (L(f)+l)2. Chaque ligne k de la matrice F contient un 1 sur la colonne lk 2+lk+mk, et des 0 ailleurs. Par exemple, pour une configuration de l'ensemble de restitution de type dit « 5.1 », dont la liste {(h,mk)}(f) peut prendre la forme {(0,0), (1,-1), (1,1)}, la matrice F s'écrit :
Lorsque le paramètre μ(j) est nul, le décodeur 1 ne reproduit que les fonctions de Fourier-Bessel énumérées par les paramètres {(lk,mk)}(f), les autres étant ignorées. Lorsque μ(f) est réglé à 1 , le décodeur reproduit parfaitement les fonctions de Fourier-Bessel désignées par {(lk,mk)}(f) mais reproduit en plus partiellement de nombreuses autres fonctions de Fourier-Bessel parmi celles disponibles jusqu'à l'ordre L(f) de sorte que le champ reconstruit est globalement plus proche de celui décrit en entrée. Cette reconstruction partielle permet au décodeur 1 de s'adapter à des configurations de restitution très irrégulières dans leur répartition angulaire.
Les sous-étapes 51 à 53 mises en œuvre par le module 82 peuvent être exécutées séquentiellement ou simultanément.
L'étape 50 de détermination de filtres de reconstruction comprend ensuite une sous-étape 54 de prise en compte de l'ensemble des paramètres déterminés précédemment, mise en œuvre par le module 84 afin de délivrer une matrice D* de décodage représentative des filtres de reconstruction.
Cette matrice D* est délivrée à partir des matrices M, F, W et du paramètre μ(J) selon l'expression suivante :
D* = μA τ W + A Mτ Fτ (F M A τ E F (I(L+])1 - μMA Mτ W)
avec A = ((\-μ) IN + μ M1 WM)~l où MΎ désigne la matrice transposée conjuguée de M. Les éléments £. *„,/,„, de la matrice D* sont organisés de la manière suivante
D 1,0,0 D ! ) _! D l ιlj0 D 1,1,1 ' " -D \,L,-L D l,L,Q ' " I^ \,L,L ^2,0,0 ^ 2.1,-1 D ,),o D 2,\,\ ' " 2f,-L D 21,0 " • 2,L,L
D* D* £ ^>* N{,\ <r £)* N;,\,\ - D* Nf,L,-L D* - D*
La matrice D* est donc représentative de la configuration de l'ensemble de restitution, des caractéristiques acoustiques associées aux éléments 3ι à 3N et des stratégies d'optimisation.
Dans le cas où le procédé utilise les coefficients N/,m,„(/), la matrice D* est représentative notamment de l'effet de salle induit par le lieu d'écoute 4. Par la suite, lors d'une sous-étape 55, le module 86 de stockage de la réponse des filtres de reconstruction à la fréquence courante /complète pour la fréquence / la matrice D(f) représentative de la réponse en fréquence des filtres de reconstruction, en recevant en entrée la matrice D*. Les éléments de la ma- trice D* sont stockés dans la matrice D(f), en inversant le procédé de détermination de la liste {«*}(/) décrit précédemment en référence à la figure 6. Plus précisément, chaque élément D*n,ι,m de le matrice D* est stocké dans l'élément Dn*,ι,m(j) de la matrice D(f). Les éléments de D(f) non déterminés à l'issue de cette sous-étape sont fixés à 0. Une telle utilisation de la liste {«*}( ) permet la prise en compte de gabarits hétérogènes des éléments de restitution 3-ι à 3^.
Les éléments Dn m(f) de la matrice D(j) sont organisés de la manière suivante :
ΑAOWA,1,-.(/)A,1^A,1,IW-AW( 1-AW(/)-AWW"
D2fi f)D2ΛrX(f)D2 (f)D2tV(fr "
DNfifi(J)DNΛ,- (j)DNΛfi(f)DNΛΛ(j} - >DNMV • -JV,o(/> • -£ (/)_ L'ensemble des sous-étapes 51 à 55 est répété pour toutes les fréquences/considérées et les résultats sont stockés dans le module de stockage 86. A l'issue de ce traitement, la matrice D(f) représentative des réponses en fréquence de l'ensemble des filtres de reconstruction est adressée au module 88 de paramétrage de filtres de reconstruction. Lors d'une sous-étape 58, le module 88 de paramétrage de filtres de reconstruction fournit alors le signal FD représentatif des filtres de reconstruction, en recevant en entrée la matrice D( ). Chaque élément Dn m(J) de la matrice D( ) est un filtre de reconstruction qui est décrit dans le signal FD au moyen de paramètres qui peuvent prendre différentes formes. Par exemple, les paramètres du signal FD associés à chaque filtre
Dn,ι,m(j) peuvent prendre les formes suivantes :
- une réponse en fréquence, dont les paramètres sont directement les valeurs de Dn,ι,m(f) pour certaines fréquences/;
- une réponse impulsionnelle finie, dont les paramètres dn,ι,,„(t) sont calculés par transformée de Fourier temporelle inverse de D„χm(j). Chaque ré- ponse impulsionnelle J„,/,w(t) est échantillonnée puis tronquée à une longueur propre à chaque réponse ; ou
- des coefficients d'un filtre récursif à réponse impulsionnelle infinie calculé à partir des Dnχm(f) avec des méthodes d'adaptation classiques. Ainsi, les moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction délivrent à l'issue de l'étape 50 un signal FD aux moyens 11 de détermination de signaux de pilotage.
Dans ce mode de réalisation, ce signal FD est représentatif des paramètres suivants : - configuration spatiale des éléments de l'ensemble de restitution ;
- caractéristiques acoustiques associées aux éléments de l'ensemble de restitution, notamment les réponses en fréquence et les réponses spatiotemporelles représentatives, entre autre, de l'effet de salle induit par le lieu d'écoute 4 ; - stratégies d'optimisation, notamment les fonctions spatio-temporelles dont on impose la reconstruction, la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique et la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration de l'ensemble de restitution 2.
Les moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction peuvent être réalisés sous la forme d'un logiciel dédié à cette fonction ou encore être intégrés dans une carte électronique ou tout autre moyen approprié.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 60 de mise en forme du signal d'entrée.
Lorsque le système est mis en œuvre, il reçoit le signal d'entrée SI qui comporte des informations temporelles et spatiales d'un environnement sonore à restituer. Ces informations peuvent être de plusieurs natures, notamment :
- un environnement sonore codé selon une distribution angulaire tel que par exemple le format communément appelé « format B » ;
- une description d'un environnement sonore au moyen d'informations de position de sources virtuelles qui composent l'environnement sonore et des signaux émis par ces sources ;
- un environnement sonore codé en multicanal, c'est-à-dire au moyen de signaux destinés à alimenter des haut-parleurs dont la répartition angulaire est fixée et connue et qui inclut notamment les techniques dites « 7.1 », « 5.1 », quadriphoniques, stéréophoniques, et monophoniques.
- un environnement sonore donné par son champ acoustique sous la forme de coefficients de Fourier-Bessel. Ainsi que cela a été dit en référence à la figure 3, lors de l'étape 60, les moyens 6 de mise en forme reçoivent le signal d'entrée SI et le décomposent en coefficients de Fourier-Bessel représentatifs d'un champ acoustique correspondant à l'environnement sonore décrit par le signal SI. Ces coefficients de Fourier-Bessel sont délivrés au décodeur 1 par le signal SIFB- En fonction de la nature du signal d'entrée SI, l'étape 60 de mise en forme varie.
En référence à la figure 9 on va maintenant décrire la décomposition en coefficients de Fourier-Bessel dans le cas où l'environnement sonore est codé dans le signal SI sous la forme de la description d'une scène sonore au moyen d'informations de position des sources virtuelles qui la composent et des signaux émis par ces sources.
Une matrice E permet d'attribuer à chaque source virtuelle s un modèle de rayonnement, par exemple en onde sphérique. E est une matrice de taille (E+l)2 sur S, où S est le nombre de sources présentes dans la scène et L est l'ordre auquel est conduite la décomposition. La position d'une source s est désignée par ses coordonnées spheriques rs, θs et φs. Les éléments Eι_m_s de la matrice E s'écrivent de la manière suivante :
E,,m,s(f) = e~2^ f'cyr( θs ,φs ) ξ, (rs ,f)
On introduit également le vecteur Y qui contient les transformées de Fourier temporelles Ys(f) des signaux ys(t) émis par les sources. Y s'écrit :
Y= [ï (f) Y2 (f) - -- Ys(f)Y Les coefficients de Fourier-Bessel Pι,m(f) sont placés dans un vecteur E de taille (E+l)2, où les 2/+1 termes d'ordre / sont placés les uns à la suite des autres par ordre / croissant. Le coefficient E/,m( ) est ainsi l'élément d'indice l2+l+m du vecteur E qui s'écrit :
P = E Y Ainsi que cela est représenté en référence à la figure 9, l'obtention des coefficients Pι,m(f) de Fourier-Bessel, constituant le signal SIFB, correspond à un filtrage de chaque signal Ys(f) au moyen du filtre E^m s(f), puis par sommation des résultats. Les coefficients Pι,JJ) s'expriment donc de la façon suivante :
L'implantation des filtres EιmιS f) peut être réalisée selon des méthodes classiques de filtrage, telles que par exemple :
- le filtrage dans le domaine fréquentiel ;
- le filtrage à l'aide d'un filtre à réponse impulsionnelle finie ; ou
- le filtrage à l'aide d'un filtre à réponse impulsionnelle infinie. Il s'agit de la méthode la plus directe qui consiste à déduire de l'expression E/,m,s( ) un filtre récursif, par exemple à l'aide d'une transformée bilinéaire.
Dans le cas où le signal SI correspond à la représentation d'un environnement sonore selon un format multicanal, les moyens 6 de mise en forme effectuent les opérations décrites ci-après.
Une matrice S permet d'attribuer à chaque canal c une source de rayonnement, par exemple en onde plane de direction de provenance (θc,φc) correspondant à la direction de l'élément de restitution associé au canal c dans le format multicanal considéré. S est une matrice de taille (Z+l)2 sur C, où C est le nombre de canaux. Les éléments S/,,„,c de la matrice S s'écrivent : On définit également le vecteur Y qui contient les signaux yc(t) correspondant à chaque canal. 7 s'écrit :
Les coefficients de Fourier-Bessel pι,m(t) regroupés comme précédemment dans le vecteur E sont obtenus par la relation : E = S F
Chaque coefficient de Fourier-Bessel pι,m(t) constituant le signal SIFB est obtenu par combinaison linéaire des signaux yc(t) :
Dans le cas où le signal SI correspond à la description angulaire d'un environnement sonore selon le format-B, les quatre signaux W(t), X(i), Y(t) et Z(t) de ce format se décomposent en appliquant de simples gains :
Enfin, dans le cas où le signal SI correspond à une description du champ acoustique sous la forme de coefficients de Fourier-Bessel, l'étape 60 consiste en une simple transmission de signal. Ainsi, à l'issue de l'étape 60 de mise en forme, les moyens 6 délivrent, à l'attention des moyens 11 de détermination de signaux de pilotage, un signal SIFB correspondant à la décomposition du champ acoustique à restituer en un nombre fini de coefficients de Fourier-Bessel.
Les moyens 6 peuvent être réalisés sous la forme de logiciels informa- tiques dédiés ou encore être réalisés sous la forme d'une carte informatique dédiée ou tout autre moyen approprié.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 70 de détermination de signaux de pilotage.
Les moyens 11 de détermination de signaux de pilotage reçoivent en entrée le signal SIFB correspondant aux coefficients de Fourier-Bessel représentatifs du champ acoustique à restituer et le signal FD représentatif des filtres de reconstruction provenant des moyens 12. Ainsi que cela a été dit précédemment, le signal FD intègre des paramètres caractéristiques de l'ensemble de restitution 2. A partir de ces informations, lors de l'étape 70, les moyens 11 déterminent les signaux scι(t) à sc^t) délivrés à l'attention des éléments 3ι à 3ΛΛ Ces signaux sont obtenus par l'application au signal SI B des filtres de reconstruction, de réponse en fréquence D„ m(f), et transmis dans le signal FD.
Les filtres de reconstruction sont appliqués de la façon suivante : Vn (f) Dn J) avec Pι,m(f) les coefficients de Fourier-Bessel constituant le signal SIFB et Vn(j) défini par :
Tn où SCnif) est la transformée de Fourier temporelle de sc„(t). Selon la forme des paramètres du signal FD, chaque filtrage des Pι,m(j) par Dn,ι,m(f) peut être réalisé selon des méthodes classiques de filtrage, telles que par exemple :
- le signal FD fournit directement les réponses en fréquence D„ m(f), et le filtrage est effectué dans le domaine fréquentiel, par exemple, à l'aide des techniques usuelles de convolution par blocs ;
- le signal FD fournit les réponses impulsionnelles finies J„,/,m(t), et le filtrage est effectué dans le domaine temporel par convolution ; ou
- le signal FD fournit les coefficients de filtres récursifs à réponses im- pulsionnelles infinies, et le filtrage est effectué dans le domaine temporel au moyen des relations de récurrence.
Sur la figure 10, on a représenté le cas du filtre à réponse impulsionnelle finie.
On définit Tn.ι.m le nombre d'échantillons propre à chaque réponse d„ >m(t), ce qui conduit à l'expression de convolution suivante :
L'étape 70 se termine par un ajustement des gains et l'application de retards afin d'aligner temporellement les fronts d'onde des éléments 3ι à 3^ de l'ensemble de restitution 2 par rapport à l'élément le plus éloigné. Les signaux sc\(t) à sciκ{t) destinés à alimenter les éléments 3ι à 3w se déduisent des signaux vι(t) à v^t) selon l'expression :
Chaque élément 3ι à 3Λ/ reçoit donc un signal de pilotage spécifique sc-i à SCΛ/ et émet un champ acoustique qui contribue à la reconstruction optimale du champ acoustique à restituer. Le pilotage simultané de l'ensemble des éléments 3ι à 3Λ/ permet une reconstruction optimale du champ acoustique à restituer.
Par ailleurs, le système décrit peut également fonctionner dans des modes simplifiés. Par exemple, dans un premier mode de réalisation simplifié, lors de l'étape 50, le module 12 de détermination de filtres reçoit uniquement les paramètres suivants : - χ„ , représentatif de la position de l'élément 3n de l'ensemble de restitution 2 ;
- Wι, décrivant, directement sous forme de pondération des coefficients de Fourier-Bessel, une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique ; et
- L, imposant l'ordre limite de fonctionnement des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction.
Dans ce mode simplifié, ces paramètres sont indépendants de la fréquence et les éléments 3-ι à 3v de l'ensemble de restitution sont actifs et suppo- ses idéaux pour toutes les fréquences. Les sous-étapes de l'étape 50 ne sont donc réalisées qu'une seule fois. Lors de la sous-étape 52, la matrice M est construite à partir d'un modèle de rayonnement en ondes planes. Les éléments / m „ de la matrice M se simplifient en : Dans ce mode simplifié, μ = 1 et la liste {(lk,mk)}(f) ne contient aucun terme. Lors de la sous-étape 54, le module 84 détermine alors directement la matrice D selon l'expression simplifiée :
D = ( MΎWM)A MΎW Le stockage de la réponse des filtres de reconstruction n'est plus né- cessaire, et la sous-étape 55 n'est pas réalisée. De même, les filtres décrits dans la matrice D étant de simples gains, la sous-étape 58 n'est pas non plus réalisée et le module 84 fournit directement le signal FD.
Lors de l'étape 70, la détermination des signaux de commande s'effectue dans le domaine temporel et correspond à de simples combinaisons linéaires des coefficients pιm(t) suivies d'un alignement temporel selon l'expression :
Le module 11 fournit alors les signaux de commande scι(t) à sc^t) destinés à l'ensemble de restitution.
Dans un autre mode de réalisation simplifié, lors de l'étape 50, le module 12 de détermination de filtres reçoit en entrée les paramètres suivants : - Xn , représentatif de la position de l'élément 3n de l'ensemble de restitution 2 ;
- constituant la liste des fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée ; et - E, imposant l'ordre de fonctionnement des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction.
Dans ce mode simplifié les paramètres sont indépendants de la fréquence et les éléments 3ι à 3N de l'ensemble de restitution sont actifs et supposés idéaux pour toutes les fréquences. Les sous-étapes de l'étape 50 ne sont donc réalisées qu'une seule fois. Lors de la sous-étape 52, la matrice M est construite à partir d'un modèle de rayonnement en ondes planes. Les éléments Λ /,„,„ de la matrice M se simplifient en : La sous-étape 53 de détermination de la matrice F reste inchangée. Dans ce mode simplifié μ= 0 et lors de la sous-étape 54, le module 84 détermine directement la matrice D selon l'expression simplifiée :
D = MΥFτ ( FMMτFτ )"' F Le stockage de la réponse des filtres de reconstruction n'est plus nécessaire, et la sous-étape 55 n'est pas réalisée. Les filtres décrits dans la matrice D étant de simples gains, la sous-étape 58 n'est pas non plus réalisée. C'est donc le module 84 qui fournit directement le signal FD.
Lors de l'étape 70, la détermination des signaux de commande s'effectue dans le domaine temporel et correspond à de simples combinaisons linéaires des coefficients pι,m(t) suivies d'un alignement temporel selon l'expression :
avec v„(t) =∑ ∑ ,m(t) ,/,m
;=0 m=-l
Le module 11 fournit alors les signaux de commande scx(t) à sc (t) destinés à l'ensemble de restitution. II apparaît que selon l'invention, les signaux de pilotage sci à SCN sont adaptés pour exploiter au mieux les caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution 2, les caractéristiques acoustiques associées aux éléments 3ι à 3/v et les stratégies d'optimisation de manière à reconstruire un champ acoustique de haute qualité.
Il apparaît donc que le procédé mis en œuvre permet notamment d'obtenir une restitution optimum d'un champ acoustique tridimensionnel quelle que soit la configuration spatiale de l'ensemble de restitution 2.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits.
Notamment, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre par des calculateurs numériques tels qu'un ou plusieurs processeurs informatiques ou des processeurs de signaux numériques (DSP). II peut également être mis en œuvre à partir d'une plate-forme générale telle qu'un ordinateur personnel.
Il est également possible de concevoir une carte électronique destinée à être insérée dans un autre élément et adaptée pour mémoriser et exécuter le procédé de l'invention. Par exemple, une telle carte électronique s'intègre dans un ordinateur.
Dans d'autres modes de réalisation, tout ou partie des paramètres nécessaires à l'exécution de l'étape de détermination de filtres de reconstruction est extrait de mémoires préenregistrées ou est délivré par un autre appareil dédié à cette fonction.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage d'un ensemble de restitution (2) d'un champ acoustique pour obtenir un champ acoustique restitué de caractéristiques spécifiques sensiblement indépendantes des caractéristiques intrinsèques de restitution dudit ensemble (2), ledit ensemble de restitution (2) comportant une pluralité d'éléments de restitution (3ι à 3N), caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- une étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique à restituer ; - une étape (50) de détermination de filtres de reconstruction représentatifs dudit ensemble de restitution (2), comportant une sous-étape (54) de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution
(2) ;
- une étape (70) de détermination d'au moins un signal de pilotage (sc-i à scN) desdits éléments (3ι à 3N) dudit ensemble de restitution (2), ledit au moins un signal étant obtenu par l'application, auxdits coefficients, desdits filtres de reconstruction ; et
- une étape de délivrance dudit au moins un signal de pilotage (sc-i à SCN), en vue d'une application auxdits éléments de restitution (3ι à 3N) afin d'engendrer ledit champ acoustique restitué par ledit ensemble de restitution (2).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dudit champ acoustique à restituer comporte :
- une étape consistant à fournir un signal d'entrée (SI) comportant des informations temporelles et spatiales d'un environnement sonore ; et
- une étape de mise en forme (60) dudit signal d'entrée (SI) par décomposition desdites informations sur une base de fonctions spatio-temporelles, cette étape de mise en forme (60) permettant de délivrer une représentation dudit champ acoustique à restituer correspondant audit environnement sonore sous la forme d'une combinaison linéaire desdites fonctions.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite étape d'établissement d'un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dudit champ acoustique à restituer comporte : - une étape consistant à fournir un signal d'entrée (SIFB) comportant un nombre fini de coefficients représentatifs dudit champ acoustique à restituer sous la forme d'une combinaison linéaire de fonctions spatio-temporelles.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caracté- risé en ce que lesdites fonctions spatio-temporelles sont des fonctions dites de
Fourier-Bessel et/ou des combinaisons linéaires de ces fonctions.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite sous-étape (54) de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2) est réalisée au moins à partir de paramètres représentatifs, pour chaque élément (3n), des trois coordonnées de sa position (x„ ) par rapport au centre (5) placé dans la zone d'écoute (4), et/ou de sa réponse spatio-temporelle (N|,m n(f)).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite sous- étape (54) de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit en- semble de restitution (2) est réalisée en outre à partir :
- de paramètres (Wι(f)) décrivant, sous forme de coefficients de pondération, une fenêtre spatiale qui spécifie la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique ; et
- d'un paramètre (L(f)) décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite sous-étape (54) de prise en compte de caractéristiques dudit ensemble de restitution (2) est réalisée en outre à partir : - de paramètres ({(lk,mk)}(f)) constituant une liste de fonctions spatiotemporelles dont la reconstruction est imposée ; et
- d'un paramètre (L(f)) décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ladite étape (54) de prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2) est réalisée en outre au moins à partir d'un des paramètres choisis dans le groupe constitué : - de paramètres (x„ ) représentatifs d'au moins une des trois coordonnées de la position de chaque ou certains des éléments (3ι à 3N), par rapport au centre (5) placé dans la zone d'écoute (4) ;
- de paramètres (Nι,mιn(f)) représentatifs des réponses spatio- temporelles de chaque ou certains des éléments (3ι à 3N) ;
- d'un paramètre (L(f)) décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction ;
- de paramètres ({(lk,m )}(f)) constituant une liste de fonctions spatio- temporelles dont la reconstruction est imposée ;
- de paramètres (Gn(f)) représentatifs des gabarits desdits éléments de restitution (3ι à 3N) ;
- d'un paramètre (μ(f)) représentatif de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration dudit ensemble de restitution (2) ;
- d'un paramètre (RM(f)) définissant le modèle de rayonnement desdits éléments de restitution (3ι à 3N) ;
- de paramètres (Hn(f)) représentatifs de la réponse en fréquence desdits éléments de restitution (3ι à 3N) ; - d'un paramètre (W(r,f)) représentatif d'une fenêtre spatiale ;
- de paramètres (Wι(f)) représentatifs d'une fenêtre spatiale sous forme de coefficients de pondération ; et
- d'un paramètre (R(f)) représentatif du rayon d'une fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calibrage (30) permettant de délivrer tout ou partie des paramètres utilisés dans ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape de calibrage (30) comporte, pour au moins l'un des éléments de restitution
(3n) :
- une sous-étape d'acquisition (34) de signaux représentatifs du rayonnement dudit au moins un élément (3n) dans le lieu d'écoute (4) ; et - une sous-étape (39) de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques dudit au moins un élément (3n).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape de calibrage (30) comporte : - une sous-étape d'émission (32) d'un signal spécifique (un(t)) vers ledit au moins un élément (3n) dudit ensemble de restitution (2), ladite sous-étape (34) d'acquisition correspondant à l'acquisition de l'onde sonore émise en réponse par ledit au moins un élément (3n) ; et
- une sous-étape de transformation (36) desdits signaux acquis en un nombre fini de coefficients représentatifs de l'onde sonore émise, afin de permettre la réalisation de ladite sous-étape (39) de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques.
12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite sous-étape (34) d'acquisition correspond à une sous-étape de réception d'un nombre de coefficients représentatifs du champ acoustique généré par ledit au moins un élément (3n) sous la forme d'une combinaison linéaire de fonctions spatio-temporelles, lesquels coefficients sont directement utilisés lors de ladite sous- étape (39) de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques dudit au moins un élément (3n).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ladite sous-étape de calibrage (30) comporte en outre une sous- étape de détermination de la position dans au moins l'une des trois dimensions de l'espace dudit au moins un élément (3n) dudit ensemble de restitution (2).
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, carac- térisé en ce que ladite étape de calibrage (30) comporte en outre une sous-étape de détermination (38) de la réponse spatio-temporelle (N|,m,n(f)) dudit au moins un élément (3n) dudit ensemble de restitution.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que ladite étape de calibrage (30) comporte en outre une sous-étape de détermination de la réponse en fréquence (Hn(f)) dudit au moins un élément (3n) dudit ensemble de restitution (2).
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de simulation (40) de tout ou partie des paramètres nécessaires à la réalisation de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ladite étape de simulation (40) comporte : - une sous-étape (41 ) de détermination des paramètres manquants parmi les paramètres utilisés lors de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction ;
- une pluralité de sous-étapes de calcul (42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49) permettant de déterminer la ou les valeurs du ou des paramètres manquants tels que définis précédemment en fonction des paramètres reçus, de la fréquence, et de valeurs par défaut prédéterminées.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite étape de simulation (40) comporte une sous-étape (44) de détermination d'une liste ({n*}(f)) d'éléments de l'ensemble de restitution actifs en fonction de la fré- quence, et en ce que lesdites sous-étapes de calcul sont réalisées pour les seuls éléments de ladite liste.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que ladite étape de simulation (40) comporte une sous-étape (45) de calcul d'un paramètre (L(f)) représentatif de l'ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte lors de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction à partir au moins de la position dans l'espace de tout ou partie des éléments (3n) de l'ensemble de restitution.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que ladite étape de simulation comporte une étape de détermina- tion (47) de paramètres (Wι(f)) représentatifs d'une fenêtre spatiale sous forme de coefficients de pondération à partir d'un paramètre (W(r,f)) représentatif de la fenêtre spatiale dans le repère sphérique et/ou d'un paramètre (R(f)) représentatif du rayon de ladite fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 20, ca- ractérisé en ce que ladite étape de simulation (40) comporte une sous-étape de détermination (43) d'une liste ({lk, ιτik}(f)) de fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée à partir de la position de tout ou partie des éléments (3n) de l'ensemble de restitution (2).
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de saisie (20) permettant de déterminer tout ou partie des paramètres utilisés lors de ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape (50) de détermination de filtres de reconstruction comprend :
- une pluralité de sous-étapes de calcul (51 , 52, 53) réalisées pour un nombre fini de fréquences de fonctionnement et permettant de délivrer une ma- trice (W) de pondération du champ acoustique, une matrice (M) représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution (2), et une matrice (F) représentative des fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée ; et
- une sous-étape (54) de calcul d'une matrice (D*) de décodage, réalisée pour un nombre fini de fréquences de fonctionnement, à partir de la matrice (W) de pondération du champ acoustique, de la matrice (M) représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution (2), de la matrice (F) représentative des fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée, et d'un paramètre (μ(f)) représentatif de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de l'ensemble de restitution, représentative des filtres de reconstruction.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que ladite sous-étape de calcul (52) permettant de délivrer une matrice (M) représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution (2), est réalisée à partir de paramètres représentatifs pour chaque élément (3n) :
- des trois coordonnées de sa position (x„ ) par rapport au centre (5) placé dans la zone d'écoute (4) ; et/ou
- de sa réponse spatio-temporelle (Nι,m n(f)).
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que ladite sous-étape de calcul (52) permettant de délivrer une matrice (M) représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution (2) est réalisée en outre à partir de paramètres représentatifs pour chaque élément (3n) de sa réponse en fréquence
(H„(f)).
26. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
27. Support amovible du type comportant au moins un processeur de traitement et un élément de mémoire non volatile, caractérisé en ce que ladite mémoire comprend un programme comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, lors- que ledit processeur exécute ledit programme.
28. Dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution (2) d'un champ acoustique, comportant une pluralité d'éléments de restitution (3ι à 3N), caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- des moyens (12) de détermination de filtres de reconstruction repré- sentatifs dudit ensemble de restitution (2) adaptés pour permettre une prise en compte de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2) ; et
- des moyens (11 ) de détermination d'au moins un signal de pilotage (sci à SCN) desdits éléments (3ι à 3N) dudit ensemble de restitution (2), ledit au moins un signal étant obtenu par application desdits filtres de reconstruction à un nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique à restituer.
29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il est associé à des moyens (6) de mise en forme d'un signal d'entrée (SI) comportant des informations temporelles et spatiales d'un environnement sonore à restituer, adaptés pour décomposer lesdites informations sur une base de fonctions spatiotemporelles afin de délivrer un signal (SIFB) comportant ledit nombre fini de coefficients représentatifs de la distribution dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique à restituer, correspondant audit environne- ment sonore, sous la forme d'une combinaison linéaire desdites fonctions spatiotemporelles.
30. Dispositif selon la revendication 29, caractérisé en ce que lesdites fonctions spatio-temporelles sont des fonctions dites de Fourier-Bessel et/ou des combinaisons linéaires de ces fonctions.
31. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, caractérisé en ce que lesdits moyens (12) de détermination de filtres de reconstruction reçoivent en entrée au moins l'un des paramètres parmi les paramètres suivants : - des paramètres (χn ) représentatifs d'au moins une des trois coordonnées de la position de chaque ou certains des éléments (3ι à 3N), par rapport au centre (5) placé dans la zone d'écoute (4) ;
- des paramètres (N|,m n(f)) représentatifs des réponses spatio- temporelles de chaque ou certains des éléments (3ι à 3N) ;
- un paramètre (L(f)) décrivant un ordre de fonctionnement limitant le nombre de coefficients à prendre en compte dans les moyens (12) de détermination de filtres de reconstruction ;
- des paramètres (Gn(f)) représentatifs des gabarits desdits éléments de restitution (3ι à 3N) ;
- un paramètre (μ(f)) représentatif de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration dudit ensemble de restitution
(2) ;
- un paramètre (RM(f)) définissant le modèle de rayonnement desdits éléments de restitution (3-ι à 3N) ;
- des paramètres (Hn(f)) représentatifs de la réponse en fréquence desdits éléments de restitution (3ι à 3N) ;
- un paramètre (W(r,f)) représentatif d'une fenêtre spatiale ;
- des paramètres (W|(f)) représentatifs d'une fenêtre spatiale sous forme de coefficients de pondération ;
- un paramètre (R(f)) représentatif du rayon d'une fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule ; et
- des paramètres ({(lk,rnk)}(f)) constituant une liste de fonctions spatiotemporelles dont la reconstruction est imposée.
32. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 à 31 , caractérisé en ce que chacun desdits paramètres reçus par lesdits moyens (12) de détermination de filtres de reconstruction est véhiculé par l'un des signaux parmi le groupe de signaux suivants :
- un signal de définition (SL) comportant des informations représentati- ves des caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution (2) ;
- un signal supplémentaire (RP) comportant des informations représentatives des caractéristiques acoustiques associées aux éléments (3ι à 3N) de l'ensemble de restitution (2) ; et - un signal d'optimisation (OS) comportant des informations relatives à une stratégie d'optimisation, afin de délivrer, à l'aide des paramètres contenus dans ces signaux, un signal (FD) représentatif desdits filtres de reconstruction représentatifs dudit ensemble de restitution (2).
33. Dispositif selon la revendication 32, caractérisé en ce qu'il est associé à des moyens (7) de détermination de tout ou partie des paramètres reçus par lesdits moyens (12) de détermination de filtres de reconstruction, lesdits moyens (7) comportant au moins l'un des éléments suivants : - des moyens (8) de simulation ;
- des moyens (9) de calibrage ;
- des moyens (10) de saisie de paramètres.
34. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 à 33, caractérisé en ce que lesdits moyens (12) de détermination de filtres de reconstruc- tion sont adaptés pour déterminer un ensemble de filtres représentatifs de la position dans l'espace des éléments (3-ι à 3N) de l'ensemble de restitution (2).
35. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 à 34, caractérisé en ce que lesdits moyens (12) de détermination de filtres de reconstruction sont adaptés pour déterminer un ensemble de filtres représentatifs de l'effet de salle induit par la zone d'écoute (4).
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