EP1479266B1 - Method and device for control of a unit for reproduction of an acoustic field - Google Patents
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- EP1479266B1 EP1479266B1 EP03720643.0A EP03720643A EP1479266B1 EP 1479266 B1 EP1479266 B1 EP 1479266B1 EP 03720643 A EP03720643 A EP 03720643A EP 1479266 B1 EP1479266 B1 EP 1479266B1
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- 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 a set of restitution of an acoustic field.
- Sound is an undulatory acoustic phenomenon that evolves in time and space.
- Existing techniques act mainly on the temporal aspect of the sounds, the treatment of the spatial aspect being very incomplete.
- so-called multichannel systems send different and predetermined signals to several speakers whose distribution is fixed and known.
- the sound environment is likened 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.
- doctoral thesis «Representation of acoustic fields, application to the transmission and reproduction of complex sound scenes in a multimedia context» Paris VI University, Jérians Daniel, July 11, 2000 , defines functions describing the wave characteristics of an acoustic field and allowing a decomposition on the basis of space and time functions that completely describes a three-dimensional acoustic field.
- the object of the invention is to remedy this problem by providing a method and a device for determining driving signals of a set of reproduction of an acoustic field whose spatial configuration is arbitrary.
- the invention relates to a control method as defined in claim 1.
- the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the method, when said program is executed on a computer.
- the invention also relates to 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 control device as defined in claim 28.
- This reference is an orthonormal reference, of origin O and having three axes ( OX ) , ( 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, ⁇ the orientation in the vertical plane and the orientation ⁇ in the horizontal plane.
- a sound field is known if one defines each point at each time t the sound pressure denoted by p (r, ⁇ , ⁇ , t), whose temporal Fourier trans-formed is denoted by P (r , ⁇ , ⁇ , t ) where f is the frequency.
- the figure 2 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 1 to 3 N , such as loudspeakers, speakers or any other sound source, arranged in a manner Any one in a place of listening 4. Place arbitrarily in the listening place 4, the origin O of the reference which is called center 5 of the set of restitution.
- the set of spatial, acoustic and electrodynamic characteristics is considered as the intrinsic characteristics of restitution.
- the system also comprises means 6 for shaping an input signal S1 and means 7 for generating parameters comprising simulation means 8, calibration means 9 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 an IF signal FB comprising information representative of the three-dimensional acoustic field to be reproduced, a definition signal SL comprising information representative of the spatial characteristics of the reproduction assembly 2, an additional signal RP comprising information representative of the acoustic characteristics associated with elements 3 1 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 1 to 3 N of the reproduction assembly 2, a signal SC 1 to SC N of specific control.
- FIG 3 schematically shows the main steps of the method implemented in a system according to the invention as described with reference to the figure 2 .
- the method comprises a step 20 for entering optimization parameters, a calibration step 30 for measuring certain characteristics of the reproduction assembly 2 and a simulation step 40.
- certain parameters of the operation of the system may be defined manually by an operator or delivered by a suitable device.
- step 30 of calibration described in more detail with reference to Figures 4 and 5 , the calibration means 9 are connected in turn with each of the elements 3 1 to 3 N of the reproduction 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 signals of parameters 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 for delivering 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 input, calibration or simulation steps. Step 50 also makes it possible to take into account the acoustic characteristics associated with the elements 3 1 to 3 N of the reproduction 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 the steps 20, 30, 40 and 50 are repeated only if the restitution set is modified. 2 or optimization strategies.
- the signal SI comprising temporal and spatial information of a sound environment to be restored, is provided to the formatting 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 IF FB comprising a finite number of representative coefficients, on the basis of spatio-temporal functions, of the distribution in time and in the three dimensions of the space, an acoustic field to be restored corresponding to the sound environment to be restored.
- the signal IF FB is provided by external means, for example a microcomputer comprising synthesis means.
- the invention is based on the use of a family of spatio-temporal 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 referred to as Fourier-Bessel functions.
- the Fourier-Bessel functions are solutions of the wave equation and constitute a base that generates all acoustic fields produced by sound sources located outside this zone. .
- the Fourier-Bessel coefficients are also expressed in the time domain by the coefficients p l, m ( t ) corresponding to the inverse time Fourier transform of the coefficients P l, m ( f ) .
- the method of the invention uses function bases expressing themselves as linear combinations, possibly infinite, of Fourier-Bessel functions.
- the input signal SI is decomposed into Fourier-Bessel coefficients p l, m ( t ) so as to establish the coefficients forming the signal IF FB ,
- the decomposition into Fourier-Bessel coefficients is conducted up to a limit order L defined prior to this shaping step 60 during the capture step.
- the IF signal FB 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 by taking into account in particular the spatial configuration of the reproduction unit 2.
- the coefficients of the signal IF FB are used by the means 11 during a step 70 of determining the control signals SC 1 to SC N of the elements of the reproduction unit 2 from the application of the reconstruction filters determined in step 50 to these coefficients.
- the signals SC 1 to SC N are then delivered in order to be applied to the elements 3 1 to 3 N of the reproduction assembly 2 which reproduce the acoustic field whose characteristics are substantially independent of the intrinsic characteristics of restitution of the set of restitution 2.
- control signals SC 1 to SC N are adapted to allow an optimal restitution of the acoustic field which makes the best use of the spatial and / or acoustic characteristics of the reproduction unit 2, in particular the effect of room, and which integrates the chosen optimization strategy.
- the definition signal SL conveys the parameters x n , the additional signal RP, the parameters H n ( f ) and N / , m, n ( f ) and the optimization signal OS, the parameters G n ( f ) , ⁇ ( f ), ⁇ ( 1 k , m ( k ) ⁇ ( f ) , L ( f ) , W ( r, f ) , W l ( f ) , R ( f ) and RM ( f ) .
- the interface means 10 implementing this step 20 are conventional means such as a microcomputer or any other appropriate means.
- the calibration means 9 comprise a decomposition module 91, an impulse response determination module 92 and a calibration parameter determination module 93.
- 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 n of the reproduction assembly 2 in order to take information on this element.
- a sound acquisition device 100 such as a microphone or any other suitable device
- the calibration means 9 emit a specific signal u n ( t ) such as a pseudo-random sequence MLS (Maximum Length Sequence) for a 3 n element.
- the acquisition device 100 receives, during a substep 34, the sound wave emitted by the element 3 n in response to the reception of the signal u n ( t ) and transmits signals c l, m ( t ) representative 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 / , m ( t ) .
- the device 100 delivers pressure information p ( t ) and velocity v (t) to the center 5 of the reproduction unit.
- v X ( t ) , v y ( t ) and v z ( t ) denote the components of the velocity vector v ( t ) in the orthonormal reference frame considered and ⁇ denotes the density of the air.
- the response determination module 92 determines the impulse responses hp1 , m ( t ) which connect the Fourier-Bessel coefficients q ,, ", (t) and the transmitted signal u n ( t ).
- the impulse response delivered by the response determination module 92 is addressed to the parameter determination module 93.
- the module 93 derives information on elements of the reproduction set.
- the parameter determination module 93 determines the distance r n between the element 3 n and the center 5 from its response hp 0,0 ( t ) and the measurement of the time put by the it is propagated from the element 3 n to the acquisition device 100, by delay estimation methods on the response hp 0,0 ( t ).
- the acquisition device 100 is able to unambiguously encode the orientation of a source in space. Thus, it appears for each instant t of trigonometrical relationships between the 3 Responses hp 1, -1 (t), 1 hp, 0 (t) and 1.1 hp (t) involving the coordinates ⁇ n and ⁇ n.
- the module 93 determines the values hp 1, -1 , hp 1.0 and hp 1 , 1 corresponding to the values taken by the responses hp 1, -1 ( t ) , hp 1.0 ( t ) and hp 1.1 ( t ) at an instant t chosen arbitrarily such as for example the moment for which hp 0 , 0 ( t ) reaches its maximum.
- the coordinates ⁇ n and ⁇ n are estimated over several times.
- the final determination of the coordinates ⁇ n and ⁇ n is obtained by means of averaging techniques between the different estimations.
- the coordinates ⁇ n and ⁇ n are estimated from other responses among the hp l, m ( t ) available or are estimated in the frequency domain from the responses HP l, m ( f ).
- the parameters r n , ⁇ 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 l, m ( t ) from the response determination module 92.
- One solution consists in constructing the response hp ' 0,0 ( t ) corresponding to the selection of the part of the response hp 0,0 ( t ) which comprises a non-zero signal and devoid of the reflections introduced by the listening site 4
- the frequency response H n ( f ) is deduced by Fourier transform from the response hp ' 0 , 0 ( t ) previously windowed.
- the window can be chosen from conventional smoothing windows, such as for example rectangular, Hamming, Hanning, and Blackman.
- the parameters H n ( f ) thus defined are transmitted to the decoder 1 by the supplementary signal RP.
- the module 93 also delivers the spatio-temporal response N / , m, n ( f ) of each element 3 n of the reproduction set 2, deduced by applying a gain adjustment and a temporal alignment.
- impulse responses hp l, m ( t ) from the measurement of the distance r n of the element 3 n as follows: ⁇ l , m , not t r not h p l , m t + r not / vs
- the spatio-temporal response ⁇ / , m, n ( t ) contains a large amount of information characterizing the element 3 n , in particular its position and its frequency response. It is also representative of the directivity of the element 3 n , its non-punctuality, as well as the room effect resulting from the radiation of the element 3 n in the listening area 4.
- the module 93 applies temporal windowing to the response ⁇ l, m, n ( t ) to adjust the duration of taking into account the room effect.
- the spatio-temporal response expressed in the frequency domain N l, m, n ( f ) is obtained by Fourier transform of the response ⁇ / , m, n ( t ) .
- the spatio-temporal response N / , m, n ( f ) is then frequency-windowed in order to adjust the frequency band on which the room effect is taken into account.
- the module 93 then delivers the parameters N 1, m, n ( f ) thus shaped which are supplied to the decoder 1 by the supplementary signal RP.
- Sub-steps 32 to 39 are repeated for all the elements 3 1 to 3 N of the reproduction assembly 2.
- the calibration means 9 are adapted to receive other types of information referring to the element 3 n .
- 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 n in the listening location 4.
- Such coefficients can in particular be delivered by acoustic simulation means 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 n and to the geometry the listening place 4.
- the acoustic simulation means receive as input the signal u n ( t ) emitted by the module 92 and deliver, using the signal c l, m ( t ) , the coefficients of Fourier-Bessel determined by superposition of the acoustic field emitted by the element 3 n and acoustic fields emitted by the image sources when the element 3 n receives the signal u n ( t ).
- the decomposition module 91 only transmits the signal c l, m ( t ) to the module 92.
- the calibration means 9 comprise other information acquisition means referenced to the elements 3 1 to 3 N , such as laser position measuring means, signal processing means using techniques channel training or any other appropriate means.
- the means 9 implementing the calibration step 30 consist for example of an electronic card or a computer program or any other appropriate means.
- step 40 of parameter simulation is performed for each operating frequency f .
- the described embodiments require to know for each element 3 n its complete position described by the parameters r n , ⁇ n and ⁇ n and / or its spatio-temporal response described by the parameters N / , m, n ( f ).
- Step 40 begins with a substep 41 of determining the missing parameters in the received signals RP, SL and OS.
- the parameter H n ( f ) representative of the response of the elements of the reproduction set 2 takes the default value 1.
- the parameter G n ( f ) representative of the templates of the elements of the reproduction set 2 is determined by thresholding on the parameter H n ( f ) in the case where the latter is measured, defined by the user, or provided by external means, otherwise, G n ( f ) takes the default value 1.
- Step 40 then comprises a substep 44 for determining the active elements at the frequency f considered.
- a list ⁇ n * ⁇ ( f ) of elements of the restitution set active at the frequency f is determined, these elements being those whose template G n ( f ) is non-zero for this frequency.
- the list ⁇ n * ⁇ ( f ) comprises N f elements and is transmitted to the decoder 1 by the optimization signal OS. She is used to select the parameters corresponding to the active elements at each frequency f among the set of parameters.
- the index parameters n * correspond to the n th active element at the frequency f.
- the parameter RM ( f ) defining the radiation pattern of the elements constituting the reproduction assembly is determined automatically by defaulting to the spherical radiation pattern.
- the parameter W l ( f ) is determined for the values of l ranging from 0 to L ( f ).
- the parameter ⁇ ( f ) which represents at the current frequency f 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.
- the simulation step 40 consisting of all the substeps 41 to 49, is repeated for all the frequencies considered. Alternatively, each substep is performed for all frequencies before proceeding to the next substep.
- all the intervening parameters are provided to the decoder 1 and the step 40 then comprises only the substep 41 for receiving and checking the signals SL, RP and OS and the substep 44 for determining the active elements at the frequency f considered.
- the simulation means 8 implementing step 40 are, for example, computer programs or dedicated electronic cards for such an application or any other appropriate 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 comprising a module 82 for determining transfer matrices from the parameters of the signals SL, RP and OS and means 84 for determining a decoding matrix D are represented . .
- the means 12 also comprise a module 86 for storing the response of the reconstruction filters and a module 88 for setting up reconstruction filters.
- Step 50 is repeated for each operating frequency and comprises a plurality of sub-steps for determining matrices representative of previously defined parameters.
- the step 50 of determining reconstruction filters comprises a sub-step 51 of determining an acoustic field weighting matrix W from the signals L ( f ) and W l ( f ) .
- W is a diagonal matrix of size ( L ( f ) +1) 2 containing the weighting coefficients W l ( f ) and in which each coefficient W l ( f ) is 2 l + 1 times later on the diagonal.
- step 50 comprises a sub-step 52 of determining a matrix M representative of the radiation of the restitution set from the parameters N l, m, n * ( f ) , RM (f ), H n * ( f ), x n * and L ( f ) .
- M is a matrix of size ( L ( f ) +1) 2 on N f , consisting of elements M l, m, n * , the indices l, m denoting the line l 2 + l + m and n * denoting the column n.
- the matrix M thus has the following form: M 0 , 0 , 1 * M 0 , 0 , 2 * ⁇ ⁇ M 0 , 0 , NOT f * M 1 , - 1 , 1 * M 1 , - 1 , 2 * ⁇ ⁇ M 1 , - 1 , NOT f * M 1 , 0 , 1 * M 1 , 0 , 2 * ⁇ ⁇ M 1 , 0 , NOT f * M 1 , 1 , 1 * M 1 , 1 , 2 * ⁇ ⁇ M 1 , 1 , NOT f * ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ M The , - The , 1 * M The , - The , 2 * ⁇ ⁇ M The , - The , NOT f * ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ M The , 0 , 1 * M The , 0 , 2 * ⁇ ⁇ M The , 0 , NOT f * ⁇ ⁇ ⁇ M
- the matrix M thus defined is representative of the radiation of the reproduction unit.
- M is representative of the spatial configuration of the restitution set.
- the matrix M is representative of the spatio-temporal responses of the elements 3 1 to 3 N and therefore in particular of the room effect induced by the listening location 4 .
- Step 50 also includes a substep 53 for determining a matrix F representative of the Fourier-Bessel functions for which a perfect reconstruction is required. This matrix is determined from the parameter L ( f ), as well as the parameters ⁇ ( l k , m k ) ⁇ ( f ) as follows.
- the matrix F constituted is of size K on ( L ( f ) +1) 2 .
- Each line k of the matrix F contains a 1 on the column l k 2 + l k + m k , and 0 elsewhere.
- the decoder 1 When the parameter ⁇ ( f ) is zero, the decoder 1 reproduces only the Fourier-Bessel functions enumerated 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 generally closer to that described in input. This partial reconstruction allows the decoder 1 to adapt to very irregular restitution configurations in their angular distribution.
- the substeps 51 to 53 implemented by the module 82 may be executed sequentially or simultaneously.
- the step 50 of determining reconstruction filters then comprises a substep 54 for taking into account all the parameters determined previously, implemented by the module 84 in order to deliver a decoding matrix D * representative of the filters of FIG. reconstruction.
- the elements D * n, l , m of the matrix D * are organized as follows: D * 1 , 0 , 0 D * 1 , 1 , - 1 D * 1 , 1 , 0 D * 1 , 1 , 1 ⁇ D * 1 , The , The ⁇ D * 1 , The , 0 ⁇ D * 1 , The , The D * 2 , 0 , 0 D * 2 , 1 , - 1 D * 2 , 1 , 0 D * 2 , 1 , 1 ⁇ D * 2 , The , - The ⁇ D * 2 , The , 0 ⁇ D * 2 , The , The ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D * 2 , The 0 ⁇ D * 2 , The , The ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D * 2 , The 0 ⁇ D * 2 , The , The ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ D * 2 , The 0 ⁇ D
- the matrix D * is therefore representative of the configuration of the reproduction assembly, the acoustic characteristics associated with the elements 3 1 to 3 N and optimization strategies.
- the matrix D * is representative in particular of the room effect induced by the listening room 4.
- the module 86 for storing the response of the reconstruction filters at the current frequency f completes for the frequency f the matrix D ( f ) representative of the frequency response of the filters of reconstruction, receiving as input the matrix D *.
- the elements of the matrix D * are stored in the matrix D ( f ), by inverting the method for determining the list ⁇ n * ⁇ ( f ) described above with reference to the figure 6 . More precisely, each element D * n , l , m of the matrix D * is stored in the element D n *, l, m ( f ) of the matrix D ( f ).
- the elements of D ( f ) not determined at the end of this substep are set to 0.
- the elements D n, l, m ( f ) of the matrix D ( f ) are organized as follows: D 1 , 0 , 0 f D 1 , 1 , - 1 f D 1 , 1 , 0 f D 1 , 1 , 1 f ⁇ D 1 , The , The f ⁇ D 1 , The , 0 f ⁇ D 1 , The , The f D 2 , 0 , 0 f D 2 , 1 , - 1 f D 2 , 1 , 0 f D 2 , 1 , 1 f ⁇ D 2 , The , - The f ⁇ D 2 , The 0 f ⁇ D 2 , The , 0 f ⁇ D 2 , The , The f ⁇ ⁇ ⁇ , The 0 f ⁇ D 2 , The , 0 f ⁇ D 2 , The , The f ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- the set of substeps 51 to 55 is repeated for all the frequencies f considered and the results are stored in the storage module 86.
- the matrix D ( f ) representative of the frequency responses of the set of reconstruction filters is addressed to module 88 for setting up reconstruction filters.
- the reconstruction filter parameterization module 88 then supplies the signal FD representative of the reconstruction filters, while receiving the matrix D (f) as input .
- Each element D n , l, m ( f ) of the matrix D ( f ) is a reconstruction filter which is described in the signal FD by means of parameters which may take different forms.
- 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.
- the means 12 for determining reconstruction filters may be implemented in the form of software dedicated to this function or may be integrated in an electronic card or any other appropriate means.
- step 60 of formatting the input signal
- the shaping means 6 receive the input signal S1 and decompose it into Fourier-Bessel coefficients representative of an acoustic field corresponding to the sound environment described by the signal S1. These Fourier-Bessel coefficients are delivered to the decoder 1 by the signal IF FB .
- the shaping step 60 varies.
- a matrix E makes it possible to assign to each virtual source s a radiation model, for example a spherical wave.
- E is a matrix of size ( L +1) 2 on S, where S is the number of sources present in the scene and L is the order in which the decomposition is conducted.
- the position of a source s is designated by its spherical coordinates r s , ⁇ s and ⁇ s .
- the Fourier-Bessel coefficients P l , m (f ) are placed in a vector P of size ( L +1) 2 , where the 2 l + 1 order terms 1 are placed one after the other by increasing the order.
- obtaining the Fourier-Bessel coefficients P l, m ( f ), constituting the signal IF FB corresponds to a filtering each signal Y s ( f ) by means of the filter E l, m, s ( f ), and then summing the results.
- the shaping means 6 perform the operations described below.
- a matrix S can be assigned to each channel c a radiation source, for example plane wave direction of arrival ( ⁇ c, ⁇ c) corresponding to the direction of the return element associated with the channel c in the multichannel format considered.
- S is a size matrix ( L +1) 2 on C , where C is the number of channels.
- step 60 consists of a simple signal transmission.
- the means 6 deliver, to the attention of the means 11 for determining driving signals, an IF signal FB corresponding to the decomposition of the acoustic field to be restored in one direction. finite number of Fourier-Bessel coefficients.
- the means 6 may be made in the form of dedicated computer software or may be made in the form of a dedicated computer card or any other appropriate means.
- step 70 of determining driving signals We will now describe in more detail step 70 of determining driving signals.
- the means 11 for determining driving signals receive as input the signal IF 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 characteristic parameters of the reproduction set 2.
- the means 11 determine the signals sc 1 ( t ) to sc N ( t ) delivered to the attention of the elements 3 1 to 3 N. These signals are obtained by applying to IF signal FB the reconstruction filters, frequency response D n, l, m ( f ), and transmitted in the FD signal.
- Step 70 ends with a gain adjustment and the application of delays to temporally align the wave fronts of the elements 3 1 to 3 N of the restitution assembly 2 with respect to the most distant element .
- Each element 3 1 to 3 N therefore receives a specific driving signal sc 1 to sc N and emits an acoustic field which contributes to the optimal reconstruction of the acoustic field to be restored. Simultaneous control of all elements 3 1 to 3 N allows optimal reconstruction of the acoustic field to be restored.
- the described system can also operate in simplified modes.
- the matrix M is constructed from a plane wave radiation pattern.
- the ⁇ m - l l p l , m t D not , l , m
- the module 11 then supplies the control signals sc 1 ( t ) to sc N ( t ) for the reproduction unit.
- the parameters are independent of the frequency and the elements 3 1 to 3 N of the restitution set are active and assumed ideal for all the frequencies.
- the substeps of step 50 are therefore performed only once.
- the matrix M is constructed from a plane wave radiation pattern.
- Sub-step 53 for determining the matrix F remains unchanged.
- the storage of the response of the reconstruction filters is no longer necessary, and the sub-step 55 is not performed.
- the filters described in the matrix D being simple gains, the sub-step 58 is not carried out either. It is therefore the module 84 which directly supplies the FD signal.
- the ⁇ m - l l p l , m t D not , l , m
- the module 11 then supplies the control signals sc 1 ( t ) to sc N ( t ) for the reproduction unit.
- control signals sc 1 to sc N are adapted to make the best use of the spatial characteristics of the reproduction unit 2, the acoustic characteristics associated with the elements 3 1 to 3 N and optimization strategies in order to reconstruct a high quality acoustic field.
- the method of the invention can be implemented by digital computers such as one or more computer processors or digital signal processors (DSP).
- digital computers such as one or more computer processors or digital signal processors (DSP).
- DSP digital signal processors
- an electronic card intended to be inserted into another element and adapted to memorize and execute the method of the invention.
- an electronic card integrates into a computer.
- all or part of the parameters necessary for the execution of the step of determining reconstruction filters is extracted from pre-recorded memories or is delivered by another apparatus dedicated to this function.
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Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique.The present invention relates to a method and a device for controlling a set of restitution of an acoustic field.
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.Sound is an undulatory acoustic phenomenon that evolves in time and space. Existing techniques act mainly on the temporal aspect of the sounds, the treatment of the spatial aspect being very incomplete.
En effet, les systèmes de restitution de haute qualité existants imposent de fait une configuration spatiale prédéterminée de l'ensemble de restitution.Indeed, the existing high quality rendering systems impose de facto a predetermined spatial configuration of the restitution set.
Par exemple, les systèmes dits multicanaux adressent des signaux différents et prédéterminés à plusieurs haut-parleurs dont la répartition est fixée et connue.For example, so-called multichannel systems send different and predetermined signals to several speakers whose distribution is fixed and known.
De même, les systèmes dits « ambisonic », qui considèrent la direction de provenance des sons qui parviennent à un auditeur, requièrent un ensemble de restitution dont la configuration doit respecter certaines règles de positionnement.Similarly, so-called "ambisonic" systems, which consider the direction of origin of sounds that reach a listener, require a set of restitution whose configuration must respect certain positioning rules.
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.In these systems, the sound environment is likened 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.
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.In the current state of development of these systems, a good quality reproduction is only possible with a spherical distribution of the speakers and a substantially regular angular distribution.
Ainsi, lorsque les techniques existantes sont mises en oeuvre avec un ensemble de restitution dont la répartition spatiale est quelconque, la qualité de restitution est grandement détériorée, notamment en raison de distorsions angulaires. On connaît du document
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.Recent technical developments make it possible to consider a modeling in time and in three dimensions of the space of an acoustic field rather than the angular distribution of the sound environment.
Notamment, la thèse de doctorat
Cependant, dans ce document, les solutions théoriques s'inspirent des systèmes dits « Ambisonic » et une restitution de haute qualité ne peut être obtenue que pour les 5 répartitions sphériques 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.However, in this document, the theoretical solutions are based on so-called "Ambisonic" systems and a high quality reproduction can only be obtained for the existing regular spherical distributions. No element allows to ensure a high quality reproduction from any spatial configuration of the restitution set.
Il apparaît donc qu'aucun système de l'art antérieur ne permet d'effectuer une restitution de qualité à partir d'une configuration spatiale quelconque de l'ensemble de restitution.It therefore appears that no system of the prior art makes it possible to perform quality restitution from any given spatial configuration of the reproduction unit.
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.The object of the invention is to remedy this problem by providing a method and a device for determining driving signals of a set of reproduction of an acoustic field whose spatial configuration is arbitrary.
L'invention a pour objet un procédé de pilotage tel que défini dans la revendication 1.The invention relates to a control method as defined in
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 décomposition 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 représentatifs 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 Fourier-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 spatio-temporelles 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 restitution ;
- 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 réception 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 ensemble 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 précédemment 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 répère 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 spatio-temporelles 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 spatio-temporelles 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 placé 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 fréquence.
- said step of establishing a finite number of coefficients representative of the distribution of said acoustic field to be restored comprises:
- a step of providing an input signal including temporal and spatial information of a sound environment; and
- a step of shaping said input signal by decomposing said information on a basis of spatio-temporal functions, 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 of a linear combination of said functions;
- said step of establishing a finite number of coefficients representative of the distribution of said acoustic field to be restored comprises:
- a step of providing an input signal having a finite number of coefficients representative of said acoustic field to be rendered as a linear combination of spatio-temporal functions;
- said spatio-temporal functions are Fourier-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 made at least from representative parameters, for each element, of the three coordinates of its position relative to the center placed in the listening area, and / or its spatio-temporal response;
- said substep of taking into account at least spatial characteristics of said restitution set is furthermore made from:
- parameters describing, in the form of weighting coefficients, a spatial window that specifies the spatial distribution of reconstruction constraints of the acoustic field; and
- a parameter describing an operating order limiting the number of coefficients to be taken into account during said step of determining reconstruction filters;
- said substep of taking into account at least spatial characteristics of said restitution set is furthermore made from:
- parameters constituting a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed; and
- a parameter describing an operating order limiting the number of coefficients to be taken into account during said step of determining reconstruction filters;
- said step of taking into account at least spatial characteristics of said restitution assembly is also performed at least from one of the parameters selected from the group consisting of:
- parameters representative of at least one of the three coordinates of the position of each or some of the elements, relative to the center placed in the listening area;
- parameters representative of the spatio-temporal responses of each or some of the elements;
- a parameter describing an operating order limiting the number of coefficients to be taken into account during said step of determining reconstruction filters;
- parameters constituting a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed;
- representative parameters of the templates of said rendering elements;
- a parameter representative of the desired local adaptation capacity to the spatial irregularity of the configuration of said restitution set;
- a parameter defining the radiation pattern of said restitution elements;
- parameters representative of the frequency response of said rendering elements;
- a parameter representative of a spatial window;
- parameters representative of a spatial window in the form of weighting coefficients; and
- a parameter representative of the radius of a spatial window when it is a ball;
- the method comprises a calibration step for delivering all or part of the parameters used in said step of determining reconstruction filters;
- said calibration step comprises, for at least one of the restitution elements:
- a sub-step of acquiring signals representative of the radiation of said at least one element in the listening location; and
- a substep of determining spatial and / or acoustic parameters of said at least one element;
- said calibration step comprises:
- a sub-step of transmitting a specific signal to said at least one element of said restitution set, said acquisition substep corresponding to the acquisition of the sound wave transmitted in response by said at least one element; and
- a substep of transforming said acquired signals into a finite number of coefficients representative of the emitted sound wave, in order to allow the realization of said substep of determining spatial and / or acoustic parameters;
- said acquisition sub-step corresponds to a substep 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 space-time functions, which coefficients are directly used during said substep of determining spatial and / or acoustic parameters of said at least one element;
- said calibration sub-step further comprises a substep of determining the position in at least one of the three dimensions of the space of said at least one element of said rendering assembly;
- said calibration step further comprises a substep of determining the spatio-temporal response of said at least one element of said restitution set;
- said calibration step further comprises a substep of determining the frequency response of said at least one element of said rendering assembly;
- the method comprises 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 of determining the missing parameters among the parameters used in said step of determining reconstruction filters;
- a plurality of computation sub-steps for determining the value or values of the missing parameter (s) as defined previously according to the received parameters, the frequency, and predetermined default values;
- said simulation step comprises a sub-step of determining a list of elements of the active rendering set as a function of the frequency, and said calculation sub-steps are performed for the only elements of said list;
- said simulation step comprises a substep of 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 set;
- 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 reponse and / or of a parameter representative of the radius of said space window when it is a ball;
- said simulation step comprises a substep of 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 for determining all or part of the parameters used during said step of determining reconstruction filters;
- said step of determining reconstruction filters comprises:
- a plurality of calculation sub-steps performed for a finite number of operating frequencies and making it possible to deliver a matrix of weighting of the acoustic field, a representative matrix of the radiation of the restitution ensemble, and a representative matrix of the space-time functions whose reconstruction is imposed; and
- a sub-step of calculating a decoding matrix, performed for a finite number of operating frequencies, from the weighting matrix of the acoustic field, of the representative matrix of the radiation of the restitution assembly, of the matrix representative of the spatio-temporal 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-calculation step for delivering a representative matrix of the radiation of the restitution set is made from representative parameters for each element:
- three coordinates of its position relative to the center placed in the listening area; and or
- its spatio-temporal response; and
- said sub-calculation step for delivering a representative matrix of the radiation of the restitution set is further performed from representative parameters for each element of its frequency response.
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.The invention also relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the method, when said program is executed on a computer.
L'invention a également pour objet un 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, lorsque ledit processeur exécute ledit programme.The invention also relates to 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.
L'invention a également pour objet un dispositif de pilotage tel que défini dans la revendication 28.The invention also relates to a control device as defined in claim 28.
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 Fourier-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 coordonnées 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 spatio-temporelles 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,
- 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.
- the device is associated with means for shaping an input signal comprising temporal and spatial information of a sound environment to be rendered, adapted to decompose said information on the basis of spatio-temporal functions in order to deliver a signal having said finite number of coefficients representative of the time and three-dimensional distribution of the space of said acoustic field to be rendered, corresponding to said sound environment, in the form of a linear combination of said space-time functions;
- said spatio-temporal functions are Fourier-Bessel functions and / or linear combinations of these functions;
- said reconstruction filter determining means receives as input at least one of the following parameters:
- parameters representative of at least one of the three coordinates of the position of each or some of the elements, with respect to the center placed in the listening area;
- parameters representative of the spatio-temporal responses of each or some of the elements;
- a parameter describing an operating order limiting the number of coefficients to be taken into account in the reconstruction filter determination means;
- parameters representative of the templates of said rendering elements;
- a parameter representative of the desired local adaptation capacity to the spatial irregularity of the configuration of said restitution set;
- a parameter defining the radiation pattern of said rendering elements;
- parameters representative of the frequency response of said rendering elements;
- a parameter representative of a spatial window;
- parameters representative of a spatial window in the form of weighting coefficients;
- parameters representative of the radius of a spatial window when it is a ball; and
- parameters representing a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed;
- each of said parameters received by said reconstruction filter determining means is conveyed by one of the following signal group:
- a definition signal comprising information representative of the spatial characteristics of the reproduction unit;
- an additional signal comprising information representative of the acoustic characteristics associated with the elements of the reproduction unit; and
- an optimization signal comprising information relating to an optimization strategy,
- the device is associated with means for determining all or part of the parameters received by said reconstruction filter determining means, said means comprising at least one of the following elements:
- simulation means;
- calibration means;
- means for entering parameters;
- said reconstruction filter determining means are adapted to determine a set of filters representative of the position in the space of the elements of the rendering assembly; and
- said reconstruction filter determining means are adapted to determine a set of filters representative of the room effect induced by the listening area.
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.
- the
Fig.1 is a representation of a spherical landmark; - the
Fig.2 is a diagram of a rendering system according to the invention; - the
Fig.3 is a block diagram of the method of the invention; - the
Fig.4 is a diagram detailing the means of calibration; - the
Fig.5 is a diagram detailing the calibration step; - the
Fig.6 is a diagram of the simulation stage; - the
Fig.7 is a diagram of the means for determining reconstruction filters; - the
Fig.8 is a schematic of the step of determining reconstruction filters; - the
Fig.9 is an embodiment of the step of shaping the input signal; and - the
Fig.10 is an embodiment of the step of determining driving signals.
Sur la
Ce repère est un repère orthonormal, d'origine O et comportant trois axes (OX), (OY) et (OZ).This reference is an orthonormal reference, of origin O and having three axes ( OX ) , ( OY ) and ( OZ ).
Dans ce repère, une position notée x est décrite au moyen de ses coordonnées sphériques (r,θ,φ), où r désigne la distance par rapport à l'origine O, θ l'orientation dans le plan vertical et φ l'orientation dans le plan horizontal.In this reference, a position denoted x is described by means of its spherical coordinates (r, θ, φ), where r denotes the distance from the origin O, θ the orientation in the vertical plane and the orientation φ in the horizontal plane.
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 trans-formée de Fourier temporelle est notée P(r,θ,φ,t) où f désigne la fréquence.In such a mark, a sound field is known if one defines each point at each time t the sound pressure denoted by p (r, θ, φ, t), whose temporal Fourier trans-formed is denoted by P (r , θ, φ, t ) where f is the frequency.
La
Ce système comporte un décodeur 1 pilotant un ensemble de restitution 2 qui comporte une pluralité d'éléments 31 à 3 N , 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.This system comprises a
L'ensemble des caractéristiques spatiales, acoustiques et électrodynamiques est considéré comme les caractéristiques intrinsèques de restitution.The set of spatial, acoustic and electrodynamic characteristics is considered as the intrinsic characteristics of 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.The system also comprises
Le décodeur 1 comporte des moyens 11 de détermination de signaux de pilotage et des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction.The
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 31 à 3 N et un signal d'optimisation OS comportant des informations relatives à une stratégie d'optimisation.The
Le décodeur émet à l'attention de chacun des éléments 31 à 3 N de l'ensemble de restitution 2, un signal SC1 à SC N de pilotage spécifique.The decoder transmits to the attention of each of the
Sur la
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.The method comprises a
Lors de l'étape 20 de saisie de paramètres mise en oeuvre 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.During the
Lors de l'étape 30 de calibrage, décrite plus en détails en référence aux
L'étape 40 de simulation, mise en oeuvre 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.The
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.The means 7 for generating parameters then output the definition signal SL, the additional signal RP and the optimization signal OS.
Ainsi, les étapes 20, 30 et 40 permettent de déterminer l'ensemble dés paramètres nécessaires à la mise en oeuvre de l'étape 50.Thus, steps 20, 30 and 40 make it possible to determine the set of parameters necessary for the implementation of
Suite à ces étapes, le procédé comporte une étape 50 de détermination de filtres de reconstruction mise en oeuvre par les moyens 12 du décodeur 1 et permettant de délivrer un signal FD représentatif des filtres de reconstruction.Following these steps, the method comprises a
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 simulation. L'étape 50 permet également de prendre en compte les caractéristiques acoustiques associées aux éléments 31 à 3 N de l'ensemble de restitution 2 et les informations relatives à une stratégie d'optimisation.This
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.The reconstruction filters obtained at the end of
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.In operation, the signal SI comprising temporal and spatial information of a sound environment to be restored, is provided to the formatting 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
En variante, le signal SIFB est fourni par des moyens extérieurs, par exemple un micro-ordinateur comportant des moyens de synthèse.As a variant, the signal IF FB is provided by external means, for example a microcomputer comprising synthesis means.
L'invention se base sur l'utilisation d'une famille de fonctions spatio-temporelles permettant de décrire les caractéristiques de tout champ acoustique.The invention is based on the use of a family of spatio-temporal functions making it possible to describe the characteristics of any acoustic field.
Dans le mode de réalisation décrit, ces fonctions sont des fonctions dites de Fourier-Bessel sphériques de première espèce appelées par la suite fonctions de Fourier-Bessel.In the embodiment described, these functions are so-called spherical Fourier-Bessel functions of the first kind, hereinafter referred to as Fourier-Bessel functions.
Dans une zone vide de sources sonores et vide d'obstacles, les fonctions 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.In an empty zone of sound sources and empty of obstacles, the Fourier-Bessel functions are solutions of the wave equation and constitute a base that generates all acoustic fields produced by sound sources located outside this zone. .
Tout champ acoustique tridimensionnel s'exprime donc par une combinaison linéaire des fonctions de Fourier-Bessel, selon l'expression de la transformée de Fourier-Bessel inverse qui s'exprime :
Dans cette équation, les termes Pl , m ( f ) sont, par définition, les coefficients de Fourier-Bessel du champ p(r,θ,φ,t),
Dans cette équation, les Pl m (x) sont les fonctions de Legendre associées définies par:
Les coefficients de Fourier-Bessel s'expriment aussi dans le domaine temporel par les coefficients pl,m (t) correspondant à la transformée de Fourier temporelle inverse des coefficients Pl,m (f). The Fourier-Bessel coefficients are also expressed in the time domain by the coefficients p l, m ( t ) corresponding to the inverse time Fourier transform of the coefficients P l, m ( f ) .
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.In a variant, the method of the invention uses function bases expressing themselves as linear combinations, possibly infinite, of Fourier-Bessel functions.
Lors de l'étape 60 de mise en forme, réalisée par les moyens 6, le signal d'entrée SI est décomposé en coefficients de Fourier-Bessel pl,m (t) de manière à établir les coefficients formant le signal SIFB,During the
La décomposition en coefficients de Fourier-Bessel est conduite jusqu'à un ordre limite L défini préalablement à cette étape 60 de mise eh forme lors de l'étape 20 de saisie.The decomposition into Fourier-Bessel coefficients is conducted up to a limit order L defined prior to this shaping
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.At the end of
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 SC1 à SC N 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.The coefficients of the signal IF FB , delivered at the end of
Les signaux SC1 à SC N sont alors délivrés afin d'être appliqués aux éléments 31 à 3 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.The signals SC 1 to SC N are then delivered in order to be applied to the
Grâce au procédé de l'invention, les signaux SC1 à SC N 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.Thanks to the method of the invention, the control signals SC 1 to SC N are adapted to allow an optimal restitution of the acoustic field which makes the best use of the spatial and / or acoustic characteristics of the
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.Thus, due to the quasi-independence between the intrinsic characteristics of restitution of the
On va maintenant décrire plus en détail les étapes principales du procédé de l'invention.The main steps of the process of the invention will now be described in greater detail.
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 :
-
x n, représentatif de la position de l'élément 3 n par rapport au centre d'écoute 5 ;x n s'exprime dans le repère sphérique au moyen des coordonnées rn, θn, et φn; - Gn (f), représentatif du gabarit de l'élément 3 n de l'ensemble de restitution spécifiant la bande de fréquence de fonctionnement de cet élément ;
- Nl , m . n (f), représentatif de la réponse spatio-temporelle de l'élément 3 n correspondant au champ acoustique produit dans le lieu d'écoute 4
par l'élément 3 n , lorsque celui-ci reçoit en entrée un signal impulsionnel ; - W(r,f), décrivant pour chaque fréquence f considérée une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique, ces contraintes permettant de spécifier la répartition dans l'espace de l'effort de reconstruction du champ acoustique ;
- Wl (f), décrivant directement sous forme de pondération des coefficients de Fourier-Bessel et pour chaque fréquence f considérée, une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de contraintes de reconstruction du champ acoustique ;
- R(f), représentatif, pour chaque fréquence f considérée, du rayon de la fenêtre spatiale lorsque celle-ci est une boule ;
- Hn (f), représentatif, pour chaque fréquence f considérée, de la réponse en fréquence de l'élément 3 n ;
- µ(f), représentatif, pour chaque fréquence f considérée, de la capacité d'adaptation locale souhaitée à l'irrégularité spatiale de la configuration de l'ensemble de restitution ;
- {(lk, mk )}(f), constituant pour chaque fréquence f considérée, une liste de fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée ;
- L(f), imposant, pour chaque fréquence f considérée, l'ordre limite de fonctionnement des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction ;
- RM(f), définissant, pour chaque fréquence f considérée, le modèle de rayonnement des éléments 31 à 3 N de l'ensemble de
restitution 2.
-
x n , representative of the position of theelement 3 n with respect to the listening center 5;x n is expressed in the spherical coordinate system by means of the coordinates r n , θ n , and φ n ; - G n ( f ), representative of the template of the
element 3 n of the reproduction unit specifying the operating frequency band of this element; - N l , m . n ( f ), representative of the spatio-temporal response of the
element 3 n corresponding to the acoustic field produced in the listeninglocation 4 by theelement 3 n , when the latter receives an impulse signal as input; - W ( r, f ) , describing for each frequency f considered a spatial window representative of the distribution in the space of reconstruction constraints of the acoustic field, these constraints making it possible to specify the spatial distribution of the reconstruction effort of the acoustic field;
- W l ( f ), describing directly in the form of weighting of the Fourier-Bessel coefficients and for each frequency f considered, a spatial window representative of the spatial distribution of reconstruction constraints of the acoustic field;
- R ( f ), representative, for each frequency f considered, of the radius of the spatial window when the latter is a ball;
- H n ( f ) , representative, for each frequency f considered, of the frequency response of the
element 3 n ; - μ ( f ), representative, for each frequency f considered, of the desired local adaptation capacity to the spatial irregularity of the configuration of the reproduction unit;
- {( l k , m k )} ( f ) , constituting for each frequency f considered, a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed;
- L ( f ), imposing, for each frequency f considered, the limit order of operation of the
means 12 for determining reconstruction filters; - RM ( f ), defining, for each frequency f considered, the radiation pattern of the
elements 3 1 to 3 N of thereproduction assembly 2.
Le signal de définition SL véhicule les paramètres
Les moyens 10 d'interface mettant en oeuvre cette étape 20 sont des moyens de type classiques tels qu'un micro-ordinateur ou tout autre moyen approprié.The interface means 10 implementing this
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 30 de calibrage et les moyens 9 qui la mettent en oeuvre.We will now describe in more detail the
Sur la
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 adapté, et pour être connectés tour à tour à chaque élément 3 n de l'ensemble de restitution 2 afin de prélever des informations sur cet élément.The calibration means 9 are adapted to be connected to a
Sur la
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 Sequence) à l'attention d'un élément 3 n . Le dispositif d'acquisition 100 reçoit, lors d'une sous-étape 34, l'onde sonore émise par l'élément 3 n en réponse à la réception du signal un (t) et transmet des signaux cl,m (t) représentatifs de l'onde reçue au module de décomposition 91.In a
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 q /,m (t). In a
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 q 0,0(t) à q 1,1(t) représentatifs du champ acoustique se déduisent des signaux c0,0(t) à c1,1(t) selon les relations suivantes :
Dans ces équations, vX (t), vy (t) et vz (t) désignent les composantes du vecteur vitesse
Lorsque ces coefficients sont définis par le module 91, ils sont adressés au module 92 de détermination de réponse.When these coefficients are defined by the
Lors d'une sous-étape 38, le module 92 de détermination de réponse détermine les réponses impulsionnelles hpl,m (t) qui relient les coefficients de Fourier-Bessel q,,",(t) et le signal émis un (t).In a
La réponse impulsionnelle délivrée par le module 92 de détermination de réponse est adressée au module 93 de détermination de paramètres.The impulse response delivered by the
Lors d'une sous-étape 39, le module 93 déduit des informations sur des éléments de l'ensemble de restitution.In a
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 de détermination de paramètres détermine la distance rn entre l'élément 3 n et le centre 5 à partir de sa réponse hp 0,0(t) et de la mesure du temps mis par le son pour se propager de l'élément 3 n au dispositif d'acquisition 100, grâce à des méthodes d'estimation de retard sur la réponse hp 0,0(t).In the embodiment described, the
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 1,-1(t), hp 1,0(t) et hp 1,1(t) impliquant les coordonnées θn et φn .In the embodiment described, the
Le module 93 détermine les valeurs hp 1,-1, hp 1,0 et hp 1,1 correspondant aux valeurs prises par les réponses hp1,-1(t), hp 1,0(t) et hp 1,1(t) à un instant t choisi arbitrairement tel que par exemple l'instant pour lequel hp 0,0(t) atteint son maximum.The
Par la suite, le module 93 estime des coordonnées θn et φn à partir des valeurs hp 1,-1, hp 1,0 et hp 1,1 au moyen des relations trigonométriques suivantes :
Ces relations admettent les cas particuliers suivants :
Avantageusement, les coordonnées θn et φn sont estimées sur plusieurs instants. La détermination finale des coordonnées θn et φn est obtenue au moyen de techniques de moyennage entre les différentes estimations.Advantageously, the coordinates θ n and φ n are estimated over several times. The final determination of the coordinates θ n and φ n is obtained by means of averaging techniques between the different estimations.
En variante, les coordonnées θn et φn sont estimées à partir d'autres réponses parmi les hpl,m (t) disponibles ou sont estimées dans le domaine fréquentiel à partir des réponses HPl,m (f).As a variant, the coordinates θ n and φ n are estimated from other responses among the hp l, m ( t ) available or are estimated in the frequency domain from the responses HP l, m ( f ).
Ainsi définis, les paramètres rn , θn, et φn sont transmis au décodeur 1 par le signal de définition SL.Thus defined, the parameters r n , θ n , and φ n are transmitted to the
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 délivre également la fonction de transfert Hn (f) de chaque élément 3 n , à partir des réponses hpl,m (t) issues du module 92 de détermination de réponse.In the embodiment described, the
Une solution consiste à construire la réponse hp' 0,0(t) correspondant à la sélection de la partie de la réponse hp 0,0(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' 0,0(t) préalablement fenêtrée. La fenêtre peut être choisie parmi les fenêtres classiques de lissage, comme par exemple rectangulaire, Hamming, Hanning, et Blackman.One solution consists in constructing the response hp ' 0,0 ( t ) corresponding to the selection of the part of the response hp 0,0 ( t ) which comprises a non-zero signal and devoid of the reflections introduced by the listening
Les paramètres Hn (f) ainsi définis sont transmis au décodeur 1 par le signal supplémentaire RP.The parameters H n ( f ) thus defined are transmitted to the
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 délivre également la réponse spatio-temporelle N/ ,m,n (f) de chaque élément 3 n de l'ensemble de restitution 2, déduite en appliquant un ajustement de gain et un alignement temporel des réponses impulsionnelles hpl,m (t) à partir de la mesure de la distance rn de l'élément 3 n de la manière suivante:
La réponse spatio-temporelle η /,m,n (t) contient une grande quantité d'informations caractérisant l'élément 3 n , notamment sa position et sa réponse en fréquence. Elle est représentative également de la directivité de l'élément 3 n , de sa non ponctualité, ainsi que de l'effet de salle résultant du rayonnement de l'élément 3 n dans le lieu d'écoute 4.The spatio-temporal response η / , m, n ( t ) contains a large amount of information characterizing the
Le module 93 applique un fenêtrage temporel à la réponse ηl,m,n (t) pour ajuster la durée de prise en compte de l'effet de salle. La réponse spatio-temporelle exprimée dans le domaine fréquentiel Nl,m,n (f) est obtenue par transformée de Fourier de la réponse η /,m,n (t). La réponse spatio-temporelle N /,m,n (f) 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 paramètres N l,m,n (f) ainsi mis en forme qui sont fournis au décodeur 1 par le signal supplémentaire RP.The
Les sous-étapes 32 à 39 sont répétées pour tous les éléments 31 à 3 N de l'ensemble de restitution 2.Sub-steps 32 to 39 are repeated for all the
En variante, les moyens 9 de calibrage sont adaptés pour recevoir d'autre types d'informations référentes à l'élément 3 n . 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 n dans le lieu d'écoute 4.Alternatively, the calibration means 9 are adapted to receive other types of information referring to the
De tels coefficients peuvent notamment être délivrés par des moyens de simulation acoustique mettant en oeuvre 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 3 n et à la géométrie du lieu d'écoute 4.Such coefficients can in particular be delivered by acoustic simulation means implementing a geometric modeling of the listening
Les moyens de simulation acoustique reçoivent en entrée le signal un (t) émis par le module 92 et délivrent, à l'aide du signal cl,m (t), les coefficients de Fourier-Bessel déterminés par superposition du champ acoustique émis par l'élément 3 n et des champs acoustiques émis par les sources images lorsque l'élément 3 n reçoit le signal un (t). Dans ce cas le module 91 de décomposition effectue uniquement une transmission du signal cl,m (t) au module 92.The acoustic simulation means receive as input the signal u n ( t ) emitted by the
En variante, les moyens 9 de calibrage comportent d'autres moyens d'acquisition d'informations référentes aux éléments 31 à 3 N , tels que des moyens de mesure de position au laser, des moyens de traitement du signal mettant en oeuvre des techniques de formation de voies ou tout autre moyen approprié.In a variant, the calibration means 9 comprise other information acquisition means referenced to the
Les moyens 9 mettant en oeuvre l'étape 30 de calibrage sont constitués par exemple d'une carte électronique ou d'un programme d'ordinateur ou de tout autre moyen approprié.The
On va maintenant décrire le détail de l'étape 40 de simulation de paramètres et les moyens 8 qui la mettent en oeuvre. Cette étape est réalisée pour chaque fréquence f de fonctionnement.We will now describe the details of
Les modes de réalisation décrits nécessitent de connaître pour chaque élément 3 n sa position complète décrite par les paramètres rn, θn et φn et/ou sa réponse spatio-temporelle décrite par les paramètres N /,m,n (f).The described embodiments require to know for each
Dans un premier mode de réalisation, décrit en référence à la
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 Hn (f) représentatif de la réponse des éléments de l'ensemble de restitution 2 prend la valeur par défaut 1.In a
Lors d'une sous-étape 43, le paramètre Gn (f) représentatif des gabarits des éléments de l'ensemble de restitution 2 est déterminé par seuillage sur le paramètre Hn (f) 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.During a sub-step 43, the parameter G n ( f ) representative of the templates of the elements of the reproduction set 2 is determined by thresholding on the parameter H n ( f ) in the case where the latter is measured, defined by the user, or provided by external means, otherwise, G n ( f ) takes the
L'étape 40 comporte ensuite une sous-étape 44 de détermination des éléments actifs à la fréquence f considérée.
Lors de cette sous-étape, une liste {n*}(f) d'éléments de l'ensemble de restitution actifs à la fréquence f est déterminée, ces éléments étant ceux dont le gabarit Gn (f) est non nul pour cette fréquence. La liste {n*}(f) comprend Nf 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 f parmi l'ensemble des paramètres. Les paramètres d'indice n* correspondent au nème élément actif à la fréquence f. During this sub-step, a list { n *} ( f ) of elements of the restitution set active at the frequency f is determined, these elements being those whose template G n ( f ) is non-zero for this frequency. The list { n *} ( f ) comprises N f elements and is transmitted to the
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 f, est déterminé de la manière suivante :
- les moyens de
simulation 8 calculent le plus petit angle amin formé par une paire d'éléments de l'ensemble de restitution au moyen d'une relation trigonométrique, telle que par exemple : - les moyens 9 de simulation déterminent l'ordre maximum L(f) qui est le plus grand entier respectant la relation
- the simulation means 8 calculate the smallest angle min formed by a pair of elements of the restitution assembly by means of a trigonometric relation, such as for example:
- the simulation means 9 determines the maximum order L ( f ) which is the largest integer respecting the relation
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.In a
Lors d'une sous-étape 47, le paramètre Wl (f) qui décrit la fenêtre spatiale 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,f) représentatif de la fenêtre spatiale dans le repère sphérique est fourni ou saisi, Wl (f) est déduit de sa valeur en appliquant l'expression :
- 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, Wl (f) est déduit de sa valeur en appliquant l'expression :
- En variante, si la fenêtre spatiale n'est pas spécifiée, les moyens de
simulation 8 attribuent au paramètre Wl (f), une valeur par défaut, par exemple une fenêtre de Hamming de taille 2L(f) + 1, évaluée en l.
- if the parameter W ( r, f ) representative of the spatial window in the spherical coordinate system is supplied or entered, W l ( f ) is deduced from its value by applying the expression:
- if the parameter R ( f ), which represents a radius when the spatial window is a ball of radius R ( f ), is provided by external means or grasped, W l ( f ) is deduced from its value by applying the expression :
- Alternatively, if the spatial window is not specified, the simulation means 8 attribute parameter W l (f), a default value, e.g., a Hamming window size 2 L (f) + 1, evaluated l .
Le paramètre Wl (f) est déterminé pour les valeurs de l allant de 0 à L(f).The parameter W l ( f ) is determined for the values of l ranging from 0 to L ( f ).
Lors d'une sous-étape 48, le paramètre {(lk, mk )}(f) est déduit à partir des paramètres L(f) et
- Dans un premier temps, les moyens 9 calculent les coefficients
restitution 3 n*. Dans un second temps, les moyens 9 calculent les coefficients
- As a first step, the
means 9 calculate the coefficientsrestitution 3 n * . In a second step, themeans 9 calculate the coefficients
Dans un troisième temps, les moyens 8 calculent, à l'aide d'un paramètre supplémentaire ε, la liste des paramètres {(lk, mk )}(f), que l'on appelle C et qui est initialement vide. Pour chaque valeur de l'ordre l, en commençant à 0, les moyens 8 réalisent les sous-étapes suivantes :
- recherche de Gl = max(Gl,m ) ;
- détermination de la liste Cl des coefficients (l, m) tels que Gl,m (en dB) soit compris entre Gl - ε(en dB) et Gl (en dB).
- search for G l = max ( G l, m );
- determination of the list C l of coefficients ( l, m) such that G l, m (in dB) is between G l - ε (in dB) and G l (in dB).
Si la somme du nombre de termes dans C et du nombre de termes dans C l est supérieure ou égale au nombre Nf d'éléments de restitution actifs à la fréquence f, la liste C est complète, sinon, on ajoute Cl à C et on recommence la recherche de Gl pour l+1.If the sum of the number of terms in C and the number of terms in C l is greater than or equal to the number N f of restitution elements active at the frequency f , the list C is complete, otherwise C 1 to C is added and we start looking for G l for l +1.
Dans le cas où tous les éléments 31* à 3 Nf* sont dans un plan horizontal et où la liste des {(lk, mk )}(f) n'est ni saisie, ni fournie, les moyens 8 de simulation effectuent un traitement simplifié :
- La liste des coefficients {(lk, mk )}(f) prend la forme :
- The list of coefficients {( l k , m k )} ( f ) takes the form:
elements 3 n * active at the frequency f. L 1 can take as value the integer part of ( N f -1) / 2, but it is better to take for L 1 a lower value.
Lors d'une sous-étape 49, le paramètre µ(f), qui représente à la fréquence courante f la capacité d'adaptation locale souhaitée, variant entre 0 et 1, est déterminé automatiquement en prenant par exemple la valeur par défaut 0,7.During a
Ainsi, les moyens 9 dé 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 oeuvre.Thus, the simulation means 9 make it possible, during
En fonction des paramètres saisis ou mesurés, certaines des sous-étapes de simulation décrites ne sont pas réalisées.Depending on the parameters entered or measured, some of the simulation sub-steps described are not performed.
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.The
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 f considérée.In another embodiment, all the intervening parameters are provided to the
Les moyens 8 de simulation mettant en oeuvre l'étape 40 sont par exemple des programmes d'ordinateurs ou des cartes électroniques dédiées pour une telle application ou tout autre moyen approprié.The simulation means 8 implementing
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 50 de détermination de filtres de reconstruction et les moyens 12 qui la mettent en oeuvre.We will now describe in more detail the
Sur la
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.The means 12 also comprise a
Sur la
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 Wl (f). The
W est une matrice diagonale de taille (L(f)+1)2 contenant les coefficients de pondération Wl (f) et dans laquelle chaque coefficient Wl (f) se trouve 2l+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 Nl,m,n* (f), RM(f), Hn* (f),
M est une matrice de taille (L(f)+1) 2 sur Nf, constituée d'éléments Ml,m,n*, les indices l,m désignant la ligne l 2+l+m et n* désignant la colonne n. La matrice M a donc la forme suivante :
Les éléments M l,m,n* 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 sphériques,
- 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 Ml,m,n* = Nl,m,n* (f) pour les indices l,m,n* fournis et la fréquence courante f. Le reste des Ml,m,n* 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 sphériques pour les mesures manquantes, alors Ml,m,n* = Nl,m,n* (f) pour les indices l,m,n* fournis et la fréquence courante f. Le reste des Ml,m,n* est déterminé selon la relation :
- if RM ( f ) defines a plane wave radiation pattern,
- if RM ( f ) defines a radiation pattern in spherical waves,
- if RM ( f ) defines a model using measurements made of spatio-temporal responses, using the plane wave model for the missing measurements, then M l, m, n * = N l, m, n * ( f ) for the indices l, m, n * provided and the current frequency f. The remainder of M l, m, n * is determined according to the relation:
- if RM ( f ) defines a model using the measurements made of spatio-temporal responses, using the spherical wave model for the missing measurements, then M l, m, n * = N l, m, n * ( f ) for the indices l, m, n * provided and the current frequency f . The remainder of M l, m, n * is determined according to the relation:
Dans ces expressions ξl (rn* ,f) 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.The matrix M thus defined is representative of the radiation of the reproduction unit. In particular, M is representative of the spatial configuration of the restitution set.
Lorsque le procédé utilise les coefficients N /,m,n (f), la matrice M est représentative des réponses spatio-temporelles des éléments 31 à 3 N et donc notamment de l'effet de salle induit par le lieu d'écoute 4.When the method uses the coefficients N / , m, n ( f ) , the matrix M is representative of the spatio-temporal responses of the
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 {(lk,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 {(lk,mk )}(f), la matrice F constituée est de taille K sur (L(f)+1)2. Chaque ligne k de la matrice F contient un 1 sur la colonne lk 2+l k+ mk, et des 0 ailleurs. Par exemple, pour une configuration de l'ensemble de restitution de type dit « 5.1 », dont la liste {(lk,mk )}(f) peut prendre la forme {(0,0), (1,-1), (1,1)}, la matrice F s'écrit :
Lorsque le paramètre µ(f) 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.When the parameter μ ( f ) is zero, the
Les sous-étapes 51 à 53 mises en oeuvre par le module 82 peuvent être exécutées séquentiellement ou simultanément.The
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 oeuvre par le module 84 afin de délivrer une matrice D * de décodage représentative des filtres de reconstruction.The
Cette matrice D* est délivrée à partir des matrices M, F, W et du paramètre µ(f) selon l'expression suivante :
Les éléments D* n,l,m de la matrice D* sont organisés de la manière suivante :
La matrice D * est donc représentative de la configuration de l'ensemble de restitution, des caractéristiques acoustiques associées aux éléments 31 à 3 N et des stratégies d'optimisation.The matrix D * is therefore representative of the configuration of the reproduction assembly, the acoustic characteristics associated with the
Dans le cas où le procédé utilise les coefficients N l,m,n (f), la matrice D * est représentative notamment de l'effet de salle induit par le lieu d'écoute 4.In the case where the method uses the coefficients N l , m , n ( f ), the matrix D * is representative in particular of the room effect induced by the
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 f complète pour la fréquence f 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 matrice D * sont stockés dans la matrice D (f), en inversant le procédé de détermination de la liste {n*}(f) décrit précédemment en référence à la
Une telle utilisation de la liste {n*}(f) permet la prise en compte de gabarits hétérogènes des éléments de restitution 31 à 3 N. Such a use of the list { n *} ( f ) makes it possible to take into account heterogeneous templates of the
Les éléments D n,l,m (f) de la matrice D (f) sont organisés de la manière suivante :
L'ensemble des sous-étapes 51 à 55 est répété pour toutes les fréquences f 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.The set of
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 (f). Chaque élément Dn,l,m (f) de la matrice D(f) est un filtre de reconstruction qui est décrit dans le signal FD au moyen de paramètres qui peuvent prendre différentes formes.In a
Par exemple, les paramètres du signal FD associés à chaque filtre Dn,l,m (f) peuvent prendre les formes suivantes :
- une réponse en fréquence, dont les paramètres sont directement les valeurs de D n, l,m (f) pour certaines fréquences f ;
- une réponse impulsionnelle finie, dont les paramètres dn,l,m (t) sont calculés par transformée de Fourier temporelle inverse de D n,l,m (f). Chaque réponse impulsionnelle dn,l,m (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 Dn,l,m (f) avec des méthodes d'adaptation classiques.
- a frequency response whose parameters are directly the values of D n , l , m ( f ) for certain frequencies f ;
- a finite impulse response whose parameters d n, l, m ( t ) are calculated by inverse time Fourier transform of D n, l, m ( f ). Every answer impulse d n, l, m ( t ) is sampled then truncated to a length specific to each response; or
- coefficients of an infinite impulse response recursive filter calculated from D n, l, m ( f ) with conventional adaptation methods.
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.Thus, the
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 spatio-temporelles 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.
- spatial configuration of the elements of the rendering set;
- acoustic characteristics associated with the elements of the restitution ensemble, in particular the frequency responses and the spatio-temporal responses representative, inter alia, of the room effect induced by the
listening place 4; - optimization strategies, in particular the spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed, the spatial distribution of acoustic field reconstruction constraints and the desired local adaptation capacity to the spatial irregularity of the configuration of the ensemble of
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.The means 12 for determining reconstruction filters may be implemented in the form of software dedicated to this function or may be integrated in an electronic card or any other appropriate means.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 60 de mise en forme du signal d'entrée.We will now describe in more detail the
Lorsque le système est mis en oeuvre, 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.
- a sound environment encoded according to an angular distribution such as for example the format commonly called "format B";
- a description of a sound environment using virtual source position information that composes the sound environment and signals from these sources;
- a multichannel coded sound environment, ie by means of signals intended to supply loudspeakers whose angular distribution is fixed and known and which includes in particular the so-called "7.1", "5.1", quadraphonic, stereophonic, and monophonic techniques.
- a sound environment given by its acoustic field in the form of Fourier-Bessel coefficients.
Ainsi que cela a été dit en référence à la
En fonction de la nature du signal d'entrée SI, l'étape 60 de mise en forme varie.Depending on the nature of the input signal S1, the shaping
En référence à la
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 (L+1)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 sphériques rs, θs et φs. Les éléments El,m,s de la matrice E s'écrivent de la manière suivante:
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 :
Les coefficients de Fourier-Bessel P l, m(f) sont placés dans un vecteur P de taille (L+1)2, où les 2l+1 termes d'ordre l sont placés les uns à la suite des au-tres par ordre l croissant. Le coefficient P l,m (f) est ainsi l'élément d'indice l 2+/+m du vecteur P qui s'écrit :
Ainsi que cela est représenté en référence à la
L'implantation des filtres El,m,s (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 El,m,s (f) un filtre récursif, par exemple à l'aide d'une transformée bilinéaire.
- filtering in the frequency domain;
- filtering using a finite impulse response filter; or
- filtering using an infinite impulse response filter. This is the most straightforward method of deducing from the expression E l, m, s ( f ) a recursive filter, for example using a bilinear transform.
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.In the case where the signal SI corresponds to the representation of a sound environment in a multichannel format, the shaping means 6 perform the operations described below.
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 (L+1)2 sur C, où C est le nombre de canaux. Les éléments S l,m,c de la matrice S s'écrivent :
On définit également le vecteur Y qui contient les signaux yc (t) correspondant à chaque canal. Y s'écrit :
Les coefficients de Fourier-Bessel pl,m (t) regroupés comme précédemment dans le vecteur P sont obtenus par la relation :
Chaque coefficient de Fourier-Bessel pl,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(t), 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.Finally, in the case where the signal SI corresponds to a description of the acoustic field in the form of Fourier-Bessel coefficients,
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.Thus, at the end of the shaping
Les moyens 6 peuvent être réalisés sous la forme de logiciels informatiques dédiés ou encore être réalisés sous la forme d'une carte informatique dédiée ou tout autre moyen approprié.The
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 70 de détermination de signaux de pilotage.We will now describe in
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.The means 11 for determining driving signals receive as input the signal IF 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
A partir de ces informations, lors de l'étape 70, les moyens 11 déterminent les signaux sc1 (t) à scN (t) délivrés à l'attention des éléments 31 à 3 N . Ces signaux sont obtenus par l'application au signal SIFB des filtres de reconstruction, de réponse en fréquence Dn,l,m (f), et transmis dans le signal FD.From this information, during the
Les filtres de reconstruction sont appliqués de la façon suivante :
Selon la forme des paramètres du signal FD, chaque filtrage des Pl,m (f) par Dn,l,m (f) peut être réalisé selon des méthodes classiques de filtrage, telles que par exemple :
- le signal FD fournit directement les réponses en fréquence Dn,l,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 dn,l,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 impulsionnelles infinies, et le filtrage est effectué dans le domaine temporel au moyen des relations de récurrence.
- the signal FD directly supplies the frequency responses D n, l, m ( f ) , and the filtering is performed in the frequency domain, for example, using standard block convolution techniques;
- the FD signal provides the finite impulse responses d n, l, m ( t ), and the filtering is done in the time domain by convolution; or
- the FD signal provides the recursive filter coefficients with infinite impulse responses, and the filtering is performed in the time domain by means of the recurrence relations.
Sur la
On définit Tn,l,m le nombre d'échantillons propre à chaque réponse dn,l,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 31 à 3 N de l'ensemble de restitution 2 par rapport à l'élément le plus éloigné. Les signaux sc 1(t) à scN (t) destinés à alimenter lès éléments 31 à 3 N se déduisent des signaux v 1(t) à vN (t) selon l'expression :
Chaque élément 31 à 3 N reçoit donc un signal de pilotage spécifique sc1 à sc N et émet un champ acoustique qui contribue à la reconstruction optimale du champ acoustique à restituer. Le pilotage simultané de l'ensemble des éléments 31 à 3 N permet une reconstruction optimale du champ acoustique à restituer.Each
Par ailleurs, le système décrit peut également fonctionner dans des modes simplifiés.Moreover, the described system can also operate in simplified modes.
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 :
-
x n , représentatif de la position de l'élément 3 n de l'ensemble derestitution 2 ; - Wl , 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.
-
x n , representative of the position of theelement 3 n of therestitution assembly 2; - W l , describing, directly in the form of weighting of the Fourier-Bessel coefficients, a spatial window representative of the distribution in the space of constraints of reconstruction of the acoustic field; and
- L, imposing the limit order of operation of the
means 12 for determining reconstruction filters.
Dans ce mode simplifié, ces paramètres sont indépendants de la fréquence et les éléments 31 à 3 N 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 Ml,m,n 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 :
Le stockage de la réponse des filtres de reconstruction n'est plus nécessaire, 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.The storage of the response of the reconstruction filters is no longer necessary, and the sub-step 55 is not performed. Likewise, since the filters described in the matrix D are simple gains, the sub-step 58 is not carried out either and the
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 p l,m (t) suivies d'un alignement temporel selon l'expression :
Le module 11 fournit alors les signaux de commande sc 1(t) à scN (t) destinés à l'ensemble de restitution.The
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 :
-
x n , représentatif de la position de l'élément 3 n de l'ensemble derestitution 2 ; - {(lk,mk )}, constituant la liste des fonctions spatio-temporelles dont la reconstruction est imposée ; et
- L, imposant l'ordre de fonctionnement des moyens 12 de détermination de filtres de reconstruction.
-
x n , representative of the position of theelement 3 n of therestitution assembly 2; - {( l k , m k )}, constituting the list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed; and
- L, imposing the order of operation of the
means 12 for determining reconstruction filters.
Dans ce mode simplifié les paramètres sont indépendants de la fréquence et les éléments 31 à 3 N 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 Ml,m,n 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 :
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.The storage of the response of the reconstruction filters is no longer necessary, and the sub-step 55 is not performed. The filters described in the matrix D being simple gains, the sub-step 58 is not carried out either. It is therefore the
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 pl,m (t) suivies d'un alignement temporel selon l'expression :
Le module 11 fournit alors les signaux de commande sc 1(t) à scN (t) destinés à l'ensemble de restitution.The
Il apparaît que selon l'invention, les signaux de pilotage sc1 à sc N sont adaptés pour exploiter au mieux les caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution 2, les caractéristiques acoustiques associées aux éléments 31 à 3 N et les stratégies d'optimisation de manière à reconstruire un champ acoustique de haute qualité.It appears that according to the invention, the control signals sc 1 to sc N are adapted to make the best use of the spatial characteristics of the
Il apparaît donc que le procédé mis en oeuvre permet notamment d'obtenir une restitution optimum d'un champ acoustique tridimensionnel quelle que soit la configuration spatiale de l'ensemble de restitution 2.It therefore appears that the method used makes it possible in particular to obtain an optimum restitution of a three-dimensional acoustic field regardless of the spatial configuration of the
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits.The invention is not limited to the described embodiments.
Notamment, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre par des calculateurs numériques tels qu'un ou plusieurs processeurs informatiques ou des processeurs de signaux numériques (DSP).In particular, the method of the invention can be implemented by digital computers such as one or more computer processors or digital signal processors (DSP).
Il peut également être mis en oeuvre à partir d'une plate-forme générale telle qu'un ordinateur personnel.It can also be implemented from a general platform such as a personal computer.
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.It is also possible to design an electronic card intended to be inserted into another element and adapted to memorize and execute the method of the invention. For example, such an electronic card integrates into a computer.
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.In other embodiments, all or part of the parameters necessary for the execution of the step of determining reconstruction filters is extracted from pre-recorded memories or is delivered by another apparatus dedicated to this function.
Claims (35)
- A method of controlling a reproduction unit (2) for restoring an acoustic field so as to obtain a reproduced acoustic field of specific characteristics independent of the intrinsic characteristics of reproduction of said unit (2), said reproduction unit (2) comprising a plurality of reproduction elements (31 to 3N), characterized in that it comprises at least:- a step of establishing a finite number of coefficients corresponding to a decomposition of said acoustic field to reproduce as a linear combination of spatio-temporal functions such that the coefficients are representative of the distribution in time and in the three dimensions in space of said acoustic field to be reproduced;- a step (50) of determining reconstruction filters representative of said reproduction unit (2), comprising a substep (54) of taking into account at least spatial characteristics of said reproduction unit (2), the spatial characteristics comprising a distance between the reproduction elements (31 to 3N) and a predetermined arbitrary center (5), and an angular position of the reproduction elements with respect to the center, the angular position comprising an orientation in the vertical plane and an orientation in the horizontal plane;- a step (70) of determining at least one control signal (sc1 to scN) for said elements (31 to 3N) of said reproduction unit (2), said at least one signal being obtained by the application, to said coefficients, of said reconstruction filters; and- a step of delivering said at least one control signal (sc1 to scN), with a view to an application to said reproduction elements (31 to 3N) so as to generate said acoustic field reproduced by said reproduction unit (2).
- The method as claimed in claim 1, characterized in that said step of establishing a finite number of coefficients representative of the distribution of said acoustic field to be reproduced comprises:- a step consisting in providing an input signal (SI) comprising temporal and spatial information for a sound environment; and- a step of shaping (60) said input signal (SI) by decomposing said information over a basis of spatio-temporal functions, this shaping step (60) making it possible to deliver a representation of said acoustic field to be reproduced corresponding to said sound environment in the form of a linear combination of said functions.
- The method as claimed in claim 1, characterized in that said step of establishing a finite number of coefficients representative of the distribution of said acoustic field to be reproduced comprises:- a step consisting in providing an input signal (SIFB) comprising a finite number of coefficients representative of said acoustic field to be reproduced in the form of a linear combination of spatio-temporal functions.
- The method as claimed in any one of claims 2 or 3, characterized in that said spatio-temporal functions are so-called Fourier-Bessel functions and/or linear combinations of these functions.
- The method as claimed in any one of claims 1 to 4, characterized in that said substep (54) of taking into account at least spatial characteristics of said reproduction unit (2) is carried out at least with the help of parameters representative, for each element (3n), of the three coordinates of its position (xn) with respect to the center (5) placed in the listening zone (4), and/or of its spatio-temporal response (Nl,m,n(f)).
- The method as claimed in claim 5, characterized in that said substep (54) of taking into account at least spatial characteristics of said reproduction unit (2) is carried out moreover with the help:- of parameters (Wl(f)) describing, in the form of weighting coefficients, a spatial window which specifies the distribution in space of reconstruction constraints for the acoustic field; and- of a parameter (L(f)) describing an order of operation limiting the number of coefficients to be taken into account during said step (50) of determining reconstruction filters.
- The method as claimed in one of claims 5 or 6, characterized in that said substep (54) of taking into account characteristics of said reproduction unit (2) is carried out moreover with the help:- of parameters (((lk,mk))(f)) constituting a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed; and- of a parameter (L(f)) describing an order of operation limiting the number of coefficients to be taken into account during said step (50) of determining reconstruction filters.
- The method as claimed in one of claims 5 to 7, characterized in that said step (54) of taking into account at least spatial characteristics of said reproduction unit (2) is carried out moreover at least with the help of one of the parameters chosen from the group consisting:- of parameters (xn) representative of at least one of the three coordinates of the position of each or some of the elements (31 to 3N), with respect to the center (5) placed in the listening zone (4);- of parameters (Nl,m,n(f)) representative of the spatio-temporal responses of each or some of the elements (31 to 3N);- of a parameter (L(f)) describing an order of operation limiting the number of coefficients to be taken into account during said step (50) of determining reconstruction filters;- of parameters ({(lk,mk)}(f)) constituting a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed;- of parameters (Gn(f)) representative of the templates of said reproduction elements (31 to 3N);- of a parameter (µ(f)) representative of the desired local capacity of adaptation to the spatial irregularity of the configuration of said reproduction unit (2);- of a parameter (RM(f)) defining the radiation model for said reproduction elements (31 to 3N);- of parameters (Hn(f)) representative of the frequency response of said reproduction elements (31 to 3N);- of a parameter (W(r,f)) representative of a spatial window;- of parameters (Wl(f)) representative of a spatial window in the form of weighting coefficients; and- of a parameter (R(f)) representative of the radius of a spatial window when the latter is a ball.
- The method as claimed in one of claims 5 to 8, characterized in that it comprises a calibration step (30) making it possible to deliver all or part of the parameters used in said step (50) of determining reconstruction filters.
- The method as claimed in claim 9, characterized in that said calibration step (30) comprises, for at least one of the reproduction elements (3n):- a substep (34) of acquiring signals representative of the radiation of said at least one element (3n) in the listening region (4); and- a substep (39) of determining spatial and/or acoustic parameters of said at least one element (3n).
- The method as claimed in claim 10, characterized in that said calibration step (30) comprises:- a substep (32) of emitting a specific signal (un(t)) to said at least one element (3n) of said reproduction unit (2), said acquisition substep (34) corresponding to the acquisition of the sound wave emitted in response by said at least one element (3n); and- a substep (36) of transforming said signals acquired into a finite number of coefficients representative of the sound wave emitted, so as to allow the carrying out of said substep (39) of determining spatial and/or acoustic parameters.
- The method as claimed in claim 10, characterized in that said acquisition substep (34) corresponds to a substep of receiving a number of coefficients representative of the acoustic field generated by said at least one element (3n) in the form of a linear combination of spatio-temporal functions, which coefficients are used directly during said substep (39) of determining spatial and/or acoustic parameters of said at least one element (3n).
- The method as claimed in any one of claims 9 to 12, characterized in that said calibration substep (30) furthermore comprises a substep of determining the position in at least one of the three dimensions in space of said at least one element (3n) of said reproduction unit (2).
- The method as claimed in any one of claims 9 to 13, characterized in that said calibration step (30) furthermore comprises a substep (38) of determining the spatio-temporal response (Nl,m,n(f)) of said at least one element (3n) of said reproduction unit.
- The method as claimed in any one of claims 9 to 14, characterized in that said calibration step (30) furthermore comprises a substep of determining the frequency response (Hn(f)) of said at least one element (3n) of said reproduction unit (2).
- The method as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a step (40) of simulating all or part of the parameters necessary for carrying out said step (50) of determining reconstruction filters.
- The method as claimed in claim 16, characterized in that said simulation step (40) comprises:- a substep (41) of determining missing parameters from among the parameters used during said step (50) of determining reconstruction filters;- a plurality of calculation substeps (42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49) making it possible to determine the value or values of the missing parameter or parameters as defined previously as a function of the parameters received, of the frequency, and of predetermined default parameters.
- The method as claimed in claim 17, characterized in that said simulation step (40) comprises a substep (44) of determining a list ({n*}(f)) of elements of the reproduction unit that are active as a function of the frequency, and in that said calculation substeps are carried out just for the elements of said list.
- The method as claimed in any one of claims 17 or 18, characterized in that said simulation step (40) comprises a substep (45) of calculating a parameter (L(f)) representative of the order of operation limiting the number of coefficients to be taken into account during said step (50) of determining reconstruction filters with the help of at least the position in space of all or part of the elements (3n) of the reproduction unit.
- The method as claimed in any one of claims 17 to 19, characterized in that said simulation step comprises a step (47) of determining parameters (Wl(f)) representative of a spatial window in the form of weighting coefficients with the help of a parameter (W(r,f)) representative of the spatial window in the spherical reference frame and/or of a parameter (R(f)) representative of the radius of said spatial window when the latter is a ball.
- The method as claimed in one of claims 17 to 20, characterized in that said simulation step (40) comprises a substep (43) of determining a list ({lk, mk}(f)) of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed with the help of the position of all or part of the elements (3n) of the reproduction unit (2).
- The method as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a step of input (20) making it possible to determine all or part of the parameters used during said step (50) of determining reconstruction filters.
- The method as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that said step (50) of determining reconstruction filters comprises:- a plurality of calculation substeps (51, 52, 53) carried out for a finite number of frequencies of operation and making it possible to deliver a matrix (W) for weighting the acoustic field, a matrix (M) representative of the radiation of the reproduction unit (2), and a matrix (F) representative of the spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed; and- a substep (54) of calculating a decoding matrix (D*), carried out for a finite number of operating frequencies, with the help of the matrix (W) for weighting the acoustic field, of the matrix (M) representative of the radiation of the reproduction unit (2), of the matrix (F) representative of the spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed, and of a parameter (µ(f)) representative of the desired local capacity of adaptation to the spatial irregularity of the reproduction unit, representative of the reconstruction filters.
- The method as claimed in claim 23, characterized in that said calculation substep (52) making it possible to deliver a matrix (M) representative of the radiation of the reproduction unit (2) is carried out with the help of parameters representative for each element (3n):- of the three coordinates of its position (
x n ) with respect to the center (5) placed in the listening zone (4); and/or- of its spatio-temporal response (Nl,m,n(f)). - The method as claimed in claim 24, characterized in that said calculation substep (52) making it possible to deliver a matrix (M) representative of the radiation of the reproduction unit (2) is carried out moreover with the help of parameters representative for each element (3n) of its frequency response (Hn(f)).
- A computer program comprising program code instructions for the execution of the steps of the method as claimed in any one of claims 1 to 25, when said program is executed on a computer.
- A removable medium of the type comprising at least one processor and a nonvolatile memory element, characterized in that said memory comprises a program comprising instructions for the execution of the steps of the method as claimed in any one of claims 1 to 25, when said processor executes said program.
- A device for controlling a reproduction unit (2) for restoring an acoustic field, comprising a plurality of reproduction elements (31 to 3N), characterized in that it comprises at least:- means (12) of determining reconstruction filters representative of said reproduction unit (2), adapted so as to make it possible to take into account at least spatial characteristics of said reproduction unit (2), the spatial characteristics comprising a distance between the reproduction elements (31 to 3N) and a predetermined arbitrary center (5), and an angular position of the reproduction elements with respect to the center, the angular position comprising an orientation in the vertical plane and an orientation in the horizontal plane; and- means (11) for determining at least one control signal (sc1 to scN) for said elements (31 to 3N) of said reproduction unit (2), said at least one signal being obtained by application of said reconstruction filters to a finite number of coefficients corresponding to a decomposition of said acoustic field to reproduce as a linear combination of spatio-temporal functions such that the coefficients are representative of the distribution in time and in the three dimensions in space of said acoustic field to be reproduced.
- The device as claimed in claim 28, characterized in that it is associated with means (6) for shaping an input signal (SI) comprising temporal and spatial information for a sound environment to be reproduced, which means are adapted for decomposing said information over a basis of spatio-temporal functions so as to deliver a signal (SIFB) comprising said finite number of coefficients representative of the distribution in time and in the three dimensions in space of said acoustic field to be reproduced, corresponding to said sound environment, in the form of a linear combination of said spatio-temporal functions.
- The device as claimed in claim 29, characterized in that said spatio-temporal functions are so-called Fourier-Bessel functions and/or linear combinations of these functions.
- The device as claimed in any one of claims 28 to 30, characterized in that said means (12) for determining reconstruction filters receive as input at least one of the parameters from the following parameters:- parameters (xn) representative of at least one of the three coordinates of the position of each or some of the elements (31 to 3N), with respect to the center (5) placed in the listening zone (4);- parameters (Nl,m,n(f)) representative of the spatio-temporal responses of each of some of the elements (31 to 3N);- a parameter (L(f)) describing an order of operation limiting the number of coefficients to be taken into account in the means (12) of determining reconstruction filters;- parameters (Gn(f)) representative of the templates of said reproduction elements (31 to 3N);- a parameter (µ(f)) representative of the desired local capacity of adaptation to the spatial irregularity of the configuration of said reproduction unit (2);- a parameter (RM(f)) defining the radiation model for said reproduction elements (31 to 3N);- parameters (Hn(f)) representative of the frequency response of said reproduction elements (31 to 3N);- a parameter (W(r,f)) representative of a spatial window;- parameters (Wl(f)) representative of a spatial window in the form of weighting coefficients;- a parameter (R(f)) representative of the radius of a spatial window when the latter is a ball; and- parameters ({(lk,mk)}(f)) constituting a list of spatio-temporal functions whose reconstruction is imposed.
- The device as claimed in any one of claims 28 to 31, characterized in that each of said parameters received by said means (12) of determining reconstruction filters is conveyed by one of the signals from the group of the following signals:- a definition signal (SL) comprising information representative of the spatial characteristics of the reproduction unit (2);- a supplementary signal (RP) comprising information representative of the acoustic characteristics associated with the elements (31 to 3N) of the reproduction unit (2); and- an optimization signal (OS) comprising information relating to an optimization strategy,- so as to deliver, with the aid of the parameters contained in these signals, a signal (FD) representative of said reconstruction filters representative of said reproduction unit (2).
- The device as claimed in claim 32, characterized in that it is associated with means (7) for determining all or part of the parameters received by said means (12) for determining reconstruction filters, said means (7) comprising at least one of the following elements:- simulation means (8);- calibration means (9);- parameters input means (10).
- The device as claimed in any one of claims 28 to 33, characterized in that said means (12) for determining reconstruction filters are adapted for determining a set of filters representative of the position in space of the elements (31 to 3N) of the reproduction unit (2).
- The device as claimed in any one of claims 28 to 34, characterized in that said means (12) of determining reconstruction filters are adapted for determining a set of filters representative of the room effect induced by the listening zone (4).
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