EP1586220B1

EP1586220B1 - Procede et dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution a partir d'un signal multicanal

Info

Publication number: EP1586220B1
Application number: EP04703418.6A
Authority: EP
Inventors: Rémy BRUNO; Arnaud Laborie; Sébastien MONTOYA
Original assignee: Trinnov Audio
Current assignee: Trinnov Audio
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: WO2004068463A2; KR20050103280A; CN1751540B; KR101248505B1; FR2850183B1; US20060167963A1; CN1751540A; FR2850183A1; JP2006517072A; EP1586220A2; US8213621B2; WO2004068463A3

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique comportant une pluralité d'éléments de restitution, à partir d'une pluralité de signaux acoustiques ou audiophoniques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée, définie par rapport à un point de l'espace donné.
Un tel ensemble de signaux est couramment désigné par l'expression « signal multicanal » et correspond à une pluralité de signaux, appelés canaux, transmis en parallèle ou multiplexés les uns avec les autres, chacun destiné à un élément ou un groupe d'éléments de restitution, disposé dans une direction générale prédéfinie par rapport à un point donné.
Par exemple, un système multicanal classique et connu sous le nom de « 5.1 ITU-R BF 775-1 » et comporte cinq canaux destinés à des éléments de restitutions placés dans cinq directions générales prédéterminées par rapport à un centre d'écoute, définies par les angles 0°, + 30°, -30°, +110° et -110°.
Une telle disposition correspond donc à la disposition d'un haut-parleur ou un groupe de haut-parleurs devant au centre, un de chaque côté devant à droite et à gauche et un de chaque côté derrière à droite et à gauche.
Les signaux de pilotage étant associés chacun à une direction déterminée, l'application de ces signaux à un ensemble de restitution dont les éléments ne répondent pas à la configuration spatiale prédéterminée, entraîne des déformations importantes du champ acoustique restitué.
Il existe des systèmes qui intègrent des moyens de retard sur les canaux, afin de compenser au moins partiellement, l'éloignement des éléments de restitution par rapport au centre d'écoute. Ces systèmes ne permettent cependant pas de prendre en compte la disposition dans l'espace de l'ensemble de restitution.
Il apparaît donc qu'aucun procédé ou système existant, ne permet une restitution de bonne qualité à partir d'un signal de type multicanal avec un ensemble de restitution de configuration spatiale quelconque.
La présente invention a pour objet de remédier à ce problème, en définissant un procédé et un système de pilotage de l'ensemble de restitution dont la configuration spatiale est quelconque.
L'invention a pour objet un procédé de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique comportant une pluralité d'éléments de restitution associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné, pour obtenir un champ acoustique restitué de caractéristiques spécifiques sensiblement indépendantes des caractéristiques intrinsèques de restitution dudit ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte :

une étape de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution, permettant la détermination de paramètres représentatifs pour au moins un élément dudit ensemble de restitution de sa position dans les trois dimensions de l'espace par rapport audit point donné ;
une étape de détermination de filtres d'adaptation à partir desdites caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution et desdites directions générales de restitution prédéterminée associées à ladite pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques ;
une étape de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution par l'application desdits filtres d'adaptation à ladite pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques; et
une étape de délivrance dudit au moins un signal de pilotage en vue d'une application auxdits éléments de restitution.

Suivant d'autres caractéristiques :

ladite étape de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution, comporte une sous-étape de saisie permettant de déterminer tout ou partie des caractéristiques dudit ensemble de restitution ;
ladite étape de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution, comporte une étape de calibrage permettant de délivrer tout ou partie des caractéristiques dudit ensemble de restitution ;
ladite sous-étape de calibrage comporte pour au moins un des éléments de restitution :
une sous-étape d'émission d'un signal spécifique vers ledit au moins un élément dudit ensemble de restitution ;
une sous-étape d'acquisition de l'onde sonore émise en réponse par ledit au moins un élément ;
une sous-étape de transformation desdits signaux acquis en un nombre fini desdits coefficients représentatifs de l'onde sonore émise ; et
une sous-étape de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques dudit élément à partir desdits coefficients représentatifs de l'onde sonore émise ;
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 une sous-étape de détermination de la réponse en fréquence dudit au moins un élément dudit ensemble de restitution ;
ladite étape de détermination de filtres d'adaptation comprend :
une sous-étape de détermination d'une matrice de décodage représentative de filtres permettant la compensation des altérations de restitution dues aux caractéristiques spatiales dudit ensemble de restitution ;
une sous-étape de détermination d'une matrice de rayonnement multicanal idéale représentative des directions générales prédéterminées associes à chaque signal d'informations de la pluralité des signaux d'entrée ; et
une sous-étape de détermination d'une matrice représentative desdits filtres d'adaptation à partir de ladite matrice de décodage et de ladite matrice de rayonnement multicanal ;
ladite étape de détermination de filtres d'adaptation comporte une pluralité de sous-étapes de calcul permettant de délivrer un ordre limite de précision spatiale des filtres d'adaptation, une matrice correspondant à une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de la précision souhaitée lors de la reconstruction du champ acoustique et une matrice représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution, ladite sous-étape de calcul de la matrice de décodage étant réalisée à partir des résultats de ces sous-étapes de calcul ;
les matrices de décodage, de rayonnement multicanal idéal et d'adaptation sont indépendantes de la fréquence, l'étape de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution par l'application desdits filtres d'adaptation correspondant à de simples combinaisons linéaires suivies de retard.
ladite étape de détermination de caractéristiques dudit ensemble de restitution permet la détermination de caractéristiques acoustiques dudit ensemble de restitution et ledit procédé comporte une étape de détermination de filtres de compensation de ces caractéristiques acoustiques, ladite étape de détermination d'au moins un signal de pilotage comprenant alors une sous-étape d'application desdits filtres de compensation acoustique ;
ladite étape de détermination de caractéristiques acoustiques est adaptée pour délivrer des paramètres représentatifs pour au moins un élément de sa réponse en fréquence ;
ladite étape de détermination d'au moins un signal de pilotage comporte une sous-étape d'ajustement de gain et d'application de retards afin d'aligner temporellement le front d'onde des éléments de restitution en fonction de leur distance par rapport audit point donné.

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 par un ordinateur.
L'invention a encore également pour objet un support amovible du type comprenant 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 de code pour l'exécution des étapes du procédé, lorsque ledit processeur exécute ledit programme.
L'invention a encore pour objet un dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution d'un champ acoustique comportant une pluralité d'éléments de restitution, comportant des moyens d'entrée d'une pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné, caractérisé en ce qu'il comporte en outre :

des moyens de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution, permettant la détermination de paramètres représentatifs pour au moins un élément dudit ensemble de restitution de sa position dans les trois dimensions de l'espace par rapport audit point donné ;
des moyens de détermination de filtres d'adaptation à partir desdites caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution et des directions générales de restitution prédéterminée associées à ladite pluralité des signaux d'entrée d'informations acoustiques ; et
des moyens de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution par l'application desdits filtres d'adaptation à ladite pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques.

Suivant d'autres caractéristiques de ce dispositif :

lesdits moyens de détermination des caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution comportent des moyens de saisie directe desdites caractéristiques ;
il est adapté pour être associé à des moyens de calibrage permettant la détermination des caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution ;
lesdits moyens de calibrage comprennent des moyens d'acquisition d'une onde sonore comportant quatre capteurs de pression disposés selon une forme générale de tétraèdre ;
lesdits moyens de détermination de caractéristiques sont adaptés pour la détermination de caractéristiques acoustiques d'au moins un desdits éléments de restitution dudit ensemble de restitution, ledit dispositif comportant des moyens de détermination de filtres de compensation acoustique à partir desdites caractéristiques acoustiques et lesdits moyens de détermination d'au moins un signal de pilotage étant adaptés pour l'application desdits filtres de compensation acoustique ;
lesdits moyens de détermination des caractéristiques acoustiques sont adaptés pour la détermination de la réponse en fréquence desdits éléments de l'ensemble de restitution.

L'invention a également pour objet un appareil de traitement de données audio et vidéo comportant des moyens de détermination d'une pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par un point donné, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution ;

lesdits moyens de détermination d'une pluralité de signaux d'entrée sont formés d'une unité de lecture et de décodage des disques audio et/ou vidéo numériques.

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 organigramme du procédé de l'invention ;
la Fig.4 est un schéma de moyens de calibrage mis en oeuvre dans le procédé de l'invention ;
la Fig.5 est un organigramme détaillé de l'étape de calibrage ;
la Fig.6 est une représentation simplifiée d'un capteur utilisé pour la mise en oeuvre de l'étape de calibrage ;
la Fig.7 est un organigramme détaillé de l'étape de détermination de filtres d'adaptation ; et
les Figs.8 et 9 sont des schémas de moyens de détermination de signaux de pilotage ; et
la Fig.10 est un schéma d'un mode de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté un repère sphérique classique, de manière à préciser le système de coordonnées auquel il est fait référence dans le texte.
Ce repère est un repère orthonormal, d'origine O et comportant trois axes (OX), (OY) et (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.
Dans un tel repère, un champ acoustique est connu si l'on définit en tout point à chaque instant t la pression acoustique notée p(r,θ,φ,t), dont la transformée de Fourier temporelle est notée P(r,θ,φ,f) où f désigne la fréquence.
L'invention est fondée sur l'utilisation d'une famille de fonctions spatio-temporelles permettant de décrire les caractéristiques de tout champ acoustique.
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.
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.
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 : $P (r, θ, φ, f) = 4 π \sum_{l = 0}^{\infty} \sum_{m = - l}^{l} P_{l, m} (f) j^{l} j_{l} (kr) y_{l}^{m} (θ, φ)$
Dans cette équation, les termes P_l,m (f) sont, par définition, les coefficients de Fourier-Bessel du champ p(r,θ,φ,t), $k = \frac{2 πf}{c}$
c est la célérité du son dans l'air (340 ms^-1), jr(kr) est la fonction de Bessel sphérique de première espèce d'ordre l définie par $j_{l} (x) = \sqrt{\frac{π}{2 x}} J_{l + 1 / 2} (x)$
où J_v (x) est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre v, et ${y_{l}}^{m} (θ, φ)$
est l'harmonique sphérique réelle d'ordre l et de terme m, avec m allant de -l à l, définie par : $y_{l}^{m} (θ, φ) = {\begin{array}{l} \frac{1}{\sqrt{π}} P_{l}^{|m|} (\cos θ) \cos (m φ) & pour m > 0 \\ \frac{1}{\sqrt{2 π}} P_{l}^{0} (\cos θ) & pour m = 0 \\ \frac{1}{\sqrt{π}} P_{l}^{|m|} (\cos θ) \sin (m φ) & pour m < 0 \end{array}$
Dans cette équation, les ${P_{l}}^{m} (x)$
sont les fonctions de Legendre associées définies par : $P_{l}^{m} (x) = \sqrt{\frac{2 l + 1}{2}} \sqrt{\frac{(l - m)!}{(l + m)!}} {(1 - x^{2})}^{m / 2} \frac{d^{m}}{d x^{m}} P_{l} (x)$
avec P_l (x) les polynômes de Legendre, définis par : $P_{l} (x) = \frac{1}{2^{l} l!} \frac{d^{l}}{d x^{l}} {(x^{2} - 1)}^{l}$
Les coefficients de Fourier-Bessel s'expriment aussi dans le domaine temporel par les coefficients p_l,m (t) correspondant à la transformée de Fourier temporelle inverse des 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.
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un système de restitution dans lequel on met en oeuvre le procédé de l'invention.
Ce système comporte un décodeur ou adaptateur 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 ou groupe de sources sonores, agencés de manière quelconque dans un lieu d'écoute 4. On place arbitrairement, dans le lieu d'écoute 4, l'origine O du repère que l'on appelle centre 5 de l'ensemble de restitution.
L'ensemble des caractéristiques spatiales, acoustiques et électrodynamiques est considéré comme les caractéristiques intrinsèques de l'ensemble de restitution 2.
L'adaptateur 1 reçoit en entrée un signal SI de type multicanal comportant des informations acoustiques à restituer et un signal de définition SL comportant des informations représentatives de caractéristiques au moins spatiales de l'ensemble de restitution 2 et notamment permettant la détermination de paramètres représentatifs pour au moins un élément 3_n de l'ensemble de restitution 2 de sa position dans les trois dimensions de l'espace par rapport au point donné 5.
A l'issue du traitement correspondant au procédé de l'invention, l'adaptateur 1 émet à l'attention de chacun des éléments ou groupes d'éléments 3₁ à 3 _N de l'ensemble de restitution 2, un signal sc₁ à sc _N de pilotage spécifique.
Sur la figure 3, on a représenté schématiquement les étapes principales du procédé selon l'invention mis en oeuvre avec un système de restitution tel que celui décrit en référence à la figure 2.
Ce procédé comporte une étape 10 de détermination de paramètres de fonctionnement, adaptée pour permettre au moins la détermination des caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution 2.
L'étape 10 comporte une étape 20 de saisie des paramètres et/ou une étape 30 de calibrage permettant de déterminer et/ou mesurer des caractéristiques de l'ensemble de restitution 2.
Dans le mode de réalisation décrit, l'étape 10 comporte également une étape 40 de détermination de paramètres de description des directions générales prédéterminées associées aux différents canaux du signal d'entrée multicanal SI.
A l'issue de l'étape 10, des informations relatives au moins aux différentes directions générales prédéterminées associées à chacun des canaux d'entrée ainsi qu'à la position dans les trois dimensions de l'espace de chacun des éléments ou groupes d'éléments 3 _n de l'ensemble de restitution 2, sont déterminées.
Ces informations sont utilisées lors d'une étape 50 de détermination des filtres d'adaptation permettant de prendre en compte les caractéristiques spatiales de l'ensemble de restitution 2 afin de définir des filtres d'adaptation du signal d'entrée multicanal à la configuration spatiale spécifique de l'ensemble de restitution 2.
Avantageusement, l'étape 10 permet également de déterminer des caractéristiques acoustiques pour tout ou partie des éléments 3₁ à 3 _N de l'ensemble de restitution 2.
Dans ce cas, le procédé comporte une étape 60 de détermination de filtres de compensation acoustique permettant de compenser l'influence des caractéristiques acoustiques spécifiques des éléments 3₁ à 3 _N .
Les filtres définis lors des étapes 50 et avantageusement 60, peuvent ainsi être mémorisés, de sorte que les étapes 10, 50 et 60 ne doivent être répétées qu'en cas de modification de la configuration spatiale de l'ensemble de restitution 2 et/ou de la nature du signal d'entrée multicanal.
Le procédé comporte ensuite une étape 70 de détermination des signaux de pilotage sc₁ à sc _N destinés aux éléments de l'ensemble de restitution 2, comportant une sous-étape 80 d'application des filtres d'adaptation déterminés lors de l'étape 50 aux différents canaux c ₁(t) à c_Q (t) formant le signal multicanal d'entrée SI et avantageusement, une sous-étape 90 d'application des filtres de compensation acoustique déterminés lors de l'étape 60.
Les signaux sc ₁ à sc_N ainsi délivrés, sont appliqués aux éléments 3₁ à 3_N de l'ensemble de restitution 2, afin de restituer le champ acoustique représenté par le signal multicanal d'entrée SI avec une adaptation optimum aux caractéristiques spatiales et avantageusement acoustiques, de l'ensemble de restitution 2.
Il apparaît donc que grâce à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, les caractéristiques du champ acoustique restitué sont sensiblement indépendantes des caractéristiques intrinsèques de restitution de l'ensemble de restitution 2 et notamment de sa configuration spatiale.
On va maintenant décrire plus en détail les étapes principales du procédé de l'invention.
Lors de l'étape 20 de saisie de paramètres un opérateur ou un système de mémoire adapté peut spécifier tout ou partie des paramètres de calcul et notamment :

des paramètres x _n exprimés dans le repère sphérique au moyen des coordonnées r_n , θ _n , et φ _n , et représentatifs de la position des éléments 3 _n par rapport au centre d'écoute 5 ; et/ou
des paramètres H_n (f), représentatifs de la réponse en fréquence des éléments 3 _n .

Cette étape 20 est mise en oeuvre au moyen d'une interface de type classique telle qu'un micro-ordinateur ou tout autre moyen approprié.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 30 de calibrage ainsi que des moyens de mise en oeuvre de cette étape.
Sur la figure 4 on a représenté le détail de moyens de calibrage. Ils comportent un module 91 de décomposition, un module 92 de détermination de réponse impulsionnelle et un module 93 de détermination de paramètres de calibrage.
Les moyens 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.
Sur la figure 5, on a représenté le détail d'un mode de réalisation de l'étape 30 de calibrage mise en oeuvre par les moyens de calibrage décrits précédemment et permettant de mesurer des caractéristiques de l'ensemble de restitution 2.
Lors d'une sous-étape 32, les moyens de calibrage émettent un signal spécifique u_n (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 u_n (t) et transmet I signaux cp ₁(t) à cp₁ (t) représentatifs de l'onde reçue au module de décomposition 91.
Lors d'une sous-étape 36, le module de décomposition 91 décompose les signaux captés par le dispositif d'acquisition 100 en un nombre fini de coefficients de Fourier-Bessel q_l,m (t).
Par exemple, le dispositif d'acquisition 100 est constitué de 4 capteurs de pression localisés aux 4 sommets d'un tétraèdre de rayon R ainsi que cela est représenté en référence à la figure 6. Les signaux des 4 capteurs de pression sont alors notés cp ₁(t) à cp ₄(t). Les coefficients q _0,0(t) à q _1,1(t) représentatifs du champ acoustique capté se déduisent des signaux cp ₁(t) à cp ₄(t) selon les relations suivantes : $Q_{0, 0} (f) = \frac{1}{\sqrt{4 π}} \frac{C P_{1} (f) + C P_{2} (f) + C P_{3} (f) + C P_{4} (f)}{4}$
$Q_{1, - 1} (f) = \frac{3}{8 \sqrt{π}} \frac{c}{2 πjRf} (C P_{1} (f) - C P_{2} (f) + C P_{3} (f) - C P_{4} (f))$
$Q_{1, 0} (f) = \frac{3}{8 \sqrt{π}} \frac{c}{2 πjRf} (C P_{1} (f) + C P_{2} (f) - C P_{3} (f) - C P_{4} (f))$
$Q_{1, 1} (f) = \frac{3}{8 \sqrt{π}} \frac{c}{2 πjRf} (C P_{1} (f) - C P_{2} (f) - C P_{3} (f) + C P_{4} (f))$
Dans ces relations CP ₁(f) à CP ₄(f) sont les transformées de Fourier de cp ₁(t) à cp ₄(t) et Q _0,0(f) à Q _1,1(f) sont les transformées de Fourier de q _0,0(t) à q _1,1(t).
Lorsque ces coefficients sont définis par le module 91, ils sont adressés au module 92 de détermination de réponse.
Lors d'une sous-étape 38, le module 92 de détermination de réponse détermine les réponses impulsionnelles hp_l,m (t) qui relient les coefficients de Fourier-Bessel q_l,m (t) et le signal émis u_n (t). La méthode de détermination dépend du signal spécifique émis. Le mode de réalisation décrit utilise une méthode adaptée aux signaux de type MLS, comme par exemple la méthode de corrélation.
La réponse impulsionnelle délivrée par le module 92 de détermination de réponse est adressée au module 93 de détermination de paramètres.
Lors d'une sous-étape 39, le module 93 déduit des informations sur des éléments de l'ensemble de restitution.
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 de détermination de paramètres détermine la distance r_n 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).
La direction (θ_n ,φ _n ) de l'élément 3 _n est déduite par calcul du maximum de la transformée de Fourier sphérique inverse appliquée aux réponses hp _0,0(t) à hp _1,1(t) prises à l'instant t où hp _0,0(t) présente un maximum. Avantageusement, les coordonnées θ_n et φ _n sont estimées sur plusieurs instants, choisis de préférence autour de l'instant où hp _0,0(t) présente un maximum. La détermination finale des coordonnées θ_n et φ _n est obtenue au moyen de techniques de moyennage entre les différentes estimations.
Ainsi, 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.
En variante, les coordonnées θ _n et φ _n sont estimées à partir d'autres réponses parmi les hp_l,m (t) disponibles ou sont estimées dans le domaine fréquentiel à partir des réponses HP _/,m(f), correspondant aux transformées de Fourier des réponses hp _/,m(t).
Ainsi l'étape 30 permet de déterminer les paramètres r_n , θ _n et φ _n .
Dans le mode de réalisation décrit, le module 93 délivre également la fonction de transfert H_n (f) de chaque élément 3 _n , à partir des réponses hp _/,m(t) issues du module 92 de détermination de réponse.
Une première 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 H_n (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.
Une seconde solution plus complexe consiste à appliquer un lissage sur le module et avantageusement sur la phase de la réponse en fréquence HP _0,0(f) obtenue par transformée de Fourier de la réponse hp_0,0 (t). Pour chaque fréquence f, le lissage est obtenu par convolution de la réponse HP_0,0 (f) par une fenêtre centrée sur f. Cette convolution correspond à un moyennage de la réponse HP _0,0(f) autour de la fréquence f. La fenêtre peut être choisie parmi les fenêtres classiques, comme par exemple rectangulaires, triangles et Hamming. Avantageusement, la largeur de la fenêtre varie avec la fréquence. Par exemple, la largeur de la fenêtre peut être proportionnelle à la fréquence f à laquelle est appliquée le lissage. Par rapport à une fenêtre fixe, une fenêtre variable avec la fréquence permet d'éliminer au moins partiellement l'effet de salle dans les hautes fréquences tout en évitant un effet de troncature de la réponse HP _0,0(f) dans les basses fréquences.
Les sous-étapes 32 à 39 sont répétées pour tous les éléments 3₁ à 3 _N de l'ensemble de restitution 2.
En variante, les moyens de calibrage comportent d'autres moyens d'acquisition d'informations relatives 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.
Les moyens 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.
L'étape 40 permet ainsi que cela a été dit précédemment, de déterminer des paramètres décrivant le format du signal multicanal d'entrée et notamment les directions prédéterminées générales associées à chaque canal.
Cette étape 40 peut correspondre à une sélection par un opérateur d'un format parmi une liste de formats associés chacun à des paramètres mémorisés, et peut également correspondre à une détection automatique de format effectuée sur le signal multicanal d'entrée. Alternativement, le procédé est adapté pour un unique format de signal multicanal donné. Dans encore un autre mode de réalisation, l'étape 40 permet à un utilisateur de spécifier son propre format en saisissant manuellement les paramètres décrivant les directions associées à chaque canal.
Il apparaît que les étapes 20, 30 et 40 formant l'étape 10 de détermination de paramètres, permettent au moins la détermination de paramètres de positionnement dans l'espace des éléments 3 _n de l'ensemble de restitution 2 et du format du signal multicanal SI.
Sur la figure 7, on a représenté un organigramme détaillé de l'étape 50 de détermination des filtres d'adaptation.
Cette étape comporte une pluralité de sous-étapes de calcul et de détermination de matrices représentatives des paramètres déterminés préalablement.
Ainsi, lors d'une sous-étape 51, un paramètre L, appelé ordre limite représentatif de la précision spatiale souhaitée lors de l'étape 50 de détermination des filtres d'adaptation, est déterminé par exemple de la manière suivante :

le plus petit angle α _min formé par une paire d'éléments de l'ensemble de restitution 2 est calculé automatiquement au moyen d'une relation trigonométrique, telle que par exemple : $a_{n 1 *, n 2 *} = acos (\sin θ_{n 1} \sin θ_{n 2} \cos (φ_{n 1} - φ_{n 2}) + \cos θ_{n 1} \cos θ_{n 2})$
$a_{\min} = \min (a_{n 1, n 2})$
parmi l'ensemble des couples (n1, n2) tels que n1≠n2; et
ensuite, l'ordre maximum L est déterminé automatiquement comme étant le plus grand entier respectant la relation suivant : $L < π / a_{\min} .$

L'étape 50 de détermination de filtres d'adaptation comprend ensuite une sous-étape 52 de détermination d'une matrice W de pondération du champ acoustique. Cette matrice W correspond à une fenêtre spatiale W(r,f) représentative de la répartition dans l'espace de la précision souhaitée lors de la reconstruction du champ. Une telle fenêtre permet de spécifier la taille et la forme de la zone où le champ doit être correctement reconstruit. Par exemple, il peut s'agir d'une boule centrée sur le centre 5 de l'ensemble de restitution. Dans le mode de réalisation décrit, la fenêtre spatiale et la matrice W sont indépendantes de la fréquence.
W est une matrice diagonale de taille (L+1)² contenant des coefficients de pondération W_l et dans laquelle chaque coefficient W_l se trouve 2l+1 fois à la suite sur la diagonale. La matrice W a donc la forme suivante : $W = [\begin{matrix} W_{0} & 0 & \dots & \dots & \dots & \dots & \dots & 0 \\ 0 & W_{1} & ⋱ & ⋮ \\ ⋮ & ⋱ & W_{1} & ⋱ & ⋮ \\ ⋮ & ⋱ & W_{1} & ⋱ & ⋮ \\ ⋮ & ⋱ & ⋱ & ⋱ & ⋮ \\ ⋮ & ⋱ & W_{L} & ⋱ & ⋮ \\ ⋮ & ⋱ & ⋱ & 0 \\ 0 & \dots & \dots & \dots & \dots & \dots & 0 & W_{L} \end{matrix}]$
Dans le mode de réalisation décrit, les valeurs prises par les coefficients W_l sont les valeurs d'une fonction telle qu'une fenêtre de Hamming de taille de 2L+1 évaluée en l, de sorte que le paramètre W_l est déterminé pour l allant de 0 à L.
L'étape 50 comporte ensuite une sous-étape 53 de détermination d'une matrice M représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution notamment à partir des paramètres de position x _n . La matrice de rayonnement M permet de déduire des coefficients de Fourier-Bessel représentant le champ acoustique qu'émet chaque élément 3 _n de l'ensemble de restitution en fonction du signal qu'il reçoit.
M est une matrice de taille (L+1)² sur N, constituée d'éléments M_l,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 : $[\begin{matrix} M_{0, 0, 1} & M_{0, 0, 2} & \dots \dots & M_{0, 0, N} \\ M_{1, - 1, 1} & M_{1, - 1, 2} & \dots \dots & M_{1, - 1, N} \\ M_{1, 0, 1} & M_{1, 0, 2} & \dots \dots & M_{1, 0, N} \\ M_{1, 1, 1} & M_{1, 1, 2} & \dots \dots & M_{1, 1, N} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ M_{L, - L, 1} & M_{L, - L, 2} & \dots \dots & M_{L, - L, N} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ M_{L, 0, 1} & M_{L, 0, 2} & \dots \dots & M_{L, 0, N} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ M_{L, L, 1} & M_{L, L, 2} & \dots \dots & M_{L, L, N} \end{matrix}]$
Dans le mode de réalisation décrit, les éléments M_l,m,n s'obtiennent à partir d'un modèle de rayonnement en ondes planes, de sorte que : $M_{l, m, n} = y_{l}^{m} (θ_{n}, φ_{n})$
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.
Les sous-étapes 51 à 53 peuvent être exécutées séquentiellement ou simultanément.
L'étape 50 de détermination de filtres d'adaptation comprend ensuite une sous-étape 54 de prise en compte de l'ensemble des paramètres du système de restitution 2 déterminés précédemment, afin de délivrer une matrice D de décodage représentative de filtres dits de reconstruction.
En effet, les éléments D_n,l,m (f) de la matrice D correspondent à des filtres de reconstruction qui, appliqués aux coefficients de Fourrier-Bessel P_l,m (f) d'un champ acoustique connu, permettent de déterminer les signaux de pilotage d'un ensemble de restitution pour reproduire ce champ acoustique.
La matrice de décodage D est donc l'inverse de la matrice de rayonnement M .
La matrice D est obtenue à partir de la matrice M au moyen de méthodes d'inversion sous contraintes faisant intervenir des paramètres d'optimisation supplémentaires.
Dans le mode de réalisation décrit, l'étape 50 est adaptée pour réaliser une optimisation grâce à la matrice de pondération du champ acoustique W qui permet notamment de réduire la distorsion spatiale dans le champ acoustique reproduit.
Cette matrice D est délivrée notamment à partir de la matrice M, selon l'expression suivante : $D = {(M^{T} WM)}^{- 1} M^{T} W$
dans laquelle M ^T est la matrice transposée conjuguée de M .
Dans le mode de réalisation décrit, les matrices M et W sont indépendantes de la fréquence, de sorte que la matrice D est également indépendante de la fréquence. Elle est constituée d'éléments notés D_n,l,m organisés de la manière suivante : $[\begin{matrix} D_{1, 0, 0} & D_{1, 1, - 1} & D_{1, 1, 0} & D_{1, 1, 1} & \dots & D_{1, L, - L} & \dots & D_{1, L, 0} & \dots & D_{1, L, L} \\ D_{2, 0, 0} & D_{2, 1, - 1} & D_{2, 1, 0} & D_{2, 1, 1} & \dots & D_{2, L, - L} & \dots & D_{2, L, 0} & \dots & D_{2, L, L} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ & ⋮ & ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ D_{N, 0, 0} & D_{N, 1, - 1} & D_{N, 1, 0} & D_{N, 1, 1} & \dots & D_{N, L, - L} & \dots & D_{N, L, 0} & \dots & D_{N, L, L} \end{matrix}]$
L'étape 54 permet ainsi de délivrer la matrice D représentative de filtres dits de reconstruction et permettant la reconstruction d'un champ acoustique à partir d'une configuration quelconque de l'ensemble de restitution. Grâce à cette matrice, le procédé de l'invention permet de prendre en compte la configuration de l'ensemble de restitution 2 et notamment de compenser les altérations du champ acoustique dues à sa configuration spatiale spécifique.
En variante, les paramètres relatifs à l'ensemble de restitution 2 peuvent être variables en fonction de la fréquence.
Par exemple, dans un tel mode de réalisation, chaque élément D_n,l,m (f) de la matrice D peut être déterminé en associant à chacun des N signaux de pilotage une fonction de directivité D_n (θ,φ,f) spécifiant à chaque fréquence f l'amplitude, et avantageusement la phase souhaitée sur le signal de pilotage sc_n dans le cas d'une onde plane dans la direction (θ,φ).
On entend par fonction de directivité D_n (θ,φ,f) une fonction qui associe une valeur réelle ou complexe, éventuellement fonction de la fréquence ou d'une plage de fréquences, à chaque direction de l'espace.
Dans le mode de réalisation décrit, les fonctions de directivités sont indépendantes de la fréquence et notés D_n (θ,φ).
Ces fonctions de directivité D_n (θ,φ) peuvent être déterminées en spécifiant que certaines grandeurs physiques entre un champ idéal et le même champ reproduit par l'ensemble de restitution respectent des lois prédéterminées. Par exemple, ces grandeurs peuvent être la pression au centre et l'orientation du vecteur vitesse. Dans certains cas, on souhaite que seulement 3 signaux de pilotage soient actifs pour reproduire une onde plane. Les signaux de pilotage actifs, notés sc _n1 à sc _n3, sont ceux qui alimentent les éléments de restitution dont les directions sont les plus proches de la direction (θ,φ) de l'onde plane. Les éléments de restitution actifs, notés 3_n1 à 3_n3, forment un triangle contenant la direction (θ,φ) de l'onde plane. Dans ce cas, les valeurs des directivités D_n1 (θ,φ) à D _n3(θ,φ) associés aux 3 éléments actifs 3_n1 à 3_n3 sont donnés par :
avec
Dans cette relation, α correspond au vecteur contenant [D_n1 (θ,φ)...D_n3 (θ,φ)] et les directions (θ _n1 ,φ _n2 ), (θ _n2 ,φ _n2 ) et (θ _n3 ,φ _n3 ) correspondent respectivement aux directions des éléments 3_n1, 3_n2 et 3_n3.
On considère que les valeurs des directivités D_n (θ,φ) correspondant aux éléments de restitution non actifs sont nulles.
La relation précédente est répétée pour K directions (θ _k ,φ _k ) d'ondes planes différentes. Ainsi, chacune des fonctions de directivité D_n (θ,φ) est fournie sous la forme d'une liste de K échantillons. Chaque échantillon est fournit sous la forme d'un couple {((θ _k ,φ _k ), D_n (θ _k ,φ _k ))} où (θ _k ,φ _k ) est la direction de l'échantillon k et où D_n (θ _k ,φ _k) est la valeur de la fonction de directivité associée au signal de pilotage sc_n pour la direction ((θ _k ,φ _k ).
Pour chaque fréquence f, les coefficients D _n,l,m(f) de chaque fonction de directivité sont déduits des échantillons {(((θ _k ,φ _k ), D_n (θ _k ,φ _k ))}. Ces coefficients sont obtenus par inversion du processus d'échantillonnage angulaire qui permet de déduire les échantillons de la liste {((θ _k ,φ _k ), D_n (θ _k ,φ _k ))} à partir d'une fonction de directivité fournie sous forme de coefficients d'harmoniques sphériques. Cette inversion peut prendre différentes formes afin de contrôler l'interpolation entre les échantillons.
Dans d'autres modes de réalisation, les fonctions de directivité sont directement fournies sous la forme de coefficients D _n,/,m(f) de type Fourrier- Bessel.
Les coefficients D _n,/,m(f) ainsi déterminés sont utilisés pour former la matrice D .
L'étape 50 comporte ensuite une étape 55 de détermination d'une matrice de rayonnement multicanale idéale S représentative des directions générales prédéterminées associées à chaque canal du signal multicanal d'entrée SI.
La matrice S est représentative du rayonnement d'un ensemble de restitution idéal, c'est à dire respectant parfaitement les directions générales prédéterminées du format multicanal. Chaque élément S _l,m,q(f) de la matrice S permet de déduire les coefficients de Fourier-Bessel P _l,m(f) du champ acoustique idéalement restitué par chaque canal c_q (t).
La matrice S est déterminée en associant à chaque canal d'entrée c_q (t) et avantageusement pour chaque fréquence f, une figure de directivité représentative d'une distribution de sources supposées émettre le signal du canal c_q (t).
La distribution de sources est donnée sous la forme de coefficients d'harmoniques sphériques S _l,m,q(f). Les coefficients S _/,m,q(f) sont rangés dans la matrice S de taille (L+1)² sur Q, où Q est le nombre de canaux.
Dans le mode de réalisation décrit, l'étape de mise en forme associe à chaque canal c_q (t) une source d'onde plane orientée dans la direction (θ _q ,φ _q ) correspondant à la direction $(θ_{q}^{c}, φ_{q}^{c})$
associée au canal c_q (t) dans le format multicanal d'entrée. Les coefficients S _l,m,q(f) sont alors indépendants de la fréquence. Ils sont notés S _/,m,q et s'obtiennent par la relation : $S_{l, m, q} (f) = y_{l}^{m} (θ_{q}, φ_{q})$
Dans d'autres modes de réalisation, la matrice de rayonnement idéale S associe une distribution discrète de sources d'ondes planes à certains canaux pour simuler l'effet d'une ceinture de haut-parleurs. Dans ce cas, les coefficients S _l,m,q sont obtenus par sommation des contributions de chacune des sources élémentaires.
Dans encore d'autres modes de réalisation, la matrice de rayonnement idéale S associe certains canaux c_q (t) à une distribution continue de sources d'ondes planes décrite par une fonction de directivité S_q (θ,φ). Dans ce cas, les coefficients S _l,m,q de la matrice S sont obtenus directement par transformée de Fourier Sphérique de la fonction de directivité S_q (θ,φ). Dans ces modes de réalisation, la matrice S est indépendante de la fréquence.
Dans d'autres modes de réalisation plus complexes la matrice S associe à certains canaux, une distribution de sources produisant un champ diffus. Dans ce cas, la matrice S varie avec la fréquence. Ces modes de réalisation sont adaptés aux formats multicanaux qui considèrent différemment les canaux avants et arrières. Par exemple, dans les applications destinées à la restitution dans des salles cinéma, les canaux arrières sont souvent destinés à recréer une ambiance diffuse.
Dans d'autres modes de réalisation, la matrice S associe à certains canaux des sources sonores dont la réponse n'est pas plate. Par exemple, dans le cas où le format multicanal associe au canal c_q (t) une source d'onde plane de réponse en fréquence H ^(q)(f), les S _/,m,q(f) varient avec la fréquence et s'obtiennent par la relation : $S_{l, m, q} (f) = y_{l}^{m} (θ_{q}, φ_{q}) H^{(q)} (f)$
Si le format multicanal associe à certains canaux une superposition des types de distributions de sources pré-citées, les coefficients S _l,m,q(f) de la matrice de rayonnement s'obtiennent par sommation des coefficients associés à chaque type de distribution de source.
Enfin, l'étape 50 comporte une sous-étape 56 de détermination d'une matrice d'adaptation spatiale A correspondant aux filtres d'adaptation à appliquer au signal d'entrée multicanal pour obtenir une restitution optimum prenant en compte la configuration spatiale de l'ensemble de restitution 2.
La matrice d'adaptation spatiale A est obtenue à partir des matrices de mise en forme S et de décodage D au moyen de la relation : $A = DS$
La matrice d'adaptation A permet de générer des signaux sa₁ (t) à sa_N (t) adaptés à la configuration spatiale de l'ensemble de restitution à partir des canaux c₁ (t) à c_Q (t). Chaque élément A_n,q (f) est un filtre spécifiant la contribution du canal c_q (t) au signal adapté sa_n (t). Grâce à la matrice d'adaptation A , le procédé de l'invention permet la restitution optimum du champ acoustique décrit par le signal multicanal par un ensemble de restitution de configuration spatiale quelconque.
Dans le mode de réalisation décrit, les matrices D et S sont indépendantes de la fréquence et la matrice A également. Dans ce cas, les éléments de la matrice A sont des constantes notées A_n,q et chacun des signaux adaptés sa₁ (t) à sa_N (t) s'obtient par de simples combinaisons linéaires des canaux d'entrée c₁ (t) à c_Q (t), le cas échéant suivies de retard ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Les filtres représentés par la matrice A peuvent être mis en oeuvre sous différentes formes de filtres et /ou méthodes de filtrage. Dans le cas où les filtres utilisés sont paramétrés directement avec des réponses en fréquence, les coefficients A_n,q (f) sont directement délivrés par l'étape 50. Avantageusement, l'étape 50 de détermination de filtres d'adaptation comprend une sous-étape 57 de conversion afin de déterminer les paramètres des filtres pour d'autres méthodes de filtrage.
Par exemple, les combinaisons de filtrage A _n,q(f) sont converties en :

des réponses impulsionnelles finies a _n,q(t) calculées par transformée de Fourier temporelle inverse de A _n,q(f), chaque réponse impulsionnelle a _n,q(t) est échantillonnée puis tronquée à une longueur propre à chaque réponse ; ou
des coefficients de filtres récursifs à réponses impulsionnelles infinies calculées à partir des A _n,q(f) avec des méthodes d'adaptation.

A l'issue de l'étape 50 les paramètres des filtres d'adaptation A _n,q(f) sont fournis.
L'étape 60 permet ainsi que cela a été dit précédemment, de déterminer les filtres de compensation des caractéristiques acoustiques des éléments de l'ensemble de restitution 2 dans le cas où des paramètres relatifs à ces caractéristiques acoustiques tels que les réponses en fréquence H_n (f), sont déterminés lors de l'étape 10 de détermination des paramètres.
La détermination de tels filtres, notés $H_{n}^{(I)} (f),$
à partir des réponses en fréquence H_n (f), peut être réalisée de manière classique en appliquant des méthodes d'inversion de filtres, comme par exemple l'inversion directe, les méthodes de déconvolution, les méthodes Wiener ou d'autres.
En fonction des modes de réalisation, la compensation porte uniquement sur l'amplitude de la réponse ou encore sur l'amplitude et la phase.
Cette étape 60 permet de déterminer un filtre de compensation pour chaque élément 3 _n de l'ensemble de restitution 2 en fonction de ses caractéristiques acoustiques spécifiques.
De même que précédemment, ces filtres peuvent être mis en oeuvre sous différentes formes de filtres et/ou méthodes de filtrage. Dans le cas où les filtres utilisés sont paramétrés directement avec des réponses en fréquence, les réponses $H_{n}^{(I)} (f)$
sont directement appliquées. Avantageusement, l'étape 60 de détermination de filtres de compensation comprend une sous-étape de conversion afin de déterminer les paramètres des filtres pour d'autres méthodes de filtrage.
Par exemple, les combinaisons de filtrage $H_{n}^{(I)} (f)$
sont converties en :

des réponses impulsionnelles finies $h_{n}^{(I)} (t)$
calculées par transformée de Fourier temporelle inverse de $H_{n}^{(I)} (f),$
chaque réponse impulsionnelle $h_{n}^{(I)} (t)$
est échantillonnée puis tronquée à une longueur propre à chaque réponse ; ou
des coefficients de filtres récursifs à réponses impulsionnelles infinies calculées à partir des $H_{n}^{(I)} (f)$
avec des méthodes d'adaptation.

A l'issue de l'étape 60 les paramètres des filtres de compensation $H_{n}^{(I)} (f)$
sont fournis.
On va maintenant décrire plus en détail l'étape 70 de détermination de signaux de pilotage.
Cette étape 70 comporte une sous-étape 80 d'application des filtres d'adaptation représentés par la matrice A au signal multicanal d'entrée SI correspondant au champ acoustique à restituer. Ainsi que cela a été dit précédemment, les filtres d'adaptation A _n,q(f) intègrent les paramètres caractéristiques de l'ensemble de restitution 2.
Lors de la sous-étape 80, des signaux adaptés sa₁ (t) à sa_N (t) sont obtenus par l'application des filtres d'adaptation A_n,q (f) aux canaux c ₁ (t) à c_Q (t) du signal SI.
Dans le mode de réalisation décrit, la matrice d'adaptation A est indépendante de la fréquence et les coefficients d'adaptation A_n,q sont appliqués de la façon suivante : $v_{n} (f) = \sum_{q = 1}^{Q} c_{q} (t) A_{n, q}$
L'adaptation se poursuit 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 adaptés sa₁ (t) à sa_N (t) se déduisent des signaux v ₁(t) à v_N (t) selon l'expression : $s a_{n} (t) = r_{n} v_{n} (t - \frac{\max (r_{n}) - r_{n}}{c})$
Dans d'autres modes de réalisation, la matrice d'adaptation A varie avec la fréquence et les filtres d'adaptation A _n,q(f) sont appliqués de la façon suivante : $V_{n} (f) = \sum_{q = 1}^{Q} C_{q} (f) A_{n, q} (f)$
avec C_q (f) la transformée de Fourier temporelle du canal c_q (t) et V_n (f) défini par: $V_{n} (f) = \frac{{SA}_{n} (f)}{r_{n}} e^{- 2 {πjr}_{n} f / c}$
où SA_n (f) est la transformée de Fourier temporelle de sa_n (t).
Selon la forme des paramètres des filtres d'adaptation A _n,q(f), chaque filtrage des canaux c_q (t) par les filtres d'adaptation A _n,q(f) peut être réalisé selon des méthodes classiques de filtrage, telles que par exemple :

les paramètres sont directement les réponses en fréquence A _n,q(f), et le filtrage est effectué dans le domaine fréquentiel, par exemple, à l'aide des techniques usuelles de convolution par blocs ;
les paramètres sont directement les réponses impulsionnelles finies a _n,q(t), et le filtrage est effectué dans le domaine temporel par convolution ; ou
les paramètres sont les coefficients de filtres récursifs à réponses impulsionnelles infinies, et le filtrage est effectué dans le domaine temporel au moyen des relations de récurrence.

La sous étape 80 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 adaptés sa ₁(t) à sa_N (t) se déduisent des signaux v ₁(t) à v_N (t) selon l'expression : $s c_{n} (t) = r_{n} v_{n} (t - \frac{\max (r_{n}) - r_{n}}{c})$
Sur la figure 8, on a représenté la structure de filtrage correspondant à la sous étape 80 d'application des filtres d'adaptation spatiale telle que décrite précédemment.
Avantageusement, l'étape 70 comporte une sous-étape 90 de compensation des caractéristiques acoustiques de l'ensemble de restitution. Chaque filtre de compensation $H_{n}^{(I)} (f)$
est appliqué au signal adapté sa_n (t) correspondant afin d'obtenir le signal de pilotage sc_n (t) de l'élément 3_n , selon la relation : ${SC}_{n} (f) = {SA}_{n} (f) H_{n}^{(I)} (f)$
où SC_n (f) est la transformée de Fourier temporelle de sc_n (t) et où SA_n (f) est la transformée de Fourier temporelle de sa_n (t).
L'application des filtres de compensation $H_{n}^{(I)} (f)$
des caractéristiques acoustiques est décrite en référence à la figure 9.
Selon la forme des paramètres de ces filtres, chaque filtrage des signaux sa_n (t) peut être réalisé selon des méthodes classiques de filtrage, telles que par exemple :

dans le cas où les paramètres de filtrage sont des réponses en fréquence $H_{n}^{(I)} (f),$
le filtrage peut être effectué au moyen de méthodes de filtrage dans le domaine fréquentiel, comme par exemple des techniques de convolution par bloc ;
dans le cas où les paramètres de filtrage sont des réponses impulsionnelles $h_{n}^{(I)} (t),$
le filtrage peut être effectué dans le domaine temporel par convolution temporelle ;
dans le cas où les paramètres de filtrage sont des coefficients de relations de récurrence, le filtrage peut être réalisé dans le domaine temporel au moyen de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie.

Dans certains modes de réalisation simplifiés, le procédé de l'invention ne compense pas les caractéristiques acoustiques spécifiques des éléments de l'ensemble de restitution. Dans ce cas, l'étape 60 ainsi que la sous-étape 90 ne sont pas réalisées et les signaux adaptés sa ₁(t) à sa_N (t) correspondent directement aux signaux de pilotage sc ₁ à sc_N .
Par l'application du procédé de l'invention, chaque élément 3₁ à 3 _N reçoit donc un signal de pilotage spécifique sc ₁ à sc_N et émet un champ acoustique qui contribue à la reconstruction optimale du champ acoustique à restituer. En effet, le pilotage simultané de l'ensemble des éléments 3₁ à 3 _N permet une reconstruction optimale du champ acoustique correspondant au signal multicanal d'entrée par l'ensemble de restitution 2 dont la configuration spatiale est quelconque, soit encore ne correspond pas à une configuration fixe.
Par ailleurs, d'autres modes de réalisation du procédé de l'invention peuvent être envisagés et notamment des modes de réalisation inspirés de techniques décrites dans la demande de brevet en France déposée le 28 février 2002, sous le n° 02 02 585 .
Notamment, l'étape 50 de détermination des filtres d'adaptation spatiale peut prendre en compte de nombreux paramètres d'optimisation tel que :

G_n (f), représentatif du gabarit de l'élément 3 _n de l'ensemble de restitution spécifiant la bande de fréquence de fonctionnement de cet élément ;
N _l,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 ;
W_l (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 ;
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 ;
{(l_k , m_k )}(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 détermination de filtres ;
RM(f), définissant, pour chaque fréquence f considérée, le modèle de rayonnement des éléments 3₁ à 3 _N de l'ensemble de restitution 2.

Tout ou partie de ces paramètres d'optimisation peuvent intervenir lors de la sous-étape 54 de détermination de la matrice de décodage D . Ainsi, comme cela est décrit dans la demande de brevet en France déposée sous le numéro 02 02 585 , les paramètres N _l,m,n(f) et RM(f) interviennent dans la sous-étape 53 de détermination de la matrice de rayonnement M , les paramètres W(r,f), W_l (f), R(f) interviennent dans la sous-étape 52 de détermination de la matrice W , les paramètres {(l_k , m_k )}(f) interviennent dans une sous-étape supplémentaire dans la détermination d'une matrice F . La matrice de décodage D est alors déterminée lors de la sous-étape 54, pour chaque fréquence f, en fonction des matrices M, W et F et des paramètres G_n (f) et µ(f).
Toujours, selon la demande de brevet 02 02 585 , le calcul de la matrice D peut être effectué fréquence par fréquence en considérant uniquement les éléments actifs pour chaque fréquence considérée. Cette méthode de détermination de la matrice D fait intervenir le paramètre G_n (f) et permet d'exploiter au mieux un ensemble de restitution dont les éléments ont des bandes de fréquences de fonctionnement différentes.
Il apparaît que la mise en oeuvre du procédé de l'invention décrit ici est plus efficace et donc plus rapide que les procédés existants et notamment que le procédé décrit dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 02 02 585 .
En effet, pour adapter un signal multicanal comportant Q canaux à un ensemble de restitution comportant N éléments avec une précision spatiale d'ordre L, il apparaît que le procédé de l'invention nécessite Q×N filtres d'adaptation au lieu des Q(L+1) ² + (L+1)² N filtres nécessaires à la mise en oeuvre du procédé décrit dans la demande de brevet en France déposée sous le n° 02 02 585 .
Par exemple, l'adaptation d'un signal « 5.1 ITU-R BF 775-1 » à un ensemble de restitution à 5 haut parleurs avec une précision d'ordre 5 nécessite 25 filtres au lieu de 360 filtres.
Sur la figure 10, on a représenté un schéma d'un mode de réalisation d'un appareil mettant en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment.
Cet appareil comprend l'adaptateur 1 qui est formé d'une unité 110 délivrant un signal multicanal telle qu'une unité de lecture de disques audio-vidéo dite lecteur DVD 112. Le signal multicanal délivré par l'unité 110 est destiné aux éléments de l'ensemble de restitution 2. Le format de ce signal SI est reconnu automatiquement par l'adaptateur 1 qui est adapté pour lui faire correspondre des paramètres décrivant la direction générale prédéterminée associée à chaque canal du signal SI.
Selon l'invention, cet adaptateur 1 intègre également une unité de calcul supplémentaire 114 ainsi que des moyens de saisie d'informations 116.
Par exemple, les moyens de saisie 116 sont formés d'une interface infrarouge avec une télécommande ou encore avec un ordinateur et permettent à un utilisateur de déterminer les paramètres définissant les positions dans l'espace des éléments de restitution 3₁ à 3 _N .
Ces différents paramètres sont utilisés par le calculateur 114 pour déterminer la matrice A définissant les filtres d'adaptation.
Ultérieurement, le calculateur 114 applique ces filtres d'adaptation au signal multicanal SI afin de délivrer les signaux de pilotage sc ₁ à sc_N à destination de l'ensemble de restitution 2.
Bien entendu, le dispositif mettant en oeuvre l'invention peut prendre d'autres formes, telles qu'un logiciel mis en oeuvre sur un ordinateur ou encore un dispositif complet intégrant des moyens de calibrage ainsi que des moyens de saisie et de détermination des caractéristiques de l'ensemble de restitution plus complet.
Ainsi, le procédé peut également être mis en oeuvre sous la forme d'un dispositif dédié a l'optimisation de systèmes de restitution multicanal, extérieur à un décodeur audio-vidéo et associé à celui-ci. Dans ce cas, le dispositif est adapté pour recevoir en entrée un signal multicanal et délivrer en sortie des signaux de pilotage d'éléments d'un ensemble de restitution.
Avantageusement, le dispositif est adapté pour être connecté au dispositif 100 d'acquisition nécessaire à l'étape de calibrage et/ou est muni d'une interface permettant de saisir des paramètres, notamment, la position des éléments de l'ensemble de restitution et éventuellement le format multicanal d'entrée.
Un tel dispositif d'acquisition 100 peut être relié de manière filaire ou non filaire (radio, infra-rouge) et peut être intégré à un accessoire, comme une télécommande, ou être indépendant.
Le procédé peut être mis en oeuvre par un dispositif intégré dans un élément d'une chaîne audio-vidéo chargé du traitement de signaux multicanal, comme par exemple un processeur ou décodeur dit « surround », un amplificateur audio-vidéo intégrant des fonctions de décodage multicanal ou encore une chaîne audio-vidéo complètement intégrée.
Le procédé de l'invention peut également être mis en oeuvre dans une carte électronique ou dans une puce dédiée. Avantageusement, il peut être intégré sous la forme d'un programme dans un processeur de traitement de signal (DSP).
Le procédé peut prendre la forme d'un programme informatique destiné à être exécuté par un ordinateur. Le programme reçoit en entrée un signal multicanal et délivre les signaux de pilotage d'un ensemble de restitution éventuellement intégré à cet ordinateur.
Par ailleurs, les moyens de calibrage peuvent être réalisés en mettant en oeuvre un procédé différent de celui décrit précédemment, tel que par exemple, un procédé inspiré de techniques décrites dans la demande de brevet en France déposée le 7 mai 2002 sous le numéro 02 05 741 .

Claims

Procédé de pilotage d'un ensemble de restitution (2) d'un champ acoustique comportant une pluralité d'éléments de restitution (3_n) à partir d'une pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné (5) de l'espace, pour obtenir un champ acoustique restitué de caractéristiques spécifiques sensiblement indépendantes des caractéristiques intrinsèques de restitution dudit ensemble (2), caractérisé en ce qu'il comporte :
- une étape (10) de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2), permettant la détermination de paramètres représentatifs pour au moins un élément (3_n) dudit ensemble de restitution (2) de sa position dans les trois dimensions de l'espace par rapport audit point donné (5) ;

- une étape (50) de détermination de filtres d'adaptation (A) à partir desdites caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2) et desdites directions générales de restitution prédéterminée associées à ladite pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI) ;

- une étape (70) de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution par l'application desdits filtres d'adaptation à ladite pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI); et

- une étape de délivrance dudit au moins un signal de pilotage en vue d'une application auxdits éléments de restitution (3_n).
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (10) de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2), comporte une sous-étape (20) de saisie permettant de déterminer tout ou partie des caractéristiques dudit ensemble de restitution (2).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite étape (10) de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2), comporte une étape (30) de calibrage permettant de délivrer tout ou partie des caractéristiques dudit ensemble de restitution (2).
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite sous-étape de calibrage (30) comporte pour au moins un des éléments de restitution (3_n) :
- une sous-étape d'émission (32) d'un signal spécifique (u_n(t)) vers ledit au moins un élément (3_n) dudit ensemble de restitution (2) ;

- une sous-étape d'acquisition (34) de l'onde sonore émise en réponse par ledit au moins un élément (3_n) ;

- une sous-étape de transformation (36) desdits signaux acquis en un nombre fini desdits coefficients représentatifs de l'onde sonore émise ; et

- une sous-étape (39) de détermination de paramètres spatiaux et/ou acoustiques dudit élément (3_n) à partir desdits coefficients représentatifs de l'onde sonore émise.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite sous-étape de calibrage (30) comporte en outre une sous-étape de détermination de la position dans au moins l'une des trois dimensions de l'espace dudit au moins un élément (3_n) dudit ensemble de restitution (2).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite étape de calibrage (30) comporte une sous-étape de détermination de la réponse en fréquence (H_n(f)) dudit au moins un élément (3_n) dudit ensemble de restitution (2).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape (50) de détermination de filtres d'adaptation comprend :
- une sous-étape (54) de détermination d'une matrice de décodage (D) représentative de filtres permettant la compensation des altérations de restitution dues aux caractéristiques spatiales dudit ensemble de restitution (2) ;

- une sous-étape (55) de détermination d'une matrice de rayonnement multicanal idéale (S) représentative des directions générales prédéterminées associes à chaque signal d'informations de la pluralité des signaux d'entrée (SI) ; et

- une sous-étape (56) de détermination d'une matrice (A) représentative desdits filtres d'adaptation à partir de ladite matrice de décodage (D) et de ladite matrice de rayonnement multicanal (S).
Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape (50) de détermination de filtres d'adaptation comporte une pluralité de sous-étapes de calcul (51, 52, 53) permettant de délivrer un ordre (L) limite de la précision spatiale des filtres d'adaptation, une matrice (W) correspondant à une fenêtre spatiale représentative de la répartition dans l'espace de la précision souhaitée lors de la reconstruction du champ acoustique et une matrice (M) représentative du rayonnement de l'ensemble de restitution (2), ladite sous-étape (54) de calcul de la matrice (2) de décodage (D) étant réalisée à partir des résultats de ces sous-étapes de calcul.
Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les matrices de décodage (D), de rayonnement multicanal idéal S et d'adaptation A sont indépendantes de la fréquence, l'étape (70) de détermination d'au moins un signal de pilotage desdits éléments dudit ensemble de restitution par l'application desdits filtres d'adaptation correspondant à de simples combinaisons linéaires suivies de retard.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite étape (10) de détermination de caractéristiques dudit ensemble de restitution (2) permet la détermination de caractéristiques acoustiques dudit ensemble de restitution (2) et en ce que ledit procédé comporte une étape (60) de détermination de filtres de compensation de ces caractéristiques acoustiques, ladite étape (70) de détermination d'au moins un signal de pilotage comprenant alors une sous-étape (90) d'application desdits filtres de compensation acoustique.
Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape (10) de détermination de caractéristiques acoustiques est adaptée pour délivrer des paramètres représentatifs pour au moins un élément (3_n) de sa réponse en fréquence (H_n(f)).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite étape (70) de détermination d'au moins un signal de pilotage comporte une sous-étape d'ajustement de gain et d'application de retards afin d'aligner temporellement le front d'onde des éléments de restitution (3_n) en fonction de leur distance par rapport audit point donné (5).
Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
Support amovible du type comprenant 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 de code pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, lorsque ledit processeur exécute ledit programme.
Dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution (2) d'un champ acoustique comportant une pluralité d'éléments de restitution (3_n), comportant des moyens (112) d'entrée d'une pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné (5), caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- des moyens (116) de détermination de caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2), permettant la détermination de paramètres représentatifs pour au moins un élément (3_n) dudit ensemble de restitution (2) de sa position dans les trois dimensions de l'espace par rapport audit point donné (5) ;

- des moyens (114) de détermination de filtres d'adaptation (A) à partir desdites caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2) et des directions générales de restitution prédéterminée associées à ladite pluralité des signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI) ; et

- des moyens (114) de détermination d'au moins un signal de pilotage (sc_n) desdits éléments (3_n) dudit ensemble de restitution (2) par l'application desdits filtres d'adaptation (A) à ladite pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI).
Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination des caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2) comportent des moyens (116) de saisie directe desdites caractéristiques.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 et 16, caractérisé en ce qu'il est adapté pour être associé à des moyens de calibrage (91, 92, 93, 100) permettant la détermination des caractéristiques au moins spatiales dudit ensemble de restitution (2).
Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesdits moyens de calibrage comprennent des moyens d'acquisition d'une onde sonore (100) comportant quatre capteurs de pression disposés selon une forme générale de tétraèdre
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination de caractéristiques sont adaptés pour la détermination de caractéristiques acoustiques d'au moins un desdits éléments (3_n) dudit ensemble de restitution (2), ledit dispositif comportant des moyens de détermination de filtres de compensation acoustique à partir desdites caractéristiques acoustiques et lesdits moyens de détermination d'au moins un signal de pilotage étant adaptés pour l'application desdits filtres de compensation acoustique.
Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination des caractéristiques acoustiques sont adaptés pour la détermination de la réponse en fréquence (H_n(f)) desdits éléments (3_n) de l'ensemble de restitution (2).
Appareil de traitement de données audio et vidéo comportant des moyens (112) de détermination d'une pluralité de signaux d'entrée d'informations acoustiques (SI) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par un point donné (5), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de pilotage d'un ensemble de restitution (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19.
Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination d'une pluralité de signaux d'entrée sont formés d'une unité (112) de lecture et de décodage des disques audio et/ou vidéo numériques.