EP1652406A1 - SYSTEME ET PROCEDE DE DETERMINATION D UNE REPRESENTATION D&a pos;UN CHAMP ACOUSTIQUE - Google Patents

SYSTEME ET PROCEDE DE DETERMINATION D UNE REPRESENTATION D&a pos;UN CHAMP ACOUSTIQUE

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EP1652406A1
EP1652406A1 EP04767818A EP04767818A EP1652406A1 EP 1652406 A1 EP1652406 A1 EP 1652406A1 EP 04767818 A EP04767818 A EP 04767818A EP 04767818 A EP04767818 A EP 04767818A EP 1652406 A1 EP1652406 A1 EP 1652406A1
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EP
European Patent Office
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acoustic
regular
signals
distributed
sensors
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EP04767818A
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EP1652406B1 (fr
Inventor
Rémy BRUNO
Arnaud Laborie
Sébastien MONTOYA
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Bruno Remy
Montoya Sebastian
Trinnov Audio
Original Assignee
Bruno Remy
Montoya Sebastian
Trinnov Audio
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Publication of EP1652406B1 publication Critical patent/EP1652406B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2400/00—Details of stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2400/15—Aspects of sound capture and related signal processing for recording or reproduction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic
    • H04S3/02—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic of the matrix type, i.e. in which input signals are combined algebraically, e.g. after having been phase shifted with respect to each other

Definitions

  • the present invention relates to a method, a device and a system for determining a representation of an acoustic field in the form of a plurality of acoustic or audiophonic signals, each associated with a predetermined general direction of restitution defined with respect to at a given point in space.
  • the determination of such a representation is based on the use of acoustic wave acquisition means comprising a plurality of elementary sensors arranged in space and each delivering a measurement signal.
  • These measurement signals are processed by the application of filtering combinations, representative in particular of structural characteristics of the acquisition means and general predetermined restitution directions, so as to obtain said plurality of acoustic signals.
  • Such a plurality of signals is commonly designated by the expression “multichannel signal” and corresponds to a plurality of signals, called “channels”, transmitted in parallel or multiplexed with each other.
  • Each of the signals is intended for an element or a group of restitution elements forming an ideal source arranged in a general direction predefined with respect to a given point in space.
  • a conventional multichannel standard known as "5.1 ITU-R BF 775-1” comprises five channels intended for rendering elements arranged in five predetermined general directions defined by the angles 0 °, + 30 °, - 30 °, + 110 ° and -110 ° relative to the listening center.
  • Such an arrangement therefore corresponds to the arrangement: of a loudspeaker or a group of loudspeakers in front of the center, one on each side in front on the left and on the right and one on each side behind on the left and on the right.
  • the application of the acoustic signals to restitution elements arranged according to the appropriate predetermined general directions theoretically allows the restitution of an acoustic field.
  • the acquisition and processing constitute key elements of the quality of this restitution.
  • Certain existing acquisition means are formed by a set of elementary directional sensors where each sensor directly delivers a channel corresponding to one of the predetermined general directions of restitution. In this case, each sensor is substantially oriented in the direction corresponding to its associated channel.
  • the quality of the representation obtained with such acquisition means is limited by the intrinsic directivity of the sensors, since no processing is carried out, so that the representation is not a high quality representation.
  • Other techniques such as the techniques grouped under the term "ambisonic" are based on a modeling of the acquisition means in the form of a point set of elementary and directional sensors, so as to consider only the directions of provenance sounds relative to the center of the acquisition means.
  • the impossibility of positioning all the elementary sensors at the same point, the absence of elementary sensors with high directivity characteristics as well as the simplicity of the treatments carried out, such as gain matrices restrict these technologies to a representation.
  • the quality of which is limited to the level of precision commonly known as "order 1" based on spherical harmonics.
  • the subject of the invention is a system for determining a representation of an acoustic field of the type comprising: - means for acquiring acoustic waves comprising a plurality of elementary sensors distributed in space, and each delivering a measurement signal; and - processing means by applying, to said measurement signals, filtering combinations representative of structural characteristics of said acquisition means to deliver a plurality of acoustic signals each associated with a general direction of predetermined restitution defined with respect to a given point in space, all of said acoustic signals forming a representation of said acoustic field, characterized in that said elementary sensors are distributed in space in a substantially non-regular manner and in that said filtering combinations are representative of this distribution.
  • - said acquisition means are such that, for all the usual benchmarks, for at least one of the coordinates of the benchmark, the values of the coordinates of the positions of all the elementary sensors are distributed on distinct values and at not constant; - Said acquisition means comprise at least one omnidirectional elementary sensor; - said acquisition means comprise at least one elementary sensor whose directivity is a combination of omnidirectional and bidirectional diagrams.
  • - Said acquisition means comprise a number of elementary sensors between one and five times the number of predetermined restitution general directions;
  • processing means comprise a single matrix filtering stage receiving as input said measurement signals and delivering as output said plurality of acoustic signals;
  • processing means form weighted linear combinations of said measurement signals in order to form said acoustic output signals; said processing means allow the application of filtering combinations varying with the frequency of said processed measurement signals.
  • the subject of the invention is also a device for determining a representation of an acoustic field comprising means for processing the signals delivered by means of acquisition of acoustic waves comprising a plurality of elementary sensors distributed in space, by applying filtering combinations representative of structural characteristics of said acquisition means to deliver a plurality of acoustic signals each associated with a predetermined general direction of restitution defined with respect to a given point in space, said acoustic signals forming a representation of said acoustic field, characterized in that said processing means are suitable for processing signals delivered by acquisition means formed by sensors distributed in space in a substantially non-regular manner.
  • Another subject of the invention is also a method of determining a representation of an acoustic field, characterized in that it comprises: - a step of acquisition at a plurality of points distributed in space so substantially non-regular of said acoustic field by means of acquisition of acoustic waves, in order to deliver a plurality of measurement signals representative at each point, in amplitude and in phase, of said acoustic field; a processing step by applying, to said measurement signals, filtering combinations representative of structural characteristics of said acquisition means to deliver a plurality of acoustic signals each associated with a general predetermined restitution direction defined with respect to a point given space, the set of said acoustic signals forming a representation of said acoustic field.
  • - said processing step corresponds to: the application to said measurement signals of combinations of filterings to generate a plurality of processed signals constituting a representation of said acoustic field substantially independent of the structural characteristics of the acquisition means, in the form of a finite number of Fourier coefficients -Bessel; and - applying specific linear combinations to said processed signals to generate said corresponding plurality of acoustic signals;
  • - said processing step corresponds to the application of filtering combinations according to a technique selected from the group formed: - filtering techniques in the frequency domain; - filtering techniques in the time domain by impulse response; and - filtering techniques in the time domain by means of recursive filters with infinite impulse response.
  • the subject of the invention is also a method of verifying the non-regular character of a network of elementary sensors, characterized in that it consists in: - considering the network in a first usual reference; - to check the values of the positions of all the sensors according to a first coordinate of said reference; - If the values of said first coordinates are neither constant, nor distributed at regular intervals, the network is said to be non-regular in the current coordinate system and the process is repeated in another coordinate system; - If the values of said first coordinates are either constant or distributed at regular intervals, the values of the positions of the sensors are checked according to a second coordinate of said coordinate system; - if the values of said second coordinates are neither constant, nor distributed at regular intervals, the network is non-regular in the current reference frame and the process is repeated with another reference frame; - If the values of said second coordinates are either constant or distributed at regular intervals, the values of the positions of the sensors are checked according to a third coordinate of said coordinate system; - If the values of said third
  • FIG. 1 is a representation of a spherical coordinate system
  • - Fig.2 is a block diagram of a rendering system according to the invention
  • - Fig.3 is a flow diagram of the method of the invention
  • - Fig.4 is a detailed representation of the processing performed by the invention.
  • a conventional spherical coordinate system has been represented, so as to specify the coordinate system to which reference is made in the text.
  • This coordinate system is an orthonormal coordinate system, of O origin and comprising three axes (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, ⁇ orientation in the vertical plane and ⁇ orientation in the horizontal plane.
  • r denotes the distance from the origin O
  • ⁇ orientation in the vertical plane and ⁇ orientation in the horizontal plane.
  • an acoustic field is known if we define at all points at each instant t the acoustic pressure noted p (r, ⁇ , ⁇ , t), whose Fourier transform is noted P (r, ⁇ , ⁇ , f) where / designates the frequency.
  • the method of the invention is based on the use of spatiotemporal functions making it possible to describe any sound field in time and in the three dimensions of space.
  • these functions are so-called spherical Fourier-Bessel functions of the first kind, hereinafter called Fourier-Bessel functions.
  • Fourier-Bessel functions correspond to the solutions of the wave equation and constitute a base which generates all the acoustic fields produced by sources located outside this zone.
  • air (340 ms "1 ), j) (kr) is the spherical Bessel function of the first kind
  • J v (x) is the Bessel function of pre- first species of order v
  • yf ( ⁇ , ⁇ ) is the real spherical harmonic of order / and of term m, with m going from - / to /, defined by: with:
  • the Fourier-Bessel coefficients are also expressed in the time domain by the coefficients p ⁇ , m (t) corresponding to the inverse temporal Fourier transform of the coefficients P ⁇ , m (f).
  • the acoustic field is broken down on the basis of functions, where each of the functions is expressed by a possibly infinite linear combination of Fourier-Bessel functions.
  • Figure 2 there is shown schematically a system according to the invention.
  • This system comprises acquisition means 1 formed by Q elementary sensors 2 ⁇ to 2Q delivering measurement signals c ⁇ (t) to c Q (t), also noted here to CQ, which are introduced into a device 6 of determination of a representation of an acoustic field.
  • the device 6 comprises processing means 8 adapted to apply to the measurement signals Ci to CQ filtering combinations representative of the structural characteristics of the acquisition means 1, to deliver as output a plurality of acoustic signals each associated with a direction general predetermined. of restitution defined with respect to a given point in space.
  • Acoustic signals sc_ (t) to also denoted sci at SCN, delivered by the device 6, are then transmitted to restitution means 10 comprising N of restitution elements 12 ⁇ to 12 ⁇ arranged in predetermined directions relative to a given point 14 in space, corresponding to the center of the restoring means 10.
  • the control of these restoring elements 12 ⁇ to 12N by the acoustic signals sci to SCN allows the restitution of the acoustic field picked up by the acquisition means 1.
  • the processing means 8 of the device 6, are configured beforehand and are associated specifically with a set of elementary sensors 2 ⁇ to 2Q forming the acquisition means 1 and with a set of restitution elements forming the restitution means 10.
  • the means 8 however include a plurality of filter combinations corresponding to different acquisition means and / or different fo Output and user selectable reports tor, for example directly by means of a switch or through a control interface.
  • the device 6 can take the form of electronic equipment dedicated to the implementation of the invention or else of computer software comprising program code instructions intended to be executed by equipment comprising a processing processor and interface means with acquisition means and restitution means.
  • the device 6 is formed by a computer associated with adapted interface cards.
  • the elementary sensors 2 ⁇ to 2Q are arranged at known points in the space around a predetermined point 4, designated as the center of the acquisition means 1.
  • each elementary sensor 2 q is expressed in space in a spherical coordinate system such as that described with reference to FIG. 1, centered on the center 4 of the acquisition means 1.
  • the elementary sensors 2 ⁇ to 2 Q are distributed in space in a substantially non-regular manner.
  • a configuration is not regular if for all the usual landmarks, for at least one of the three coordinates of the landmark, the values of the coordinates of the positions of all the sensors are distributed in a nonzero space interval or domain and with a variable deviation from the coordinates taken successively.
  • configurations in which the sensors are arranged at regular intervals along a line or a circle, at the intersections of a fictitious plane grid or even at the intersections of a fictitious cubic mesh are regular configurations.
  • the assessment of such an irregular distribution must obviously take into account a tolerance resulting from the constraints of physical realization and from the constraints linked to the dimensioning of the elementary sensors used. Therefore, the coordinates of the sensors must be distributed in an interval greater than a tolerance interval and present deviations varying beyond this tolerance interval
  • the position of a sensor corresponds to the position of the center of its sensitive part and a tolerance interval in each direction of space is defined around this position.
  • the tolerance interval for a set of elementary sensors forming the acquisition means corresponds to a distance equivalent to a quarter of the distance between the two closest elementary sensors.
  • a distance is of the order of 2 cm, so that the tolerance interval corresponds approximately to 0.5 cm.
  • a configuration is regular if, in one of the usual references, for the three coordinates of the reference, the coordinate values of the positions of all the sensors are constant or distributed at constant step.
  • a configuration is regular if, in one of the usual benchmarks, for all the coordinates of the benchmark, the coordinate values of the positions of all the sensors are distributed in a substantially zero interval or with a substantially constant successive deviation.
  • sensors of a substantially non-zero physical size attached to each other form a point distribution or almost point distribution considered as a regular configuration.
  • the following method makes it possible to determine whether a given configuration of elementary sensors is regular or not regular.
  • a given configuration of elementary sensors is regular or not regular.
  • the values of the positions of all the sensors are then checked according to a first coordinate of the reference frame, such as the abscissa. If these values are neither constant nor distributed at regular intervals, considering an interval tolerance, then the configuration is not regular in this coordinate system and we start again with another coordinate system.
  • the values of the positions of the sensors are checked according to a second coordinate of the coordinate system, such as the ordinate. If the values of these second coordinates are neither constant, nor distributed at regular intervals, the configuration is not regular in this coordinate system and one starts again with another coordinate system. Conversely, if the values of these coordinates are either constant or distributed at regular intervals, the values of the positions of the sensors are checked according to the third and last coordinate of the reference frame, such as that along a vertical axis called zenithal coordinate. If the values of these third coordinates are neither constant nor distributed at regular intervals, the configuration is not regular in this reference and we start again with another reference.
  • the maximum number Q of elementary sensors is less than or equal to five times the number of acoustic signals forming the representation of the acoustic field at the end of the treatment.
  • the distribution of elementary sensors 2 q in space can meet certain rules while meeting the criteria of non-regularity as defined above.
  • the acquisition means 1 reproduce the general geometric characteristics of the restitution means 10, such as a dis- planar position and a certain symmetry, while respecting the criteria of non regularity. Referring to Figures 3 and 4, we will now describe the operation of the system of the invention. Prior to the implementation of the invention, the acquisition means 1 are arranged in space in a substantially non-regular manner.
  • the system of the invention is exposed to an acoustic field P and each sensor 2 q of the acquisition means 1 delivers a measurement signal c q (t) which corresponds to the measurement made by this sensor in the acoustic field P.
  • the acquisition means 1 therefore deliver a plurality of acoustic field measurement signals c ⁇ (i) to c Q (t), which are directly linked to the acquisition capacities of the sensors elementary 2 ⁇ to 2Q.
  • the method then comprises a step 30 of processing by the application of filter combinations to the measurement signals Ci to CQ delivered by the acquisition means 1.
  • these filter combinations are representative of the structural characteristics acquisition means 1 and are adapted to deliver a plurality of acoustic signals sci to SCN each associated with a general direction of predetermined restitution and defined with respect to a given point in space.
  • the N channels sc ⁇ (t) to sc ⁇ t) are obtained from the Q measurement signals c ⁇ (t) to c Q (t) by means of a single matrix filtering involving N x Q filters varying in function of the frequency, and noted T n> q (f).
  • Each output channel sc nord(t) is obtained by filtering each of the measurement signals c ⁇ (t) to c Q (t) and by applying a linear combination to the signals thus filtered.
  • Each filter T n> q (f) is therefore representative of the contribution of the measurement signal c q (t) in the constitution of the channel sc n (i).
  • SC n (f) is the Fourier transform of sc n (t)
  • C q (f) is the Fourier transform of c q (t).
  • the filters T n f) can be organized in a matrix T of size Nx g as follows: u (/) T h2 (f) .- T Q (f) ⁇ u ⁇ f) T 2> 2 (f) ... T 2 ⁇ (f) ⁇ N ⁇ (f) ⁇ Ntl ⁇ f) ... T N ⁇ (f)
  • the matrix T is obtained by means of the following matrix relation:
  • E is an encoding matrix representative of the characteristics of the acquisition means 1 and in particular of their spatial configuration.
  • the matrix E makes it possible to obtain a representation in coefficients of
  • the matrix E is of size (L + l) 2 x Q, the coefficient E corresponding to the order to which the encoding is carried out and to the maximum resolution which the encoding makes it possible to achieve.
  • the coefficient ⁇ specifies a compromise between the fidelity of representation of the acoustic field P and the minimization of the background noise provided by the elementary sensors 2 ⁇ to 2Q and can take all the values between 0 and 1.
  • the parameters L and ⁇ can vary with frequency.
  • B is a spatial sampling matrix of size Q x L + lf whose elements B q _ ⁇ _ f) are organized as follows: o, o () B if ) o (f
  • each sensor 2 q is placed at the position (r q , ⁇ q , ⁇ q ), has a directivity composed of a combination of omnidirectional and bidirectional diagrams of proportion d q and is oriented in the direction ( ⁇ q a , ⁇ q a ), so that the sensor 2 q has maximum sensitivity in the direction ( ⁇ q , ⁇ q ).
  • the elements B q _ ⁇ f are obtained in the following way:
  • the parameter d q takes the value for the Q sensors.
  • the matrix denoted E is therefore representative of the position of the elementary sensors 2 ⁇ to 2Q.
  • the determination of E does not impose any constraint on the position (r q , ⁇ g , ⁇ q ) of the sensors and makes it possible in particular to take into account non-regular configurations.
  • Such non-regular configurations are more effective, because they make it possible to take more information from the initial field P, by eliminating the redundancies introduced by the regular configurations.
  • the filtering matrix D is a decoding matrix representative of the general predetermined restitution directions selected.
  • the matrix D makes it possible to determine the control signals allowing the high precision restitution of the estimated acoustic field P and therefore of the acquired acoustic field P.
  • the matrix D is of size N x (L + lf and is obtained by means of the matrix relation next :
  • W is a matrix corresponding to a spatial window defining the volume in which the restitution must be made. It is a diagonal matrix of size (L + lf containing weighting coefficients W t and in which each coefficient W ⁇ is found 2 / + 1 time in succession on the diagonal.
  • the matrix Wa therefore has the following form:
  • the values taken by the coefficients W ⁇ correspond to the values of a function such as a Hamming window of size 21 + 1 evaluated in /, so that the parameter W ⁇ is determined for / ranging from O to L.
  • M is a matrix corresponding to the predetermined general rendering directions, ie in multichannel output format. It is a size matrix (L + lf over N, made up of elements /, M, thesis, the indices l, m designating the line l 2 + l + m and n designating the column n.
  • the matrix M therefore has the following form: ⁇ 0,0,1 Af " 0,0.2 M 0t0 , N ⁇ 1, -1,1 ⁇ 1, -1, 2 - • M ⁇ _ N • M " l, 0, l ⁇ 1,0 , 2 • • M lfitN Af ,,!,! M 1> 2 - M .. L ⁇ M L _ Lt2 - • M Li .- .N • M fitN • M L r N
  • processing step 30 therefore corresponds to the application to all of the measurement signals Ci to CQ, of filtering combinations to generate a plurality of processed signals constituting a representation P of the acoustic field P) substantially independent of the characteristics structural means of acquisition 1, in the form of a finite number of Fourier-Bessel coefficients.
  • Step 30 also corresponds to the application, to said processed signals, of specific linear combinations to generate the corresponding plurality of acoustic signals sci to SC ⁇ .
  • FIG 4 there is shown schematically the implementation of the processing step 30 performed by the means 8 described above.
  • the filters T n> q (f) are applied to the measurement signals c ⁇ (t) to c ⁇ ) by means of the usual filtering methods such as for example: - filtering in the frequency domain such as for example, convolution techniques by block; - filtering in the time domain by impulse response; and - filtering in the time domain by means of recursive filters with infinite impulse response.
  • the N output signals sc ⁇ (t) to sc ⁇ t) obtained at the end of the processing of the invention are representative of an acoustic field P which is restored by connecting each channel sc n (t) to the element of corresponding reproduction 12 n emitting plane direction waves ( ⁇ n , ⁇ réelle) according to the specifications of the multichannel format.
  • the simultaneous action of the N restoring elements 12 ⁇ to 12w respectively controlled by the channels sc ⁇ (t) to allows to reproduce the sound field P. Thanks to the processing carried out corresponding to the filtering matrix T, the representation of the acoustic field P in multichannel format is close to the acoustic field P in which the sensors 2 q are immersed.
  • the matrix T is obtained by manipulating descriptions of the sound field decomposed at a high order and leads to a high quality representation of the sound field. It therefore appears that the implementation of a substantially non-regular distribution of the elementary sensors, makes it possible to single out each of the sensors and to take more spatial information on the acoustic field. Thanks to the processing of the invention, all this information can be restored in the best way possible in order to obtain a high quality representation in multichannel format with a small number of elementary sensors.
  • the number of elementary sensors is for example less than 25 and preferably less than 10.
  • other types of sensors can be used by modifying the equations according to their nature.
  • the elementary sensors may all or in part be omnidirectional and or cardioid sensors.

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Abstract

Ce système de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P) comporte : des moyens (1) d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires (21 à 2Q ) distribués dans l'espace, et délivrant chacun un signal de mesure (c1 à cQ); et - des moyens (8) de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure (c1 à cQ), de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques (sc1 à scN) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace (14), l'ensemble desdits signaux acoustiques (sc1 à scN) formant une représentation dudit champ acoustique (P). Il est caractérisé en ce que lesdits capteurs élémentaires (21 à 2Q ) sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière et en ce que lesdites combinaisons de filtrage sont représentatives de cette distribution.

Description

Système et procédé de détermination d'une représentation d'un champ acoustique. La présente invention concerne un procédé, un dispositif et un système de détermination d'une représentation d'un champ acoustique sous la forme d'une pluralité de signaux acoustiques ou audiophoniques, associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rap- port à un point donné de l'espace. La détermination d'une telle représentation est fondée sur l'utilisation de moyens d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires disposés dans l'espace et délivrant chacun un signal de mesure. Ces signaux de mesure sont traités par l'application de combinaisons de filtrage, représentatives notamment de caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition et des directions générales de restitution prédéterminées, de manière à obtenir ladite pluralité de signaux acoustiques. Une telle pluralité de signaux est couramment désignée par l'ex- pression "signal multicanal" et correspond à une pluralité de signaux, appelés "canaux", transmis en parallèle ou multiplexes les uns avec les autres. Chacun des signaux est destiné à un élément ou un groupe d'éléments de restitution formant une source idéale disposée selon une direction générale prédéfinie par rapport à un point donné de l'espace. Par exemple, un standard multicanal classique connu sous le nom de "5.1 ITU-R BF 775-1", comporte cinq canaux destinés à des éléments de restitution disposés dans cinq directions générales prédéterminées définies par les angles 0°, +30°, -30°, +110° et -110° par rapport au centre d'écoute. 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 gauche et à droite et un de chaque côté derrière à gauche et à droite. L'application des signaux acoustiques à des éléments de restitution disposés selon les directions générales prédéterminées appropriées permet en théorie la restitution d'un champ acoustique. L'acquisition et le traitement constituent des éléments clés de la qualité de cette restitution. Certains moyens d'acquisition existants sont formés d'un ensemble de capteurs élémentaires directionnels où chaque capteur délivre directement un canal correspondant à l'une des directions générales prédéterminées de restitution. Dans ce cas, chaque capteur est sensiblement orienté selon la direction correspondant à son canal associé. La qualité de la représentation obtenue avec de tels moyens d'acquisition est limitée par la directivité intrinsèque des capteurs, car aucun traitement n'est effectué, de sorte que la représentation n'est pas une représentation de haute qualité. D'autres techniques, telles que les techniques regroupées sous le terme "ambisonic" sont fondées sur une modélisation des moyens d'acquisition sous la forme d'un ensemble ponctuel de capteurs élémentaires et directionnels, de manière à ne considérer que les directions de provenance des sons par rapport au centre des moyens d'acquisition. Cependant, l'impossibilité de positionner l'ensemble des capteurs élémentaires en un même point, l'absence de capteurs élémentaires de caractéristiques de directivité élevées ainsi que la simplicité des traitements effectués, tels que des matrices de gains, restreignent ces technologies à une représentation dont la qualité est limitée au niveau de précision couramment appelé "ordre 1 " sur la base des harmoniques sphériques. Enfin, le système décrit dans l'article intitulé "Circular microphone array for discrète multichannel audio recording", présenté le 22 mars 2003 à la 114eme convention de l'AES, utilise un réseau régulier circulaire de 288 microphones cardioïdes. Un traitement complexe en plusieurs étapes de l'ensemble des signaux délivrés par ce réseau de capteurs permet d'obtenir une représentation du champ acoustique de haute qualité. Il apparaît donc que les moyens d'acquisition et de traitement existants requièrent une grande quantité de capteurs élémentaires répartis de manière régulière ainsi que des traitements complexes pour aboutir à une repré- sentation de haute qualité du champ acoustique dans un format multicanal. Ceci réduit notablement la portabilité de ces systèmes et accroît le coût de mise en œuvre ainsi que les temps de calcul. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes en fournissant un procédé, un dispositif et un système de détermination d'une représentation de haute qualité d'un champ acoustique dans un format multicanal de portabilité et de rapidité accrues et d'un coût réduit. A cet effet, l'invention a pour objet un système de détermination d'une représentation d'un champ acoustique du type comportant : - des moyens d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires distribués dans l'espace, et délivrant chacun un signal de mesure ; et - des moyens de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure, de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace, l'ensemble desdits signaux acoustiques formant une représentation dudit champ acoustique, caractérisé en ce que lesdits capteurs élémentaires sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière et en ce que lesdites combinaisons de filtrage sont représentatives de cette distribution.
Suivant d'autres caractéristiques : - lesdits moyens d'acquisition sont tels que, pour tous les repères usuels, pour au moins une des coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs élémentaires sont distribuées sur des valeurs distinctes et à pas non constant ; - lesdits moyens d'acquisition comportent au moins un capteur élémentaire omnidirectionnel ; - lesdits moyens d'acquisition comportent au moins un capteur élémentaire dont la directivité est une combinaison de diagrammes omnidi- rectionnels et bidirectionnels. - lesdits moyens d'acquisition comportent un nombre de capteurs élémentaires compris entre une et cinq fois le nombre de directions générales de restitution prédéterminées ; - lesdits moyens de traitement comportent un unique étage de filtrage matriciel recevant en entrée lesdits signaux de mesure et délivrant en sortie ladite pluralité de signaux acoustiques ; - lesdits moyens de traitement forment des combinaisons linéaires pondérées desdits signaux de mesure afin de former lesdits signaux acoustiques de sortie ; - lesdits moyens de traitement permettent l'application de combinai- sons de filtrage variant avec la fréquence desdits signaux de mesure traités. L'invention a également pour objet un dispositif de détermination d'une représentation d'un champ acoustique comportant des moyens de traitement des signaux délivrés par des moyens d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires distribués dans l'espace, par l'application de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale prédéterminée de restitution définie par rapport à un point donné de l'espace, lesdits signaux acoustiques formant une représentation dudit champ acoustique, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement sont adaptés pour traiter des signaux délivrés par des moyens d'acquisition formés de capteurs distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière. L'invention a également encore pour objet un procédé de détermination d'une représentation d'un champ acoustique, caractérisé en ce qu'il com- porte : - une étape d'acquisition en une pluralité de points distribués dans l'espace de façon sensiblement non régulière dudit champ acoustique par des moyens d'acquisition d'ondes acoustiques, afin de délivrer une pluralité de signaux de mesure représentatifs en chaque point, en amplitude et en phase, dudit champ acoustique ; - une étape de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure, de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace, l'ensemble desdits signaux acoustiques formant une représentation dudit champ acoustique. Suivant d'autres caractéristiques du procédé de l'invention, - ladite étape de traitement correspond à : - l'application auxdits signaux de mesure de combinaisons de filtrages pour engendrer une pluralité de signaux traités constituant une représentation dudit champ acoustique sensiblement indépendante des caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition, sous la forme d'un nombre fini de coeffi- cients de Fourier-Bessel ; et - l'application auxdits signaux traités de combinaisons linéaires spécifiques pour engendrer ladite pluralité correspondante de signaux acoustiques ; - ladite étape de traitement correspond à l'application de combinai- sons de filtrage selon une technique sélectionnée parmi le groupe formé : - de techniques de filtrage dans le domaine fréquentiel ; - de techniques de filtrage dans le domaine temporel par réponse impulsionnelle ; et - de techniques de filtrage dans le domaine temporel aux moyens de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie. L'invention a encore pour objet un procédé de vérification du caractère non régulier d'un réseau de capteurs élémentaires, caractérisé en ce qu'il consiste : - à considérer le réseau dans un premier repère usuel ; - à vérifier les valeurs des positions de tous les capteurs selon une première coordonnée dudit repère ; - si les valeurs desdites premières coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est dit non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère ; - si les valeurs desdites premières coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon une seconde coordonnée dudit repère ; - si les valeurs desdites secondes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré avec un autre repère ; - si les valeurs desdites secondes coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon une troisième coordonnée dudit repère ; - si les valeurs desdites troisièmes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère ; - si pour lesdites premières, secondes et troisièmes coordonnées, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, le réseau est régulier dans le repère courant ; - si dans l'un quelconque des repères usuels, le réseau est régulier, il est dit régulier ; et - si le réseau est non régulier dans chacun des repères usuels, il est dit non régulier. 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 bloc d'un système de restitution selon l'invention ; - la Fig.3 est un organigramme du procédé de l'invention ; et - la Fig.4 est une représentation détaillée du traitement réalisé par 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 est notée P(r,θ,φ,f) où /désigne la fréquence. Le procédé de l'invention se base sur l'utilisation de fonctions spatiotemporelles permettant de décrire un champ acoustique quelconque dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace. Dans les modes de réalisation décrits, 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 et vide d'obstacles, les fonctions de Fourier-Bessel correspondent aux solutions de l'équation des ondes et constituent une base qui engendre tous les champs acoustiques produits par des sources situées à l'extérieur de cette zone. Tout champ acoustique tridimensionnel peut donc s'exprimer 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)=A π∑ £ Pι,m(f) jι(kr)yr(θ,φ) l=0 m ≈-l Dans cette équation, les termes P;,m(f) sont définis comme les coefficients de Fourier-Bessel du champ p(r,θ,φ,t), k=-^- , c est la célérité du son dans
l'air (340 ms"1), j)(kr) est la fonction de Bessel sphérique de première espèce
d'ordre définie par où Jv(x) est la fonction de Bessel de pre- mière espèce d'ordre v, et yf(θ,φ) est l'harmonique sphérique réelle d'ordre / et de terme m, avec m allant de -/ à /, définie par : avec :
Dans cette équation, les P,m(x) sont les fonctions de Legendre associées définies par : avec Pι(x) les polynômes de Legendre, définis par : « Cx)=J d' Les coefficients de Fourier-Bessel s'expriment aussi dans le domaine temporel par les coefficients pι,m(t) correspondant à la transformée de Fourier temporelle inverse des coefficients Pι,m(f). Dans d'autres modes de réalisation, le champ acoustique est décom- posé sur une base de fonctions, où chacune des fonctions s'exprime par une combinaison linéaire éventuellement infinie de fonctions de Fourier-Bessel. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un système selon l'invention. Ce système comporte des moyens d'acquisition 1 formés de Q cap- teurs élémentaire 2ι à 2Q délivrant des signaux de mesure c\(t) à cQ(t), notés également ci à CQ, qui sont introduits dans un dispositif 6 de détermination d'une représentation d'un champ acoustique. Le dispositif 6 comporte des moyens 8 de traitement adaptés pour appliquer aux signaux de mesure ci à CQ des combinaisons de filtrage représentati- ves de caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1 , pour délivrer en sortie une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale prédéterminée. de restitution définie par rapport à un point donné de l'espace. Les signaux acoustiques sc_(t) à notés également sci à SCN, dé- livrés par le dispositif 6, sont ensuite transmis à des moyens de restitution 10 comportant N d'éléments de restitution 12ι à 12Ν disposés selon des directions prédéterminées par rapport à un point donné 14 de l'espace, correspondant au centre des moyens de restitution 10. La commande de ces éléments de restitution 12ι à 12N par les signaux acoustiques sci à SCN, permet la restitution du champ acoustique capté par les moyens d'acquisition 1. De manière préférentielle, les moyens de traitement 8 du dispositif 6, sont configurés préalablement et sont associés de manière spécifique à un ensemble de capteurs élémentaires 2ι à 2Q formant les moyens d'acquisition 1 et à un ensemble d'éléments de restitution formant les moyens de restitution 10. Avantageusement, les moyens de traitement 8 comportent cependant une pluralité de combinaisons de filtrage correspondant à différents moyens d'acquisition et/ou à différents formats de sortie et sélectionnables par un utilisa- teur, par exemple directement au moyen d'un interrupteur ou au travers d'une interface de commande. Le dispositif 6 peut prendre la forme d'un équipement électronique dédié à la mise en œuvre de l'invention ou encore d'un logiciel informatique com- prenant des instructions de code de programme destinées à être exécutées par un équipement comprenant un processeur de traitement et des moyens d'interface avec des moyens d'acquisition et des moyens de restitution. Par exemple, le dispositif 6 est formé d'un ordinateur associé à des cartes d'interface adaptées. Les capteurs élémentaires 2ι à 2Q sont disposés en des points connus de l'espace autour d'un point 4 prédéterminé, désigné comme le centre des moyens d'acquisition 1. Ainsi, la position (rq,θq,φq) de chaque capteur élémentaire 2q s'exprime dans l'espace dans un repère sphérique tel que celui décrit en référence à la fi- gure 1 , centré sur le centre 4 des moyens d'acquisition 1. Selon l'invention, les capteurs élémentaires 2ι à 2Q sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière. Pour qu'une configuration donnée, ou un réseau, soit considérée comme non régulière dans l'espace, il faut que pour tous les repères tridimen- sionnels usuels, soit cartésien, soit cylindrique ou encore sphérique, pour au moins une des coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs élémentaires ne soient ni constantes ni distribuées à pas constant, c'est-à-dire soient distribués sur des valeurs distinctes et à pas non constant. Soit encore, une configuration est non régulière si pour tous les repères usuels, pour au moins une des trois coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs sont distribuées dans un intervalle ou domaine d'espace non nul et avec un écart variable des coordonnées prises successivement. Ainsi, des configurations dans lesquelles les capteurs sont disposés à intervalles réguliers le long d'une ligne ou d'un cercle, aux intersections d'une grille plane fictive ou encore aux intersections d'un maillage cubique fictif, sont des configurations régulières. L'appréciation d'une telle distribution non régulière doit évidemment prendre en compte une tolérance résultant des contraintes de réalisation physique et des contraintes liées au dimensionnement des capteurs élémentaires utilisés. De ce fait, les coordonnées des capteurs doivent être distribuées dans un intervalle supérieur à un intervalle de tolérance et présenter des écarts variant au-delà de cet intervalle de tolérance De manière générale, la position d'un capteur correspond à la position du centre de sa partie sensible et un intervalle de tolérance selon chaque direc- tion de l'espace est défini autour de cette position. Avantageusement, l'intervalle de tolérance pour un ensemble de capteurs élémentaires formant les moyens d'acquisition, correspond à une distance équivalente à un quart de la distance entre les deux capteurs élémentaires les plus proches. Par exemple, une telle distance est de l'ordre de 2cm, de sorte que l'intervalle de tolérance correspond approximativement à 0,5cm. Par opposition, on considère qu'une configuration est régulière si, dans l'un des repères usuels, pour les trois coordonnées du repère, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont constantes ou distribuées à pas constant. Soit encore, une configuration est régulière si, dans l'un des repères usuels, pour toutes les coordonnées du repère, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont distribuées dans un intervalle sensiblement nul ou avec un écart successif sensiblement constant. Par ailleurs, des capteurs d'un encombrement physique sensiblement non nul accolés les uns aux autres, forment une distribution ponctuelle ou quasiment ponctuelle considérée comme une configuration régulière. Le procédé suivant permet de déterminer si une configuration donnée de capteurs élémentaires est régulière ou non régulière. On considère la configuration précitée en référence à un premier des trois repères usuels, tel que le repère cartésien tridimensionnel. On vérifie ensuite les valeurs des positions de tous les capteurs selon une première coordonnée du repère, telle que l'abscisse. Si ces valeurs ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, en considérant un intervalle de tolérance, alors la configuration est non régulière dans ce repère et l'on recommence avec un autre repère. Si les valeurs de ces premières coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des cap- teurs selon une seconde coordonnée du repère, telle que l'ordonnée. Si les valeurs de ces secondes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, la configuration est non régulière dans ce repère et l'on recommence avec un autre repère. Inversement, si les valeurs de ces coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon la troisième et dernière coordonnée du repère, telle que celle selon un axe vertical dite coordonnée zénithale. Si les valeurs de ces troisièmes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, la configuration est non régulière dans ce re- père et l'on recommence avec un autre repère. Dans le cas inverse, dans ce repère, pour toutes les coordonnées, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers. De ce fait, la configuration est régulière dans ce repère. A l'issue des tests dans les trois repères usuels, si la configuration est régulière dans un des trois repères, elle est dite régulière. Inversement, si la configuration est non régulière dans les trois repères, elle est dite non régulière. Une telle distribution sensiblement non régulière permet d'éviter la redondance des informations prélevées par les capteurs élémentaires dans le champ acoustique, de sorte qu'un nombre réduit de capteurs est nécessaire. Avantageusement, le nombre maximal Q de capteurs élémentaires est inférieur ou égal à cinq fois le nombre de signaux acoustiques formant la représentation du champ acoustique à l'issue du traitement. Par ailleurs, la distribution des capteurs élémentaires 2q dans l'espace peut répondre à certaines règles tout en répondant aux critères de non-régularité tels que définis précédemment. Avantageusement, les moyens d'acquisition 1 reproduisent les caractéristiques géométriques générales des moyens de restitution 10, tels qu'une dis- position planaire et une certaine symétrie, tout en respectant les critères de non- régularité. En référence aux figures 3 et 4, on va maintenant décrire le fonctionnement du système de l'invention. Préalablement à la mise en œuvre de l'invention, les moyens d'acquisition 1 sont disposés dans l'espace de manière sensiblement non régulière. Lors d'une première étape 20 d'acquisition, le système de l'invention est exposé à un champ acoustique P et chaque capteur 2q des moyens d'acquisition 1 délivre un signal de mesure cq(t) qui correspond à la mesure faite par ce capteur dans le champ acoustique P. Les moyens d'acquisition 1 délivrent donc une pluralité de signaux de mesure du champ acoustique c\(i) à cQ(t), qui sont directement liés aux capacités d'acquisition des capteurs élémentaires 2ι à 2Q. Le procédé comporte ensuite une étape 30 de traitement par Papplica- tion de combinaisons de filtrage aux signaux de mesure Ci à CQ délivrés par les moyens d'acquisition 1. Ainsi que cela a été indiqué précédemment, ces combinaisons de filtrage sont représentatives des caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1 et sont adaptées pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques sci à SCN associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée et définie par rapport à un point donné de l'espace. Plus particulièrement, les N canaux scι(t) à sc^t) sont obtenus à partir des Q signaux de mesure cχ(t) à cQ(t) au moyen d'un unique filtrage matriciel faisant intervenir N x Q filtres variant en fonction de la fréquence, et notés Tn>q(f). Chaque canal de sortie sc„(t) est obtenu en filtrant chacun des signaux de mesure cι(t) à cQ(t) et en appliquant une combinaison linéaire sur les signaux ainsi filtrés. Chaque filtre Tn>q(f) est donc représentatif de la contribution du signal de mesure cq(t) dans la constitution du canal scn(i). Les canaux sont obtenus selon la relation : SCn (f) = ∑Tntq(f)Cq (f) .=1 Dans cette relation, SCn(f) est la transformée de Fourier de scn(t) et Cq(f) est la transformée de Fourier de cq(t). Les filtres Tn f) peuvent être organisés dans une matrice T de taille Nx g de la manière suivante : u(/) Th2(f) .- TQ(f) τu{f) T2>2(f) ... T2β(f) τNλ(f) τNtl<f) ... TNβ(f) Dans le mode de réalisation décrit, la matrice T est obtenue au moyen de la relation matricielle suivante :
T=DE Dans cette équation, E est une matrice d'encodage représentative des caractéristiques des moyens d'acquisition 1 et notamment de leur configuration spatiale. La matrice E permet d'obtenir une représentation en coefficients de
Fourrier Bessel d'un champ acoustique P correspondant à une estimation du champ acoustique P dans lequel sont plongés les capteurs élémentaires 2ι à 2Q, à partir des signaux de mesure c (t) à cQ(t). La matrice E est de taille (L+l)2 x Q, le coefficient E correspondant à l'ordre auquel est conduit l'encodage et à la résolution maximale que l'encodage permet d'atteindre. La matrice E est obtenue au moyen de la relation : E = μBΥ (μ BBT + (1 -μ) INJλ
Dans cette équation, le coefficient μ spécifie un compromis entre la fidélité de représentation du champ acoustique P et la minimisation du bruit de fond apporté par les capteurs élémentaires 2ι à 2Q et peut prendre toutes les va- leurs entre 0 et 1. Ainsi, si μ=0, le bruit de fond est minimal et si μ=1 , la qualité spatiale est maximale Avantageusement, les paramètres L et μ peuvent varier avec la fréquence. Dans cette relation, B est une matrice d'échantillonnage spatial de taille Q x L+lf dont les éléments Bq_ι_ f) sont organisés de la manière suivante : o,o() B if) o(f
Dans le cas où tous les capteurs élémentaires 2ι à 2Q sont des capteurs de type omnidirectionnel, le terme B s'exprime de la manière suivante : Dans cette relation, (?'q,θq,φq) est la position du capteur 2q dans le repère sphérique décrit en référence à la figure 1. Dans d'autres modes de réalisation, chaque capteur 2q est placé à la position (rq,θq,φq), présente une directivité composée d'une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et bidirectionnels de proportion dq et est orienté dans la direction (θq a,φq a), de sorte que le capteur 2q présente une sensibilité maximale dans la direction (θq,φq). Dans ce cas les éléments Bq_ι f sont obtenus de la manière suivante :
B n,Af) Aπ jl j*,(krq)y?(θq,φq)ur ou : Ul-(krq)-(l + l)jM(krq) -/*,(* = 21 + 1 pourm=0 pourl≤m≤/-l pourm=/ et où ur = sin θg sin θq cos(φq -φq) + cos θq cos θq u. = cos θ sin θ cos(φ -φ")- sin θ cos θ.1 uφ = ήn θ« sm(φq a - φq )
Dans le cas ou les moyens d'acquisition 1 ne comportent que des capteurs car- dioïdes, le paramètre dq prend la valeur pour les Q capteurs. De manière générale, la matrice notée E est donc représentative de la position des capteurs élémentaires 2^ à 2Q. La détermination de E n'impose pas de contrainte sur la position (rq,θg,φq) des capteurs et permet notamment de prendre en compte les configurations non régulières. De telles configurations non régulières sont plus efficaces, car elles permettent de prélever plus d'informations sur le champ initial P, en s'affranchissant des redondances introduites par les configurations régulières. Dans l'équation exprimant T, la matrice de filtrage D est une matrice de décodage représentative des directions générales de restitution prédéterminées sélectionnées. La matrice D permet de déterminer les signaux de pilotage permettant la restitution de haute précision du champ acoustique estimé P et donc du champ acoustique acquis P. La matrice D est de taille N x (L+lf et est obtenue au moyen de la relation matricielle suivante :
D = (Mτ WM)'X MΎW
W est une matrice correspondant à une fenêtre spatiale définissant le volume dans lequel la restitution doit être faite. C'est une matrice diagonale de taille (L+lf contenant des coefficients de pondération Wt et dans laquelle chaque coefficient Wι se trouve 2/+1 fois à la suite sur la diagonale. La matrice Wa donc la forme suivante :
Dans le mode de réalisation décrit, les valeurs prises par les coefficients Wι correspondent aux valeurs d'une fonction telle qu'une fenêtre de Hamming de taille de 21+1 évaluée en /, de sorte que le paramètre Wι est déterminé pour / allant de O à L. M est une matrice correspondant aux directions générales de restitution prédéterminées, soit au format multicanal de sortie. C'est une matrice de taille (L+lf sur N, constituée d'éléments /,M,„, les indices l,m désignant la ligne l2+l+m et n désignant la colonne n. La matrice M a donc la forme suivante : ^ 0,0,1 Af" 0,0.2 M 0t0,N ^ 1,-1,1 ^ 1 ,-1 ,2 - • Mι _ N •M"l,0,l ^1,0,2 • • MlfitN Af,,!,! M1> 2 - M ..LΛM L _Lt2- •M Li .- .N • M fitN • M L r N
Dans le mode de réalisation décrit, les éléments /,„,,„ s'obtiennent à partir du format multicanal selon la relation : où (θn,φn) correspond à la direction générale associée au canal sc„(t) dans le format multicanal. L'étape 30 de traitement correspond donc à l'application à l'ensemble des signaux de mesure c-i à CQ, de combinaisons de filtrages pour engendrer une pluralité de signaux traités constituant une représentation P du champ acousti- que P ) sensiblement indépendante des caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1 , sous la forme d'un nombre fini de coefficients de Fourier- Bessel. L'étape 30 correspond également à l'application, auxdits signaux traités, de combinaisons linéaires spécifiques pour engendrer la pluralité correspon- dante de signaux acoustiques sci à SCΝ. Sur la figure 4, on a représenté de manière schématique la mise en œuvre de l'étape 30 de traitement réalisée par les moyens 8 décrits précédemment. Les filtres Tn>q(f) sont appliqués aux signaux de mesure cχ(t) à c^ ) au moyen des méthodes usuelles de filtrage comme par exemple : - le filtrage dans le domaine fréquentiel comme par exemple, des techniques de convolution par bloc ; - le filtrage dans le domaine temporel par réponse impulsionnelle ; et - le filtrage dans le domaine temporel au moyen de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie. Les N signaux de sortie scι(t) à sc^t) obtenus à l'issue du traitement de l'invention sont représentatifs d'un champ acoustique P qui est restitué en connectant chaque canal scn(t) à l'élément de restitution correspondant 12n émettant des ondes planes de direction (θn,φ„) selon les spécifications du format multicanal. L'action simultanée des N éléments de restitution 12ι à 12w respectivement pilotés par les canaux scχ(t) à permet de reproduire le champ acoustique P . Grâce au traitement réalisé correspondant à la matrice de filtrage T, la représentation du champ acoustique P au format multicanal est proche du champ acoustique P dans lequel sont plongés les capteurs 2q. Il apparaît que la matrice T est obtenue en manipulant des descriptions de champ acoustique décomposées à un ordre élevé et conduit à une représentation de haute qualité du champ acoustique. Il apparaît donc que la mise en œuvre d'une distribution sensiblement non régulière des capteurs élémentaires, permet de singulariser chacun des capteurs et de prélever davantage d'informations spatiales sur le champ acoustique. Grâce au traitement de l'invention, toutes ces informations peuvent être restituées au mieux afin d'obtenir une représentation de haute qualité au format multicanal avec un faible nombre de capteurs élémentaires. Notamment, dans le cas d'une restitution de type dit 5.1 telle que décrite précédemment, le nombre de capteurs élémentaires est par exemple inférieur à 25 et préférentiellement inférieur à 10. Bien entendu, de nombreux modes de réalisation peuvent être envisagés. Notamment, d'autres types de capteurs peuvent être utilisés en modifiant les équations en fonction de leur nature. Par exemple, les capteurs élémentaires peuvent tous ou en partie être des capteurs omnidirectionnels et ou car- dioïdes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P) du type comportant : - des moyens (1) d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires (2ι à 2Q) distribués dans l'espace, et délivrant chacun un signal de mesure (c-i à CQ); et - des moyens (8) de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure (ci à cQ), de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques (sci à SCN) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace (14), l'ensemble desdits signaux acoustiques (sci à SCN) formant une représentation dudit champ acoustique (P), caractérisé en ce que lesdits capteurs élémentaires (2-ι à 2Q ) sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière et en ce que lesdites combinaisons de filtrage sont représentatives de cette distribution.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) sont tels que, pour tous les repères usuels, pour au moins une des coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs élémentaires (2ι à 2Q ) sont distribuées sur des valeurs distinctes et à pas non constant.
3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) comportent au moins un capteur élémentaire omnidirectionnel.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1 ) comportent au moins un capteur élémentaire dont la directivité est une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et bidirectionnels.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) comportent un nombre de capteurs élémentaires (2ι à 2Q) compris entre une et cinq fois le nombre de directions générales de restitution prédéterminées.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de traitement comportent un unique étage de filtrage matriciel recevant en entrée lesdits signaux de mesure (ci à CQ) et délivrant en sortie ladite pluralité de signaux acoustiques (sci à SCN).
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de traitement forment des combinaisons linéaires pondérées desdits signaux de mesure (ci à CQ) afin de former lesdits signaux acoustiques de sortie 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que lesdits moyens (8) de traitement permettent l'application de combinaisons de filtrage variant avec la fréquence desdits signaux de mesure (ci à CQ) traités. 9. Dispositif de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P) du type comportant des moyens (8) de traitement des signaux délivrés par des moyens (1 ) d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires (2ι à 2Q) distribués dans l'espace, par l'application de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques (sci à SCN) associés chacun à une direction générale prédéterminée de restitution défi- nie par rapport à un point donné de l'espace (14), lesdits signaux acoustiques (sci à SCN) formant une représentation dudit champ acoustique (P), caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de traitement sont adaptés pour traiter des signaux délivrés par des moyens d'acquisition (1) formés de capteurs (2ι à 2Q) distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière. 10. Procédé de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P), caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (20) d'acquisition en une pluralité de points distribués dans l'espace de façon sensiblement non régulière dudit champ acoustique (P) par des moyens d'acquisition (1 ) d'ondes acoustiques, afin de délivrer une pluralité de signaux de mesure (ci à CN) représentatifs en chaque point, en amplitude et en phase, dudit champ acoustique (P) ; - une étape (30) de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure (c-i à CQ), de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de si- gnaux acoustiques (sci à SCN) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace (14), l'ensemble desdits signaux acoustiques (sci à SCN) formant une représentation dudit champ acoustique (P). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape (30) de traitement correspond à : - l'application auxdits signaux de mesure (ci à CQ), de combinaisons de filtrages pour engendrer une pluralité de signaux traités constituant une représentation dudit champ acoustique (P) sensiblement indépendante des caractéristi- ques structurelles des moyens d'acquisition (1), sous la forme d'un nombre fini de coefficients de Fourier-Bessel ; et - l'application auxdits signaux traités de combinaisons linéaires spécifiques pour engendrer ladite pluralité correspondante de signaux acoustiques 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 , caractérisé en ce que ladite étape (30) de traitement correspond à l'application de combinaisons de filtrage selon une technique sélectionnée parmi le groupe formé : - de techniques de filtrage dans le domaine fréquentiel ; - de techniques de filtrage dans le domaine temporel par réponse impulsionnelle ; et - de techniques de filtrage dans le domaine temporel, aux moyens de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie. 13. Procédé de vérification du caractère non régulier d'un réseau de capteurs élémentaires (2ι à 2Q), caractérisé en ce qu'il consiste : - à considérer le réseau dans un premier repère usuel ; - à vérifier les valeurs des positions de tous les capteurs (2ι à 2Q) selon une première coordonnée dudit repère ; - si des valeurs desdites premières coordonnées ne sont ni constan- tes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est dit non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère ; - si les valeurs desdites premières coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs de position des capteurs selon une seconde coordonnée dudit repère ; - si les valeurs desdites secondes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré avec un autre repère ; - si les valeurs desdites secondes coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon une troisième coordonnée dudit repère ; - si les valeurs desdites troisièmes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère ; - si pour les premières, secondes et troisièmes coordonnées, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, le réseau est régulier dans le repère courant ; - si dans l'un quelconque des repères usuels, le réseau est régulier, il est dit régulier ; et - si le réseau est non régulier dans chacun des repères usuels, il est dit non régulier.
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