EP3844981A1 - Procédé pour une restitution sonore spatialisée d'un champ sonore audible en une position d'un auditeur se déplaçant et système mettant en ouvre un tel procédé - Google Patents

Procédé pour une restitution sonore spatialisée d'un champ sonore audible en une position d'un auditeur se déplaçant et système mettant en ouvre un tel procédé

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EP3844981A1
EP3844981A1 EP19778569.4A EP19778569A EP3844981A1 EP 3844981 A1 EP3844981 A1 EP 3844981A1 EP 19778569 A EP19778569 A EP 19778569A EP 3844981 A1 EP3844981 A1 EP 3844981A1
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EP
European Patent Office
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listener
sub
zone
loudspeakers
mic
Prior art date
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EP19778569.4A
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German (de)
English (en)
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EP3844981B1 (fr
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Georges Roussel
Rozenn Nicol
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Orange SA
Original Assignee
Orange SA
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Publication date
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Publication of EP3844981B1 publication Critical patent/EP3844981B1/fr
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    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
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    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
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    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
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    • H04S2400/00—Details of stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
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    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/01—Enhancing the perception of the sound image or of the spatial distribution using head related transfer functions [HRTF's] or equivalents thereof, e.g. interaural time difference [ITD] or interaural level difference [ILD]

Definitions

  • the invention is in the field of spatialized audio and sound field control.
  • the purpose of the method is to restore at least one sound field in an area, for a listener, according to the position of the listener.
  • the method aims to restore the sound field by taking into account the movements of the listener.
  • the area is covered by a network of speakers, powered by respective control signals to each transmit an audio signal continuously.
  • a respective weight is applied to each speaker control signal in order to restore the sound field according to the position of the listener. From the weights, a set of filters is determined, each filter of the set of filters corresponding to each loudspeaker. The signal to be distributed to the listener is then filtered by the filter set and broadcast by the loudspeaker corresponding to the filter.
  • the iterative methods used use the weights calculated in the previous iteration to calculate the new weights.
  • the filter set therefore has a memory of the previous iterations.
  • part of the sound field which was restored in the previous iteration (or in the old position of the listener) is absent from the new position of the listener. It is therefore no longer constrained and the part of the weights allowing this previous restitution is no longer useful but remains in memory.
  • the sound field restored at the previous position of the listener, at the previous iteration is no longer useful for calculating the weights at the current position of the listener, or at the current iteration, but remains in memory.
  • the present invention improves the situation.
  • the method comprises iteratively and continuously for each listener: obtaining the current position of a listener in the area by means of a position sensor;
  • a position of said point being defined dynamically as a function of the current position of the listener, said point corresponding to a virtual microphone position
  • the present method is therefore based directly on the displacement of the listener to vary the forget factor at each iteration. This reduces the memory effect due to the calculation of the weights in the previous iterations. The precision of the field restitution is greatly improved, while not requiring too expensive computing resources.
  • a plurality of points forming the respective positions of a plurality of virtual microphones is defined in the area to estimate a plurality of respective acoustic pressures in the area taking into account the respective weight applied to each speaker , each comprising a forgetting factor respectively, and transfer functions specific to each loudspeaker into each virtual microphone, the plurality of points being centered on the position of the listener.
  • the sound pressure is estimated at a plurality of points in the area, surrounding the listener.
  • This allows weights to be applied to each speaker taking into account the differences in sound pressures that may occur at different points in the area.
  • the estimation of the acoustic pressures is therefore carried out in a homogeneous and precise manner around the listener, which makes it possible to increase the precision of the method.
  • the zone comprises a first sub-zone in which the selected sound field is to make audible and a second sub-zone in which the chosen sound field is to make inaudible, the first sub-zone being defined dynamically as corresponding to the position of the listener and of said virtual microphone, the virtual microphone being a first virtual microphone, and the second sub-zone being defined dynamically as being complementary to the first sub-zone, the second sub-zone being covered by at least one second virtual microphone whose position is defined dynamically as a function of said second sub-zone, the method further comprising iteratively:
  • the method therefore allows to restore different sound fields in the same area, using the same speaker system, based on a movement of the listener.
  • the sound field actually restored in the two sub-zones is evaluated so that each time the listener moves, the sound pressure in each of the sub-zones effectively reaches the target sound pressure.
  • the position of the auditor can be used to determine the sub-area in which the field sound is to be made audible.
  • the sub-zone in which the sound field is to be made inaudible is then defined dynamically each time the listener moves.
  • the forgetting factor is therefore calculated iteratively for each of the two sub-zones, so that the sound pressure in each of the sub-zones reaches its target sound pressure.
  • the zone comprises a first sub-zone in which the selected sound field is to make audible and a second sub-zone in which the chosen sound field is to make inaudible, the second sub-zone being defined dynamically as corresponding to the position of the listener and of said virtual microphone, the virtual microphone being a first virtual microphone, and the first sub-zone being defined dynamically as being complementary to the second sub-zone, the first sub-zone being covered by at least one second virtual microphone whose position is defined dynamically as a function of said first sub-zone, the method further comprising iteratively:
  • each sub-zone comprises at least one virtual microphone and two speakers, and preferably each sub-zone comprises at least ten virtual microphones and at least ten speakers. The method is therefore able to operate with a plurality of microphones and speakers.
  • a value of the forgetting factor increases if the listener moves and decreases if the listener does not move.
  • the forgetting factor is defined by , with g (h) the forget factor, n the current iteration, y max the maximum forget factor, c a parameter defined by the designer equal to m an adaptation step, m a variable defined according to d '' a displacement of the listener having as a maximum c and a variable allowing to adjust the speed of increase or decrease of the forgetting factor.
  • the forgetting factor is directly estimated based on a displacement of the listener.
  • the forgetting factor depends on the distance traveled by each listener by the listener, in other words the speed of movement of the listener. A different forgetting factor can therefore be estimated for each listener.
  • the values of the variables can also be adjusted during iterations so as to really take into account the displacement of the listener.
  • the forgetting factor is between 0 and 1.
  • the present invention also relates to a system of spatialized sound reproduction from a network of loudspeakers covering an area, with a view to broadcasting a selected sound field, selectively audible in a position of a listener in the area, characterized in that it comprises a processing unit suitable for the processing and the implementation of the method according to the invention.
  • the present invention also relates to a storage medium for a computer program, which can be loaded into a memory associated with a processor, and comprising portions of code for implementing a method according to the invention during the execution of said program by the processor.
  • FIG. 1 represents an example of a system according to an embodiment of the invention
  • FIGS. 2a and 2b illustrate, in the form of a flowchart, the main steps of a particular embodiment of the method
  • FIG. 3 schematically illustrates an embodiment in which two sub-zones are defined dynamically as a function of the geolocation data of an auditor
  • Figures 4a and 4b illustrate, in the form of a flowchart, the main steps of a second embodiment of the method.
  • FIG. 1 schematically illustrates a SYST system according to an exemplary embodiment.
  • the SYST system comprises a network of loudspeakers HP comprising N loudspeakers (HP I , ..., HP n ), with N at least equal to 2, and preferably at least equal to 10.
  • the loudspeaker network loudspeakers cover a zone Z.
  • the loudspeakers HP are supplied by respective control signals to each emit an audio signal continuously, for the purpose of a spatialized sound diffusion of a sound field chosen in zone Z. More precisely , the selected sound field is to be reproduced at a position al by a listener U.
  • the loudspeakers can be defined by their position in the zone.
  • the position al of the listener U can be obtained by means of a position sensor POS.
  • the area is also covered by MIC microphones.
  • the area is covered by a network of M MIC microphones, with M at least equal to 1 and preferably at least equal to 10.
  • the MIC microphones are virtual microphones.
  • the term “microphone MIC” is used, the microphones being able to be real or virtual.
  • MIC microphones are identified by their position in the Z zone.
  • the virtual microphones are defined as a function of the position al of the listener U in the zone Z.
  • the virtual microphones MIC can be defined so as to surround the listener U.
  • the position of the virtual microphones MIC changes as a function of the position al of the listener U.
  • the array of microphones MIC surrounds the position al of the listener U. Then, when the listener U moves towards position a2, the array of MIC microphones is redefined to surround the listener's position a2.
  • the displacement of listener U is shown diagrammatically by the arrow F.
  • the SYST system further comprises a TRAIT processing unit capable of implementing the steps of the method.
  • the TRAIT processing unit notably includes a memory, forming a storage medium for a computer program comprising portions of code for implementing the method described below with reference to FIGS. 2a and 2b.
  • the TRAIT processing unit further comprises a processor PROC capable of executing the code portions of the computer program.
  • the TRAIT processing unit receives, continuously and in real time, the position of the microphones MIC, the position of the listener U, the positions of each speaker HP, the audio signal to be reproduced S (U) intended for the listener U and the target sound field P t to be reached at the position of the listener.
  • the TRAIT processing unit also receives the estimated acoustic pressure P at the position of the listener U. From this data, the TRAIT processing unit calculates the FILT filter to be applied to the signal S in order to restore the sound field target P t .
  • the TRAIT processing unit outputs the filtered signals S (HPi ... HPN) to be broadcast respectively on the speakers HPi to HPN .
  • Figures 2a and 2b illustrate the main steps of a method for the reproduction of a selected sound field in a position of a listener, when the listener is moving.
  • the process steps are implemented by the TRAIT processing unit continuously and in real time.
  • step S1 the position of the listener U in the zone is obtained by means of a position sensor. From this geolocation data, a network of virtual microphones MIC is defined in step S2.
  • the network of virtual MIC microphones can take any geometric shape such as a square, a circle, a rectangle ...
  • the network of virtual microphones MIC can be centered around the position of the listener U.
  • the network of virtual microphones MIC defined for example a perimeter of a few tens of centimeters to a few tens of meters around the listener U.
  • the network of virtual microphones MIC comprises at least two virtual microphones, and preferably at least ten virtual microphones. The number of virtual microphones and their arrangement define limits in the quality of reproduction of the area.
  • step S3 the position of each speaker HP is determined.
  • the area includes a network of speakers comprising at least two loudspeakers.
  • the speaker network comprises ten or so HP loudspeakers.
  • the HP speakers can be distributed throughout the area so that the entire area is covered by the speakers.
  • step S4 a distance between each pair of loudspeaker HP and microphone MIC is calculated. This makes it possible to be able to calculate each of the transfer functions Ftransf, for each pair of loudspeaker HP / microphone MIC, in step S5.
  • the loudspeakers (HRI,.,., HR N ) are controlled by a set of weights grouped in the vector is the transpose operator.
  • the sound field propagation path between each pair of loudspeaker HP and microphone MIC can be defined by a set of transfer functions G (w, h) assembled in the matrix
  • G mi Jpck e ⁇ kRml , with R mi the distance between a speaker and microphone pair, k 4nR mi
  • the sound pressure P is determined at the position of the listener U. More precisely, the sound pressure P is determined within the perimeter defined by the network of virtual microphones MIC. Even more precisely, the sound pressure P is determined in each virtual microphone.
  • the sound pressure P is the sound pressure from the signals broadcast by the loudspeakers in the area.
  • the sound pressure P is determined from the transfer functions Ftransf, calculated in step S5, and from a weight applied to the control signals supplying each loudspeaker.
  • the initial weight applied to the control signals of each of the loudspeakers is zero. This corresponds to the weight applied to the first iteration. Then, with each new iteration, the weight applied to the control signals tends to vary, as described below.
  • the sound pressure P includes all of the sound pressures determined at each of the positions of the virtual microphones.
  • the sound pressure estimated at the position of the listener U is more representative. This makes it possible to obtain a homogeneous result at the end of the process.
  • Step S7 makes it possible to define the value of the target sound pressure Pt at the position of the listener U. More precisely, the value of the target sound pressure Pt is initialized at this step. The target sound pressure Pt can be chosen by the designer. It is then transmitted to the TRAIT processing unit in the form of the vector defined above.
  • step S8 the error between the target pressure Pt and the estimated pressure P at the position of the listener U is calculated.
  • the error may be due to the fact that an adaptation step is applied to me so that the target pressure Pt is not reached immediately.
  • the target pressure Pt is reached after a certain number of process iterations. This minimizes the computational resources necessary to reach the target pressure at the position of the listener U. It also ensures the stability of the algorithm.
  • the adaptation step m is also chosen so that the error calculated in step S8 has a small value, in order to stabilize the filter.
  • step S 12 the forgetting factor g (h) is calculated in order to calculate the weights to be applied to each control signal from the loudspeakers.
  • the forget factor g (h) has two roles. On the one hand, it helps to regularize the problem. In other words, it prevents the process from diverging when it is in a stationary state.
  • the forget factor g (h) makes it possible to attenuate the weights calculated in the previous iterations. So when the listener moves, previous weights do not affect future weights.
  • the forgetting factor g (h) is determined based directly on a possible displacement of the listener. This calculation is illustrated in steps S9 to Sl l.
  • step S9 the position of the listener in the previous iterations is retrieved. It is for example possible to retrieve the position of the listener in all the previous iterations. As a variant, it is possible to recover the position of the listener only for part of the previous iterations, for example the last ten or the last hundred iterations.
  • a speed of movement of the listener is calculated in step S 10.
  • the speed of movement can be calculated in meters per iteration.
  • the listener’s speed may be zero.
  • step Sl 1 the forgetting factor g (h) is calculated according to the formula:
  • the forget factor g is limited between 0 and y max . According to this definition, y, llax therefore corresponds to a maximum percentage of weight to be forgotten between each iteration.
  • m The choice of the value of m is variable during iterations. It is chosen such that if there is a displacement of the listener, then the forgetting factor increases. When there is no movement, it decreases. In other words, when the listener's speed is positive, the forget factor increases and when the listener's speed is zero it decreases.
  • variable a mainly influences the speed of convergence of the process. In other words, it allows you to choose the number of iterations for which the maximum value y max and / or minimum of the forget factor is reached.
  • variables l u and correspond respectively to an up step and a down step of the forgetting factor. They are defined according to the speed of movement of the listener and / or according to a modification of the sound field chosen to be reproduced.
  • the rise step l u has a greater value if the preceding weights are to be quickly forgotten during movement (for example in the case where the speed of movement of the listener is high).
  • the step of descent has a greater value if the previous weights are completely forgotten at the end of a movement of the listener.
  • step S12 the forgetting factor is modified there if necessary, depending on the result of the calculation in step S 11.
  • the calculation and modification of the forget factor in step S 12 is used to calculate the weights to be applied to the control signals of the loudspeakers HP. More precisely, at the first iteration, the weights are initialized to zero (step S 13). Each speaker broadcasts an unweighted control signal. Then, at each iteration, the value of the weights varies as a function of the error and the forgetting factor (step S14). The loudspeakers then broadcast a weighted control signal, which may be different with each new iteration.
  • This modification of the control signals explains in particular that the acoustic pressure P estimated at the position of the listener U can be different at each iteration.
  • m the adaptation step which can vary with each iteration
  • g (h) the forgetting factor which can vary.
  • step S15 the FILT filters to be applied to the loudspeakers are calculated.
  • a speaker filter is calculated. So there can be as many filters as there are speakers.
  • To obtain filters in the time domain from the weights calculated in the previous step it is possible to perform a symmetry of the weights calculated in the frequency domain by taking their conjugate complex. Then, an inverse Fourier transform is performed to obtain the filters in the time domain.
  • the filters calculated may not respect the principle of causation. A time shift of the filter, corresponding for example to half the length of the filter, can be achieved. Thus, a plurality of filters, for example one filter per speaker, is obtained.
  • step S16 the audio signal to be broadcast to the listener is obtained. It is then possible to perform a real-time filtering of the audio signal S (U) in order to broadcast the signal over the loudspeakers.
  • the signal S (U) is filtered in step S 17 by the filters calculated in step S15 and broadcast by the loudspeaker corresponding to the filter in steps S18 and S19.
  • the FILT filters are calculated as a function of the filtered signals S (HP I , ..., HP n ), weighted at the previous iteration and broadcast by the loudspeakers, as perceived by the microphone network.
  • the FILT filters are applied to the signal S (U) to obtain new control signals S (HP I , ..., HP n ) to be broadcast respectively on each speaker of the speaker network.
  • step S6 The process is then restarted from step S6 in which the sound pressure in the position of the listener is determined.
  • the speaker network HP covers an area comprising a first sub-area SZ1 and a second sub-area SZ2.
  • the HP loudspeakers are supplied with respective control signals to each emit an audio signal continuously, with a view to spatialized sound diffusion of a selected sound field.
  • the selected sound field is to be made audible in one of the sub-zones, and to be made inaudible in the other sub-zone.
  • the selected sound field is audible in the first subzone SZ1.
  • the selected sound field is to be made inaudible in the second subzone SZ2.
  • the speakers can be defined by their position in the area.
  • Each subzone SZ can be defined by the position of the listener U. It is then possible to define, as a function of the geolocation data of the listener, the first subzone SZ1, in which the listener U hears the selected sound field.
  • the subzone SZ1 has for example predefined dimensions.
  • the first sub-area can correspond to an area of a few tens of centimeters to a few tens of meters, of which the listener U is the center.
  • the second subzone SZ2, in which the selected sound field is to be made inaudible can be defined as the complementary subzone.
  • the position of the auditor U can define, in the same manner as described above, the second subzone SZ2.
  • the first subzone SZ1 is defined as complementary to the second subzone SZ2.
  • part of the MIC microphone array covers the first subzone SZ1 while the other part covers the second subzone SZ2.
  • Each sub-zone includes at least one virtual microphone.
  • the zone is covered by M microphones Ml to MIC M ⁇
  • the first sub-zone is covered by microphones MICi to MIC N , with N less than M.
  • the second sub-zone is covered by microphones MIC N + I to MIC M ⁇
  • sub-zones are defined according to the position of the listener, they change as the listener moves.
  • the position of virtual microphones is changing in the same way.
  • the first subzone SZ1 is defined by the position al of the listener U (shown in solid lines).
  • the MIC microphone array is defined to cover the first subzone SZ1.
  • the second subzone SZ2 is complementary to the first subzone SZ1.
  • the arrow F illustrates a displacement of the listener LF towards a position a2.
  • the first subzone SZ1 is then redefined around the LF listener (in dotted lines).
  • the MIC microphone array is redefined to cover the new first subzone SZ1.
  • the rest of the area represents the new second SZ2 subzone.
  • the first subzone SZ1 initially defined by the position al of the listener is in the second subzone SZ2.
  • the TRAIT processing unit receives as input the position of the microphones MIC, the geolocation data of the listener U, the positions of each speaker HP, the audio signal to reproduce S (U) intended for the listener U and the target sound fields Pt l Pt 2 to be reached in each sub-zone. From this data, the processing unit TRAIT calculates the FILT filter to be applied to the signal S (U) in order to restore the target sound fields Pt l Pt 2 in the sub-zones. The TRAIT processing unit also receives the acoustic pressures Pi, P 2 estimated in each of the sub-zones. The TRAIT processing unit outputs the filtered signals S (HPi ... HPN) to be broadcast respectively on the speakers HPi to HPN .
  • FIGS 4a and 4b illustrate the main steps of the method according to the invention.
  • the process steps are implemented by the TRAIT processing unit continuously and in real time.
  • the purpose of the method is to make the selected sound field inaudible in one of the subzones, for example in the second subzone SZ2 while following the movement of a listener whose position defines the subzones .
  • the method is based on an estimation of acoustic pressures in each of the sub-zones, so as to apply a desired level of sound contrast between the two sub-zones.
  • the audio signal S (U) is filtered as a function of the estimated acoustic pressures and the level of sound contrast in order to obtain the control signals S (HP I ... HP n ) to be broadcast on the loudspeakers.
  • step S20 the position of the listener U is determined, for example by means of a position sensor POS. From this position, the two subzones SZ1, SZ2 are defined.
  • the first sub-zone corresponds to the position of the listener U.
  • the first sub-zone SZ1 is for example defined as being an area of a few tens of centimeters to a few tens of meters in circumference, of which the first listener Ul is the center.
  • the second subzone SZ2 can be defined as being complementary to the first subzone SZ1.
  • the second subzone SZ2 which is defined by the position of the listener, the first subzone SZ1 being complementary to the second subzone SZ2.
  • step S21 the network of microphones MIC is defined, at least one microphone covering each of the subzones SZ1, SZ2.
  • step S22 the position of each speaker HP is determined, as described above with reference to Figures 2a and 2b.
  • step S23 a distance between each pair of loudspeaker HP and microphone MIC is calculated. This makes it possible to be able to calculate each of the transfer functions Ftransf, for each speaker pair HP / microphone MIC, in step S4. More specifically, the target sound field can be defined as a vector
  • the exponent T is the transposition operator.
  • the sound field propagation path between each pair of loudspeaker HP and microphone MIC can be defined by a set of transfer functions G (w, h) assembled in the matrix
  • G mi with R mi the distance between a speaker and microphone pair
  • step S25 the acoustic pressures P x and P 2 are determined respectively in the first subzone SZ1 and in the second subzone SZ2.
  • the acoustic pressure P x in the first subzone SZ1 can be the acoustic pressure originating from the signals broadcast by the loudspeakers in the first subzone.
  • the sound pressure P 2 in the second sub-area, in which the sound signals are to be made inaudible, may correspond to the induced sound pressure resulting from the signals broadcast by the loudspeakers supplied by the control signals associated with the pressure P x induced in the first subzone.
  • the acoustic pressures P l 5 P 2 are determined from the transfer functions Ftransf calculated in step S24, and from an initial weight applied to the control signals of each loudspeaker. The initial weight applied to the control signals of each of the loudspeakers is zero. Then, the weight applied to the control signals tends to vary with each iteration, as described below.
  • the acoustic pressures P l 5 P 2 each include all of the acoustic pressures determined at each of the positions of the virtual microphones.
  • the sound pressure estimated in the sub-zones is more representative. This makes it possible to obtain a homogeneous result at the end of the process.
  • a sound pressure determined in a single position P 2 , P 2 is respectively estimated for the first subzone SZ1 and for the second subzone SZ2. This makes it possible to limit the number of calculations, and therefore to decrease the processing time and consequently the reactivity of the system.
  • step S26 the sound levels Li and L 2 are determined respectively in the first subzone SZ1 and in the second subzone SZ2.
  • the sound levels Li and L 2 are determined at each position of the MIC microphones.
  • This step converts the estimated sound pressure values P l 5 P 2 into measurable values in decibels. In this way, the sound contrast between the first and second subzones can be calculated.
  • step S27 a desired sound contrast level C c between the first sub-area and the second sub-area is defined.
  • the desired sound contrast C c between the first subzone SZ1 and the second subzone SZ2 is previously defined by a designer as a function of the selected sound field and / or the perception of a listener U.
  • the average sound level in a sub-area can be defined as:
  • This coefficient is determined by the amplitude of the sound pressure to be given to each microphone so that the sound level in the second sub-area is homogeneous.
  • the principle is therefore to use the pressure field present in the second sub-zone which is induced by the sound pressure in the first sub-zone, then to attenuate or to amplify the individual values of estimated sound pressures. in each microphone, so that they correspond to the target sound field in the second sub-area on all of the microphones.
  • x [x 1 ,. . . , x hi , ... , x M ] t .
  • the attenuation coefficients are calculated so as to meet the contrast criterion defined by the designer.
  • the attenuation coefficient is defined so that the difference between the sound contrast between the two subzones SZ2 and the desired sound contrast Ce is close to zero.
  • Step S30 to S32 make it possible to define the value of the target acoustic pressures Pt- L , Pt 2 in the first and second subzones SZ1, SZ2.
  • Step S30 includes the initialization of the target acoustic pressures Pt ⁇ Pt 2 , respectively in the first and second subzones SZ1, SZ2.
  • the target acoustic pressures Pt 1 5 Pt 2 characterize the target sound field to be diffused in the sub-zones.
  • the target acoustic pressure Pt x in the first subzone SZ1 is defined as being a target pressure Pt 15 chosen by the designer.
  • the target pressure Pt- L in the first subzone SZ1 is greater than zero, so that the target sound field is audible in this first subzone.
  • the target sound pressure Pt 2 in the second subzone is initialized to zero.
  • the target pressures Pt- L , Pt 2 are then transmitted to the processing unit TRAIT in step S31, in the form of a vector Pt.
  • the target pressure Pt 2 in the second sub-zone takes the value of the attenuated sound pressure P 2 (step S29). This allows, at each iteration, to redefine the target sound field to be reproduced in the second sub-zone, taking into account the perception of the listener and the control signals from the speakers.
  • the target acoustic pressure Pt 2 of the second subzone is equal to zero only during the first iteration. In fact, as soon as the loudspeakers broadcast a signal, a sound field is perceived in the first sub-zone, but also in the second sub-zone.
  • the target pressure Pt 2 in the second sub-area is calculated as follows.
  • step S33 the error between the target pressure Pt 2 and the estimated pressure P 2 in the second sub-area is calculated.
  • the error is due to the fact that an adaptation step m is applied so that the target pressure Pt 2 is not immediately reached.
  • the target pressure Pt 2 is reached after a certain number of iterations of the process. This minimizes the computing resources necessary to reach the target pressure Pt 2 in the second subzone SZ2. This also ensures the stability of the algorithm.
  • the adaptation step m is also chosen so that the error calculated in step S33 has a small value, in order to stabilize the filter.
  • the forget factor g (h) is then calculated to calculate the weights to be applied to each speaker control signal.
  • the forgetting factor g (h) helps to regularize the problem and reduce the weights calculated in previous iterations. So when the listener moves, previous weights do not affect future weights.
  • the forget factor g (h) is determined based directly on a possible displacement of the listener. This calculation is illustrated in steps S34 to S36.
  • step S34 the position of the listener in the previous iterations is recovered. It is for example possible to recover the position of the listener in all the previous iterations. As a variant, it is possible to recover the position of the listener only for part of the previous iterations, for example the last ten or the last hundred iterations.
  • a speed of movement of the listener is calculated in step S35. Travel speed can be calculated in meters per iteration. The listener's speed may be zero.
  • step S36 the forgetting factor g (h) is calculated according to the formula described above:
  • step S33 the forget factor g (h) is modified if necessary, depending on the result of the calculation of step S36.
  • step S37 The calculation and modification of the forget factor in step S37 is used to calculate the weights to be applied to the control signals of the loudspeakers. More specifically, at the first iteration the weights are initialized to zero (step S38). Each speaker broadcasts an unweighted control signal. Then, at each iteration, the value of the weights varies according to the error and the forgetting factor (step S39). The loudspeakers then broadcast the weighted control signal.
  • q (n + 1) q (n) (l— mg (h) ' ) + / rG H (n) (G (n) q (n) - Pt (n)).
  • the FILT filters to apply to the speakers are then determined in step S40. For example, an HP speaker filter is calculated. So there can be as many filters as there are speakers.
  • the type of filters applied to each speaker includes, for example, an inverse Fourier transform.
  • Step S41 is an initialization step, implemented only at the first iteration of the method.
  • the audio signal to be reproduced S (U) is intended respectively for the listener U.
  • the filters FILT are applied to the signal S (U), in order to obtain N control signals S (HPi, ..., HP n ) filtered to be broadcast respectively by the loudspeakers (HRi, ..,, HR N ) in step S43.
  • the control signals S (HP I , ..., HP n ) are broadcast respectively by each speaker (HP I , ..., HP n ) of the speaker network in step S44.
  • the HP loudspeakers broadcast the control signals continuously.
  • the FILT filters are calculated as a function of the signals S (HP I , ..., HP n ) filtered at the previous iteration and broadcast by the loudspeakers, as perceived by the network microphones.
  • FILT filters are applied to the S (U) signal to obtain new control signals S (HPi, ..., HP N ) to be broadcast respectively on each speaker of the speaker network.
  • step S35 The method is then restarted from step S35 in which the acoustic pressures P l 5 P 2 of the two subzones SZ1, SZ2 are estimated.
  • the method can be implemented for a plurality of listeners Ui to UN ⁇
  • an audio signal S (Ui, U N ) can be provided respectively for each listener.
  • the steps of the method can be implemented for each of the listeners, so that the chosen sound field of each listener is restored to their position, and taking into account their movements.
  • a plurality of forgetting factors can be calculated for each of the listeners.
  • the selected sound field is a first sound field, at least a second chosen sound field being broadcast by the speaker network HP.
  • the second selected sound field is audible in the second sub-zone for a second listener and is to be made inaudible in the first sub-zone for a first listener.
  • the loudspeakers are powered by the first control signals to each emit a continuous audio signal corresponding to the first sound field chosen, and are also powered by second control signals to each emit a continuous audio signal corresponding to the second sound field selected.
  • the process steps as described above can be applied to the first subzone SZ1, so that the second selected sound field is made inaudible in the first subzone SZ1 taking into account the movements of the two listeners.
  • the first and second sub-areas are not complementary.
  • a first sub-zone can be defined with respect to a first listener Ul and a second sub-zone can be defined with respect to a second listener U2.
  • the sound field must be made audible in the first sub-zone and inaudible in the second sub-zone.
  • the sound field in the rest of the area may not be controlled.

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Abstract

Un procédé assisté par des moyens informatiques, pour une restitution sonore spatialisée à partir d'un réseau de haut-parleurs (HP1, HPN) en vue d'une diffusion d'un champ sonore choisi en une position d'un auditeur comprend itérativement et en continu : - obtention de la position courante d'un auditeur, - détermination des fonctions de transfert acoustiques respectives des haut-parleurs en un microphone virtuel dont la position est définie dynamiquement en fonction de la position courante de l'auditeur, - estimation d'une pression acoustique (P) en le microphone virtuel (MIC), - calcul d'une erreur entre ladite pression acoustique estimée (P) et une pression acoustique cible (Pt), - calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande (S(HP1,HPN)) des haut-parleurs (HP1,…,HPN), en fonction de ladite erreur et d'un facteur d'oubli de poids, ledit facteur d'oubli étant calculé en fonction d'un déplacement de l'auditeur, - calcul de la pression acoustique en la position courante de l'auditeur.

Description

Procédé pour une restitution sonore spatialisée d’un champ sonore audible en une position d’un auditeur se déplaçant et système mettant en œuvre un tel procédé
[001] L’invention se place dans le domaine de l’audio spatialisée et du contrôle de champs sonores. Le procédé a pour but de restituer au moins un champ sonore dans une zone, pour un auditeur, en fonction de la position de l’auditeur. Notamment, le procédé a pour but de restituer le champ sonore en prenant en compte les déplacements de l’auditeur.
[002] La zone est couverte par un réseau de haut-parleurs, alimentées par des signaux de commande respectifs pour émettre chacun un signal audio en continu. Un poids respectif est appliqué à chaque signal de commande des haut-parleurs afin de restituer le champ sonore suivant la position de l’auditeur. A partir des poids, un jeu de filtres est déterminé, chaque filtre du jeu de filtres correspondant à chaque haut-parleur. Le signal devant être distribué à l’auditeur est alors filtré par le jeu de filtre et diffusé par le haut-parleur correspondant au filtre.
[003] Les méthodes itératives utilisées se servent des poids calculés à l’itération précédente pour calculer les nouveaux poids. Le jeu de filtres dispose donc d’une mémoire des itérations précédentes. Lors d’un déplacement de l’auditeur, une partie du champ sonore qui a été restitué à l’itération précédente (ou à l’ancienne position de l’auditeur) est absent de la nouvelle position de l’auditeur. Il n’est donc plus contraint et la partie des poids permettant cette restitution précédente n’est plus utile mais reste en mémoire. Autrement dit, le champ sonore restitué en la position précédente de l’auditeur, à l’itération précédente n’est plus utile pour le calcul des poids à la position courante de l’auditeur, ou à l’itération courante, mais reste en mémoire.
[004] La présente invention vient améliorer la situation.
[005] A cet effet, elle propose un procédé assisté par des moyens informatiques, pour une restitution sonore spatialisée à partir d’un réseau de haut-parleurs couvrant une zone, en vue d’une diffusion d’un champ sonore choisi, audible au moins en une position d’au moins un auditeur dans la zone, dans lequel, les haut-parleurs sont alimentés par des signaux de commande respectifs pour émettre chacun un signal audio en continu, le procédé comprend itérativement et en continu pour chaque auditeur : obtention de la position courante d’un auditeur dans la zone au moyen d’un capteur de position ;
détermination de distances entre au moins un point de la zone et des positions respectives des haut-parleurs pour en déduire des fonctions de transfert acoustiques respectives des haut-parleurs en ledit point, une position dudit point étant définie dynamiquement en fonction de la position courante de l’auditeur, ledit point correspondant à une position de microphone virtuel,
estimation d’une pression acoustique en ledit microphone virtuel, au moins en fonction des signaux de commande respectifs des haut-parleurs, et d’un poids initial respectif des signaux de commande des haut-parleurs ;
calcul d’une erreur entre ladite pression acoustique estimée et une pression acoustique cible, souhaitée en ledit microphone virtuel ;
calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande des haut- parleurs, en fonction de ladite erreur et d’un facteur d’oubli de poids, ledit facteur d’oubli étant calculé en fonction d’un déplacement de l’auditeur, ledit déplacement étant déterminé par une comparaison entre une position précédente de l’auditeur et la position courante de l’auditeur ;
le calcul de la pression acoustique en la position de l’auditeur étant mis en œuvre à nouveau en fonction des signaux de commande respectifs, ainsi pondérés, des haut- parleurs.
[006] La présente méthode se base donc directement sur le déplacement de l’auditeur pour faire varier le facteur d’oubli à chaque itération. Cela permet d’atténuer l’effet mémoire dû au calcul des poids aux itérations précédentes. La précision de la restitution du champ en est grandement améliorée, tout en ne nécessitant pas de ressources en calcul trop coûteuses.
[007] Selon une réalisation, une pluralité de points formant les positions respectives d’une pluralité de microphones virtuels est définie dans la zone pour estimer une pluralité de pressions acoustiques respectives dans la zone en tenant compte du poids respectif appliqué à chaque haut-parleur, comprenant chacun respectivement un facteur d’oubli, et des fonctions de transfert propres à chaque haut-parleur en chaque microphone virtuel, la pluralité de points étant centrée sur la position de l’auditeur. [008] De cette manière, la pression acoustique est estimée en une pluralité de points de la zone, entourant l’auditeur. Cela permet d’appliquer des poids à chaque haut-parleur en tenant compte des écarts de pressions acoustiques pouvant survenir en différents points de la zone. L’estimation des pressions acoustiques est donc réalisée de manière homogène et précise autour de l’auditeur, ce qui permet d’accroître la précision de la méthode.
[009] Selon une réalisation, la zone comprend une première sous-zone dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre audible et une deuxième sous-zone dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre inaudible, la première sous-zone étant définie dynamiquement comme correspondant à la position de l’auditeur et dudit microphone virtuel, le microphone virtuel étant un premier microphone virtuel, et la deuxième sous- zone étant définie dynamiquement comme étant complémentaire de la première sous- zone, la deuxième sous-zone étant couverte par au moins un deuxième microphone virtuel dont une position est définie dynamiquement en fonction de ladite deuxième sous-zone, le procédé comprenant en outre itérativement :
une estimation d’une pression acoustique dans la deuxième sous-zone, au moins en fonction des signaux de commande respectifs des haut-parleurs, et d’un poids initial respectif des signaux de commande des haut-parleurs ;
calcul d’une erreur entre ladite pression acoustique estimée dans la deuxième sous- zone et une pression acoustique cible, souhaitée dans la deuxième sous-zone ; calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande des haut- parleurs, en fonction de ladite erreur et d’un facteur d’oubli de poids, ledit facteur d’oubli étant calculé en fonction d’un déplacement de l’auditeur, ledit déplacement étant déterminé par une comparaison entre une position précédente de l’auditeur et la position courante de l’auditeur ;
le calcul de la pression acoustique dans la deuxième sous-zone étant mis en œuvre à nouveau en fonction des signaux de commande respectifs, pondérés, des haut-parleurs.
[010] La méthode permet donc de restituer différents champs sonores dans une même zone, en utilisant le même système de haut-parleurs, en fonction d’un déplacement de l’auditeur. Ainsi, à chaque itération, le champ sonore effectivement restitué dans les deux sous-zones est évalué afin qu’à chaque déplacement de l’auditeur, la pression acoustique dans chacune des sous-zones atteigne effectivement la pression acoustique cible. La position de l’auditeur peut permettre de déterminer la sous-zone dans laquelle le champ sonore est à rendre audible. La sous-zone dans laquelle le champ sonore est à rendre inaudible est alors définie dynamiquement à chaque déplacement de l’auditeur. Le facteur d’oubli est donc calculé itérativement pour chacune des deux sous-zones, de sorte que la pression acoustique dans chacune des sous-zones atteigne sa pression acoustique cible.
[011] Selon une réalisation, la zone comprend une première sous-zone dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre audible et une deuxième sous-zone dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre inaudible, la deuxième sous-zone étant définie dynamiquement comme correspondant à la position de l’auditeur et dudit microphone virtuel, le microphone virtuel étant un premier microphone virtuel, et la première sous- zone étant définie dynamiquement comme étant complémentaire de la deuxième sous- zone, la première sous-zone étant couverte par au moins un deuxième microphone virtuel dont une position est définie dynamiquement en fonction de ladite première sous-zone, le procédé comprenant en outre itérativement :
une estimation d’une pression acoustique dans la deuxième sous-zone, au moins en fonction des signaux de commande respectifs des haut-parleurs, et d’un poids initial respectif des signaux de commande des haut-parleurs ;
calcul d’une erreur entre ladite pression acoustique estimée dans la deuxième sous- zone et une pression acoustique cible, souhaitée dans la deuxième sous-zone ; calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande des haut- parleurs, en fonction de ladite erreur et d’un facteur d’oubli de poids, ledit facteur d’oubli étant calculé en fonction d’un déplacement de l’auditeur, ledit déplacement étant déterminé par une comparaison entre une position précédente de l’auditeur et la position courante de l’auditeur ;
le calcul de la pression acoustique dans la deuxième sous-zone étant mis en œuvre à nouveau en fonction des signaux de commande respectifs, pondérés, des haut-parleurs.
[012] De même, la position de l’auditeur peut permettre de définir la sous-zone dans laquelle le champ sonore est à rendre inaudible. La sous-zone dans laquelle le champ sonore est à rendre audible étant définie dynamiquement comme complémentaire de l’autre sous-zone. Le facteur d’oubli est donc calculé itérativement pour chacune des deux sous-zones, de sorte que la pression acoustique dans chacune des sous-zones atteigne sa pression acoustique cible. [013] Selon une réalisation, chaque sous-zone comprend au moins un microphone virtuel et deux haut-parleurs, et de préférence chaque sous-zone comprend au moins une dizaine de microphones virtuels et au moins une dizaine de haut-parleurs. [014] Le procédé est donc apte à fonctionner avec une pluralité de microphones et de haut-parleurs.
[015] Selon une réalisation, une valeur du facteur d’oubli augmente si l’auditeur se déplace et diminue si l’auditeur ne se déplace pas.
[016] L’augmentation du facteur d’oubli en cas de déplacement de l’auditeur permet d’oublier plus rapidement les poids calculés aux itérations précédentes. Au contraire, la diminution du facteur d’oubli lorsque l’auditeur ne se déplace pas permet de conserver au moins en partie les poids calculés aux itérations précédentes.
[017] Selon une réalisation, le facteur d’oubli est défini par , avec g(h) le facteur d’oubli, n l’itération courante, ymax le facteur d’oubli maximal, c un paramètre défini par le concepteur égal à m un pas d’adaptation, m une variable définie en fonction d’un déplacement de l’auditeur ayant comme maximum c et a une variable permettant d’ajuster la vitesse d’augmentation ou de diminution du facteur d’oubli.
[018] Ainsi, le facteur d’oubli est directement estimé en fonction d’un déplacement de l’auditeur. Notamment, le facteur d’oubli dépend de la distance parcourue à chaque itération par l’auditeur, autrement dit de la vitesse de déplacement de l’auditeur. Un facteur d’oubli différent peut donc être estimé pour chaque auditeur. Les valeurs des variables peuvent également être ajustées au cours des itérations de manière à prendre réellement en compte le déplacement de l’auditeur.
[019] Selon une réalisation, un pas de montée lu et un pas de descente U du facteur d’oubli sont définis tels que : si un déplacement de l’auditeur est déterminé, m = min(m + lu, 1) si aucun déplacement de l’auditeur n’est déterminé, m = max(m - la, 0), avec 0< lu <1 et 0< la <1, les pas de montée et de descente étant définis en fonction d’une vitesse de déplacement d’un auditeur et/ou d’une modification du champ sonore choisi à restituer.
[020] La définition de deux variables distinctes lu et la permet de choisir les vitesses de réaction de la méthode en fonction du début et/ou de la fin du déplacement de l’auditeur.
[021] Selon une réalisation, le facteur d’oubli est compris entre 0 et 1.
[022] Ainsi, cela permet d’oublier les poids précédents en totalité ou de conserver les poids précédents en totalité.
[023] La présente invention vise aussi un système de restitution sonore spatialisée à partir d’un réseau de haut-parleurs couvrant une zone, en vue d’une diffusion d’un champ sonore choisi, audible sélectivement en une position d’un auditeur dans la zone, caractérisé en ce qu’il comprend une unité de traitement adaptée pour le traitement et la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
[024] La présente invention vise aussi un support de stockage d’un programme d’ordinateur, chargeable dans une mémoire associée à un processeur, et comprenant des portions de code pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention lors de l’exécution dudit programme par le processeur.
[025] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation de l’invention, et à l’examen des dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 représente un exemple de système selon un mode de réalisation de l’invention,
les figures 2a et 2b illustrent, sous la forme d’un ordinogramme, les principales étapes d’un mode de réalisation particulier du procédé, la figure 3 illustre de façon schématique un mode de réalisation dans lequel deux sous- zones sont définies dynamiquement en fonction des données de géolocalisation d’un auditeur,
les figures 4a et 4b illustrent, sous la forme d’un ordinogramme, les principales étapes d’un deuxième mode de réalisation du procédé.
[026] Les modes de réalisation décrits en référence aux figures peuvent être combinés.
[027] La figure 1 illustre schématiquement un système SYST selon un exemple de réalisation. Le système SYST comprend un réseau de haut-parleurs HP comprenant N haut-parleurs (HPI,...,HPn), avec N au moins égal à 2, et de préférence au moins égal à 10. Le réseau de haut-parleurs HP couvre une zone Z. Les haut-parleurs HP sont alimentés par des signaux de commande respectifs pour émettre chacun un signal audio en continu, en vue d’une diffusion sonore spatialisée d’un champ sonore choisi dans la zone Z. Plus précisément, le champ sonore choisi est à restituer en une position al d’un auditeur U. Les haut-parleurs peuvent être définis par leur position dans la zone. La position al de l’auditeur U peut être obtenue au moyen d’un capteur de position POS.
[028] La zone est en outre couverte par des microphones MIC. Dans un exemple de réalisation, la zone est couverte par un réseau de M microphones MIC, avec M au moins égal à 1 et de préférence au moins égal à 10. Dans une réalisation particulière, les microphones MIC sont des microphones virtuels. Dans la suite de la description, le terme « microphone MIC » est utilisé, les microphones pouvant être réels ou virtuels. Les microphones MIC sont repérés par leur position dans la zone Z.
[029] Dans un exemple de réalisation, les microphones virtuels sont définis en fonction de la position al de l’auditeur U dans la zone Z. Notamment, les microphones virtuels MIC peuvent être définis de manière à entourer l’auditeur U. Dans cet exemple de réalisation, la position des microphones virtuels MIC change en fonction de la position al de l’auditeur U.
[030] Comme illustré sur la figure 1, le réseau de microphones MIC entoure la position al de l’auditeur U. Puis, lorsque l’auditeur U se déplace vers la position a2, le réseau de microphones MIC est redéfini pour entourer la position a2 de l’auditeur. Le déplacement de l’auditeur U est schématisé par la flèche F.
[031] Le système SYST comprend en outre une unité de traitement TRAIT apte à mettre en œuvre les étapes du procédé. L’unité de traitement TRAIT comprend notamment une mémoire, formant un support de stockage d’un programme d’ordinateur comprenant des portions de code pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-après en référence aux figures 2a et 2b. L’unité de traitement TRAIT comprend en outre un processeur PROC apte à exécuter les portions de code du programme d’ordinateur.
[032] L’unité de traitement TRAIT reçoit, en continu et en temps réel, la position des microphones MIC, la position de l’auditeur U, les positions de chaque haut-parleur HP, le signal audio à reproduire S (U) destiné à l’auditeur U et le champ sonore cible Pt à atteindre en la position de l’auditeur. L’unité de traitement TRAIT reçoit en outre la pression acoustique estimée P en la position de l’auditeur U. A partir de ces données, l’unité de traitement TRAIT calcul le filtre FILT à appliquer au signal S afin de restituer le champ sonore cible Pt. L’unité de traitement TRAIT délivre en sortie les signaux filtrés S(HPi...HPN) à diffuser respectivement sur les haut-parleurs HPi à HPN.
[033] Les figures 2a et 2b illustrent les principales étapes d’un procédé pour la restitution d’un champ sonore choisi en une position d’un auditeur, lorsque l’auditeur se déplace. Les étapes du procédé sont mises en œuvre par l’unité de traitement TRAIT de manière continue et en temps réel.
[034] A l’étape Sl, la position de l’auditeur U dans la zone est obtenue au moyen d’un capteur de position. A partir de ces données de géolocalisation, un réseau de microphones virtuels MIC est défini à l’étape S2. Le réseau de microphones virtuels MIC peut prendre toute forme géométrique telle qu’un carré, un cercle, un rectangle... Le réseau de microphones virtuels MIC peut être centré autour de la position de l’auditeur U. Le réseau de microphones virtuels MIC défini par exemple un périmètre de quelques dizaines de centimètres à quelques dizaines de mètres autour de l’auditeur U. Le réseau de microphones virtuels MIC comprend au moins deux microphones virtuels, et de préférence au moins dix microphones virtuels. Le nombre de microphones virtuels ainsi que leur agencement définissent des limites dans la qualité de restitution de la zone. [035] A l’étape S3, la position de chaque haut-parleur HP est déterminée. Notamment, la zone comprend un réseau de haut-parleurs comprenant au moins deux haut-parleurs HP. De préférence, le réseau de haut-parleurs comprend une dizaine de haut-parleur HP. Les haut-parleurs HP peuvent être répartis dans la zone de manière à ce que l’intégralité de la zone soit couverte par les haut-parleurs.
[036] A l’étape S4, une distance entre chaque couple de haut-parleur HP et de microphone MIC est calculée. Cela permet de pouvoir calculer chacune des fonctions de transfert Ftransf, pour chaque couple haut-parleur HP/microphone MIC, à l’étape S5.
[037] Plus précisément, le champ sonore cible peut être défini comme un vecteur Pt(<z>, ri) pour l’ensembles des microphones MIC, à chaque instant n pour une pulsation w = 2 p/, f étant la fréquence. Les microphones virtuels MICi à MICM du réseau de microphones virtuels sont disposés aux positions xMIC = [MIC1, MICm] et capturent un ensemble de pressions acoustiques regroupés dans le vecteur P (w, ).
[038] Le champ sonore est reproduit par les haut-parleurs (HPI,...,HPn) fixes et ayant comme position respective xHP = [HP1, .. . , HPN] . Les haut-parleurs (HRI, . , .,HRN) sont pilotés par un ensemble de poids regroupés dans le vecteur est l’opérateur de transposition.
[039] Le trajet de propagation du champ sonore entre chaque couple de haut-parleur HP et microphone MIC peut être défini par un ensemble de fonctions de transferts G (w, h) assemblées dans la matrice
Avec les fonctions de transfert définies comme étant :
Gmi = Jpck e~ kRml , avec Rmi la distance entre un couple haut-parleur et microphone, k 4nRmi
le nombre d’onde, p la masse volumique de l’air et c la célérité du son. [040] A l’étape S6, la pression acoustique P est déterminée en la position de l’auditeur U. Plus précisément, la pression acoustique P est déterminée dans le périmètre défini par le réseau de microphones virtuels MIC. De manière encore plus précise, la pression acoustique P est déterminée en chaque microphone virtuel. La pression acoustique P est la pression acoustique issue des signaux diffusés par les haut-parleurs dans la zone. La pression acoustique P est déterminée à partir des fonctions de transfert Ftransf, calculées à l’étape S5, et d’un poids appliqué aux signaux de commande alimentant chaque haut- parleur. Le poids initial appliqué aux signaux de commande de chacun des haut-parleurs est égal à zéro. Cela correspond au poids appliqué à la première itération. Puis, à chaque nouvelle itération, le poids appliqué aux signaux de commande tend à varier, tel que décrit ci-après.
[041] Dans cet exemple, la pression acoustique P comprend l’ensemble des pressions acoustiques déterminées en chacune des positions des microphones virtuels. Ainsi, la pression acoustique estimée en la position de l’auditeur U est plus représentative. Cela permet d’obtenir un résultat homogène en sortie du procédé.
[042] L’étape S7 permet de définir la valeur de la pression acoustique cible Pt en la position de l’auditeur U. Plus précisément, la valeur de la pression acoustique cible Pt est initialisée à cette étape. La pression acoustique cible Pt peut être choisie par le concepteur. Elle est ensuite transmise à l’unité de traitement TRAIT sous la forme du vecteur défini ci-avant.
[043] A l’étape S8, l’erreur entre la pression cible Pt et la pression estimée P en la position de l’auditeur U est calculée. L’erreur peut être due au fait qu’un pas d’adaptation m est appliqué de manière à ce que la pression cible Pt ne soit pas atteinte immédiatement. La pression cible Pt est atteinte au bout d’un certain nombre d’itérations du procédé. Cela permet de minimiser les ressources en calcul nécessaires pour atteindre la pression cible en la position de l’auditeur U. Cela permet en outre d’assurer la stabilité de l’algorithme. De la même manière, le pas d’adaptation m est également choisi de sorte que l’erreur calculée à l’étape S8 ait une petite valeur, afin de stabiliser le filtre.
[044] L’erreur E(n) est calculée comme suit :
[045] A l’étape S 12, le facteur d’oubli g(h) est calculé afin de calculer les poids à appliquer à chaque signal de commande des haut-parleurs.
[046] Le facteur d’oubli g(h) a deux rôles. D’une part, il permet de régulariser le problème. Autrement dit, il permet d’éviter que le procédé ne diverge lorsqu’il est dans un état stationnaire.
[047] D’autre part, le facteur d’oubli g(h) permet d’atténuer les poids calculés aux itérations précédentes. Ainsi, lorsque l’auditeur se déplace, les poids précédents n’influent pas sur les poids futurs.
[048] Le facteur d’oubli g(h) est déterminé en se basant directement sur un éventuel déplacement de l’auditeur. Ce calcul est illustré aux étapes S9 à Sl l. A l’étape S9, la position de l’auditeur aux itérations précédentes est récupérée. Il est par exemple possible de récupérer la position de l’auditeur à toutes les itérations précédentes. En variante, il est possible de ne récupérer la position de l’auditeur que pour une partie des précédentes itérations, par exemple les dix dernières ou les cent dernières itérations.
[049] A partir de ces données, une vitesse de déplacement de l’auditeur est calculée à l’étape S 10. La vitesse de déplacement peut être calculée en mètres par itération. La vitesse de l’auditeur peut être nulle.
[050] A l’étape Sl 1, le facteur d’oubli g(h) est calculé selon la formule :
avec g le facteur d’oubli, n l’itération courante, ymax le facteur d’oubli maximal, c un paramètre défini par le concepteur égal à m le pas d’adaptation, m une variable définie en fonction d’un déplacement de l’auditeur ayant comme maximum c et a une variable permettant d’ajuster la vitesse d’augmentation ou de diminution du facteur d’oubli. [051] Le facteur d’oubli g est borné entre 0 et ymax. Selon cette définition, y,llax correspond donc à un pourcentage maximal de poids à oublier entre chaque itération.
[052] Le choix de la valeur de m est variable au cours des itérations. Il est choisi tel que s’il existe un déplacement de l’auditeur, alors le facteur d’oubli augmente. Lorsqu’il n’y a pas de déplacement, il diminue. Autrement dit, lorsque la vitesse de l’auditeur est positive, le facteur d’oubli augmente et lorsque la vitesse de l’auditeur est nulle il diminue.
[053] La variable a influe principalement sur la vitesse de convergence du procédé. Autrement dit, il permet de choisir le nombre d’itérations pour lesquelles la valeur maximale ymax et/ou minimale du facteur d’oubli est atteinte.
[054] La variable m est définie comme suit :
si un déplacement de l’auditeur est déterminé, m = min (m + lu, 1)
- si aucun déplacement de l’auditeur n’est déterminé, m = ma x( - l , 0).
[055] Les variables lu et correspondent respectivement à un pas de montée et un pas de descente du facteur d’oubli. Ils sont définis en fonction de la vitesse de déplacement de l’auditeur et/ou en fonction d’une modification du champ sonore choisi à restituer.
[056] Notamment, le pas de montée lu a une valeur plus importante si les poids précédents sont à oublier rapidement en cours de déplacement (par exemple dans le cas où la vitesse de déplacement de l’auditeur est importante). Le pas de descente a une valeur plus importante si les poids précédents sont complètement à oublier à la fin d’un déplacement de l’auditeur.
[057] La définition de deux variables lu et l permet donc de moduler le système. Cela permet de prendre en compte, en temps réel et en continu, le déplacement de l’auditeur. Ainsi, à chaque itération, le facteur d’oubli est calculé en fonction du déplacement réel de l’auditeur, de manière à restituer le champ sonore choisi en la position de l’auditeur.
[058] A l’étape S12, le facteur d’oubli y est modifié si nécessaire, en fonction du résultat du calcul de l’étape S 11. [059] Le calcul et la modification du facteur d’oubli à l’étape S 12 sert à calculer les poids à appliquer aux signaux de commande des haut-parleurs HP. Plus précisément, à la première itération, les poids sont initialisés à zéro (étape S 13). Chaque haut-parleur diffuse un signal de commande non pondéré. Puis, à chaque itération, la valeur des poids varie en fonction de l’erreur et du facteur d’oubli (étape S14). Les haut-parleurs diffusent alors un signal de commande pondéré, qui peut être différent à chaque nouvelle itération. Cette modification des signaux de commande explique notamment que la pression acoustique P estimée en la position de l’auditeur U puisse être différente à chaque itération.
[060] Les nouveaux poids sont calculés à l’étape S 14 selon la formule mathématique : q (n + 1) = q(n)(l— mc(h)) + mGH (n)(G(n)q(n)— Pt(n)), avec m le pas d’adaptation pouvant varier à chaque itération et g(h ) le facteur d’oubli pouvant varier. Afin de garantir la stabilité du filtre, il est avantageux d’éviter que le pas d’adaptation m ne soit supérieur à l’inverse de la plus grande valeur propre de GHG.
[061] A l’étape S15, les filtres FILT à appliquer aux haut-parleurs sont calculés. Par exemple, un filtre par haut-parleur est calculé. Il peut donc y avoir autant de filtres que de haut-parleurs. Pour obtenir des filtres dans le domaine temporel à partir des poids calculés à l’étape précédente, il est possible d’effectuer une symétrie des poids calculés dans le domaine fréquentiel en prenant leur complexe conjugué. Puis, une transformée de Fourier Inverse est réalisée pour obtenir les filtres dans le domaine temporel. Toutefois, les filtres calculés peuvent ne pas respecter le principe de causalité. Un décalage temporel du filtre, correspondant par exemple à la moitié de la longueur de filtre, peut être réalisé. Ainsi, une pluralité de filtres, par exemple un filtre par haut-parleur, est obtenue.
[062] A l’étape S16, le signal audio à diffuser à l’auditeur est obtenu. Il est alors possible de réaliser un filtrage en temps réel du signal audio S (U) pour diffuser le signal sur les haut-parleurs. Notamment, le signal S (U) est filtré à l’étape S 17 par les filtres calculés à l’étape S15 et diffusé par le haut-parleur correspondant au filtre aux étapes S18 et S19. [063] Puis, à chaque itération, les filtres FILT sont calculés en fonction des signaux S(HPI, .. .,HPn) filtrés, pondérés à l’itération précédente et diffusés par les haut-parleurs, tels que perçus par le réseau de microphones. Les filtres FILT sont appliqués au signal S (U) pour obtenir de nouveaux signaux de commande S(HPI,.. . ,HPn) à diffuser respectivement sur chaque haut- parleur du réseau de haut-parleurs.
[064] Le procédé est alors relancé à partir de l’étape S6 dans laquelle la pression acoustique en la position de l’auditeur est déterminée.
[065] Ci-après, un autre mode de réalisation est décrit. Les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments.
[066] Dans ce mode de réalisation, le réseau de haut-parleurs HP couvre une zone comprenant une première sous-zone SZ1 et une deuxième sous-zone SZ2. Les haut- parleurs HP sont alimentés par des signaux de commande respectifs pour émettre chacun un signal audio en continu, en vue d’une diffusion sonore spatialisée d’un champ sonore choisi. Le champ sonore choisi est à rendre audible dans une des sous-zones, et à rendre inaudible dans l’autre sous-zone. Par exemple, le champ sonore choisi est audible dans la première sous-zone SZ1. Le champ sonore choisi est à rendre inaudible dans la deuxième sous-zone SZ2. Les haut-parleurs peuvent être définis par leur position dans la zone.
[067] Chaque sous-zone SZ peut être définie par la position de l’auditeur U. Il est alors possible de définir, en fonction des données de géolocalisation de l’auditeur, la première sous-zone SZ1, dans laquelle l’auditeur U entend le champ sonore choisi. La sous-zone SZ1 a par exemple des dimensions prédéfinies. Notamment, la première sous-zone peut correspondre à une surface de quelques dizaines de centimètres à quelques dizaines de mètres, dont l’auditeur U est le centre. La deuxième sous-zone SZ2, dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre inaudible, peut être définie comme la sous-zone complémentaire.
[068] En variante, la position de l’auditeur U peut définir, de la même manière que décrite ci-avant, la deuxième sous-zone SZ2. La première sous-zone SZ1 est définie comme complémentaire de la deuxième sous-zone SZ2. [069] Selon cette réalisation, une partie du réseau de microphones MIC couvre la première sous-zone SZ1 tandis que l’autre partie couvre la deuxième sous-zone SZ2. Chaque sous-zone comprend au moins un microphone virtuel. Par exemple, la zone est couverte par M microphones Ml à MICM· La première sous-zone est couverte par les microphones MICi à MICN, avec N inférieur à M. La deuxième sous-zone est couverte par les microphones MICN+I à MICM·
[070] Les sous-zones étant définies en fonction de la position de l’auditeur, elles évoluent à mesure que l’auditeur se déplace. La position des microphones virtuels évolue de la même manière.
[071] Plus précisément, et comme illustré sur la figure 3, la première sous-zone SZ1 est définie par la position al de l’auditeur U (représentés en traits plein). Le réseau de microphones MIC est défini de manière à couvrir la première sous-zone SZ1. La deuxième sous-zone SZ2 est complémentaire de la première sous-zone SZ1. La flèche F illustre un déplacement de l’auditeur LF vers une position a2. La première sous-zone SZ1 est alors redéfinie autour de l’auditeur LF (en traits pointillés). Le réseau de microphones MIC est redéfini de manière à couvrir la nouvelle première sous-zone SZ1. Le reste de la zone représente la nouvelle deuxième sous-zone SZ2. Ainsi, la première sous-zone SZ1 définie initialement par la position al de l’auditeur se trouve dans la deuxième sous-zone SZ2.
[072] Ainsi, sur le système illustré figure 3, l’unité de traitement TRAIT reçoit en entrée la position des microphones MIC, les données de géolocalisation de l’auditeur U, les positions de chaque haut-parleur HP, le signal audio à reproduire S (U) destiné à l’auditeur U et les champs sonores cibles Ptl Pt2 à atteindre dans chaque sous-zone. A partir de ces données, l’unité de traitement TRAIT calcul le filtre FILT à appliquer au signal S (U) afin de restituer les champs sonores cibles Ptl Pt2 dans les sous-zones. L’unité de traitement TRAIT reçoit également les pressions acoustiques Pi, P2 estimées dans chacune des sous-zones. L’unité de traitement TRAIT délivre en sortie les signaux filtrés S(HPi...HPN) à diffuser respectivement sur les haut-parleurs HPi à HPN.
[073] Les figures 4a et 4b illustrent les principales étapes du procédé selon l’invention. Les étapes du procédé sont mises en œuvre par l’unité de traitement TRAIT de manière continue et en temps réel. [074] Le procédé a pour but de rendre inaudible le champ sonore choisi dans l’une des sous-zones, par exemple dans la deuxième sous-zone SZ2 tout en suivant le déplacement d’un auditeur dont la position définit les sous-zones. Le procédé est basé sur une estimation de pressions acoustiques dans chacune des sous-zones, de manière à appliquer un niveau de contraste sonore souhaité entre les deux sous-zones. A chaque itération, le signal audio S (U) est filtré en fonction des pressions acoustiques estimées et du niveau de contraste sonore pour obtenir les signaux de commande S(HPI ...HPn) à diffuser sur les haut-parleurs.
[075] A l’étape S20, la position de l’auditeur U est déterminée, par exemple au moyen d’un capteur de position POS. A partir de cette position, les deux sous-zones SZ1, SZ2 sont définies. Par exemple, la première sous-zone correspond à la position de l’auditeur U. La première sous-zone SZ1 est par exemple définie comme étant une zone de quelques dizaines de centimètres à quelques dizaines de mètres de circonférence, dont le premier auditeur Ul est le centre. La deuxième sous-zone SZ2 peut être définie comme étant complémentaire de la première sous-zone SZ1.
[076] En variante, c’est la deuxième sous-zone SZ2 qui est définie par la position de l’auditeur, la première sous-zone SZ1 étant complémentaire de la deuxième sous-zone SZ2.
[077] A l’étape S21, le réseau de microphones MIC est défini, au moins un microphone couvrant chacune des sous-zones SZ1, SZ2.
[078] A l’étape S22, la position de chaque haut-parleur HP est déterminée, tel que décrit ci-avant en référence aux figures 2a et 2b.
[079] A l’étape S23, une distance entre chaque couple de haut-parleur HP et de microphone MIC est calculée. Cela permet de pouvoir calculer chacune des fonctions de transfert Ftransf, pour chaque couple haut-parleur HP/microphone MIC, à l’étape S4. [080] Plus précisément, le champ sonore cible peut être défini comme un vecteur
Pt (w, ri) Pt 1 , pour l’ensembles des microphones MIC, à chaque instant n pour une
Pt2
pulsation w = 2 p/, / étant la fréquence. Les microphones MICi à MICM sont disposés aux positions xMIC = [MIC1, MICm] et capturent un ensemble de pressions acoustiques regroupés dans le vecteur R(w, n).
[081] Le champ sonore est reproduit par les haut-parleurs (HRI,. , .,HRN) fixes et ayant comme position respective xHP = [HP1, .. . , HPN] . Les haut-parleurs (HRI,. , .,HRN) sont pilotés par un ensemble de poids regroupés dans le vecteur q (w, ri) = [ ^(w, h), . .. , qN(où, ri)]T . L’exposant T est l’opérateur de transposition.
[082] Le trajet de propagation du champ sonore entre chaque couple de haut-parleur HP et microphone MIC peut être défini par un ensemble de fonctions de transferts G (w, h) assemblées dans la matrice
Gn ( ), n )
G(<x>, n )
-G Ml (w tl)
[083] Avec les fonctions de transfert définies comme étant :
Gmi = avec Rmi la distance entre un couple haut-parleur et microphone,
k le nombre d’onde, p la masse volumique de l’air et c la célérité du son.
[084] A l’étape S25, les pressions acoustiques Px et P2 sont déterminées respectivement dans la première sous-zone SZ1 et dans la deuxième sous-zone SZ2.
[085] Selon un exemple de réalisation, la pression acoustique Px dans la première sous- zone SZ1 peut être la pression acoustique issue des signaux diffusés par les haut-parleurs dans la première sous-zone. La pression acoustique P2 dans la deuxième sous-zone, dans laquelle les signaux sonores sont à rendre inaudibles, peut correspondre à la pression acoustique induite issue des signaux diffusés par les haut-parleurs alimentés par les signaux de commande associés à la pression Px induite dans la première sous-zone. [086] Les pressions acoustiques Pl 5 P2 sont déterminées à partir des fonctions de transfert Ftransf calculées à l’étape S24, et d’un poids initial appliqué aux signaux de commande de chaque haut-parleur. Le poids initial appliqué aux signaux de commande de chacun des haut-parleurs est égal à zéro. Puis, le poids appliqué aux signaux de commande tend à varier à chaque itération, tel que décrit ci-après.
[087] Selon cet exemple de réalisation, les pressions acoustiques Pl 5 P2 comprennent chacun l’ensemble des pression acoustiques déterminées en chacune des positions des microphones virtuels. Ainsi, la pression acoustique estimée dans les sous-zones est plus représentative. Cela permet d’obtenir un résultat homogène en sortie de procédé.
[088] En variante, une pression acoustique déterminée en une seule position P2 , P2 est respectivement estimée pour la première sous-zone SZ1 et pour la deuxième sous-zone SZ2. Cela permet de limiter le nombre de calculs, et donc de diminuer le temps de traitement et par conséquent la réactivité du système.
[089] Plus précisément, les pressions acoustiques P2 , P2 dans chacune des sous-zones
[Pi peuvent être rassemblées sous la forme d’un vecteur défini comme : r(w, n) = D =
2
G(<z>, n)q (w, h)
[090] A l’étape S26, les niveaux sonores Li et L2 sont déterminés respectivement dans la première sous-zone SZ1 et dans la deuxième sous-zone SZ2. Les niveaux sonores Li et L2 sont déterminés en chaque position des microphones MIC. Cette étape permet de convertir les valeurs des pressions acoustiques estimées Pl 5 P2 en des valeurs mesurables en décibels. De cette manière, le contraste sonore entre la première et la deuxième sous-zone peut être calculé. A l’étape S27, un niveau de contraste sonore souhaité Cc entre la première sous-zone et la deuxième sous-zone est défini. Par exemple, le contraste sonore souhaité Cc entre la première sous-zone SZ1 et la deuxième sous-zone SZ2 est préalablement défini par un concepteur en fonction du champ sonore choisi et/ou de la perception d’un auditeur U.
[091] Plus précisément, le niveau sonore L pour un microphone peut être défini par L = 20 log10 (— ), avec p0 la pression acoustique de référence, c’est-à-dire le seuil de Vp o
perception.
[092] Ainsi, le niveau sonore moyen dans une sous-zone peut être défini comme :
fpHp/ \
L = 10 log10 I— 2^ K avec la transposée conjuguée du vecteur de pressions
\ Po J
acoustiques dans la sous-zone et M le nombre de microphones dans cette sous-zone.
[093] A partir du niveau sonore Li, L2 dans les deux sous-zones, il est possible de calculer le contraste sonore estimé C entre les deux sous-zones : C = Li - L2.
[094] A l’étape S28, la différence entre le contraste sonore estimé entre les deux sous- zones et le contraste sonore souhaité Cc est calculée. A partir de cette différence, un coefficient d’atténuation peut être calculé. Le coefficient d’atténuation est calculé et appliqué à la pression acoustique estimée P2 dans la deuxième sous-zone à l’étape S29. Plus précisément, un coefficient d’atténuation est calculé et appliqué à chacune des pressions acoustiques estimées P2 en chacune des positions des microphones MIC de la deuxième sous-zone SZ2. La pression acoustique cible Pt2 dans la deuxième sous-zone prend alors la valeur de la pression acoustique P2 atténuée de la deuxième sous-zone. [095] Mathématiquement, la différence entre le contraste sonore estimé C et le contraste sonore souhaité Cc peut être calculée comme suit = C— Cc = L1— L2— Cc £
Il est alors possible de calculer le coefficient d’atténuation x = 10zo.
[096] Ce coefficient est déterminé par l’amplitude de la pression acoustique à donner à chaque microphone pour que le niveau sonore dans la deuxième sous-zone soit homogène.
Lorsque le contraste est équivalent à celui correspondant au contraste sonore souhaité Ce pour un microphone dans la deuxième sous-zone, alors « 0 donc x « 1. Cela signifie que la pression acoustique estimée en ce microphone correspond à la valeur de pression cible dans la deuxième sous-zone. [097] Lorsque la différence entre le contraste sonore estimé C et le contraste sonore souhaité Ce est négative < 0, cela signifie que le contraste souhaité Ce n’est pas encore atteint, et donc qu’ une amplitude de pression plus faible est à obtenir en ce microphone.
[098] Lorsque la différence entre le contraste sonore estimé C et le contraste sonore souhaité Ce est positive > 0, la pression acoustique en ce point est trop faible. Elle doit donc être augmentée pour correspondre au contraste sonore souhaité dans la deuxième sous-zone.
[099] Le principe est donc d’utiliser le champ de pression présent dans la deuxième sous-zone qui est induit par la pression acoustique dans la première sous-zone, puis d’atténuer ou d’amplifier les valeurs individuelles de pressions acoustiques estimées en chaque microphone, de sorte à ce qu’elles correspondent au champ sonore cible dans la deuxième sous-zone sur l’ensemble des microphones. Pour tous les microphones, on définit le vecteur : x = [x1, . . . , xhi, .. . , xM]t .
[100] Ce coefficient est calculé à chaque itération et peut donc évoluer. Il peut donc être écrit sous la forme x (ri) .
[101] En variante, dans le cas où une unique pression acoustique P2 est estimée pour la deuxième sous-zone SZ2, un seul coefficient d’atténuation est calculé et appliqué à la pression acoustique P2.
[102] Les coefficients d’atténuation sont calculés de manière à répondre au critère de contraste défini par le concepteur. Autrement dit, le coefficient d’atténuation est défini de sorte que la différence entre le contraste sonore entre les deux sous-zones SZ2 et le contraste sonore souhaité Ce soit proche de zéro.
[103] Les étapes S30 à S32 permettent de définir la valeur des pressions acoustiques cibles Pt-L, Pt2 dans la première et la deuxième sous-zone SZ1, SZ2. [104] L’étape S30 comprend l’initialisation des pressions acoustiques cibles Pt^ Pt2, respectivement dans la première et la deuxième sous-zone SZ1, SZ2. Les pressions acoustiques cibles Ptl 5 Pt2 caractérisent le champ sonore cible à diffuser dans les sous- zones. La pression acoustique cible Ptx dans la première sous-zone SZ1 est définie comme étant une pression cible Ptl 5 choisie par le concepteur. Plus précisément, la pression cible Pt-Ldans la première sous-zone SZ1 est supérieure à zéro, de sorte que le champ sonore cible soit audible dans cette première sous-zone. La pression acoustique cible Pt2 dans la seconde sous-zone est initialisée à zéro. Les pressions cibles Pt-L, Pt2 sont ensuite transmises à l’unité de traitement TRAIT à l’étape S31, sous la forme d’un vecteur Pt.
[105] A chaque itération, on attribue de nouvelles valeurs de pressions cibles aux pressions cibles Ptl 5 Pt2 déterminées à l’itération précédente. Cela correspond à l’étape S32. Plus précisément, la valeur de la pression cible Pt x dan s la première sous-zone est celle définie à l’étape S30 par le concepteur. Le concepteur peut modifier cette valeur à tout moment. La pression acoustique cible Pt2 dans la deuxième sous-zone prend la valeur de la pression acoustique P2 atténuée (étape S29). Cela permet, à chaque itération, de redéfinir le champ sonore cible à restituer dans la deuxième sous-zone, en tenant compte de la perception de l’auditeur et des signaux de commande des haut-parleurs. Ainsi, la pression acoustique cible Pt2 de la deuxième sous-zone n’est égale à zéro que lors de la première itération. En effet, dès lors que les haut-parleurs diffusent un signal, un champ sonore est perçu dans la première sous-zone, mais également dans la deuxième sous-zone. [106] Mathématiquement, la pression cible Pt2 dans la deuxième sous-zone est calculée comme suit.
[107] A la première itération, Pt2 est égale à zéro : Pt2 (0) = 0 . [108] A chaque itération, la pression acoustique P2 estimée dans la deuxième sous-zone est calculée. Cette pression acoustique correspond à la pression acoustique induite dans la seconde sous-zone par le rayonnement des haut-parleurs dans la première sous-zone. Ainsi, à chaque itération on a : R2(w, n) = G2(<x>, n)q(<x>, n), avec G2 (w, n) la matrice de fonctions de transfert dans la deuxième sous-zone à l’itération n.
[109] La pression cible Pt2 à l’itération n + 1 peut donc être calculée comme Pt2(n + 1) = x(h) X P2.
[110] A l’étape S33, l’erreur entre la pression cible Pt2 et la pression estimée P2 dans la deuxième sous-zone est calculée. L’erreur est due au fait qu’un pas d’adaptation m est appliqué de manière à ce que la pression cible Pt2 ne soit pas atteinte immédiatement. La pression cible Pt2 est atteinte au bout d’un certain nombre d’itérations du procédé. Cela permet de minimiser les ressources en calcul nécessaires pour atteindre la pression cible Pt2 dans la deuxième sous-zone SZ2. Cela permet en outre d’assurer la stabilité de l’algorithme. De la même manière, le pas d’adaptation m est également choisi de sorte que l’erreur calculée à l’étape S33 ait une petite valeur, afin de stabiliser le filtre.
[111] Le facteur d’oubli g(h) est ensuite calculé afin de calculer les poids à appliquer à chaque signal de commande des haut-parleurs.
[112] Comme décrit ci-avant, le facteur d’oubli g(h) permet de régulariser le problème et d’atténuer les poids calculés aux itérations précédentes. Ainsi, lorsque l’auditeur se déplace, les poids précédents n’influent pas sur les poids futurs.
[113] Le facteur d’oubli g(h) est déterminé en se basant directement sur un éventuel déplacement de l’auditeur. Ce calcul est illustré aux étapes S34 à S36. A l’étape S34, la position de l’auditeur aux itérations précédentes est récupérée. Il est par exemple possible de récupérer la position de l’auditeur à toutes les itérations précédentes. En variante, il est possible de ne récupérer la position de l’auditeur que pour une partie des précédentes itérations, par exemple les dix dernières ou les cent dernières itérations. [114] A partir de ces données, une vitesse de déplacement de l’auditeur est calculée à l’étape S35. La vitesse de déplacement peut être calculée en mètres par itération. La vitesse de l’auditeur peut être nulle. [115] A l’étape S36, le facteur d’oubli g(h) est calculé selon la formule décrite ci-avant :
[116] A l’étape S33, le facteur d’oubli g(h) est modifié si nécessaire, en fonction du résultat du calcul de l’étape S36.
[117] Le calcul et la modification du facteur d’oubli à l’étape S37 sert à calculer les poids à appliquer aux signaux de commande des haut-parleurs HP. Plus précisément, à la première itération les poids sont initialisés à zéro (étape S38). Chaque haut-parleur diffuse un signal de commande non pondéré. Puis, à chaque itération, la valeur des poids varie en fonction de l’erreur et du facteur d’oubli (étape S39). Les haut-parleurs diffusent alors le signal de commande ainsi pondéré.
[118] Les poids sont calculés tels que décrit ci-avant en référence aux figures 2a et 2b, selon la formule :
q(n + 1) = q(n)(l— mg(h)') + /rGH(n) (G(n)q(n)— Pt(n)) .
[119] Les filtres FILT à appliquer aux haut-parleurs sont alors déterminés à l’étape S40. Un filtre par haut-parleur HP est par exemple calculé. Il peut donc y avoir autant de filtres que de haut- parleurs. Le type de filtres appliqués à chaque haut-parleur comprend par exemple une transformée de Fourier inverse.
[120] Les filtres sont alors appliqués au signal audio à reproduire S (U) qui a été obtenu à l’étape
541. L’étape S41 est une étape d’initialisation, mise en œuvre uniquement à la première itération du procédé. Le signal audio à reproduire S(U) est destiné respectivement à l’auditeur U. A l’étape
542, les filtres FILT sont appliqués au signal S(U), en vue d’obtenir N signaux de commande S(HPi,...,HPn) filtrés à diffuser respectivement par les haut-parleurs (HRi,.. , ,HRN) à l’étape S43. Les signaux de commande S(HPI,.. . ,HPn) sont diffusés respectivement par chaque haut-parleur (HPI,.. . ,HPn) du réseau de haut-parleurs à l’étape S44. De manière générale, les haut-parleurs HP diffusent les signaux de commande en continu.
[121] Puis, à chaque itération, les filtres FILT sont calculés en fonction des signaux S(HPI, .. .,HPn) filtrés à l’itération précédente et diffusés par les haut-parleurs, tels que perçus par le réseau de microphones. Les filtres FILT sont appliqués au signal S (U) pour obtenir de nouveaux signaux de commande S(HPi,...,HPN) à diffuser respectivement sur chaque haut-parleur du réseau de haut-parleurs.
[122] Le procédé est alors relancé à partir de l’étape S35 dans laquelle les pressions acoustiques Pl 5 P2 des deux sous-zones SZ1, SZ2 sont estimées.
[123] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant. Elle s’étend à d’autres variantes.
[124] Par exemple, le procédé peut être mis en œuvre pour une pluralité d’auditeurs Ui à UN· Dans ce mode de réalisation, un signal audio S(Ui, UN) peut être prévu respectivement pour chaque auditeur. Ainsi, les étapes du procédé peuvent être mises en œuvre pour chacun des auditeurs, de manière à ce que le champ sonore choisi de chaque auditeur lui soit restitué en sa position, et en tenant compte de ses déplacements. Ainsi, une pluralité de facteurs d’oubli peut être calculée pour chacun des auditeurs.
[125] Selon une autre variante, le champ sonore choisi est un premier champ sonore, au moins un deuxième champ sonore choisi étant diffusé par le réseau de haut-parleurs HP. Le deuxième champ sonore choisi est audible dans la deuxième sous-zone pour un deuxième auditeur et est à rendre inaudible dans la première sous-zone pour un premier auditeur. Les haut-parleurs sont alimentés par les premiers signaux de commande pour émettre chacun un signal audio en continu correspondant au premier champ sonore choisi, et sont également alimentés par des deuxièmes signaux de commande pour émettre chacun un signal audio en continu correspondant au deuxième champ sonore choisi. Les étapes du procédé telles que décrites ci-avant peuvent être appliquées à la première sous-zone SZ1, de sorte que le deuxième champ sonore choisi soit rendu inaudible dans la première sous-zone SZ1 en tenant compte des déplacements des deux auditeurs.
[126] Selon un autre exemple de réalisation, les première et deuxième sous-zones ne sont pas complémentaires. Par exemple, dans une zone, une première sous-zone peut être définie par rapport à un premier auditeur Ul et une deuxième sous-zone peut être définie par rapport à un deuxième auditeur U2. Le champ sonore est à rendre audible dans la première sous-zone et inaudible dans la deuxième sous-zone. Le champ sonore dans le restant de la zone peut ne pas être contrôlé.

Claims

Revendications
1. Procédé assisté par des moyens informatiques, pour une restitution sonore spatialisée à partir d’un réseau de haut-parleurs (HPi, HPN) couvrant une zone (Z), en vue d’une diffusion d’un champ sonore choisi, audible au moins en une position d’au moins un auditeur (U) dans la zone, dans lequel, les haut-parleurs (HPi, HPN) sont alimentés par des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) respectifs pour émettre chacun un signal audio en continu, le procédé comprend itérativement et en continu pour chaque auditeur :
obtention de la position courante d’un auditeur (U) dans la zone (Z) au moyen d’un capteur de position (CAPT) ;
détermination de distances entre au moins un point de la zone et des positions respectives des haut-parleurs (HPI,...,HPn) pour en déduire des fonctions de transfert acoustiques respectives des haut-parleurs en ledit point, une position dudit point étant définie dynamiquement en fonction de la position courante de l’auditeur, ledit point correspondant à une position de microphone virtuel (MIC), estimation d’une pression acoustique (P) en ledit microphone virtuel (MIC), au moins en fonction des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) respectifs des haut- parleurs (HPI,...,HPn), et d’un poids initial respectif des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) des haut-parleurs (HPI,...,HPn) ;
calcul d’une erreur entre ladite pression acoustique estimée (P) et une pression acoustique cible (Pt), souhaitée en ledit microphone virtuel (MIC) ;
calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) des haut-parleurs (HPI,...,HPn), en fonction de ladite erreur et d’un facteur d’oubli de poids, ledit facteur d’oubli étant calculé en fonction d’un déplacement de l’auditeur, ledit déplacement étant déterminé par une comparaison entre une position précédente de l’auditeur et la position courante de l’auditeur ;
le calcul de la pression acoustique (P) en la position courante de l’auditeur étant mis en œuvre à nouveau en fonction des signaux de commande respectifs (S(HPI,...,HPn)), ainsi pondérés, des haut-parleurs (HPI,...,HPn).
2. Procédé selon la revendication 2, dans lequel une pluralité de points formant les positions respectives d’une pluralité de microphones virtuels (MIC) est définie dans la zone (Z) pour estimer une pluralité de pressions acoustiques (P) respectives dans la zone en tenant compte du poids respectif appliqué à chaque haut-parleur (HPI,...,HPn), comprenant chacun respectivement un facteur d’oubli, et des fonctions de transfert propres à chaque haut-parleur (HPI,...,HPn) en chaque microphone virtuel (MIC), la pluralité de points étant centrée sur la position de l’auditeur.
3. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel la zone (Z) comprend une première sous-zone (SZ1) dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre audible et une deuxième sous-zone (SZ2) dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre inaudible, la première sous-zone (SZ1) étant définie dynamiquement comme correspondant à la position de l’auditeur et dudit microphone virtuel (MIC), le microphone virtuel (MIC) étant un premier microphone virtuel, et la deuxième sous- zone (SZ2) étant définie dynamiquement comme étant complémentaire de la première sous-zone, la deuxième sous-zone (SZ2) étant couverte par au moins un deuxième microphone virtuel dont une position est définie dynamiquement en fonction de ladite deuxième sous-zone (SZ2), le procédé comprenant en outre itérativement :
une estimation d’une pression acoustique (P2) dans la deuxième sous-zone, au moins en fonction des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) respectifs des haut- parleurs, et d’un poids initial respectif des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) des haut-parleurs ;
calcul d’une erreur entre ladite pression acoustique estimée (P2) dans la deuxième sous-zone et une pression acoustique cible (Pt2), souhaitée dans la deuxième sous- zone ;
calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) des haut-parleurs, en fonction de ladite erreur et d’un facteur d’oubli de poids, ledit facteur d’oubli étant calculé en fonction d’un déplacement de l’auditeur, ledit déplacement étant déterminé par une comparaison entre une position précédente de l’auditeur et la position courante de l’auditeur ;
le calcul de la pression acoustique (P2) dans la deuxième sous-zone étant mis en œuvre à nouveau en fonction des signaux de commande respectifs (S(HPI,...,HPn)), ainsi pondérés, des haut-parleurs.
4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel la zone (Z) comprend une première sous-zone (SZ1) dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre audible et une deuxième sous-zone (SZ2) dans laquelle le champ sonore choisi est à rendre inaudible, la deuxième sous-zone (SZ2) étant définie dynamiquement comme correspondant à la position de l’auditeur et dudit microphone virtuel (MIC), le microphone virtuel (MIC) étant un premier microphone virtuel, et la première sous- zone (SZ1) étant définie dynamiquement comme étant complémentaire de la deuxième sous-zone (SZ2), la première sous-zone (SZ1) étant couverte par au moins un deuxième microphone virtuel (MIC) dont une position est définie dynamiquement en fonction de ladite première sous-zone (SZ1), le procédé comprenant en outre itérativement :
une estimation d’une pression acoustique (P2) dans la deuxième sous-zone, au moins en fonction des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) respectifs des haut- parleurs, et d’un poids initial respectif des signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) des haut-parleurs ;
calcul d’une erreur entre ladite pression acoustique estimée (P2) dans la deuxième sous-zone et une pression acoustique cible (Pt2), souhaitée dans la deuxième sous- zone (SZ2) ;
calcul et application de poids respectifs aux signaux de commande (S(HPI,...,HPn)) des haut-parleurs, en fonction de ladite erreur et d’un facteur d’oubli de poids, ledit facteur d’oubli étant calculé en fonction d’un déplacement de l’auditeur, ledit déplacement étant déterminé par une comparaison entre une position précédente de l’auditeur et la position courante de l’auditeur ;
le calcul de la pression acoustique dans la deuxième sous-zone (SZ2) étant mis en œuvre à nouveau en fonction des signaux de commande respectifs (S(HPI,...,HPn)), pondérés, des haut-parleurs.
5. Procédé selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel chaque sous-zone comprend au moins un microphone virtuel (MIC) et deux haut-parleurs (HPI,...,HPn), et de préférence chaque sous-zone comprend au moins une dizaine de microphones (MIC) virtuels et au moins une dizaine de haut-parleurs (HPI,...,HPn).
6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel une valeur du facteur d’oubli :
augmente si l’auditeur se déplace ;
diminue si l’auditeur ne se déplace pas.
7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le facteur d’oubli est défini par :
avec g(h) le facteur d’oubli, n l’itération courante, y,llax le facteur d’oubli maximal, c un paramètre défini égal à m un pas d’adaptation, m une variable définie en fonction d’un déplacement de l’auditeur ayant comme maximum c et a une variable permettant d’ajuster la vitesse d’augmentation ou de diminution du facteur d’oubli.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel un pas de montée et un pas de descente 4 du facteur d’oubli sont définis tels que :
si un déplacement de l’auditeur est déterminé, m = min (m + 4, 1)
si aucun déplacement de l’auditeur n’est déterminé, m = ma x( - 4, 0), avec 0< lu <1 et 0< 4 <1, les pas de montée et de descente étant définis en fonction d’une vitesse de déplacement d’un auditeur et/ou d’une modification du champ sonore choisi à restituer.
9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le facteur d’oubli est compris entre 0 et 1.
10. Système de restitution sonore spatialisée à partir d’un réseau de haut-parleurs couvrant une zone, en vue d’une diffusion d’un champ sonore choisi, audible sélectivement en une position d’un auditeur dans la zone, caractérisé en ce qu’il comprend une unité de traitement adaptée pour le traitement et la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
11. Support de stockage d’un programme d’ordinateur, chargeable dans une mémoire associée à un processeur, et comprenant des portions de code pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 lors de l’exécution dudit programme par le processeur.
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