ES2261994T3 - Metodo de tratamiento de datos sonoros y dispositivos de adquisicion sonoro que ejecuta este procedimiento. - Google Patents
Metodo de tratamiento de datos sonoros y dispositivos de adquisicion sonoro que ejecuta este procedimiento.Info
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de datos sonoros, en el cual: a) se codifican señales representativas de al menos un sonido que se propaga en el espacio tridimensional y salido de una fuente situada a una primera distancia (p) de un punto de referencia (O), para obtener una representación del sonido por componentes (Bmn) expresados en una base de harmónicas esféricas, de origen correspondiente a dicho punto de referencia (O), b) y se aplica a dichos componentes (Bmn) una compensación de un efecto de campo próximo por un filtrado que es función de una segunda distancia (R) que define sensiblemente, para una restitución del sonido por un dispositivo de restitución, una distancia entre un punto de restitución (HPi) y un punto (P) de percepción auditiva.
Description
Método de tratamiento de datos sonoros y
dispositivo de adquisición sonoro que ejecuta este
procedimiento.
La presente invención concierne al tratamiento
de datos sonoros.
Técnicas relativas a la propagación de una onda
sonora en el espacio tridimensional, que implica específicamente una
simulación y/o una restitución sonoras especializadas, ejecutan
procedimientos de tratamiento de la señal de audio aplicadas a la
simulación de fenómenos acústicos y psico-acústicos.
Tales procedimientos de tratamiento prevén una codificación espacial
del campo acústico, su transmisión y su reproducción espacial en un
conjunto de alto-parlantes o en auriculares de un
casco estereofónico.
Entre las técnicas de sonido espacial, se
distinguen dos categorías de tratamientos complementarios uno del
otro pero que son generalmente ejecutados, uno y el otro, en el seno
de un mismo sistema.
Por una parte, una primera categoría de
tratamientos concierne a los procesos de síntesis de efecto de sala,
o más generalmente efectos ambientales. A partir de la descripción
de una o varias fuentes sonoras (señal emitida, posición,
orientación, directividad, u otra) y basándose en un modelo de
efecto de sala (implicando una geometría de sala, o también una
percepción acústica deseada), se calcula y se describe un conjunto
de fenómenos acústicos elementales (ondas directas, reflejadas o
difractadas), o también un fenómeno acústico macroscópico (campo
reverberado y difuso), permitiendo traducir el efecto espacial al
nivel de un oyente situado en un punto seleccionado de percepción
auditiva, en el espacio tridimensional. Se calcula entonces un
conjunto de señales asociadas típicamente a las reflexiones (fuentes
"secundarias", activas por re-emisión de
una onda principal recibida, teniendo un atributo de posición
espacial) y/o asociadas a una reverberación tardía (señales
desacopladas por un campo difuso).
Por otra parte, una segunda categoría de
procedimientos concierne a la entrega posicional o direccional de
fuentes sonoras. Estos procedimientos son aplicados a señales
determinadas por un procedimiento de la primera categoría descrita
anteriormente (implicando fuentes primarias y secundarias) en
función de la descripción espacial (posición de la fuente) que le
está asociada. En particular, tales procedimientos según esta
segunda categoría permiten obtener señales a difundir en
alto-parlantes o auriculares, para finalmente dar a
un oyente la impresión auditiva de fuentes sonoras colocadas en
posiciones respectivas predeterminadas, alrededor del oyente. Los
procesos según esta segunda categoría son calificados de
"creadores de imágenes sonoras tridimensionales", debido
al hecho de la repartición en el espacio tridimensional de la
observación de la posición de las fuentes por un oyente. Procesos
según la segunda categoría comprenden generalmente una primera etapa
de codificación espacial de los eventos acústicos elementales que
producen una representación del campo sonoro en el espacio
tridimensional. En una segunda etapa, esta representación es
transmitida o almacenada por un usuario diferido. En una tercera
etapa, de decodificación, las señales decodificadas son expedidas en
alto-parlantes o auriculares de un dispositivo
de
restitución.
restitución.
La presente invención se inscribe más bien en la
segunda categoría precitada. La misma concierne en particular a la
codificación espacial de fuentes sonoras y una especificación de la
representación sonora tridimensional de esas fuentes. La misma se
aplica también a una codificación de fuentes sonoras
"virtuales" (aplicaciones donde fuentes sonoras son
estimuladas tales como juegos, una conferencia espacial, u otras),
como a una codificación "acústica" de un campo sonoro
natural, durante una toma de sonido por una o varias redes
tridimensionales de micrófonos. Un método de codificación acústico
similar es presentado por J. Chen y otros: "Synthesis of 3D
virtual auditory space via a spatial feature extraction and
regularisation model", Proceedings of the virtual reality annual
internacional symposium, Seattle, Sept. 18-22, 1993,
IEEE, New-York, US, páginas
188-193.
Entre las técnicas consideradas de
espacialización del sonido, la aproximación "ambisónica"
es preferida. La codificación ambisónica, que será descrita más
adelante, consiste en representar señales relativas a una o varias
ondas sonoras en una base de harmónicas esféricas (en coordenadas
esféricas que implican específicamente un ángulo de elevación y un
ángulo acimutal, caracterizando una dirección del o de los sonidos).
Los componentes que representan esas señales y expresados en esta
base de harmónicas esféricas son también función, para las ondas
emitidas en campo próximo, de una distancia entre la fuente sonora
que emite ese campo y un punto que corresponde al origen de la base
de las harmónicas esféricas. Más particularmente, esta dependencia
de la distancia se expresa en función de la frecuencia sonora, como
se verá más adelante.
Esta aproximación ambisónica ofrece un gran
número de funcionalidades posibles, específicamente en términos de
simulación de fuentes virtuales, y, de manera general, presenta las
ventajas siguientes:
- \bullet
- traduce, de forma racional, la realidad de los fenómenos acústicos y aporta una entrega auditiva espacial realista, convincente e inmersivo;
- \bullet
- la representación de los fenómenos acústicos es escalable: la misma ofrece una resolución espacial que puede ser adaptada a diferentes situaciones. En efecto, esta representación puede ser transmitida y explotada en función de las dificultades de flujo durante la transmisión de las señales codificadas y/o de limitaciones del dispositivo de restitución;
- \bullet
- la representación ambisónica es flexible y es posible simular una rotación del campo sonoro, o también, en la restitución, adaptar la codificación de las señales ambisónicas a cualquier dispositivo de restitución, de geometrías diversas.
En la aproximación ambisónica conocida, la
codificación de las fuentes virtuales es esencialmente direccional.
Las funciones de codificación vuelven a venir para calcular
ganancias que dependen del incidente de la onda sonora expresada por
las funciones harmónicas esféricas que dependen del ángulo de
elevación y del ángulo acimutal en coordenadas esféricas. En
particular, con la decodificación, se supone que los
alto-parlantes, en la restitución, están lejanos.
Esto resulta en una distorsión (o una incurvación) de la forma de
los frentes de onda reconstruidos. En efecto, como se indicó
anteriormente, los componentes de la señal sonora en la base de las
harmónicas esféricas, para un campo próximo, dependen de hecho
también de la distancia de la fuente y de la frecuencia sonora. Más
precisamente, estos componentes pueden expresarse matemáticamente
bajo la forma de un polinomio cuya variable es inversamente
proporcional a la distancia antes citada y a la frecuencia sonora.
De esta forma, los componentes ambisónicos, en el sentido de su
expresión teórica, son divergentes en las bajas frecuencias y, en
particular, tienden hacia el infinito cuando la frecuencia sonora
decrece hacia cero, cuando las mismas representan un sonido en campo
próximo emitido por una fuente situada a una distancia finita. Este
fenómeno matemático es conocido, en el campo de la representación
ambisónica, ya por el orden de 1, por el término de "bass
boost", específicamente por:
- M. A. GERZON, "General Metatheory of
Auditory Localisation", preprint 3306 of the 92^{nd} AES
Convention, 1992, página 52.
Este fenómeno deviene particularmente crítico
para órdenes de harmónicas esféricas elevadas que implican
polinomios de potencia elevada
Se conoce por:
- SONTACCHI y HOLDRICH, "Further Investigations on 3D Sound Fields using Distance Coding" (Proceedings of the COST G-6 Conference on Digital Audio Effects (DAFX-01), Limerick, Irlande, 6-8 December 2001),
- una técnica para tomar en cuenta una incurvación de los frentes de las ondas en el seno de una representación próxima a una representación ambisónica, cuyo principio consiste en:
- -
- aplicar una codificación ambisónica (de orden elevado) a las señales salidas de una toma de sonido virtual (simulada), de tipo WFS (por "Wave Field Síntesis");
- -
- y reconstruir el campo acústico en una zona después que sus valores en una frontera de zona, basándose así en el principio de HUYGENS-FRESNEL.
Sin embargo, la técnica presentada en este
documento, además de prometedora debido al hecho de que utiliza una
representación ambisónica de un orden elevado, posee un cierto
número de problemas:
- -
- los recursos informáticos necesarios para el cálculo de todas las superficies que permiten aplicar el principio de HUYGENS-FRESNEL, así como los tiempos de cálculo necesarios, son excesivos;
- -
- artefactos de tratamiento llamados de "aliasing spatial" aparecen a causa de la distancia entre los micrófonos, a menos que se seleccione un enmallado de micrófono virtuales encerrados en el espacio, lo que entorpece los tratamientos;
- -
- esta técnica es difícilmente transponible a un caso real de captadores a disponer en la red, en presencia de una fuente real, con la adquisición;
- -
- en la restitución, la representación sonora tridimensional está implícitamente sometida a un radio fijo del dispositivo de restitución ya que la decodificación ambisónica debe hacerse, aquí, en una red de alto-parlantes de las mismas dimensiones que la red de micrófonos inicial, este documento no propone ningún medio de adaptar la codificación o la decodificación a otros tamaños de dispositivos de restitución.
Sobre todo, este documento presenta una red
horizontal de captadores, lo que supone que los fenómenos acústicos
que se tienen en cuenta, aquí, se propaguen solamente en las
direcciones horizontales, lo que excluye cualquier otra dirección de
propagación y que, por lo tanto, no representa la realidad física de
un campo acústico ordinario.
De forma más general, las técnicas actuales no
permiten tratar de forma satisfactoria cualquier tipo de fuentes
sonoras, específicamente en campo próximo, sino más bien fuentes
sonoras (ondas planas), lo que corresponde a una situación
restrictiva y artificial en numerosas aplicaciones.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para tratar, por codificación,
transmisión y restitución, un tipo cualquiera de campo sonoro, en
particular el efecto de una fuente sonora en campo próximo.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento que permita la codificación de fuentes
virtuales, no solamente en dirección, sino también en distancia, y
definir una decodificación adaptable a un dispositivo de restitución
cualquiera.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento de tratamiento robusto para sonidos de
todas las frecuencias sonoras (comprendidas las bajas frecuencias),
específicamente para la toma de sonido de campos acústicos naturales
con la ayuda de redes tridimensionales de micrófonos.
A este efecto, la presente invención propone un
procedimiento de tratamiento de datos sonoros, en el cual:
- a)
- se codifican señales representativas de al menos un sonido que se propaga en el espacio tridimensional y salido de una fuente situada a una primera distancia de un punto de referencia, para obtener una representación del sonido por componentes expresados en una base de harmónicas esféricas, de origen correspondiente a dicho punto de referencia y,
- b)
- se aplica a dichos componentes una compensación de un efecto de campo próximo por una filtración que es función de una segunda distancia que define sensiblemente, para una restitución del sonido por un dispositivo de restitución, una distancia entre un punto de restitución y un punto de percepción au- ditiva.
En un primer modo de realización, dicha fuente
siendo lejana al punto de referencia,
- -
- se obtienen componentes de órdenes sucesivos m para la representación del sonido en dicha base de harmónicas esféricas, y
- -
- se aplica un filtro cuyos coeficientes, aplicados cada uno a un componente de orden m, se expresan analíticamente bajo la forma de la inversa de un polinomio de potencia m, cuya variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha segunda distancia, para compensar un efecto de campo, próximo al nivel del dispositivo de restitución.
En un segundo modo de realización, dicha fuente
siendo una fuente virtual prevista en dicha primera distancia,
- -
- se obtienen componentes de órdenes sucesivos m para la representación del sonido en dicha base de harmónicas esféricas, y
- -
- se aplica un filtro global cuyos coeficientes, aplicados cada uno a un componente de orden m, se expresan analíticamente bajo la forma de una fracción, donde:
- -
- el numerador es un polinomio de potencia m, donde la variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha primera distancia, para simular un efecto de campo próximo a la fuente virtual, y
- -
- el denominador es un polinomio de potencia m, donde la variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha segunda distancia, para compensar el efecto del campo próximo a la fuente virtual en las bajas frecuencias sonoras.
Preferentemente, se transmite al dispositivo de
restitución los datos codificados y filtrados en las etapas a) y b)
con un parámetro representativo de dicha segunda distancia.
En complemento o como variante, el dispositivo
de restitución comprende medios de lectura de un soporte de memoria,
se memoriza en un soporte de memoria destinado a ser leído por el
dispositivo de restitución los datos codificados y filtrados en las
etapas a) y b) con un parámetro representativo de dicha segunda
distancia.
Ventajosamente, previamente a una restitución
sonora por un dispositivo de restitución que comprende una
pluralidad de alto-parlantes dispuestos a una
tercera distancia de dicho punto de percepción auditiva, se aplica a
los datos codificados y filtrados un filtro de adaptación cuyos
coeficientes son función de dichas segunda y tercera
distancias.
distancias.
En una realización particular, los coeficientes
de este filtro de adaptación, aplicados cada uno a un componente de
orden m, se expresan analíticamente bajo la forma de una fracción,
donde:
- -
- el numerador es un polinomio de potencia m, cuya variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha segunda distancia,
- -
- y el denominador es un polinomio de potencia m, cuya variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha tercera distancia.
\newpage
Ventajosamente, para la ejecución de la etapa
b), se prevé:
- -
- para componentes de orden m par, filtros audio-numéricos bajo la forma de una cascada de células de orden dos; y
- -
- para componentes de orden m impar, filtros audio-numéricos bajo la forma de una cascada de células de orden dos y una célula suplementaria de orden uno.
En esta realización, los coeficientes de un
filtro audio-numérico, para un componente de orden
m, son definidos a partir de valores numéricos de raíces de dichos
polinomios de potencia m.
En una realización particular, los polinomios
precitados son polinomios de Bessel.
Con la adquisición de señales sonoras, se prevé
ventajosamente un micrófono que comprende una red de transductores
acústicos dispuestos sensiblemente en la superficie de una esfera
cuyo centro corresponde sensiblemente a dicho punto de referencia,
para obtener dichas señales representativas de al menos un sonido
que se propaga en el espacio tridimensional.
En esta realización, se aplica en la etapa b) un
filtro globo para, por una parte, compensar un efecto de campo
próximo en función de dicha segunda distancia y, por otra parte,
igualar las señales salidas de los transductores para compensar una
ponderación de directividad de dichos transductores.
Preferentemente, se prevé un número de
transductores en función de un número total seleccionado de
componentes para representar el sonido en dicha base de harmónicas
esféricas.
Según una característica ventajosa, se
selecciona en la etapa a) un número total de componentes en la base
de las harmónicas esféricas para obtener, en la restitución, una
región del espacio alrededor del punto de percepción en el cual la
restitución del sonido es fiel y donde las dimensiones son
crecientes con el número total de componentes.
Preferentemente, se prevé además un dispositivo
de restitución que comprende un número de
alto-parlantes al menos igual a dicho número total
de componentes.
En una variante, en el marco de una restitución
con síntesis binaural o transaural:
- -
- se prevé un dispositivo de restitución que comprende al menos un premier y un segundo alto-parlante dispuestos a una distancia seleccionada de un oyente,
- -
- se obtiene, para este oyente, una información de observación alcanzada de la posición en el espacio de fuentes sonoras situadas a una distancia de referencia predeterminada del oyente para la aplicación de una técnica llamada de "síntesis binaural" o "transaural", y
- -
- se aplica la compensación de la etapa b) con dicha distancia de referencia sensiblemente como segunda distancia.
En una variante donde se ha introducido una
adaptación al dispositivo de restitución con dos auriculares:
- -
- se prevé un dispositivo de restitución que comprende al menos un premier y un segundo alto-parlante dispuestos a una distancia seleccionada de un oyente,
- -
- se obtiene, para este oyente, una información de observación de la posición en el espacio de fuentes sonoras situadas a una distancia de referencia predeterminada del oyente, y
- -
- previamente a una restitución sonora por el dispositivo de restitución, se aplica a los datos codificados y filtrados en las etapas a) y b) un filtro cuyos coeficientes son función de la segunda distancia y sensiblemente de la distancia de referencia.
En particular, en el marco de una restitución
con síntesis binaural:
- -
- el dispositivo de restitución comprende un casco con dos auriculares para las orejas respectivas del oyente,
- -
- y preferentemente, de manera separada para cada auricular, se aplica la codificación y el filtrado de las etapas a) y b) para señales respectivas destinadas a alimentar cada auricular, con, en tanto que primera distancia, respectivamente una distancia que separa cada oreja de una posición de una fuente a restituir en el espacio de restitución.
Preferentemente, se conforma, en las etapas a) y
b), un sistema matricial que comprende al menos:
- -
- una matriz que comprende dichos componentes en la base de las harmónicas esféricas, y
- -
- una matriz diagonal cuyos coeficientes corresponden a coeficientes de filtrado de la etapa b),
y se multiplican dichas matrices
para obtener una matriz resultante de componentes
compensados.
De preferencia, a la restitución:
- -
- el dispositivo de restitución comprende una pluralidad de alto-parlantes dispuestos sensiblemente a una misma distancia del punto de percepción auditivo, y
- -
- para decodificar dichos datos codificados y filtrados en las etapas a) y b) y formar señales adaptadas para alimentar dichos alto-parlantes:
- * se forma un sistema matricial que comprende dicha matriz resultante de componentes compensados y una {}\hskip0,2cm matriz de decodificación predeterminada, propia del dispositivo de restitución, y
- * se obtiene una matriz que comprende coeficientes representativos de las señales de alimentación de los {}\hskip0,3cm alto-parlantes por multiplicación de la matriz resultante por dicha matriz de decodificación.
La presente invención apunta también a un
dispositivo de adquisición sonora, que comprende un micrófono
provisto de una red de transductores acústicos dispuestos
sensiblemente en la superficie de una esfera. Según la invención el
dispositivo comprende además una unidad de tratamiento dispuesta
para:
- -
- recibir señales que emanan cada una de un transductor,
- -
- aplicar a dichas señales una codificación para obtener una representación del sonido por componentes expresados en una base de harmónicas esféricas, de origen correspondiente al centro de dicha esfera.
- -
- y aplicar a dichos componentes un filtrado que es función, por una parte, de una distancia correspondiente al radio de la esfera y, por otra parte, a una distancia de referencia.
Preferentemente, el filtrado efectuado por la
unidad de tratamiento consiste, por una parte, en igualar, en
función del radio de la esfera, las señales salidas de los
transductores para compensar una ponderación de directividad de
dichos transductores y, por otra parte, compensar un efecto de campo
próximo en función de dicha distancia de
referencia.
referencia.
Otras ventajas y características de la invención
aparecerán con la lectura de la descripción detallada a continuación
y con el examen de las figuras que la acompañan, en las cuales:
- la figura 1 ilustra esquemáticamente un
sistema de adquisición y creación, por simulación de fuentes
virtuales, de señales sonoras, con codificación, transmisión,
decodificación y restitución por un dispositivo de restitución
espacializado,
- la figura 2 representa más precisamente una
codificación de señales definidas a la vez en intensidad y con
relación a la posición de una fuente donde las mismas son
salidas,
- la figura 3 ilustra los parámetros en juego en
la representación ambisónica, en coordenadas esféricas;
- la figura 4 ilustra una representación por una
métrica tridimensional en una marca de coordenadas esféricas, de
armónicas esféricas Y^{\sigma}_{mn} de diferentes órdenes;
- la figura 5 es un diagrama de las variaciones
del módulo de funciones radiales j_{m}(kr), que son
funciones de Bessel esféricas, para valores de orden m sucesivos,
estas funciones radiales interviniendo en la representación
ambisónica de un campo de presión acústica;
- la figura 6 representa la amplificación debida
al efecto de campo próximo para diferentes órdenes sucesivos m, en
particular en las bajas frecuencias;
- la figura 7 representa esquemáticamente un
dispositivo de restitución que comprende una pluralidad de
alto-parlantes HP_{i}, con el punto (referenciado
P) de percepción auditiva precitado, la primera distancia precitada
(referenciada p) y la segunda distancia precitada (referenciada
R);
- la figura 8 representa esquemáticamente los
parámetros puestos en juego en la codificación ambisónica, con una
codificación direccional, así como una codificación de distancia
según la invención;
- la figura 9 representa espectros de energía de
los filtros de compensación y de campo próximo simulados para una
primera distancia de una fuente virtual p = 1 m y una
pre-compensación de alto-parlantes
situados a una segunda distancia R = 1,5 m;
- la figura 10 representa espectros de energía
de los filtros de compensación y de campo próximo simulados para una
primera distancia de una fuente virtual p = 3 m y una
pre-compensación de alto-parlantes
situados a una segunda distancia R = 1,5 m;
- la figura 11A representa una reconstrucción
del campo próximo con compensación, en el seno de la presente
invención, por una onda esférica en el plano horizontal;
- la figura 11B, comparada con la figura 11A,
representa el frente de la onda inicial, salida de una fuente S;
- la figura 12 representa esquemáticamente un
módulo de filtrado para adaptar los componentes ambisónicos
recibidos y pre-compensados a la codificación para
una distancia de referencia R en tanto segunda distancia, a un
dispositivo de restitución que comprende una pluralidad de
alto-parlantes dispuestos en una tercera distancia
R_{2} de un punto de percepción auditiva;
- la figura 13A representa esquemáticamente la
disposición de una fuente sonora M, en la restitución, para un
oyente que utiliza un dispositivo de restitución que aplica un
síntesis binaural, con una fuente que emite en campo próximo;
- la figura 13B representa esquemáticamente las
etapas de codificación y decodificación con efecto de campo próximo
en el marco de la síntesis binaural de la figura 13A a la cual es
combinada una codificación/decodificación ambisónica;
- la figura 14 representa esquemáticamente el
tratamiento de las señales salidas de un micrófono que comprende una
pluralidad de captadores de presión dispuestos en una esfera, a
título ilustrativo, por codificación ambisónica, igualación y
compensación de campo próximo en el sentido de la invención.
Se hace referencia primero a la figura 1 que
representa a título ilustrativo un sistema global de espacialización
sonora. Un módulo 1a de simulación de una escena virtual define un
objeto sonoro como una fuente virtual de una señal, por ejemplo
monofónica, de posición seleccionada en el espacio tridimensional y
que define una dirección del sonido. Pueden estar previstas además
especificaciones de la geometría de una sala virtual, para simular
una reverberación del sonido. Un módulo de tratamiento 11 aplica una
gestión de una o varias de esas fuentes con relación a un oyente
(definición de una posición virtual de las fuentes con relación a
este oyente). El mismo ejecuta un procesador de efecto de sala para
simular las reverberaciones u otras aplicando retardos y/o filtrados
usuales. Las señales así construidas son transmitidas a un módulo 2a
de codificación espacial de las contribuciones elementales de las
fuentes.
Paralelamente, una toma de sonido natural puede
ser efectuada en el marco de un registro sonoro por uno o varios
micrófonos dispuestos de forma seleccionada con relación a las
fuentes reales (módulo 1b). Las señales captadas por los micrófonos
son codificadas por un módulo 2b. Las señales adquiridas y
codificadas pueden ser transformadas según un formato de
representación intermedia (módulo 3b), antes de ser mezcladas por el
módulo 3 a las señales generadas por el módulo 1a y codificadas por
el módulo 2a (salido de fuentes virtuales). Las señales mezcladas
son seguidamente transmitidas, o también memorizadas en un soporte,
en vista de una restitución posterior (flecha TR). Las mismas son
seguidamente aplicadas a un módulo de decodificación 5, en vista de
la restitución en un dispositivo de restitución 6 que comprende
alto-parlantes. Llegado el caso, la etapa de
decodificación 5 puede ser precedida de una etapa de manipulación
del campo sonoro, por ejemplo por rotación, gracias a un módulo de
tratamiento 4 previsto más arriba del módulo de decodificación
5.
El dispositivo de restitución puede presentarse
bajo la forma de una multiplicidad de
alto-parlantes, dispuestos por ejemplo en la
superficie de una esfera en una configuración tridimensional
(perifónica), para asegurar, en la restitución, específicamente una
observación de una dirección del sonido en el espacio
tridimensional. Para este efecto, un oyente se coloca generalmente
en el centro de la esfera formada por la red de
alto-parlantes, ese centro corresponde al punto de
percepción auditivo citado anteriormente. En una variante, los
alto-parlantes del dispositivo de restitución pueden
ser dispuestos en un plano (configuración panorámica bidimensional),
los alto-parlantes siendo dispuestos en particular
en un círculo y el oyente colocándose habitualmente en el centro de
ese círculo. En otra variante, el dispositivo de restitución puede
presentarse bajo la forma de un dispositivo de tipo "surround"
(5.1). En fin, en una variante ventajosa, el dispositivo de
restitución puede presentarse bajo la forma de un casco con dos
auriculares para una síntesis binaural del sonido restituido, que
permite al oyente observar una dirección de las fuentes en el
espacio tridimensional, como se verá más delante de forma
detallada. Tal dispositivo de restitución de dos
alto-parlantes, para una observación en el espacio
tridimensional, puede presentarse también bajo la forma de un
dispositivo de restitución transaural, con dos
alto-parlantes dispuestos a una distancia
seleccionada de un oyente.
Se hace referencia ahora a la figura 2 para
describir una codificación espacial y una decodificación para una
restitución sonora tridimensional, de fuentes sonoras elementales.
Se transmite a un módulo de codificación espacial 2 la señal salida
de una fuente 1 a N, así como su posición (real o virtual). Su
posición puede ser también definida en términos de incidencia
(dirección de la fuente vista por el oyente) como en términos de
distancia entre esta fuente y un oyente. La pluralidad de señales
así codificadas permite obtener una representación
multi-canal de un campo sonoro global. Las señales
codificadas son transmitidas (flecha TR) a un dispositivo de
restitución sonoro 6, para una restitución sonora en el espacio
tridimensional, como se indicó anteriormente con referencia a la
figura 1.
Se hace referencia a la figura 3 para describir
a continuación la representación ambisónica de las harmónicas
esféricas en el espacio tridimensional, un campo acústico. Se
considera una zona alrededor de un origen O (esfera de radio R)
ejemplo de fuente acústica. Se adopta un sistema de coordenadas
esféricas en el cual cada valor \upbar{r} desde el origen O
hasta un punto de la esfera es descrito por un acimut
\theta_{r}, una elevación \delta_{r}, un radio r (que
corresponde a la distancia en el origen O)
El campo de presión p(\upbar{r}) en
el interior de esta esfera (r < R donde R es el radio de la
esfera) puede escribirse en el campo frecuencial como una serie
cuyos términos son los productos ponderados de funciones angulares
y^{\sigma}_{mn}(\theta,\delta) y de función radial
j_{m}(kr) que depende así de un término de propagación
donde k=2\pif/c, donde f es la frecuencia sonora y c es la
velocidad del sonido en el medio de propagación.
El campo de presión se expresa entonces por:
El conjunto de los factores de ponderación
B^{\sigma}_{mn}, que son implícitamente función de la
frecuencia, describen así el campo de presión en la zona
considerada. Por esta razón, esos factores son llamados
"componentes harmónicos esféricos" y representan una
expresión frecuencial del sonido (o del campo de presión) en la base
de las harmónicas esféricas Y^{\sigma}_{mn}.
Las funciones angulares son llamadas
"harmónicas esféricas" y son definidas por:
donde P_{mn}(sen\delta)
con funciones de Legendre de grado m y de orden
n;
\delta_{p,q} ese el símbolo de Krönecker
(igual a 1 si p=q y 0, si no)
Las harmónicas esféricas forman una base
orto-normada donde los productos de escala entre
componentes harmónicos y, de forma general entre dos funciones F y
G, son respectivamente definidos por:
Las harmónicas esféricas son funciones reales
cerradas, como es representado en la figura 4, en función del orden
m y de índices n y \sigma. Las partes sombreadas y claras
corresponden respectivamente a los valores positivos y negativos de
las funciones harmónicas esféricas. Mientras más elevado es el orden
m más elevada es la frecuencia angular (y por lo tanto la
discriminación entre funciones). Las funciones radiales
j_{m}(kr) son funciones de Bessel esféricas, donde el
módulo es ilustrado para algunos valores del orden m en la figura
5.
Se puede dar una interpretación de la
representación ambisónica por una base de harmónicas esféricas como
sigue. Los componentes ambisónicos del mismo orden expresan
finalmente "derivados" o "momentos" de orden m del campo
de presión en las cercanías del origen O (centro de la esfera
representado en la figura 3).
En particular, B^{+1}_{00} = W describe la
magnitud escalar de la presión, mientras que B^{+1}_{11} = X,
B^{-1}_{11} = Y, B^{+1}_{00} = Z están vinculados a los
gradientes de presión (o también a la velocidad particular), en el
origen O. Esos cuatro primeros componentes W, X, Y y Z son obtenidos
durante una toma de sonido natural con la ayuda de micrófonos
omnidirectivos (para la componente W de orden 0) y bidirectivos
(para las tres otras componentes siguientes). Utilizando un número
mas grande de transductores acústicos, un tratamiento apropiado,
específicamente por igualación, permite obtener ventaja de
componentes ambisónicos (órdenes m mas elevados superiores a 1).
\newpage
Tomando en cuenta componentes suplementarios de
orden más elevado (superior a 1), aumentando la resolución angular
de la descripción ambisónica, se accede a una aproximación del campo
de presión en una cercanía más grande con respecto a la longitud de
la onda sonora, alrededor del origen O. se comprenderá así que
existe una relación estrecha entre la resolución angular (orden de
las harmónicas esféricas) y el alcance radial (radio r) que puede
ser representado. En resumen, cuando se aparta espacialmente del
punto de origen O de la figura 3, más elevado es el número de
componentes ambisónicos (orden M elevado) y mejor es la
representación del sonido por el conjunto de esos componentes
ambisónicos. Se comprenderá también que la representación ambisónica
del sonido es sin embargo menos satisfactoria en la medida que se
aleje del origen O. Este efecto se hace crítico en particular para
frecuencias sonoras elevadas (de longitud de onda corta). Se tiene
interés por lo tanto en obtener un número de componentes ambisónicos
que sea lo más grande posible, lo que permite crear una región
alrededor del punto de percepción, en la cual la restitución del
sonido es fiel y por lo tanto las dimensiones son crecientes con el
número total de componentes.
Se describe a continuación una aplicación a un
sistema de codificación/transmisión/restitución de un sonido
espacializado.
En la práctica, un sistema ambisónico toma en
cuenta un sub-conjunto de componentes harmónicas
esféricas, como se describió anteriormente. Se habla de un sistema
de orden M cuando aquel toma en cuenta componentes ambisónicos de
índice m < M. Cuando se trata de una restitución por un
dispositivo de restitución con alto-parlantes, se
comprenderá que si esos alto-parlantes son
dispuestos en un plano horizontal, solo las harmónicas de índice m=n
son explotadas. Por el contrario, cuando el dispositivo de
restitución comprende alto-parlantes dispuestos en
la superficie de una esfera ("perifonía"), se puede en
principio explotar tantas harmónicas como
alto-parlantes existentes.
Se designa por la referencia S la señal de
presión portada por una onda plana y captada en el punto O
correspondiente al centro de la esfera de la figura 3 (origen de la
base en coordenadas esféricas). La incidencia de la onda es descrita
por el acimut \theta y la elevación \delta. La expresión de los
componentes del campo asociado a esta onda plana es dada por la
relación:
[A3]B^{\sigma}{}_{mn} = S \ . \
Y^{\sigma}{}_{mn}(\theta,\delta)
Para codificar (simular) una fuente en un campo
próximo a una distancia p del origen O, se aplica un filtro
F_{m}^{(p/c)} para "incurvar" la forma de los frentes de
onda, considerando que un campo próximo emite, en primera
aproximación, una onda esférica. Los componentes codificados del
campo devienen:
[A4]B^{\sigma}{}_{mn} = S \ . \
F_{m}{}^{(p/c)}(\omega)Y^{\sigma}{}_{mn}(\theta,\delta)
y la expresión del filtro precitado
F_{m}^{(p/c)} es dada por la
relación:
donde \omega = 2\pif es la
pulsación de la onda, f siendo la frecuencia del
sonido.
Estas dos últimas relaciones [A4] y [A5]
muestran finalmente que, tanto para una fuente virtual (simulada)
como para una fuente real en campo próximo, los componentes del
sonido en la representación ambisónica se expresan matemáticamente
(en particular analíticamente) bajo la forma de un polinomio, aquí
de Bessel, de potencia m y donde la variable (c/2j\omegap) es
inversamente proporcional a la frecuencia sonora.
De esta forma, se comprenderá que:
- -
- en el caso de una onda plana, la codificación produce señales que solo difieren de la señal de origen en una ganancia real, acabada, lo que corresponde a una codificación puramente direccional (relación [A3]);
- -
- en el caso de una onda esférica (fuente en campo próximo), el filtro suplementario F_{m}^{(p/c)}(\omega) codifica la información de distancia introduciendo, en la expresión de los componentes ambisónicos, relaciones de amplitudes complejas que dependen de la frecuencia, como se expresa en la relación [A5].
Es de destacar que ese filtro suplementario es
de tipo "integrador", con un efecto de amplificación creciente
y divergente (no cerrado) en la medida que las frecuencias sonoras
disminuyan hacia cero. La figura 6 muestra, para cada orden m un
aumento de la ganancia en bajas frecuencias (aquí la primera
distancia p = 1 m). Se trata por lo tanto de filtros inestables y
divergentes cuando se busca aplicarlos a señales de audio
cualquiera. Esta divergencia es tanto más crítica para los órdenes m
de valor elevado.
Se comprenderá en particular, a partir de
relaciones [A3], [A4], y [A5], que la modelización de una fuente
virtual en campo próximo presenta componentes ambisónicos
divergentes en bajas frecuencias, de forma particularmente crítica
para órdenes m elevados, como es representado en la figura 6. Esta
divergencia, en las bajas frecuencias, corresponde al fenómeno de
"bass boost" enunciado anteriormente. El mismo se
manifiesta también en la adquisición sonora, para fuentes
reales.
Por esta razón específicamente, la aproximación
ambisónica, en particular para órdenes m elevados, no ha conocido en
el estado de la técnica, una aplicación concreta (además de la
teórica) en el tratamiento del sonido.
Se comprende en particular que una compensación
del campo próximo es necesaria para respetar, en la restitución, la
forma de los frentes de ondas codificados en la representación
ambisónica. Con referencia a la figura 7, un dispositivo de
restitución comprende una pluralidad de
alto-parlantes HP_{i}, dispuestos a una misma
distancia R, en el ejemplo descrito, de un punto de percepción
auditiva P. En esta figura 7:
- -
- cada punto donde se sitúa un alto-parlante HP_{i} corresponde a un punto de restitución enunciado anteriormente,
- -
- el punto P es el punto de percepción auditivo enunciado anteriormente,
- -
- esos puntos están separados de la segunda distancia R enunciada anteriormente,
mientras que en la figura 3
descrita
anteriormente:
- -
- el punto O corresponde al punto de referencia, enunciado anteriormente, que forma el origen de la base de las harmónicas esféricas,
- -
- el punto M corresponde a la posición de una fuente (real o virtual) situada en la primera distancia p, enunciada anteriormente, del punto de referencia O.
Según la invención, se introduce una
pre-compensación del campo próximo a la fase misma
de la codificación, esta compensación pone en juego filtros de forma
analítica \frac{1}{F_{m}{}^{(R/c)}(\omega)} y que se aplican a
los componentes ambisónicos B^{\sigma}_{mn} precitados.
Según una de las ventajas que aporta la
invención, al amplificación F_{m}^{(p/c)}(\omega) cuyo
efecto aparece en la figura 6 es compensado por la atenuación del
filtro aplicado desde la codificación
\frac{1}{F_{m}{}^{(R/c)}(\omega)}. En particular, los coeficientes
de ese filtro de compensación \frac{1}{F_{m}{}^{(R/c)}(\omega)}
son crecientes con la frecuencia del sonido, en particular, tienden
hacia cero, para las bajas frecuencias. Ventajosamente, esta
pre-compensación, efectuada desde la codificación,
asegura que los datos transmitidos no sean divergentes para las
bajas frecuencias.
Para indicar la señalización física de la
distancia R que interviene en el filtro de compensación, se
considera, a título ilustrativo, una onda plana real, inicial, en la
adquisición de las señales sonoras. Para simular un efecto de campo
próximo a esta fuente lejana, se aplica el primer filtro de la
relación [A5], como se indica en la relación [A4]. La distancia p
representa entonces una distancia entre una fuente virtual próxima M
y el punto O que representa el origen de la base esférica de la
figura 3. Se aplica así un primer filtro se simulación de campo
próximo para simular la presencia de una fuente virtual a la
distancia p descrita anteriormente. Sin embargo, por una parte, como
se indicó anteriormente, los términos del coeficiente de ese filtro
divergen en las bajas frecuencias (figura 6) y, por otra parte, la
distancia precitada no representará fuertemente la distancia entre
los alto-parlantes de un dispositivo de restitución
y un punto P de percepción (figura 7). Según la invención, se aplica
una pre-compensación, en la codificación, que pone
en juego un filtro de tipo \frac{1}{F_{m}{}^{(R/c)}(\omega)} como
se indicó anteriormente, lo que permite, por una parte, transmitir
señales cerradas, y, por otra parte, seleccionar la distancia R,
desde la codificación, para la restitución del sonido a partir de
los alto-parlantes HP_{i}, tal como es
representado en la figura 7. En particular, se comprenderá que si se
ha simulado, en la adquisición una fuente virtual colocada a la
distancia p del origen O, en la restitución (figura 7), un oyente
colocado en el punto P de percepción auditiva (a una distancia R de
los alto-parlantes HP_{i}) experimentará, en la
audición, la presencia de una fuente sonora S, colocada a la
distancia p del punto de percepción P y que corresponde con la
fuente virtual simulada durante la adquisición.
De esta forma, la
pre-compensación del campo próximo a los
alto-parlantes (colocados a la distancia R), en la
fase de codificación, puede ser combinada con un efecto de campo
próximo simulado de una fuente virtual colocada a una distancia p.
En la codificación, se pone finalmente en juego un filtro total
resultante, por una parte, de la simulación del campo próximo, y,
por otra parte, de la compensación del campo próximo, los
coeficientes de este filtro pueden expresarse analíticamente por la
relación:
El filtro total dado por la relación [A11] es
estable y constituye la parte "codificación de distancia" en la
codificación ambisónica espacial según la invención, tal como es
representado en la figura 8. Los coeficientes de esos filtros
corresponden a funciones de transferencia monotónicas de la
frecuencia, que tienden hacia el valor 1 en altas frecuencias y
hacia el valor (R/p)^{m} en bajas frecuencias. Con
referencia a la figura 9, los espectros de energía de los filtros
H_{m}^{NFC(p/c,R/c)}(\omega) traducen la
amplificación de los componentes codificados, debidos al efecto de
campo de la fuente virtual (colocada aquí a una distancia p = 1 m),
con una pre-compensación del campo de
alto-parlantes (colocados a una distancia R = 1,5
m). La amplificación en decibeles es por lo tanto positiva cuando p
< R (caso de la figura 9) y negativa cuando p > R (caso de la
figura 10 donde p = 3 m y R = 1,5 m). En un dispositivo de
restitución espacializado, la distancia R entre un punto de
percepción auditivo y los alto-parlantes HP_{i} es
efectivamente del orden de uno o algunos metros.
Con referencia de nuevo a la figura 8, se
comprende que, además de los parámetros de dirección \theta y
\delta habituales, se transmitirá un información en las distancias
que intervienen en la codificación. Así, las funciones angulares
correspondientes a las harmónicas esféricas
Y^{\sigma}_{mn}(\theta,\delta) son conservadas para
la codificación direccional.
Sin embargo, en el sentido de la presente
invención, se prevé además de los filtros totales (compensación de
campo próximo y, llegado el caso, simulación de un campo próximo)
H_{m}^{NFC(p/c,R/c)}(\omega) que son aplicados a
los componentes ambisónicos, en función de su orden m, para realizar
la codificación de la distancia, como es representado en la figura
8. Un modo de realización de esos filtros en el campo
audio-numérico será descrito en detalles más
adelante.
Se remarcará en particular que esos filtros
pueden ser aplicados desde incluso la codificación de distancia (r)
y antes incluso de la codificación de dirección (\theta,\delta).
Se comprenderá así que las etapas a) y b) anteriores pueden ser
reunidas en una misma etapa global, o incluso ser invertidas (con
una codificación de distancia y filtrado de compensación, seguidos
de una codificación de dirección). El procedimiento según la
invención no se limita a una ejecución sucesiva en el tiempo de las
etapas a) y b).
La figura 11A representa una visualización
(vista desde arriba) de una reconstrucción de un campo próximo con
compensación, de una onda esférica, en el plano horizontal (con los
mismos parámetros de distancia que aquellos de la figura 9), para un
sistema de orden total M = 15 y una restitución en 32
alto-parlantes. En la figura 11B, se ha representado
la propagación de la onda sonora inicial a partir de una fuente en
campo próximo situado a una distancia p de un punto del espacio de
adquisición que corresponde, en el espacio de restitución, al punto
P de la figura 7 de percepción auditiva. Se remarca en la figura 11A
que los oyentes (simbolizados por cabezas esquematizadas) pueden
localizar la fuente virtual en un mismo lugar geográfico situado a
la distancia p del punto de percepción P en la figura 11B.
Se verifica que la forma del frente de la onda
codificada sea respetada después de la decodificación y restitución.
Sin embargo, se constata sensiblemente interferencias a la derecha
del punto P tal como es representado en la figura 11A que son
debidas al hecho de que el número de alto-parlantes
(y por lo tanto de componentes ambisónicos tomados en cuenta) no es
suficiente para restituir perfectamente el frente de ondas en juego
en toda la superficie delimitada por los
alto-parlantes.
En lo que sigue, se describe, a título de
ejemplo, la obtención de un filtro audio-numérico
para la ejecución del procedimiento en el sentido de la
invención.
Como se indicó anteriormente, si se busca
simular un efecto de campo próximo, compensado desde la
codificación, se aplica a los componentes ambisónicos del sonido un
filtro de la forma:
De la expresión de la simulación de un campo
próximo dado por la relación [A5], parece que para fuentes lejanas
(p = \infty), la relación [A11] deviene simplemente:
Parece por lo tanto de esta última relación
[A12] que el caso donde la fuente a simular emite en campo lejano
(fuente lejana) es solo un caso particular de la expresión general
del filtro formulada en la relación [A11].
En el campo de los tratamientos
audio-numéricos, un procedimiento ventajoso para
definir un filtro numérico a partir de la expresión analítica de ese
filtro en el campo analógico a tiempo continuo consiste en una
"transformada bilineal".
Se expresa primero la relación [A5] bajo la
forma de una transformada de Laplace, lo que corresponde a:
donde \tau = p/c (c siendo la
velocidad acústica en el medio, típicamente 340 m/s en el
aire).
La transformada bilineal consiste en presentar,
para una frecuencia de muestreo f_{s}, la relación [A11] bajo la
forma:
si m es impar
y
si m es
par,
donde z es definida por p = 2f_{s} \frac{1 -
z^{-1}}{1 + z^{-1}} con respecto a la relación [A13]
precedente,
y con:
y
donde \alpha = 4f_{s} R/c para
x=a
y \alpha = 4f_{s} p/c para
x=b
X_{m,q} son las raíces sucesivas del polinomio
de Bessel:
y son expresados en la tabla 1 a
continuación, para diferentes órdenes m, bajo las formas respectivas
de su parte real, su módulo (separados por una coma) y su valor real
cuando m es
impar.
\newpage
TABLA 1
(continuación)
\newpage
TABLA 1
(continuación)
Se implementan así los filtros numéricos, a
partir de los valores de la tabla 1, previendo cascadas de células
de orden 2 (para m par), y una célula suplementaria (para m impar),
a partir de las relaciones [A14] dadas anteriormente.
Se realizan así los filtros numéricos bajo una
forma de respuesta impulsiva infinita, cómodamente parametrizable
como se mostró anteriormente. Es de notar que una implementación
bajo la forma de respuesta impulsiva finita puede ser considerada y
consiste en calcular el espectro complejo de la función de
transferencia a partir de la fórmula analítica, y luego en deducir
una respuesta impulsiva finita por la transformada de Fourier
inversa. Se aplica seguidamente una operación de convolución para el
filtrado.
De esta forma, introduciendo esta
pre-compensación del campo próximo a la
codificación, se define una representación ambisónica modificada
(figura 8), adoptando como representación transmisible señales
expresadas en el campo frecuencial, bajo la forma:
Como se indicó anteriormente, R es una distancia
de referencia a la cual está asociado un efecto de campo próximo
compensado y c es la velocidad del sonido (típicamente 340 m/s en el
aire). Esta representación ambisónica modificada posee las mismas
propiedades de escalabilidad (esquemáticamente representada por
datos transmitidos "rodeados" cerca de la flecha TR de la
figura 1) y obedece a las mismas transformaciones de rotación del
campo (módulo 4 de la figura 1) que la representación ambisónica
habitual.
Se indican a continuación las operaciones a
ejecutar para la decodificación de las señales ambisónicas
recibidas.
Se indica primeramente que la operación de
decodificación es adaptable a un dispositivo de restitución
cualquiera, de radio R_{2}, diferente de la distancia de
referencia R anterior. A este efecto, se aplican filtros de tipo
H_{m}^{NFC(p/c,R/c)}(\omega), tales como los
descritos más arriba, pero con parámetros de distancia R y R_{2},
en lugar de p y R. En particular, es de destacar que solamente el
parámetro R/c es para memorizar (y/o transmitir) entre la
codificación y la decodificación.
Con referencia a la figura 12, el módulo de
filtrado que es allí representado es previsto por ejemplo en una
unidad de tratamiento de un dispositivo de restitución. Los
componentes ambisónicos recibidos han sido
pre-compensados para la codificación a una distancia
de referencia R_{1} en tanto que segunda distancia. Sin embargo,
el dispositivo de restitución comprende una pluralidad de
alto-parlantes dispuestos a una tercera distancia
R_{2} de un punto de percepción auditivo P, esta tercera distancia
R_{2} siendo diferente de la segunda distancia precitada R_{1}.
El módulo de filtrado de la figura 12, bajo la forma
H_{m}^{NFC(R1/c,R2/c)}(\omega), adapta
entonces, para la recepción de los datos, la
pre-compensación a la distancia R_{1} para una
restitución a la distancia R_{2}. Claro está, como se indicó
anteriormente, el dispositivo de restitución recibe también el
parámetro R_{1}/c.
Es de destacar que la invención además de
mezclar varias representaciones ambisónicas de campos sonoros
(fuentes reales y/o virtuales), cuyas distancias de referencia R son
diferentes (llegado el caso con distancias de referencia infinitas y
que corresponden a fuentes lejanas). Preferentemente, se filtrará
una pre-compensación de todas esas fuentes a una
distancia de referencia la más pequeña, antes de mezclar las señales
ambisónicas, lo que permite con la restitución obtener una
definición correcta del relieve sonoro.
En el marco del tratamiento llamado de
"localización sonora" con, en la restitución, un efecto
de enriquecimiento sonoro para una dirección seleccionada del
espacio (a la manera de un proyector luminoso que aclara en una
dirección seleccionada en óptica), que implica un tratamiento
matricial de localización sonora (con ponderación de los componentes
ambisónicos), se aplica ventajosamente la codificación de distancia
con pre-compensación próxima de forma combinada al
tratamiento de focalización.
En lo que sigue, se describe un procedimiento de
decodificación ambisónico, con compensación del campo próximo de los
alto-parlantes, en la restitución.
Para reconstruir un campo acústico codificado
siguiendo el formalismo ambisónico, a partir de los componentes
B^{\sigma}_{mn} y utilizando los alto-parlantes
de un dispositivo de restitución que prevé un emplazamiento
"ideal" de un oyente que corresponde al punto de restitución P
de la figura 7, la onda emitida para cada
alto-parlante es definida por un tratamiento previo
de "re-codificación" del campo
ambisónico en el centro del dispositivo, como sigue.
En el contexto de
"re-codificación", se considera en un
primer momento y por simplificación que las fuentes emiten en campo
lejano.
Con referencia de nueva a la figura 7, la onda
emitida por un alto-parlante de índice i y de
incidencia (\theta_{j} y \delta_{j}) es alimentada por una
señal Si. Este alto-parlante participa en la
reconstrucción del componente B'_{mn}, por su contribución
S_{i}.Y^{\sigma}_{mn}(\theta_{i},\delta_{i}).
El vector c_{i} de los coeficientes de
codificación asociados a los alto-parlantes de
índice i se expresan por la relación:
El vector S de las señales que emanan del
conjunto de N alto-parlantes es dado por la
expresión:
La matriz de codificación de esos N
alto-parlantes (que corresponden finalmente a una
matriz de "re-codificación"), se expresa por la
relación:
[B3]C= [C_{1}
C_{2}
...C_{N}]
donde cada término c_{i}
representa un vector según la relación [B1]
anterior.
De esta forma, la reconstrucción del campo
ambisónico B' está definida por la relación:
La relación [B4] define así una operación de
re-codificación, previa a la restitución.
Finalmente, la decodificación, como tal, consiste en comparar las
señales ambisónicas originales y recibidas por el dispositivo de
restitución, bajo la forma:
\newpage
a las señales re-codificadas
\tilde{B} para definir la relación general:
[B6]B' =
B
Se trata, en particular, de determinar los
coeficientes de una matriz de decodificación D, que verifica la
relación:
[B7]S =
D.B
De preferencia, el número de
alto-parlantes es superior o igual al número de
componentes ambisónicas a codificar y la matriz de decodificación D
se expresa, en función de la matriz de
re-codificación C, bajo la forma:
[B8]D = C^{T}
.(C.C^{T})^{-1}
donde la notación C^{T}
corresponde a la transpuesta de la matriz
C.
Es de destacar que la definición de una
decodificación que verifica criterios diferentes por bandas de
frecuencias es posible, lo que permite ofrecer una restitución
optimista en función de las condiciones de escucha, específicamente
en lo que concierne a la dificultad de posicionamiento en el centro
O de la esfera de la figura 3, durante la restitución. A este
efecto, se prevé ventajosamente un filtrado simple, con igualación
frecuencial de manera gradual, en cada componente ambisónico.
Sin embargo, para obtener una reconstrucción de
una onda originalmente codificada, es necesario corregir la
hipótesis de campo lejano para los alto-parlantes,
es decir expresar el efecto de su campo próximo en la matriz de
re-codificación C anterior e invertir ese nuevo
sistema para definir el decodificador. A este efecto, suponiendo una
concentricidad de los alto-parlantes (dispuestos a
una misma distancia R del punto P de la figura 7), todos los
alto-parlantes tienen un mismo efecto de campo
próximo F_{m}^{(R/c)}(\omega), en cada componente
ambisónico del tipo B'^{\sigma}_{mn}. Introduciendo los términos
de campo próximos bajo la forma de una matriz diagonal, la relación
[B4] anterior deviene:
[B9]B'=
Diag([1 F_{1}{}^{R/c}(\omega)
F_{1}{}^{R/c}(\omega)...F_{m}{}^{R/c}(\omega)
F_{m}{}^{R/c}(\omega)...]).CS
La relación [B7] anterior deviene:
De esta forma, la operación de matrizado es
precedida por una operación de filtrado que comprende el campo
próximo en cada componente B^{\sigma}_{mn}, y que puede ser
ejecutada bajo la forma numérica, como se describió anteriormente,
con referencia a la relación [A14].
Se considerará que en la práctica, la matriz C
de "re-codificación" es propia al dispositivo
de restitución. Esos coeficientes pueden ser determinados
inicialmente por parametrización y caracterización sonora del
dispositivo de restitución que reacciona a una excitación
predeterminada. La matriz de decodificación D es, por si misma,
propia al dispositivo de restitución. Sus coeficientes pueden ser
determinados por la relación [B8]. Retomando la notación precedente
donde \tilde{B} es la matriz de los componentes ambisónicos
pre-compensados, estos últimos pueden ser
transmitidos al dispositivo de restitución bajota forma matricial
\tilde{B} con:
El dispositivo de restitución decodifica a
continuación los datos recibidos bajo la forma matricial \tilde{B}
(vector columna de los componentes transmitidos) aplicando la
matriz de decodificación D a los componentes ambisónicos
pre-compensados, para formar las señales Si
destinadas para alimentar los alto-parlantes
HP_{i}, con:
Con referencia de nuevo a la figura 12, si una
operación de decodificación debe ser adaptada a un dispositivo de
restitución de radio R_{2} diferente de la distancia de referencia
R_{1}, un módulo de adaptación previo a la decodificación
propiamente dicho y descrito anteriormente permite filtrar cada
componente ambisónico \tilde{B}^{\sigma}_{mn}, para adaptarlo a
un dispositivo de restitución de radio R_{2}. La operación de
decodificación propiamente dicha es efectuada a continuación, como
es descrito anteriormente, con referencia a la relación [B11].
Se describe a continuación una aplicación de la
invención a la síntesis binaural.
Se hace referencia a la figura 13A en la cual un
oyente que dispone de un casco con dos auriculares de un dispositivo
de síntesis binaural es representado. Las dos orejas del oyente
están dispuestas en puntos respectivos O_{L} (oreja izquierda) y
O_{R} (oreja derecha) del espacio. El cetro de la cabeza del
oyente está dispuesta en el punto O y el radio de la cabeza del
oyente es de valor a. Una fuente debe ser percibida auditivamente en
un punto M del espacio, situado a una distancia r del centro de la
cabeza del oyente (y respectivamente a distancias r_{R} de la
oreja derecha y r_{L} de la oreja izquierda). Además, la dirección
de la fuente colocada en el punto M es definida por los vectores
\upbar{r}, \upbar{r}_{R} y
\upbar{r}_{L}.
\upbar{r}_{L}.
De forma general, la síntesis binaural se define
como sigue.
Cada oyente tiene una forma de oreja que le es
propia. La percepción de un sonido en el espacio por este oyente se
hace por aprendizaje, desde el nacimiento, en función de la forma de
las orejas (específicamente la forma de los pabellones y las
dimensiones de la cabeza) propia a ese oyente. La percepción de un
sonido en el espacio se manifiesta entre otras por el hecho de que
el sonido llega a una oreja, antes que a la otra oreja, lo que se
traduce en un retardo \tau entre las señales a emitir por cada
auricular del dispositivo de restitución que aplica la
síntesis
binaural.
binaural.
El dispositivo de restitución es parametrado
inicialmente, para un mismo oyente, barriendo una fuente sonora
alrededor de su cabeza, a una misma distancia R del centro de su
cabeza. Se comprende así que esta distancia R puede ser considerada
como una distancia entre un "punto de restitución" como se
enunció anteriormente y un punto de percepción auditiva (aquí el
centro O de la cabeza del oyente).
En lo que sigue, el índice L está asociado a la
señal a restituir para el auricular unido a la oreja izquierda y el
índice R está asociado a la señal a restituir por el auricular unido
a la oreja derecha. Con referencia a la figura 13B, se aplica a la
señal inicial S un retardo para cada vía destinada a producir una
señal para un auricular distinto. Esos retardos \tau_{L} y
\tau_{R} son función de un retardo máximo \tau_{MAX} que
corresponde aquí a la relación a/c donde a, como se indicó
precedentemente, corresponde al radio de la cabeza del oyente y c a
la velocidad del sonido. En particular, esos retardos son definidos
en función de la diferencia de distancia del punto O (centro de la
cabeza) al punto M (posición de la fuente cuyo sonido es para
restituir, en la figura 13A) y de cada oreja en ese punto M.
Ventajosamente, se aplican además ganancias respectivas g_{L} y
g_{R}, en cada vía, que son función de una relación de las
distancias del punto O al punto M y de cada oreja al punto M.
Módulos respectivos aplicados a cada vía 2_{L} y 2_{R} codifican
las señales de cada vía, en una representación ambisónica, con
pre-compensación de campo próximo NFC (por
"Near Field Compensation") en el sentido de la presente
invención. Se comprenderá así que, para la ejecución del
procedimiento en el sentido de la presente invención, se pueden
definir las señales salidas de la fuente M, no solamente por su
dirección (ángulos acimutales \theta_{L} y \theta_{R} y
ángulos de elevación \delta_{L} y \delta_{R}), sino también
en función de la distancia que separa cada oreja r_{L} y r_{R}
de la fuente M. Las señales así codificadas son transmitidas al
dispositivo de restitución que comprende módulos de decodificación
ambisónica, para cada vía, 5_{L} y 5_{R}. De esta forma, se
aplica una codificación/decodificación ambisónica, con compensación
de campo próximo, para cada vía (auricular izquierdo, auricular
derecho) en la restitución con síntesis binaural (aquí de tipo
"B-FORMAT"), bajo la forma desdoblada. La
compensación de campo próximo se efectúa, para cada vía, con como
primera distancia p una distancia r_{L} y r_{R} entre cada oreja
y la posición M de la fuente sonora a restituir.
Se describe a continuación una aplicación de la
compensación en el sentido de la invención, en el contexto de la
adquisición sonora en representación ambisónica.
Se hace referencia a la figura 14 en la cual un
micrófono 141 comprende una pluralidad de cápsulas transductoras,
capaces de captar presiones acústicas y restituir señales eléctricas
S_{l},...S_{N.} Las cápsulas CAP_{i} son dispuestas en una
esfera de radio predeterminado (aquí, una esfera rígida, tal como
una pelota de ping pong por ejemplo). Las cápsulas son espaciadas de
un paso regular sobre la esfera. En la práctica, se selecciona el
número N de cápsulas en función del orden M deseado para la
representación ambisónica.
Se indica a continuación, en el contexto de un
micrófono que comprende cápsulas dispuestas en una esfera rígida,
cómo compensar el efecto de campo próximo, desde la codificación en
el contexto ambisónico. Se mostrará así que la
pre-compensación del campo próximo puede aplicarse
no solamente para la simulación de fuente virtual, como se indicó
anteriormente, sino también en la adquisición y, de forma más
general, combinando la pre-compensación de campo
próximo a todos los tipos de tratamientos que implican una
representación ambisónica.
\newpage
En presencia de una esfera rígida (susceptible
de introducir una difracción de las ondas sonoras recibidas), la
relación [A1] dada anteriormente deviene:
Las derivadas de las funciones de Hankel
esféricas h_{m} obedecen a la ley de recurrencia:
[C2](2m
+ 1)h_{m}{}^{-1}(x) = mh^{-}{}_{m-1}(x) - (m
+ 1) \
h^{-1}{}_{m+1}(x)
Se deducen los componentes ambisónicos
B^{\sigma}_{mn} del campo inicial a partir del campo de presión
a la superficie de la esfera, ejecutando operaciones de proyección
de igualación dadas por la relación:
[C3]B^{\sigma}{}_{mn} = EQ_{m}
< p_{r} \arrowvert Y^{\sigma}{}_{mn} >
4\pi
En esta expresión, EQ_{m} es un filtro
igualador que compensa una ponderación W_{m} que está unida a la
directividad de las cápsulas y que incluye además la difracción por
la esfera rígida.
La expresión de ese filtro EQ_{m} es dada por
la relación siguiente:
Los coeficientes de ese filtro de igualación no
son estables y se obtiene una ganancia infinita en muy bajas
frecuencias. Por otra parte, conviene notar que las componentes
harmónicas esféricas, por sí mismas, no son de amplitud finita
cuando el campo sonoro no está limitado a una propagación de ondas
planas, es decir salidas de fuentes lejanas, como se ha visto
precedentemente.
Además, si, antes que prever cápsulas
encastradas en una esfera sólida, se prevén cápsulas de tipo
cardioides, con una directividad en campo lejano dada por la
expresión:
[C5]G(\theta)
= \alpha + (1-\alpha) \ cos \
\theta
Considerando esas cápsulas montadas en un
soporte "transparent acoustiquement", el término de
ponderación a compensar deviene:
[C6]W_{m} =
j^{m}(\alpha \ jm(kr) - j(1 -
\alpha)jm'(kr))
Parece aún que los coeficientes de un filtro de
igualación que corresponden a la inversa analítica de esta
ponderación dada por la relación [C6] son divergentes para las muy
bajas frecuencias.
De forma general, se indica que para todo tipo
de directividad de captadores, la ganancia del filtro EQ_{m} para
compensar la ponderación W_{m} unida a la directividad de los
captadores es infinita para las bajas frecuencias sonoras. Con
referencia a la figura 14, se aplica ventajosamente una
pre-compensación de campo próximo en la expresión
misma del filtro de igualación EQ_{m}, dada por la relación:
De esta forma, las señales S_{1} a S_{N} son
recuperadas del micrófono 141. Llegado el caso, se aplica una
pre-igualación de esas señales por un módulo de
tratamiento 142. El módulo 143 permite expresar esas señales en el
contexto ambisónico, bajo forma matricial. El módulo 144 aplica el
filtro de la relación [C7] a los componentes ambisónicos expresados
en función del radio r de la esfera del micrófono 141. La
compensación de campo próximo se efectúa para una distancia de
referencia R en tanto que segunda distancia. Las señales codificadas
y así filtradas por el módulo 144 pueden ser transmitidas, llegado
el caso, con el parámetro representativo de la distancia de
referencia R/c.
\newpage
Así, se nota en los diferentes modos de
realización unidos respectivamente a la creación de una fuente
virtual en campo próximo, con la adquisición de señales sonoras
salidas de fuentes reales, o incluso con la restitución (para
compensar un efecto de campo próximo de los
alto-parlantes), que la compensación de campo
próximo en el sentido de la presente invención puede aplicarse a
todos los tipos de tratamiento que hacen intervenir una
representación ambisónica. Esta compensación de campo próximo
permite aplicar la representación ambisónica a una multiplicidad de
contextos sonoros donde la dirección de una fuente y ventajosamente
su distancia deben ser tomados en cuenta. Además, la posibilidad de
la representación de fenómenos sonoros de todos tipos (campos
próximos o lejanos) en el contexto ambisónico es asegurado por esta
pre-compensación, debido al hecho de la limitación a
valores reales finitos de los componentes ambisónicos.
Claro está, la presente invención no se limita a
la forma de realización descrita anteriormente a título de ejemplo;
la misma se extiende a otras variantes.
Así, se comprende que la
pre-compensación de campo próximo puede ser
integrada, a la codificación, tanto para una fuente próxima como
para una fuente lejana. En ese último caso (fuente lejana y
recepción de ondas planas), la distancia p expresada anteriormente
será considerada como infinita, sin modificar de forma sustancial la
expresión de los filtros H_{m} dados anteriormente. Así, el
tratamiento que utiliza procesadores de efecto de sala que
proporcionan en general señales desacopladas utilizables para
modelizar el campo difuso tardío (reverberación tardía) puede ser
combinado con una pre-compensación de campo próximo.
Se puede considerar que esas señales son de igual energía y
corresponden a una parte de campo difuso que corresponde a la
componente omnidirectiva W = B^{+1}_{00} (figura 4). Se puede
entonces construir los diversos componentes harmónicos esféricos
(con un orden M seleccionado) aplicando una corrección de ganancia
para cada componente ambisónica y se aplica una compensación de
campo próxima de los alto-parlantes (con una
distancia de referencia R que separa los lato parlantes del punto de
percepción auditiva como es representado en la figura 7).
Claro está, el principio de codificación en el
sentido de la presente invención es generalizable a modelos de
irradiación además de las fuentes monopolares (reales o virtuales)
y/o alto-parlantes. En efecto, cualquier forma de
irradiación (específicamente una fuente en el espacio) puede ser
expresada por integración de una distribución continua de fuentes
elementales puntuales.
Además, en el contexto de la restitución, es
posible adaptar la compensación de campo próximo a cualquier
contexto de restitución. A este efecto, puede estar previsto
calcular funciones de transferencia (re-codificación
de componentes harmónicas esféricas de campo próximo para cada
alto-parlante, teniendo en cuenta una propagación
real en la sala donde el sonido es restituido), así como una
inversión de esa re-codificación para definir la
codificación.
Se ha descrito anteriormente un procedimiento de
decodificación en el cual se aplica un sistema matricial que hace
intervenir los componentes ambisónicos. En una variante, puede ser
previsto un tratamiento generalizado por transformadas de Fourier
rápidas (circular o esférica) para limitar los tiempos de cálculo y
los recursos informáticos (en término de memoria) necesarios al
tratamiento de decodificación.
Como se indicó anteriormente con referencia a
las figuras 9 y 10, se constata que la selección de una distancia de
referencia R con relación a la distancia p de la fuente en campo
próximo introduce una diferencia de ganancia para diferentes valores
de la frecuencia sonora. Se indica que el procedimiento de
codificación con pre-compensación puede ser acoplado
a una compensación audio-numérica que permite
calificar y ajustar la ganancia para cada sub-banda
de frecuencia.
Ventajosamente, la presente invención se aplica
a todos los tipos de sistemas de especialización sonora,
específicamente para aplicaciones de tipo "realidad
virtual" (navegación en escenas virtuales en el espacio
tridimensional, conversaciones de tipo "chat"
sonorizadas en la red Internet), a sonificaciones de interfaces, a
programas de edición de audio para registrar, mezclar y restituir la
música, pero también a la adquisición, a partir del uso de
micrófonos tridimensionales, para la toma de sonido musical o
cinematográfico, o también para la transmisión de ambiente sonoro en
Internet, por ejemplo para "Webcam" sonorizadas.
Claims (22)
1. Procedimiento de tratamiento de datos
sonoros, en el cual:
- a)
- se codifican señales representativas de al menos un sonido que se propaga en el espacio tridimensional y salido de una fuente situada a una primera distancia (p) de un punto de referencia (O), para obtener una representación del sonido por componentes (B_{mn}^{\sigma}) expresados en una base de harmónicas esféricas, de origen correspondiente a dicho punto de referencia (O),
- b)
- y se aplica a dichos componentes (B_{mn}^{\sigma}) una compensación de un efecto de campo próximo por un filtrado que es función de una segunda distancia (R) que define sensiblemente, para una restitución del sonido por un dispositivo de restitución, una distancia entre un punto de restitución (HP_{i}) y un punto (P) de percepción auditiva.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual, dicha fuente siendo lejana del punto de referencia (O),
- -
- se obtienen componentes de órdenes sucesivos m para la representación del sonido en dicha base de harmónicas esféricas, y
- -
- se aplica un filtro (1/F_{m}) cuyos coeficientes, aplicados cada uno a un componente de orden m, se expresan analíticamente bajo la forma de la inversa de un polinomio de potencia m, cuya variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha segunda distancia (R), para compensar un efecto de campo, próximo al nivel del dispositivo de restitución.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual, dicha fuente siendo una fuente virtual prevista a dicha
primera distancia (p),
- -
- se obtienen componentes de órdenes sucesivos m para la representación del sonido en dicha base de harmónicas esféricas, y
- -
- se aplica un filtro global (H_{m}) cuyos coeficientes, aplicados cada uno a un componente de orden m, se expresan analíticamente bajo la forma de una fracción, donde:
- -
- el numerador es un polinomio de potencia m, donde la variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha primera distancia (p), para simular un efecto de campo próximo a la fuente virtual, y
- -
- el denominador es un polinomio de potencia m, donde la variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha segunda distancia (R), para compensar el efecto del campo próximo a la fuente virtual en las bajas frecuencias sonoras.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, en el cual se transmite al dispositivo
de restitución los datos codificados y filtrados en las etapas a) y
b) con un parámetro representativo de dicha segunda distancia
(R/c).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el cual, el dispositivo de restitución
comprende medios de lectura de un soporte de memoria, se memorizan
en un soporte de memoria destinado a ser leído por el dispositivo de
restitución los datos codificados y filtrados en las etapas a) y b)
con un parámetro representativo de dicha segunda distancia
(R/c).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 y 5, en el cual, previamente a una restitución
sonora por un dispositivo de restitución que comprende una
pluralidad de alto-parlantes dispuestos en una
tercera distancia (R_{2}) de dicho punto de percepción auditiva
(P), se aplica a los datos codificados y filtrados un filtro de
adaptación (H_{m}^{(R1/c,R2/c)}) cuyos coeficientes son función
de dichos segunda (R_{1}) y tercera distancias (R_{2}).
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el cual los coeficientes de dicho filtro de adaptación
(H_{m}^{(R1/c,R2/c)}), aplicados cada uno a una componente de
orden m, se expresan analíticamente bajo la forma de una fracción,
donde:
- -
- el numerador es un polinomio de potencia m, donde la variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha segunda distancia (R),
- -
- el denominador es un polinomio de potencia m, donde la variable es inversamente proporcional a la frecuencia sonora y a dicha tercera distancia (R_{2}).
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2,3 y 7, en el cual, para la ejecución de la etapa
b), se prevé:
- -
- para componentes de orden m par, filtros audio-numéricos bajo la forma de una cascada de células de orden dos; y
- -
- para componentes de orden m impar, filtros audio-numéricos bajo la forma de una cascada de células de orden dos y una célula suplementaria de orden uno.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el cual los coeficientes de un filtro
audio-numérico, para un componente de orden m, son
definidos a partir de valores numéricos de raíces de dichos
polinomios de potencia m.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2, 3, 7, 8 y 9 en el cual dichos polinomios son
polinomios de Bessel.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1, 2 y 4 a 10, en el cual se prevé un micrófono que
comprende una red de transductores acústicos dispuestos
sensiblemente en la superficie de una esfera cuyo centro corresponde
sensiblemente a dicho punto de referencia (O), para obtener dichas
señales representativas de al menos un sonido que se propaga en el
espacio tridimensional.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el cual se aplica en la etapa b) un filtro global para, por una
parte, compensar un efecto de campo próximo en función de dicha
segunda distancia (R) y, por otra parte, igualar las señales salidas
de los transductores para compensar una ponderación de directividad
de dichos transductores.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 y 12, en el cual se prevé un número de
transdutores en función de un número total seleccionado de
componentes para representar el sonido en dicha base de harmónicas
esféricas.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, en el cual se selecciona en la etapa
a) un número total de componentes en la base de las harmónicas
esféricas para obtener, en la restitución, una región del espacio
alrededor del punto de percepción (P) en el cual la restitución del
sonido es fiel y donde las dimensiones son crecientes con el número
total de componentes.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el cual se prevé un dispositivo de restitución que comprende un
número de alto-parlantes al menos igual a dicho
número total de componentes.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5 y 8 a 13, en el cual:
- -
- se prevé un dispositivo de restitución que comprende al menos un premier y un segundo alto-parlante dispuestos a una distancia seleccionada de un oyente,
- -
- se obtiene, para este oyente, una información de observación de la posición en el espacio de fuentes sonoras situadas a una distancia de referencia predeterminada (R) del oyente, y
- -
- se aplica la compensación de la etapa b) con dicha distancia de referencia sensiblemente en tanto que segunda distancia.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3 y 8 a 13, tomadas en combinación con una de
las reivindicaciones 4 y 5, en el cual:
- -
- se prevé un dispositivo de restitución que comprende al menos un premier y un segundo alto-parlante dispuestos a una distancia seleccionada de un oyente,
- -
- se obtiene, para este oyente, una información de observación de la posición en el espacio de fuentes sonoras situadas a una distancia de referencia predeterminada (R_{2}) del oyente, y
- -
- previamente a una restitución sonora por el dispositivo de restitución, se aplica a los datos codificados y filtrados en las etapas a) y b) un filtro de adaptación (H_{m}^{(R1/c,R2/c)}) cuyos coeficientes son función de la segunda distancia (R) y sensiblemente de la distancia de referencia (R_{2}).
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 16 y 17, en el cual:
- -
- el dispositivo de restitución comprende un casco con dos auriculares para las orejas respectivas del oyente, y
- -
- de manera separada para cada auricular, se aplica la codificación y el filtrado de las etapas a) y b) para señales respectivas destinadas a alimentar cada auricular, con, en tanto que primera distancia (p), respectivamente una distancia (r_{R},r_{L}) que separa cada oreja de una posición (M) de una fuente a restituir.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, en el cual se conforma, en las etapas
a) y b), un sistema matricial que comprende al menos:
- -
- una matriz (B) que comprende dichos componentes en la base de las harmónicas esféricas, y
- -
- una matriz diagonal (Diag(1/F_{m})) cuyos coeficientes corresponden a coeficientes de filtrado de la etapa b),
y se multiplican dichas matrices
para obtener una matriz resultante de componentes compensados
(\tilde{B}).
20. Procedimiento según la reivindicación 19, en
el cual:
- -
- el dispositivo de restitución comprende una pluralidad de alto-parlantes dispuestos sensiblemente a una misma distancia (R) del punto de percepción auditiva (P), y
- -
- para decodificar dichos datos codificados y filtrados en las etapas a) y b) y formar señales adaptadas para alimentar dichos alto-parlantes:
- *
- se forma un sistema matricial que comprende dicha matriz resultante (\tilde{B}) y una matriz de decodificación (D) predeterminada, propia del dispositivo de restitución, y
- *
- se obtiene una matriz (S) que comprende coeficientes representativos de las señales de alimentación de los alto-parlantes por multiplicación de la matriz de los componentes compensados (\tilde{B}) por dicha matriz de decodificación (D).
21. Dispositivo de adquisición sonora, que
comprende un micrófono provisto de una red de transductores
acústicos dispuestos sensiblemente en la superficie de una esfera,
caracterizado porque comprende además una unidad de
tratamiento dispuesta para:
- -
- recibir señales que emanan cada una de un transductor,
- -
- aplicar a dichas señales una codificación para obtener una representación del sonido por componentes (B_{mn}^{\sigma}) expresados en una base de harmónicas esféricas, de origen correspondiente al centro de dicha esfera (O),
- -
- y aplicar a dichos componentes (B_{mn}^{\sigma}) un filtrado que es función, por una parte, de una distancia correspondiente al radio de la esfera (r) y, por otra parte, a una distancia de referencia (R).
22. Dispositivo según la reivindicación 21,
caracterizado porque dicho filtrado consiste, por una parte,
en igualar, en función del radio de la esfera, las señales salidas
de los transductores para compensar una ponderación de directividad
de dichos transductores y, por otra parte, compensar un efecto de
campo próximo en función de dicha distancia de referencia
seleccionada (R), que definiendo sensiblemente, para una restitución
del sonido, una distancia entre un punto de restitución (HP_{i}) y
un punto (P) de percepción auditiva.
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