FR2738099A1 - Procede de simulation de la qualite acoustique d'une salle et processeur audio-numerique associe - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de simulation de la qualité acoustique produite par une source sonore virtuelle et de la localisation de cette source par rapport à un ou plusieurs auditeur(s), et à un processeur d'acoustique virtuelle associé. Le procédé permet de modifier la qualité acoustique d'une salle existante en simulant, à l'intérieur de celle-ci, la qualité acoustique d'une salle virtuelle et en reproduisant simultanément les aspects temporels et les aspects directionnels de cette qualité acoustique. Il permet également de créer des effets sonores sur des supports d'enregistrement. Grâce à ce procédé, les moyens de réglage peuvent faire référence exclusivement à la perception, par l'auditeur, de l'effet reproduit. Le processeur d'acoustique virtuelle associé permet d'équiper toutes sortes de salles de spectacles ou de jeux.

Description

PROCEDÉ DE SIMULATION DE LA QUALITÉ ACOUSTIQUE D'UNE

SALLE ET PROCESSEUR AUDIO-NUMÉRIQUE ASSOCIE

L'invention concerne un procédé de simulation de la qualité acoustique d'une salle. Ce procédé permet de contrôler ou de reproduire la localisation d'une source sonore et la transformation des sons émis par cette source résultant de leur projection dans une salle

réelle ou virtuelle.

A ce procédé est associé un processeur audio-

numérique permettant, à partir d'un ou plusieurs signaux d'entrée, de contrôler et de synthétiser, en temps réel, un effet de salle, la localisation de la source sonore, et la reproduction des signaux sur

écouteurs ou Sur divers dispositifs de haut-parleurs.

Plusieurs processeurs peuvent être associés en parallèle afin de reproduire simultanément plusieurs sources sonores différentes sur le même dispositif

d'écouteurs ou de haut-parleurs.

Grâce à ce procédé et au processeur associé, il est possible de modifier les signaux sonores provenant d'une source acoustique réelle, d'un enregistrement ou d'un synthétiseur. De plus, le procédé et le processeur associé peuvent notamment être appliqués à la sonorisation de concerts ou de spectacles, à la production d'enregistrements pour l'industrie cinématographique ou musicale, ou enfin à la réalisation de systèmes de simulation interactifs, tels que des simulateurs de vol ou des jeux video. Le procédé objet de la présente invention permet en particulier de modifier l'acoustique d'une salle d'écoute, en recréant fidèlement l'acoustique d'une -autre salle, de manière à donner l'impression aux

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auditeurs qu'un concert, par exemple, a lieu dans cette

autre salle.

Des publications assez récentes révèlent un certain

intérêt pour une approche de description de la qualité

acoustique en termes de facteurs perceptifs. Ceci est décrit dans la publication intitulée "Some New Considérations on the Subjective Impression of Reverberance and its Correlation With Objective Criteria", conférence ASA, Cambridge, Mai 1994 et dans la publication intitulée "Some Results on the Objective Characterisation of Room Acoustical Quality in both Laboratory and Real environments", Proc.I.O.A Vol.14

Part.2, p.77-84, 1992.

La publication intitulée "The Simulation of Moving Sound Sources" parue dans le Journal of Audio Engineering Society, pages 2 à 6, 1971, décrit un programme permettant de contrôler la localisation et le mouvement d'une source sonore dans un espace acoustique virtuel. Dans le cas d'une reproduction simultanée de plusieurs sources virtuelles, numérotées 1 à N, à l'aide d'un dispositif à quatre haut-parleurs entourant les auditeurs, ce programme est mis en oeuvre par le processeur représenté sur la figure la. La direction de provenance de chaque signal source est synthétisée à l'aide d'un potentiomètre panoramique, noté "Pan", permettant de distribuer le signal source vers un ou plusieurs des quatre haut-parleurs, à l'aide d'un bus de sortie multi-canaux 1 et d'amplificateurs 2. En outre, tous les signaux, issus des sources 1 à N, alimentent un réverbérateur artificiel, noté "Rev", qui

fournit un signal sonore différent à chacun des haut-

parleurs. Des gains d1 à dN permettent de contrôler l'amplitude du son direct de chaque source sonore. Des

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gains r1 à rN permettent de contrôler l'amplitude du

son réverbéré de chaque source sonore.

Ce programme présente toutefois des inconvénients.

En effet, puisqu'il ne permet pas de modifier les amplitudes et les directions des réflexions primaires indépendamment de la réverbération tardive, il ne permet pas de reproduire fidèlement l'éloignement ou la rotation d'une source sonore dans un environnement acoustique naturel. De plus, les réflexions primaires étant diffusées par tous les haut-parleurs, il est nécessaire que le ou les auditeur(s) soi(en)t situé(s) près du centre du dispositif pour que la direction de provenance définie par le son direct soit fidèlement reproduite. Si un auditeur est situé trop près d'un haut-parleur, les signaux de réflexions primaires provenant de ce haut-parleur peuvent lui parvenir avant le son direct et donc se substituer à ce-dernier de manière perceptible. Par ailleurs, un processeur tel que représenté sur la figure la constitue un système hétérogène, o la localisation des sources sonores et l'effet de réverbération sont reproduits à l'aide d'équipements distincts, afin de gérer simultanément les aspects directionnels et temporels des sources sonores. Or l'utilisation d'équipements distincts est complexe, coûteuse et se traduit par une interface de

contrôle incommode pour l'utilisateur.

La publication intitulée "A general model for spatial processing of sounds" parue dans Computer Music Journal, vol.7 N 6, 1983 décrit une extension du programme précédent. Cette extension permet de contrôler, pour chaque source sonore virtuelle et pour chaque haut- parleur du dispositif de reproduction, les dates et les amplitudes des réflexions primaires artificielles. Pour cela, elle tient compte de la

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géométrie du dispositif de haut-parleurs, de la géométrie de la salle virtuelle, des caractéristiques d'absorption acoustique de l'air et des parois de la salle virtuelle, et enfin de la position, de la directivité et de l'orientation de chaque source sonore virtuelle. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait qu'il ne permet pas de contrôler directement et efficacement la sensation perçue par l'auditeur lors de la reproduction de l'acoustique. En effet, cette sensation peut-être décomposée en deux types d'effets: la localisation de la source sonore virtuelle en direction et en distance, et la qualité acoustique définie comme la réunion des effets temporels, fréquentiels et directionnels provoqués par la salle virtuelle sur les signaux sonores rayonnés par la

source sonore virtuelle.

Or, si la sensation de localisation peut être contrôlée par ce procédé, la qualité acoustique ne peut en revanche être contrôlée que par l'intermédiaire de

la description géométrique et physique de la salle

virtuelle et des sources sonores. Cette approche comporte un certain nombre d'inconvénients dans un contexte d'application musicale ou artistique. En effet, le contrôle nécessaire pour la mise à jour des dates et des amplitudes des réflexions primaires, pour chaque source sonore et chaque haut-parleur, est complexe et coûteux en ressources de calcul. De plus, les paramètres de commande d'un processeur de mise en oeuvre de ce procédé ne sont pas pertinents sur le plan perceptif. Pour qu'un procédé de réglage soit pertinent, il faut tendre vers une relation bijective entre les paramètres et l'effet perçu. Les paramètres d'un processeur de mise en oeuvre du procédé qui vient

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d'être décrit ne répondent pas à cette condition car plusieurs configurations de réglage peuvent provoquer le même effet perçu. L'effet perceptif de la variation d'un paramètre physique ou géométrique n'est pas prévisible avec précision, et parfois même inexistant. Enfin, cette méthode de contrôle de la qualité acoustique ne permet de reproduire que des situations physiquement réalisables. Même si la salle modélisée est imaginaire, les lois de la physique imposent de fortes contraintes sur les qualités acoustiques réalisables. Par exemple, dans une salle d'un volume donné, une modification des coefficients d'absorption des parois, afin d'accroître la durée de réverbération de la salle, provoque du même coup une augmentation de

l'intensité de l'effet de salle.

Lors d'une utilisation en concert d'un procédé tel que ceux qui viennent d'être décrits, la qualité acoustique effectivement perçue par un auditeur résulte de l'association en cascade de deux filtrages. Ces deux filtrages assurent respectivement des transformations sonores réalisées par un module de traitement 3 des signaux sonores qui alimente des haut-parleurs, et des transformations sonores produites par un système

acoustique 4 réunissant des amplificateurs, des haut-

parleurs et la salle d'écoute, tel que l'illustre la

figure lb, pour un dispositif à quatre haut-parleurs.

Le second filtrage dépend de la réponse en fréquence des haut-parleurs et de leur couplage avec la salle d'écoute, qui dépend lui-même de la directivité, de la position et de l'orientation de chacun des haut-parleurs.

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De plus, les techniques proposées à ce jour pour compenser les transformations des signaux reproduits par les haut-parleurs visent à supprimer ces transformations en insérant, dans le processeur d'acoustique virtuelle associé, un filtre correcteur 5, encore appelé filtre inverse ou égaliseur, en amont des haut-parleurs du système acoustique 4, tel que représenté sur la figure lc. L'utilisation de ces

techniques dans une salle d'écoute typique, c'est-à-

dire dans une salle relativement réverbérante, est très coûteuse en ressources de calcul. En outre, par ces techniques d'égalisation, l'effet de la salle d'écoute ne peut être effectivement compensé qu'en un point ou en un nombre limité de points de réception. Cette compensation ne fonctionne donc pas sur une zone de réception étendue telle que l'auditoire dans une salle

de concert.

D'autres publications récentes décrivent une approche perceptive pour la caractérisation de la qualité acoustique des salles. Toutefois, aucune de ces publications ne décrit la réalisation d'un procédé permettant de contrôler la qualité acoustique d'une salle à l'aide d'un module de traitement de signaux

sonores et d'un dispositif de reproduction sur haut-

parleurs.

La demande de brevet FR n 92 02528 décrit un procédé et un système de spatialisation artificielle de signaux audio-numériques pour simuler un effet de salle. Pour cela, des structures de filtres réverbérant permettant la reproduction de la réverbération tardive et des échos précoces, sont décrites. Cependant, dans un tel système, les moyens de réglage de la qualité acoustique ne sont pas cohérents puisqu'ils font référence à des approches différentes. Ainsi, des

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moyens de contrôle faisant référence à la géométrie de la salle d'écoute, à la perception du son, ou au

traitement du signal, sont utilisés au même niveau.

Dans ce cas, les filtres réverbérant n'ont donc pas de pertinence perceptive sur les réglages puisque ces derniers restent indépendants les uns des autres, plusieurs d'entre-eux pouvant produire un même effet de salle. La coexistence de paramètres de natures différentes ne permet pas de répondre aux exigences de pertinence perceptive mentionnées précédemment. La qualité acoustique ne peut donc pas être contrôlée

directement et efficacement.

La présente invention permet de remédier à tous les

inconvénients qui viennent d'être décrits.

Un premier objet de l'invention se rapporte à un procédé de simulation de la qualité acoustique produite par une source sonore virtuelle et de la localisation de cette source par rapport à un ou plusieurs auditeurs, à partir d'au moins un signal d'entrée issu d'une ou de plusieurs sources sonores d'origine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: 1- fixer, à l'aide d'une interface de réglage, des valeurs de facteurs perceptifs définissant la qualité acoustique à simuler, et des valeurs de paramètres définissant la localisation d'une source virtuelle, 2convertir ces valeurs en une réponse impulsionnelle décrite par sa distribution énergétique en fonction du temps et de la fréquence, 3effectuer une compensation de contexte, de manière à prendre en compte un effet de salle existant, 4- réaliser une réverbération artificielle à partir des signaux élémentaires issus du signal d'entrée, de manière à créer, en temps réel, une acoustique virtuelle définie à la première étape, et

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- contrôler la localisation de la source virtuelle. Ce procédé permet de modifier la qualité acoustique d'une salle existante en simulant, à l'intérieur de celle-ci, la qualité acoustique d'une salle virtuelle et en reproduisant simultanément les aspects temporels et les aspects directionnels de cette qualité acoustique. Grâce à ce procédé, les moyens de réglage peuvent faire référence exclusivement à la perception, par l'auditeur, de l'effet reproduit, sans recourir à des paramètres technologiques relevant du traitement des signaux sonores, de la géométrie de la salle

virtuelle, ou des propriétés physiques de ses parois.

Un autre objet de l'invention concerne un processeur d'acoustique virtuelle, permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce processeur est caractérisé en ce qu'il comprend un module "salle" permettant de réaliser une réverbération artificielle, et un module "pan" permettant de contrôler la localisation et le mouvement de la source sonore et réalisant une conversion de format dans un autre mode

de reproduction.

Dans une application de mixage o plusieurs sources sonores virtuelles sont traitées simultanément et

reproduites au travers d'un même dispositif de haut-

parleurs, plusieurs processeurs d'acoustique virtuelle peuvent être associés en parallèle, comme l'illustre la

figure ld.

Dans la configuration la plus simple du processeur, c'est-à-dire lorsque le processeur comprend uniquement le module "salle", les signaux de sortie peuvent être directement reproduits sur un dispositif de

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haut-parleurs compatible au format standard stéréo 3/2 ou stéréo 3/4, tels qu'illustré respectivement sur les figures le et if,, combinant trois canaux frontaux et deux ou quatre canaux "d'ambiance" entourant une position d'écoute de référence E. Dans une configuration plus complète, le processeur peut être muni d'un deuxième module "pan", apte à effectuer des combinaisons linéaires de ses signaux d'entrée, de manière à permettre le contrôle de la localisation de la source virtuelle et à réaliser simultanément une conversion du format standard précédent dans un autre mode de reproduction. Les modes de reproduction possibles sont par exemple le mode de reproduction binaural sur écouteurs, le mode stéréophonique, le mode transaural sur deux haut-parleurs ou encore un mode multicanaux. Lorsque le mode de reproduction est binaural, le processeur reconstruit les informations acoustiques qu'auraient captées deux microphones, introduits dans les conduits auditifs d'un auditeur placé dans un champ acoustique virtuel, de manière à permettre un contrôle tridimensionnel de la localisation de la source malgré

une transmission sur deux canaux seulement.

Le mode transaural permet la reproduction du même effet tridimensionnel sur deux haut-parleurs, tandis que le mode stéréophonique, quant à lui, simule une prise de son par un couple de microphones. Enfin, lorsque la reproduction de l'acoustique se fait selon un mode multi-canaux, le processeur alimente plusieurs haut- parleurs, entourant la zone d'écoute dans le plan horizontal. Ce mode permet la restitution d'une scène sonore peu dépendante de la position de l'auditeur, et la reproduction d'un effet de salle diffus provenant de

toutes les directions.

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Ainsi, le processeur objet de l'invention peut être configuré de façon à contrôler et reproduire, sur divers dispositifs de haut-parleurs ou dans divers formats d'enregistrement, la qualité acoustique produite par une source sonore virtuelle et, simultanément, la direction apparente de la position de cette source sonore par rapport à l'auditeur. Le système représenté sur la figure ld constitue donc une console de mixage permettant non seulement de contrôler la direction de la position de chacune des N sources virtuelles, mais aussi, contrairement à une console de mixage conventionnelle telle que représentée sur la figure la, de contrôler directement la qualité

acoustique associée à chacune d'entre-elles.

Comme il sera explicité plus loin dans cette

description, la qualité acoustique produite par une

source sonore inclut notamment la sensation de

proximité ou d'éloignement de cette source.

Dans un système tel que celui représenté sur la figure la, une console de mixage traditionnelle permet le contrôle des effets directionnels tandis qu'un réverbérateur externe réalise la synthèse des effets temporels. La sensation d'éloignement des sources sonores virtuelles ne peut être contrôlée avec précision à l'aide seulement des valeurs des gains di et ri accessibles dans la console de mixage, car cette sensation d'éloignement dépend aussi des réglages du réverbérateur artificiel externe. Par conséquent, l'hétérogénéité du système limite très fortement les possibilités de variation continue de la distance

apparente des sources sonores virtuelles.

Au contraire, une console de mixage dont chaque voie est munie d'un processeur selon l'invention offre à son utilisateur un outil puissant pour la il 2738099 construction de champs sonores virtuels, car chaque processeur intègre simultanément les effets directionnels et les effets temporels et fréquentiels qui déterminent la perception de la localisation et de la qualité acoustique associée à chaque source sonore. D'autres particularités et avantages de l'invention

apparaîtront à la lecture de la description faite à

titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées qui représentent: - les figures la à lc, déjà décrites, des processeurs d'acoustique virtuelle classiques de l'art antérieur, - la figure ld, déjà décrite, une console de mixage comprenant plusieurs processeurs d'acoustique virtuelle selon l'invention associés en parallèle, - la figure le, un schéma d'un dispositif de haut-parleurs compatible au format stéréo 3/2, - la figure lf, un schéma d'un dispositif de haut-parleurs compatible au format stéréo 3/4, - la figure 2, un schéma d'une structure générale d'un processeur selon l'invention; - la figure 3, un schéma illustrant l'influence d'une interface de réglage, d'un processeur selon l'invention, sur des modules de traitement de son; - les figures 4a et 4b, une réponse-type d'une salle à une excitation sonore impulsionnelle, en

indiquant sa description sous forme de distribution

énergétique respectivement en fonction du temps et de la fréquence, - la figure 5, un organigramme illustrant les étapes d'un procédé selon l'invention; _ - la figure 6, un organigramme détaillé illustrant les étapes du procédé de la figure 5;

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- la figure 7, un schéma d'un bilan énergétique utile pour établir des relations permettant d'effectuer une compensation de contexte; - la figure 8, un schéma électronique d'un module "source" de traitement du son; - la figure 9, un schéma électronique d'un module "salle" de traitement du son, permettant de créer une acoustique virtuelle; - la figure 10, un schéma électronique d'un module "Pan" de traitement du son; - la figure 11, un schéma électronique d'un module

"sortie" de traitement du son.

Pour pouvoir comprendre les différentes étapes d'un procédé selon l'invention, il est préférable, dans un premier temps, de décrire la structure générale d'un

processeur permettant la mise en oeuvre de ce procédé.

Un schéma de cette structure générale est représenté

sur la figure 2.

Selon un mode de réalisation, un processeur selon

la présente invention comprend deux étages haut et bas.

L'étage haut, ou supérieur, est réservé à une ou plusieurs interfaces 30, 40 permettant de régler des valeurs de facteurs perceptifs et de convertir ces valeurs en une réponse impulsionnelle décrite par sa distribution énergétique en fonction du temps et de la fréquence. L'étage inférieur, en revanche, est réservé au traitement des signaux sonores à partir des données fournies par les ou l'interface(s) de l'étage

supérieur.

L'étage inférieur comprend donc un module 10 de traitement numérique des signaux sonores comportant lui-même un ou plusieurs module(s) successif(s) de traitement du son. Dans l'exemple de la figure 1 et

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dans les suivants, ces modules sont au nombre de quatre: un module "source" 11, un module "salle" 12, un module "pan" 13, et un module "sortie" 14. Chacun de ces modules joue un rôle bien défini et fonctionne indépendamment des autres pour permettre de reproduire une qualité acoustique et de contrôler la localisation en direction de la source, sur plusieurs canaux de sortie, à partir d'un seul signal d'entrée E. Le module "source" 11 est facultatif. Il apporte notamment des corrections spectrales fixes sur un signal sonore d'entrée E émis par une source quelconque. Ces corrections spectrales permettent de différencier le son direct "face" émis par la source vers un auditeur et le son diffus moyen "omni" rayonné

par la source suivant toutes les directions.

Le module "salle" 12, quant à lui, est le plus important puisque c'est lui qui traite les deux types de signaux issus du module "source" et effectue une réverbération artificielle afin de créer un effet de

salle virtuel.

Le module "Pan" 13 permet à la fois de contrôler la localisation de la source sonore en direction et de réaliser une conversion de format dans un autre mode de reproduction. Enfin, le module "sortie" 14 est facultatif et permet d'effectuer une correction fixe spectrale et

temporelle sur chacun des canaux de sortie.

Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le module "Pan" est une matrice à 7 entrées, qui correspondent aux signaux de sortie du module "salle", et 8 sorties. Ceci signifie que le mode de reproduction

est configuré sur 8 canaux alimentant 8 haut-parleurs.

_Dans un autre cas, tel que par exemple une reproduction

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sur 4 canaux, le nombre de sorties du module "Pan" est

égal à 4.

L'étage supérieur du processeur selon l'invention comprend de préférence une interface logiciel 30 et une interface de réglage 40. L'interface de réglage 40 permet de définir l'acoustique à simuler en termes de facteurs perceptifs. De manière avantageuse, l'interface logiciel 30 comporte un programme de fonctionnement associé à l'interface de réglage 40. Ce programme permet de convertir les valeurs des facteurs perceptifs, fixes au moyen de l'interface de réglage 40, en une réponse impulsionnelle décrite par sa distribution énergétique en fonction du temps et de la fréquence. Les facteurs perceptifs agissent indépendamment sur une ou plusieurs valeurs énergétiques. De plus, une variante de réalisation, illustrée sur la figure 2, consiste à placer une deuxième interface de réglage 20, à l'étage inférieur, pour permettre un réglage direct des paramètres exprimés en énergie, un contrôle et une visualisation du ou des modules de traitement. Les réglages de la qualité acoustique par l'intermédiaire de cette deuxième interface de réglage 20 ne se font pas en termes de facteurs perceptifs mais en termes d'énergies. De plus, cette interface 20 est totalement transparente aux messages de contrôle issus de l'interface de réglage 40 de l'étage supérieur, elle permet seulement d'obtenir un contrôle direct ou une visualisation des valeurs des

paramètres de l'étage inférieur.

Enfin, il est également possible de rajouter une interface supplémentaire, à l'étage supérieur, apte à contrôler et/ou à commander l'interface de réglage 40

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par un contrôle à distance 51, ou à l'aide d'un processus automatique 52, ou par un contrôle gestuel 53

par exemple.

L'influence de l'interface de réglage 40 de l'étage supérieur sur les différents modules 11, 12, 13, 14 de traitement du son sera mieux comprise au regard de la

figure 3.

L'interface de réglage 40 est de préférence associée à un écran de contrôle graphique et comprend, de manière avantageuse, quatre bottiers de commande afin de permettre un contrôle de la qualité acoustique globale 43, de la localisation 42 d'une source virtuelle, du rayonnement 44 de cette source virtuelle et enfin de la configuration 41 du mode de reproduction associée aux formats ou dispositifs de prise de son

et/ou de reproduction.

Le bottier de commande 41 permettant de contrôler la configuration du mode de reproduction est en général pré-configuré avant toute utilisation du processeur pour traiter des signaux sonores, c'est-à- dire qu'il est notamment pré-réglé pour un mode de reproduction particulier, tel qu'un mode binaural, stéréophonique ou multi-canaux par exemple. Dans le cas d'une reproduction multi-canaux par exemple, le bottier de commande de configuration 41 réunit tous les paramètres décrivant les positions des haut-parleurs par rapport à une position d'écoute de référence et les transmet au

module "Pan" 13. Cette description s'accompagne de

corrections spectrales et temporelles, à l'aide de filtres égaliseurs 45, 46, à apporter respectivement à chaque canal de sortie du module de "sortie" 14 et à chaque canal d'entrée du module "source" 11. Ce bottier de commande de configuration 41 influence donc les

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modules "Pan" 13, "sortie" 14 et "source" 11 de

traitement de signal de l'étage inférieur.

Le boîtier de commande 42 de la localisation d'une source virtuelle comprend des valeurs d'angles d'azimut et d'élévation, définissant la direction de la source, qui sont directement transmises au module "Pan" 13 de traitement de signal de l'étage inférieur. Ce-dernier module connaît ainsi la position de la source virtuelle, par rapport à la position des haut-parleurs définie par le boîtier de commande de configuration 41, dans le cas d'une reproduction selon un mode multi-canaux. Cette commande de localisation 42 comprend également la valeur d'une distance, exprimée en mètres, entre la source virtuelle et un auditeur placé à une position d'écoute de référence. Cette distance permet de contrôler simultanément la durée d'un pré-retard dans le module "source" de l'étage inférieur, ce qui permet de reproduire naturellement l'effet Doppler lorsque la distance varie. Lors de la conversion des valeurs des facteurs perceptifs en valeurs énergétiques, un utilisateur du processeur selon l'invention peut en outre choisir de lier la distance à un facteur perceptif appelé "présence de la source", du boîtier de commande de la qualité acoustique 43. Ce facteur perceptif produit à lui seul un effet convainquant d'éloignement par une atténuation du son direct et des réflexions primaires. Cette fonctionnalité, représentée sur la figure 2, permet donc de reproduire des trajectoires sonores virtuelles

dans un espace quelconque.

Dans cette interface de commande, le contrôle de la localisation en direction de la source sonore, _permettant de simuler une rotation de la source autour

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de l'auditeur, et la déclaration de la disposition des

haut-parleurs sont facultatifs.

Le boltier de commande 44 du rayonnement de la source permet de régler l'orientation et la directivité de la source virtuelle. L'orientation est définie par des angles de rotation horizontale et verticale, appelés respectivement "rotation" et "inclinaison". La directivité est définie par un spectre "axe", représentant le son émis dans l'axe de la source, et par un spectre "omni", représentant le son rayonné en moyenne par la source dans toutes les directions. Ces paramètres affectent directement la qualité acoustique globale perçue par l'auditeur et doivent donc provoquerune mise à jour de l'affichage des facteurs perceptifs

du boltier de commande 43 de la qualité acoustique.

Enfin, le boltier de commande 43 prévu pour le contrôle de la qualité acoustique permet de décrire, en termes de facteurs perceptifs, la transformation, par une salle virtuelle, du message sonore rayonné par une source sonore virtuelle. Cette commande comporte neufs facteurs perceptifs. Six de ces facteurs dépendent de la position, de la directivité et de l'orientation de la source: trois d'entre eux sont perçus comme des caractéristiques de la source, c'est la "présence de la source", la "brillance" et la "chaleur", tandis que les trois autres sont perçus comme étant associés à la salle, c'est la "présence de la salle", "l'enveloppement" et "la réverbérance précoce". Les trois derniers facteurs perceptifs ne dépendent que de la salle et décrivent sa durée de réverbération en fonction de la fréquence, c'est la "réverbérance

tardive", la "vivacité" et "1-'intimité".

_ La réverbérance tardive se distingue des réflexions primaires par le fait qu'elle est essentiellement

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perçue lors d'interruptions du message sonore émis par la source alors que les réflexions primaires restent au

contraire perçues lors de passages musicaux continus.

Les facteurs perceptifs, du boîtier de commande 43 de la qualité acoustique exprimés en unités perceptives sur une échelle prenant en compte la sensibilité typique des auditeurs vis-à-vis de chacun des facteurs perceptifs, sont reliés de manière connue à des critères objectifs mesurables. Le tableau ci-dessous met en évidence les relations qui existent entre les critères objectifs et les facteurs perceptifs,

définissant la qualité acoustique.

Facteur Notation Mi Max Notation Min Max Sensi-

perceptif facteur critère bilité objectif - Présence source pres 0 120 Es -40dB 0dB 4/dB - Chaleur warm 0 60 Desl -10dB 10dB 3/dB -Brillance bril 0 60 Desh -10dB 10dB 3/dB -Présence salle prer 0 120 Rev -40dB 0dB 3/dB

-Envelop-

pement revp O 50 Edt esclave

-Réverbér-

ance précoce env O 50 Rdl esclave

-Réverbér-

ance tardive Rev O 100 Rt 0,1s lOs 5/dB s - Intimité ou lourdeur Heav O 50 Drtl 0,1 10 2,5/dB - Vivacité live 0 50 Drth 0,1 1 5/dB

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De manière avantageuse, l'interface logiciel 30, permettant de convertir les valeurs des facteurs perceptifs en valeurs énergétiques, comprend un opérateur 31 apte à effectuer cette conversion et un opérateur 32 apte à effectuer une compensation du contexte de manière à tenir compte d'un effet de salle existant. Un principe général d'un procédé de simulation de la qualité acoustique objet de la présente invention suppose que la réponse impulsionnelle du canal acoustique à simuler est caractérisée, sur le plan perceptif, par une distribution d'énergies en fonction du temps et de la fréquence, associée à un découpage en un certain nombre de sections temporelles et un certain nombre de bandes fréquentielles. Ceci est schématisé sur les figures 4a et 4b. Dans la suite de la

description, les nombres de sections temporelles et de

bandes fréquentielles sont respectivement égaux à 4 et 3. Les limites temporelles sont par exemple égales à 20, 40 et 100 ms (millisecondes), ce qui fournit une caractérisation par 12 valeurs énergétiques. Les trois bandes de fréquences sont par exemple respectivement inférieures à 250 Hz (Hertz) pour la bande basses fréquences notée BF, comprise entre 250 Hz et 4000 Hz pour la bande moyennes fréquences notée MF, et enfin supérieure à 4000 Hz pour la bande hautes fréquences notée HF. Les valeurs définissant ces bandes de fréquences sont réglables et un utilisateur peut tout-à-fait les modifier pour travailler dans des

bandes plus larges ou plus étroites.

Le procédé qui va être décrit consiste à traiter _les signaux sonores suivant le principe décrit par l'organigramme de la figure 5. Ce procédé ne nécessite

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pas d'hypothèse sur la structure interne du processeur

de signaux.

Une première étape 100, d'un tel procédé, consiste à fixer, à l'aide de l'interface de réglage 40 de l'étage supérieur du processeur, les valeurs des facteurs perceptifs définissant la qualité acoustique 43 à simuler; les valeurs des paramètres définissant la localisation 42 de la source virtuelle; et les valeurs des paramètres définissant le rayonnement 44, c'est-à-dire l'orientation et la directivité d'un

signal sonore émis par la source virtuelle.

Ces valeurs sont ensuite converties, dans une deuxième étape 140, en valeurs énergétiques réparties

en temps et en fréquences.

Une troisième étape 150 consiste à effectuer une compensation de contexte, de manière à tenir compte d'un effet de salle existant dans une salle d'écoute quelconque. Pour cela, un opérateur perceptif, commandé par l'interface logiciel 30 du processeur par exemple, modifie les valeurs énergétiques fixées aux deux premières étapes en tenant compte du contexte 180, c'est-à-dire de l'acoustique réelle de la salle d'écoute et des positions, orientations et directivités

des haut-parleurs dans celle-ci.

L'étape 170 permet d'avoir un accès intermédiaire à l'étage inférieur, en fournissant directement les valeurs énergétiques définissant la qualité acoustique

"cible" désirée.

Enfin, dans une dernière étape 160, une réverbération artificielle est réalisée à partir des signaux élémentaires issus du signal d'entrée E dans le processeur. Cette réverbération est effectuée par le module "salle" 12 du processeur selon l'invention, au

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moyen de filtres réverbérants dérivés de ceux décrits

dans la demande de brevet français n 92 02528.

De manière avantageuse, le nombre de signaux en sortie du module "salle", permettant la création en temps réel d'une acoustique virtuelle, est égal à sept. Le format intermédiaire de reproduction est donc compatible avec les formats stéréo 3/2 et stéréo 3/4 illustrés sur les figures le et if. Le signal représentant le son direct est transmis sur un canal central C, les signaux représentant les réflexions primaires sont transmis sur les canaux latéraux L et R, et les signaux représentant les réflexions secondaires et la réverbération tardive sont transmis sur les

canaux S1, S2, S3, S4.

De plus, les paramètres définissant la configuration du système de reproduction sont transmis directement au module "pan" 13 du processeur selon l'invention, c'est l'étape 190, afin d'organiser la distribution des signaux vers un dispositif de

reproduction sur haut-parleurs par exemple.

L'organigramme de la figure 6 permet de mieux

comprendre les différentes étapes d'un tel procédé.

Les neuf facteurs perceptifs et la distance entre la source virtuelle et un auditeur, lorsque celle-ci est liée au facteur "présence de la source", sont convertis en valeurs énergétiques dans les trois bandes de fréquences, c'est l'étape 141. Ces valeurs énergétiques, qui sont également représentées sur la figure 4a, correspondent au son direct OD émis de la source virtuelle vers l'auditeur, aux réflexions primaires R1 et à l'ensemble constitué par les réflexions secondaires R2 et la réverbération

tardive R3.

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A partir de l'orientation et de la directivité de la source définies à l'étape 100, à l'aide du boîtier de commande du rayonnement 44, les spectres "FACE" et "OMNI" sont calculés à l'étape 142. Le spectre "FACE" tient compte du son direct "axe" et des angles de rotation et d'inclinaison et définit le spectre du son direct émis de la source vers l'auditeur. Le spectre "OMNI", quant à lui, est égal au paramètre "omni" du boîtier de commande du rayonnement 44 et correspond au son diffus émis par la source dans toutes les directions. Les valeurs des énergies sont alors calculées à l'étape 143 dans les trois bandes de fréquence, en

tenant compte du spectre "FACE" et du spectre "OMNI".

Pour cela, la valeur de l'énergie représentant le son direct OD est multipliée par le spectre "FACE", tandis que les valeurs des énergies représentant les réflexions primaires R1, les réflexions secondaires R2 et la réverbération tardive R3 sont multipliées par le

spectre "OMNI".

Ces trois étapes de calcul sont réalisées dans un opérateur perceptif 140 placé par exemple dans

l'interface logiciel 30 du processeur.

La conversion de critères objectifs mesurables en valeurs énergétiques se fait au moyen des formules

décrites ci-après.

Les énergies notées OD, R1, R2, R3 et le temps de réverbération Rt sont supposés exprimés dans les fréquences moyennes. Dans le cas contraire, les indices "HF" et "BF" sont utilisés. Toutes les énergies sont exprimées en échelles linéaires et les durées en secondes. Les bornes temporelles sont supposées égales

à 0, 20 ms (millisecondes), 40 ms, 100 ms.

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Les formules sont les suivantes: R3 = [ -C + 4[C2+0.5*Rev/Es*(1-C)2]]* 4*Es/(1-C)2 si Rev/Es 2* (1+C) /(l-C) avec C = 1O(-1-2/ t), R3 = Rev+2*Es sinon, R2 = - Es+R3*[101l.5*(l+(0.4-Edt)/Rt)]-l] Si Edt > 0.4, R2 = -Es+R3*[10(0-6/Edt) - 1] sinon, R1 = (Es*Rdl-0.05*R2)/0.3 si on contrôle Rdl, R1=Es-(Es+3*R2)/(1+2*Rd2) si on contrôle Rd2, OD = Es-R1, ODBF = Desl*OD, ODHF = Desh*OD, RtBF = Drtl*Rt, RtHF = Drth*Rt Des contraintes sont cependant nécessaires sur Edt, Rdl et Rd2 afin de s'assurer que les valeurs de R2, R1 et OD soient toujours positives. Ainsi, la valeur maximale de Rdl, par exemple, est restreinte afin d'éviter que OD ne puisse devenir nul car le son direct constitue la référence temporelle sur laquelle repose la définition de tous les critères. Ces contraintes sont les suivantes: Edtmin = 0.4+Rt*[1-0.667*log10(l+2*Es/R3)] si 2*Es/R3 30.622, Edtmin = 0.6/logl0(1+2*Es/R3) sinon, Rd2min = 1.5*R2/Es, Rd2max = 0.5+3*R2/Es, Rdlmin = 0.05*R2/Es,

Rdlmax = 0.3+0.05*R2/Es.

Comme il a été décrit précédemment, les facteurs perceptifs sont reliés aux critères objectifs, si bien

qu'ils sont facilement convertis en énergies.

Le nombre total de valeurs énergétiques est égal à -quinze puisqu'il y a douze valeurs correspondant à OD, R1, R2et R3 dans les trois bandes de fréquence et trois

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valeurs correspondant au temps de réverbération Rt dans

les trois bandes de fréquence.

A la sortie de l'opérateur perceptif 140, les énergies sont transmises à un autre opérateur 150 permettant de calculer la compensation du contexte, de manière à modifier les valeurs de OD, R1, R2 et R3 dans les différentes bandes de fréquences. Enfin, les données calculées dans cet opérateur sont ensuite transmises au module "salle" 12 de traitement du son, de manière à effectuer une simulation d'un effet de salle. La compensation du contexte consiste à modifier les valeurs énergétiques permettant de simuler une acoustique, en tenant compte de trois types de messages contenant des données aptes à activer la procédure de compensation. Ces messages sont le "contexte" 180, la

"cible" 170 et la mesure "live" 181.

Le "contexte" est déduit de la qualité acoustique existante mesurée au point d'écoute de référence, produite par chaque haut- parleur, dans la salle d'écoute dans laquelle on souhaite simuler une acoustique. La "cible" décrit la qualité acoustique à reproduire dans cette salle d'écoute. Elle est soit déduite des valeurs des facteurs perceptifs et des paramètres de localisation fixés lors de la première étape du procédé, soit fournie directement à l'opérateur de compensation de contexte 150. Enfin, la mesure "live" est prise en compte dans le cas o le signal d'entrée E du processeur d'acoustique virtuelle est fourni par un micro captant une source "live", pour décrire la qualité acoustique produite naturellement par cette source dans la salle d'écoute mesurée au

point d'écoute de référence.

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Pour un auditeur situé en ce point de référence, la qualité acoustique naturelle, due au rayonnement de la source "live" dans la salle d'écoute, est alors superposée à la qualité acoustique artificielle simulée par le processeur. La réception d'une qualité acoustique "cible", c'est- à-dire d'une qualité acoustique à simuler, provoque son affichage sur l'écran de contrôle graphique associé à l'interface de réglage 40 du processeur, ainsi que le calcul d'une compensation de contexte, par l'opérateur 150, en tenant compte des

mesures "contexte" et "live".

La procédure de compensation s'effectue automatiquement, en temps réel, et revient à déconvoluer la qualité acoustique "cible" diminuée de la mesure "live" par la mesure "contexte", de manière à calculer les valeurs énergétiques appropriées pour obtenir la qualité acoustique "cible" désirée. La qualité acoustique "cible" est définie par l'interface de réglage 40 de l'étage supérieur du processeur ou alors par la commande "cible" 170 d'une deuxième interface de réglage agissant à l'étage inférieur et fournissant des données sous forme de valeurs énergétiques. Le principe de la compensation de contexte repose sur le fait que les signaux de sortie du processeur d'acoustique virtuelle sont partagés en N composantes reproduites par N groupes de haut-parleurs différents et associés à N sections temporelles de l'effet de

salle. Dans la suite de cette description N est défini

comme étant égal à 3 groupes: le groupe "central", le groupe "latéral" et le groupe "diffus". Ces groupes sont définis respectivement pour reproduire le son direct (OD), les réflexions primaires (R1) et

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l'ensemble constitué par les réflexions secondaires (R2) et la réverbération tardive (R3). Dans le processeur objet de l'invention, l'allocation des différents haut-parleurs à chacun de ces trois groupes dépend de la géométrie du dispositif de haut- parleurs, c'est-à-dire des paramètres du module de configuration 41, et de la direction de la localisation de la source sonore virtuelle. Cette allocation se fait en deux étapes, en passant par le format intermédiaire stéréo 3/4 en sortie du module "salle" o ces trois groupes de canaux sont disjoints: il y a en effet un canal "central", deux canaux "latéraux" et quatre canaux "diffus". si l'on effectue une écoute sur sept haut-parleurs sans utiliser le module "pan", tel qu'illustré sur la figure lf, les trois mesures de contexte sont définies de la manière suivante: - la mesure "contexte central" est égale à la qualité acoustique produite par le haut-parleur frontal, identifié par "C", par rapport à la position d'écoute de référence, - la mesure "contexte latéral" est égale à la moyenne des mesures produites par les haut-parleurs frontaux droit et gauche, identifiés par "R" et "L", - la mesure "contexte diffus" est égale à la moyenne des mesures produites par les haut-parleurs latéraux arrières, identifiés par "SI", "S2", "S3" et "S4", o l'on appelle "mesure" le n-uplet d'énergies OD, R1, R2 et R3 mesurées dans les trois bandes de fréquences lorsqu'un des haut-parleurs reçoit une excitation impulsionnelle. Dans l'exemple n est égal à 3*4 = 12 valeurs d'énergies. Dans ces mesures, on suppose réalisées les corrections spectrales et temporelles effectuées par le module "sortie". Ces

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corrections comprennent les décalages temporels et les corrections spectrales nécessaires pour s'assurer que, à la position d'écoute de référence, l'instant d'arrivée ainsi que le contenu fréquentiel du son direct est le même pour tous les haut-parleurs. Cette correction permet d'éviter que l'auditeur puisse percevoir un changement d'intensité ou de timbre rendant perceptible la présence des haut- parleurs lors

de mouvements de la source sonore.

si le module "pan" est utilisé, c'est lui qui détermine à quels haut-parleurs ou groupes de haut-parleurs sont affectés ces trois composantes. Le groupe "diffus" reste alors défini indépendamment du réglage de la position de la source virtuelle, mais le groupe "central" et le groupe "latéral" changent en fonction du réglage de la direction de localisation de la source virtuelle, de manière à reproduire une rotation de la source. Le calcul des trois mesures de contexte nécessite donc de connaître les gains d'alimentation de chaque haut-parleur par chacun des canaux de sortie du module "salle", ces gains sont des

coefficients définis dans une matrice du module "pan".

Ce calcul peut être rafraîchi dynamiquement, chaque fois que ces gains sont modifiés, par une commande de rotation de la source sonore virtuelle. Pour cela, il faut disposer en mémoire des mesures de référence pour

chaque haut-parleur.

Dans une variante de réalisation, on peut choisir de ne pas effectuer cette remise à jour dynamique du contexte "central" et du contexte "latéral", mais de les calculer une fois pour toutes, lorsque la source sonore virtuelle est située face à l'auditeur par exemple. Par conséquent, pour un dispositif à quatre haut-parleurs, tel que représenté sur la figure ld, et

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en supposant une source sonore frontale, le "contexte central" est égal au "contexte latéral" et correspond à la moyenne des mesures produites par les haut-parleurs frontaux droit et gauche, tandis que le "contexte diffus" est égal à la moyenne des mesures produites par

les quatre haut-parleurs.

Pour modifier les valeurs énergétiques dans le processeur, dans le but de reproduire fidèlement une qualité acoustique désirée sans que celle- ci soit perturbée par la qualité acoustique réelle propre à la salle d'écoute, il faut soustraire, aux valeurs énergétiques de la mesure "cible", les valeurs

énergétiques de la mesure "live".

Il y a cependant une condition supplémentaire pour que la compensation du contexte puisse être parfaitement effectuée: il faut que la qualité acoustique de la mesure "cible" 170 soit plus

réverbérante que celle de la mesure "contexte" 180.

Pour pouvoir établir les formules permettant de modifier les valeurs énergétiques dans le processeur, il est préférable de réaliser un bilan énergétique, tel

que schématisé sur la figure 7.

A l'aide de ce bilan énergétique on peut calculer chaque valeur d'énergie modifiée dans les trois bandes de fréquences, afin de simuler une qualité acoustique fidèle à la qualité acoustique "cible" souhaitée être perçue par l'auditeur. En effet, à partir de ce bilan, on constate que les valeurs des énergies de la mesure "cible" représentent un produit de convolution des énergies du "contexte" avec les énergies modifiées dans le processeur. De ce fait, pour connaître les valeurs des énergies modifiées, il faut faire l'opération inverse selon un principe de déconvolution d'un

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échogramme par un autre, c'est-à-dire qu'il faut procéder à une déconvolution, par la qualité acoustique du "contexte", de la qualité acoustique "cible". Le cas échéant, lors de la reproduction d'une source "live", la qualité acoustique "cible" est préalablement

diminuée de la qualité acoustique de la mesure "live".

Le bilan énergétique tel que représenté sur la figure 7 repose sur certaines hypothèses. Ces hypothèses sont les suivantes: l'énergie OD est supposée concentrée, par exemple entre 0 et 5 ms, et les distributions "cibles", "contexte" et -"live" doivent être exprimées avec les mêmes limites temporelles et fréquentielles. Les équations (1) à (4) suivantes ont été établies pour les limites temporelles suivantes: 20, 40 et 100 ms, cependant ces équations restent valides lorsque les limites sont modifiées de manière homothétique et sont par exemple fixées

à 10, 20 et 50 ms.

* Le bilan énergétique permet donc d'établir, dans les trois bandes de fréquences, les expressions des énergies de la qualité acoustique "cible" suivantes: ODcible = ODlive + ODcentraI *OD (1) R1cible R11ive + OD*Rlcentral +(7/8)*R1 * ODIatérai (2) ]R2cible = R21ive + OD*R2central + Rl*(ODlatéral/8 + R11atéral + R21atéral/2) + R2*(ODdiffus * (23/24) +Rldiffus/2 + R2diffu. /lS) (3) R3cible - R31ive + OD*R3central + Rl*(R21atéral/2 + R31atéral) + R2*(ODdiffus /24 + Rldiffus/2 + R2diffus*(17/18) + R3diffus) + R3 * (ODdiffus+Rldiffus+R2diffus + R3diffus) (4) Les abréviations central, latéral, et diffus correspondent aux paramètres "contexte central", "contexte latéral", et "contexte diffus" du

contexte 180.

De ces expressions, les valeurs de OD, R1, R2, et R3 modifiées, appliquées aux trois bandes de fréquences et permettant de reproduire fidèlement un effet de salle en minimisant la perturbation apportée par l'acoustique réelle d'une salle d'écoute, sont extraites et permettent d'établir les relations suivantes: OD = (ODcible - ODlive)/ODcentral (5) R1 = {Rlcible [Rllive + Rlcentral * ODI}* (8/7)/ODlatéral (6) R2 = {R2cible - [R21ive + R2central * OD + R1 * (ODlatéral/8 + Rllatéral + R21atéral/2)]}/ [(23/24) * ODdiffus + RldiffUs/2 + R2diffus/18] (7) R3 = {R3cible -[R31ive + R3central * OD + R1 * (R21atéral/2 + R31atéral) + R2 * (ODdiffus/24 + Rldiffus/2 + (17/18) * R2diffus + R3diffus)]}/ (ODdiffus + Rldiffus + R2diffus + R3diffus) (8) Les valeurs du temps de réverbération Rt restent inchangées dans les trois bandes de fréquence, elles ne

sont pas affectées par la compensation de contexte.

Lorsque la qualité acoustique "cible" est globalement moins réverbérante que les qualités "contexte" et "live", les équations (5) à (8) peuvent conduire à des valeurs négatives des quantités OD, R1, R2 et R3. Dans ce cas, ces valeurs sont seuillées à 0 puisqu'elles représentent des énergies. La suite des calculs est menée avec ces valeurs seuillées et l'utilisateur est prévenu de l'impossibilité de

réaliser parfaitement la qualité acoustique "cible".

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Les figures 8, 9, 10 et 11 illustrent la manière dont les modules "source" 11, "salle" 12, "pan" 13 et "sortie" 14, du processeur d'acoustique virtuelle permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, traitent les signaux sonores à partir des données fournies par l'interface de réglage 40 et par

l'opérateur de compensation 150.

La figure 8 représente un schéma électronique d'un module "source" de traitement du son. Ce module n'est pas nécessaire, il est optionnel. Il reçoit au moins un signal d'entrée E et il est chargé de fournir au module "salle" deux signaux représentatifs de la source sonore virtuelle: le signal "face", représentatif de l'information acoustique émise par la source dans la direction de l'auditeur, et qui est utilisé dans le module "salle" pour la reproduction du son direct; et le signal "omni", représentatif de l'information acoustique moyenne rayonnée par la source suivant toutes les directions, et qui est utilisé dans le module "salle" pour alimenter un système de

réverbération artificielle.

Ce module "source" permet d'insérer un "pré-

retard", c'est-à-dire un retard de propagation Tms 61, exprimé en millisecondes, qui est proportionnel à la distance entre la source virtuelle et l'auditeur et qui est donné par la formule suivante:

c(ms) = distance(m) *3(ms/m).

Ce pré-retard est utile pour restituer des décalages temporels existant entre des signaux provenant de plusieurs sources situées à des distances différentes. Une variation continue de ce pré-retard produit une reproduction naturelle de l'effet Doppler résultant du déplacement d'une source sonore. Cet effet

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affecte les deux signaux "face" et "omni". Cependant, il est envisageable, dans une variante de réalisation, de reproduire l'effet de retard sans l'effet Doppler, ou seulement l'effet Doppler, sur l'un des deux signaux. Dans certains cas, le module "source" peut comporter d'autres pré-traitement. Ainsi, sur la figure 8, une correction spectrale 62, utilisant un filtre passe-bas est représentée. Cette correction permet de reproduire, de manière avantageuse, l'effet de l'absorption de l'air. Elle est exprimée en fonction de la fréquence, en décibels par mètre (dB/m) et elle est donnée par la formule suivante: G(f) = 0.074*f2/H o la fréquence f est exprimée en kHz (kiloHertz) et H est l'humidité relative de l'air exprimée en %. Si H est supposée égale à 74%, cette équation devient: G(f) = f2/1000, c'est-à-dire que G est égal

à 0.1dB/m a 10kHz.

Il peut être utile, selon la technique de prise de son ou de synthèse utilisée pour fournir le signal d'entrée E, d'appliquer deux corrections spectrales supplémentaires à ce signal avant de fournir les deux signaux face et omni alimentant le module "salle". Ceci est représenté par les filtres d'égalisation eq. 63,64

sur la figure 8.

Selon une autre variante de réalisation, les corrections spectrales supplémentaires réalisées dans ce module peuvent très bien être intégrées au module "salle". De même, la ligne de retard variable 61 permettant la reproduction de l'effet Doppler et le filtre 62 simulant l'absorption de l'air peuvent être intégrés dans le module "salle". Ces corrections sont affectées à des modules spécifiques pour des raisons pratiques.

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La figure 9 illustre un exemple de la manière dont le module "salle" traite les signaux "face" et "omni", issus du module "source", à partir de données fournies par l'opérateur de compensation automatique 150 en vue d'une reproduction multi-canaux sur cinq ou sept haut-parleurs. Le module "salle" permet ainsi de réaliser des retards différents sur des signaux élémentaires, de manière à synthétiser un effet de salle et à permettre son contrôle en temps réel. Le module comporte deux entrées et sept sorties. Les deux signaux d'entrée, issus du module "source" sont le signal "face" et le signal "omni". Les sept signaux de sortie correspondent au format standard stéréo 3/4 combinant trois canaux

frontaux et quatre canaux "d'ambiance".

Deux filtres d'égalisation principaux 710 et 720 permettent de rendre compte des caractéristiques de rayonnement de la source. Les signaux issus de ces deux filtres sont respectivement appelés "direct" pour le son direct et "salle" pour le son diffus rayonné en moyenne dans toute la salle. La directivité des sources sonores naturelles est en effet très dépendante de la fréquence. Cela doit être pris en compte pour reproduire naturellement la qualité acoustique produite

par une source sonore dans une salle.

Dans le cas o le son est issu d'une source naturelle dirigée vers l'auditeur, par exemple, le filtre d'égalisation 720 du signal "salle" doit être coupé dans les hautes fréquences alors que le filtre d'égalisation 710 du signal direct ne l'est pas. En effet, les sources naturelles sont beaucoup plus directives dans les hautes fréquences, alors qu'elles

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tendent à devenir omni-directionnelles dans les basses fréquences. Cet effet est obtenu naturellement grace à l'opérateur perceptif 140, car les filtres 710 et 720 sont commandés respectivement par les énergies OD et R3

dans les trois bandes de fréquences.

Le signal représentant le son direct est ainsi influencé par les paramètres "axe" et "brillance" et il ressort du module "salle", après avoir été filtré par le filtre numérique d'égalisation 710, sur le canal

central "C".

Le signal "salle", quant à lui, est injecté dans une ligne à retards (t1 à tN) 731,. Cette ligne à retards 731 permet de constituer des signaux élémentaires décalés dans le temps, formant une pluralité d'échos précoces, copies du signal d'entrée "salle". Dans l'exemple représenté sur la figure 7, la ligne à retard 731 comporte huit canaux de sortie. Biensûr, cette ligne peut comporter plus ou moins de canaux de sortie, mais le nombre N de canaux est de préférence pair. Les huit signaux de sortie subissent ensuite des sommations pondérées, au moyen de gains réglables b1 à bN 732, et sont divisés en deux groupes représentant respectivement les réflexions primaires gauches et droites. Un filtre numérique d'égalisation 733 permet d'effectuer une correction spectrale sur les deux signaux représentant les réflexions primaires qui alimentent ensuite les canaux latéraux L et R du dispositif de reproduction. Les signaux L et R permettent donc de reproduire les sons provenant des haut- parleurs latéraux voisins du haut-parleur central

tels qu'illustrés sur les figures le et if.

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L'ensemble des 8 signaux élémentaires produits par la ligne à retards 731 est d'autre part injecté dans une matrice de mélange unitaire 741 en sortie de laquelle est placé un banc de retards 742. Les retards élémentaires (T '1 à X'N) sont tous indépendants les uns des autres. Les huit signaux de sortie subissent ensuite des sommations et sont divisés en quatre groupes de deux signaux alimentant un filtre numérique d'égalisation 743. Ce filtre 743 permet d'effectuer une correction spectrale sur les quatre signaux représentant les réflexions secondaires. Les quatre signaux issus de ce filtre 743 forment les réflexions

secondaires R2 et alimentent les canaux S1, S2, S3, S4.

Enfin, les huit signaux élémentaires issus de ce banc de retards 742 sont d'autre part injectés dans une matrice de mélange unitaire 744 puis dans des bancs de retards absorbant 745 (T1 à TN) et sont rebouclés sur la matrice de mélange unitaire 744, afin de reproduire une réverbération tardive. Les huit signaux de sortie sont sommés deux à deux pour former un groupe de quatre signaux. Ces quatre signaux sont ensuite amplifiés par un amplificateur à gain réglable 746. Les quatre signaux issus de cet amplificateur 746 forment la

réverbération tardive R3.

Les quatre signaux représentant les réflexions secondaires R2 sont ensuite sommés aux quatre signaux formant la réverbération tardive R3, dans une matrice unitaire 750. Cette matrice unitaire 750 comporte avantageusement quatre canaux de sortie raccordés aux canaux S1, S2, S3 et S4 du module "salle". Les signaux de sortie S1 à S4 représentent le son diffus provenant

de toutes les directions entourant l'auditeur.

Une variante consiste à rajouter un filtre effectuant une correction spectrale sur les signaux

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correspondant à la réverbération tardive. Cependant, ce filtre est facultatif puisque le contenu spectral de la réverbération est déjà déterminé par le filtre 720 du

signal "salle".

Les gains énergétiques, en sortie du module "salle", des différents signaux correspondant aux énergies OD, R1 R2, R3, sont alors déterminables au moyen des expressions suivantes:

G(OD) = OD; G(R1) = R1/N; G(R2) = R2/N;

G(R3) = R3*(1/K - l/N) o K = i=N 10(-6*i/Rt).

K permet de conserver l'énergie R3, de la réverbération tardive, indépendante du temps de réverbération Rt et

des durées des retards absorbants Ci.

Ces formules permettent de régler les filtres 710, 733, 743 et le gain 746 dans les fréquences moyennes, tandis que le gain du filtre 720 est laissé égal à 1 à ces fréquences. En revanche, la correction spectrale en hautes et basses fréquences nécessaire pour l'énergie R3 est réalisée par ce filtre 720, qui est situé en amont des filtres 733 et 743. Par conséquent, les corrections réalisées par les deux filtres 733 et 743 doivent être définies relativement à celle du filtre 720 pour obtenir la distribution désirée des énergies

R1 et R2 dans les trois bandes de fréquences.

Le principe de simulation des échos précoces et de la réverbération tardive ainsi qu'un système similaire de réverbération artificielle sont déjà connus et

décrits dans la demande de brevet français n 92 02528.

A ce stade du procédé, le format de reproduction intermédiaire à sept canaux en sortie du module "salle", permettant de réaliser une réverbération artificielle, présente l'intérêt de permettre directement une écoute sur un dispositif "stéréo 3/2" ou "stéréo 3/4", combinant trois canaux frontaux et

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deux ou quatre canaux "d'ambiance"" par rapport à la position d'écoute de référence. Les sept signaux C, L, R, S1, S2, S3 et S4 du module "salle" sont ensuite transmis vers le module "pan" qui est une matrice à sept entrées et p sorties selon le dispositif d'écoute. Le module "pan", représenté sur la figure 10, permet notamment d'effectuer un contrôle continu de la position apparente de la source sonore par rapport à l'auditeur. Plus généralement, ce module est considéré comme une matrice de transformation pouvant recevoir un signal au format stéréo 3/2, ou au format stéréo 3/4, et le convertir dans un autre mode de reproduction, c'est-à-dire soit dans le mode binaural, soit le mode transaural, soit dans le mode

stéréophonique, ou enfin dans le mode multi-canaux.

Le module "pan" contient en réalité trois potentiomètres panoramiques 811, 812, 813 munis d'une commande de direction commune, afin de fixer la direction d'incidence des réflexions primaires, affectées aux canaux L et R, relativement à celle du son direct. Ce mode de réalisation peut être appliqué à n'importe quel type de dispositif de reproduction sur haut-parleurs ou sur casque, et réalise une conversion de format à partir du format intermédiaire standard stéréo 3/2 ou stéréo 3/4 tout en permettant le contrôle

de la direction apparente de localisation de la source.

Dans l'exemple choisi depuis le début de cette

description, le mode de reproduction est un mode multi-

canaux sur huit haut-parleurs. Par conséquent, le module "pan" possède huit sorties. Si le mode de reproduction se fait sur quatre hautparleurs, alors

dans ce cas le module "pan" possède quatre sorties.

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Le module "pan" est donc capable de faire tourner virtuellement le son direct C et le son latéral provenant des côtés L, R tout en gardant fixes les

signaux S1 à S4, représentant le son diffus, c'est-à-

dire les réflexions secondaires et la réverbération tardive. Pour cela, une matrice 810 permet de convertir les signaux S1 à S4 vers huit signaux, alors que les trois autres signaux C, L et R sont traités par les trois potentiomètre panoramiques 811, 812 et 813. La matrice 810 possède huit canaux de sortie. De plus, les huit signaux de sorties de chaque potentiomètre 811, 812, 813 du module "Pan" sont sommés aux huit signaux

issus de cette matrice.

Pour comprendre le fonctionnement de ce module,

prenons l'exemple d'une reproduction sur quatre haut-

parleurs. Dans ce cas, le son direct C et les sons L et R provenant des côtés sont reproduits sur les deux haut-parleurs faisant face à l'auditeur par exemple, alors que les autres signaux Si à S4, représentant le son diffus (R2 + R3), sont reproduits sur les quatre haut-parleurs entourant l'auditeur. Lorsque le son direct C tourne, les signaux L et R tournent avec lui, tandis que les signaux S1 à S4 restent fixes. Ainsi, lorsque l'on veut faire tourner le son direct C vers la droite, alors les signaux C, L et R sont reproduits sur les deux haut- parleurs situés à droite de l'auditeur, tandis que les signaux S1 à S4 sont encore reproduits sur les quatre haut-parleurs qui l'entourent. C'est à partir de cette représentation que le contexte est

géré.

Enfin, la figure 11 représente la manière dont le module "sortie", qui est pré-configuré, traite les signaux issus du module "pan". Le module "sortie"

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permet d'égaliser séparément la réponse en fréquence de chacun des haut-parleurs et de compenser les différences de durée de propagation du signal. Les décalages temporels 910 dépendent de la géométrie du dispositif de haut-parleurs. La correction spectrale, à l'aide de filtres 911, doit être réalisée de manière à ce que tous les haut-parleurs soient perçus, à la position d'écoute de référence, comme étant à la même distance de l'auditeur et possédant sensiblement la

même réponse fréquentielle.

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Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Procédé de simulation de la qualité acoustique produite par une source sonore virtuelle et de la localisation de cette source par rapport à un ou plusieurs auditeurs, à partir d'au moins un signal d'entrée (E) issu d'une ou de plusieurs sources sonores d'origine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: 1- fixer (100), à l'aide d'une interface de réglage, des valeurs de facteurs perceptifs définissant la qualité acoustique (120) à simuler, et des valeurs de paramètres définissant la localisation (110) d'une source virtuelle, 2- convertir (140) ces valeurs en une réponse impulsionnelle décrite par sa distribution énergétique en fonction du temps et de la fréquence, 3- effectuer une compensation de contexte (150), de manière à prendre en compte un effet de salle existant, 4- réaliser une réverbération artificielle (160) à partir des signaux élémentaires issus du signal d'entrée (E), de manière à créer, en temps réel, l'acoustique virtuelle définie à la première étape (100), et contrôler la localisation de la source

virtuelle.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première étape consiste en outre à fixer des valeurs de paramètres définissant l'orientation et la directivité (130) d'un signal sonore émis par la source virtuelle.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2,

caractérisé en ce que la compensation du contexte consiste à modifier les valeurs énergétiques permettant de simuler une acoustique, en tenant compte de trois types de messages: le "contexte" (180), la

"cible" (170), et la mesure "live" (181).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que, lors de la compensation du contexte, les valeurs énergétiques de la réponse impulsionnelle sont modifiées, dans chaque bande de fréquences, selon un principe de déconvolution d'un échogramme par un autre, et leurs valeurs sont fournies par les expressions suivantes: OD = [ODcible - ODlive]/ODcentral, R1 = {Rlcible - [Rllive+ OD*Rlcentral])*(8/7)/ODlatéral, R2 = {R2cible - [R21ive + OD*R2central + Ri* (ODlatéral/8 + Rllatéral + R21atéral/2)]}/ [(23/24)*ODdiffus + Rldiffus/2 + R2diffus/18], R3 = {R3cible - [R31ive + OD * R3central + R1 * (R21atéral/2 + R31atéral) + R2 * (ODdiffus/24 + Rldiffus/2 + 17 * R2diffus/18 + R3diffus)]}/

(ODdiffus + Rldiffus + R2diffus + R3diffus).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que les signaux permettant de réaliser une réverbération artificielle, sont au nombre de sept et représentent respectivement le son direct (C), le son provenant des côtés gauche (L) et droit (R), et le son diffus moyen provenant de toutes les

directions (S1, S2, S3, S4) entourant l'auditeur.

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6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que les facteurs perceptifs définissant la qualité acoustique à simuler sont: la présence, la brillance et la chaleur de la source virtuelle, la présence de la salle, la réverbérance précoce, l'enveloppement, la réverbérance tardive, la

vivacité et l'intimité.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que les valeurs énergétiques de la réponse impulsionnelle correspondent au son direct (OD), aux réflexions primaires (R1), aux réflexions secondaires (R2), à la réverbération tardive (R3) et au temps de réverbération Rt dans trois bandes de

fréquences.

8. Processeur d'acoustique virtuelle permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une des

revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend

un module "salle" (12) de traitement de signal permettant de réaliser une réverbération artificielle, et un module "pan" (13) de traitement de signal permettant de contrôler la localisation et le mouvement de la source sonore et réalisant une conversion de

format dans un autre mode de reproduction.

9. Processeur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre d'autres modules (11, 14) de traitement du son et un programme de fonctionnement associé à une interface de réglage (40) de facteurs perceptifs qui agissent indépendamment sur un ou

plusieurs paramètres exprimés en valeurs énergétiques.

10. Processeur d'acoustique selon l'une des

revendications 8 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend

en outre un opérateur perceptif (31, 140), apte à effectuer la conversion des facteurs perceptifs et des paramètres de localisation, et/ou d'orientation et de directivité, en valeurs énergétiques; et un autre opérateur (32, 150) permettant d'effectuer une

compensation de contexte.

11. Processeur selon l'une des revendications 8

à 10, caractérisé en ce que le module "salle" (12) permettant de réaliser une réverbération artificielle à partir des signaux élémentaires, afin de simuler une acoustique en temps réel comprend: - un premier filtre numérique d'égalisation (710) pour effectuer une correction spectrale du son direct, - un deuxième filtre numérique d'égalisation (720) pour effectuer une correction spectrale du son moyen rayonné par une source sonore virtuelle dans toutes les directions, - une ligne à retard (731) permettant d'effectuer des copies décalées dans le temps du signal sonore moyen ("salle") entrant dans cette ligne et un filtre égaliseur (733) pour filtrer les signaux, représentant le son provenant des côtés (L, R) et caractéristiques des réflexions primaires (R1), - une première matrice unitaire (741) associée à un banc de retards (742) et à un filtre d'égalisation (743), et une deuxième matrice unitaire (744) associée à des bancs de retards absorbants (745) et à un amplificateur à gain réglable (746) afin de produire respectivement quatre signaux caractéristiques des réflexions secondaires R2 et quatre signaux

caractéristiques de la réverbération tardive R3.

12. Processeur selon l'une des revendications 8

à 11, caractérisé en ce que les modules successifs de traitement du son comportent: - un premier module "source" (11) apte à différencier, à partir d'un seul signal sonore (E), le son direct (face) émis par une source sonore vers un auditeur et le son diffus moyen (omni) rayonné par la source suivant toutes les directions, - un deuxième module "salle" (12) permettant de traiter les deux types de signaux issus du module "source", de manière à simuler un effet de salle, - un troisième module "pan" (13) permettant de contrôler la localisation de la source et de convertir la configuration d'un mode de reproduction des signaux issus du module "salle", et - un dernier module "sortie" (14) comportant des filtres égaliseurs pré-configurés selon le mode de reproduction choisi conformément à la configuration du

module "pan".