FR2782228A1 - Dispositif de simulation sonore et procede pour realiser un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Un signal acoustique d'entrée (S) est adressé à N unités de filtrage (121 ,..., 12N ), disposées en parallèle. On détermine N premiers coefficients pondérateurs (alphaG i ) (theta, phi), N seconds coefficients pondérateurs (alphaD i (theta, phi)) et un retard interaural (tau(thetaphi)) sur la base d'au moins un paramètre spatial indiquant une direction simulée de perception du son par un auditeur. Des éléments de combinaison (141 ,..., 14N , 161 ..., 16N , 18, 20, 22) délivrent des premier et second signaux de sortie (SG , SD ) correspondant à des combinaisons linéaires des signaux délivrés par les N unités de filtrage (121 ,..., 12N ) respectivement pondérés par les N premiers et les N seconds coefficients pondérateurs (alphaG i (theta, phi), alphaD i (theta, phi)), une de ces combinaisons linéaires étant retardée d'un temps égal au retard interaural (tau (theta, phi)). Ces signaux de sortie (SG , SD ) sont adressés à un système de restitution sur des voies gauche et droite.

Description

DISPOSITIF DE SIMULATION SONORE

ET PROCEDE POUR REALISER UN TEL DISPOSITIF

La présente invention se rapporte à un dispositif de simulation sonore et à un procédé pour réaliser un tel dispositif. Ces dernières années, le besoin de simuler des ambiances sonores spatialisées se. fait de plus en plus sentir dans de nombreux domaines, tels que l'architecture, l'environnement, l'éducation, les téléconférences, les jeux, etc. La simulation de ces ambiances sonores permet une "immersion auditive" complète dans une situation virtuelle, c'est-à-dire que l'auditeur est plongé dans un champ sonore très proche de la réalité, étant donné qu'il perçoit en trois dimensions les différentes sources de la scène sonore avec leurs informations de position, de niveau, d'étendue et

de déplacement.

La localisation auditive d'une source sonore repose sur les différences entre les signaux reçus aux entrées des conduits auditifs gauche et droit de l'auditeur. Ces différences temporelles, d'intensité et spectrales sont interprétées par le cerveau de l'auditeur, qui en déduit, en corrélation avec des informations visuelles et par un phénomène d'apprentissage, la position de la source dans l'espace. Pour simuler la perception spatiale d'une source sonore, il faut reconstruire le signal binaural qui atteindrait les entrées des conduits auditifs de l'auditeur si cet auditeur était réellement en présence de cette source. Le problème consiste donc, à partir d'un signal fourni par une source sonore, désigné dans la suite indifféremment par signal source ou signal acoustique d'entrée, sans disposer d'informations de nature spatiale, à construire deux signaux contenant les différences interaurales qui correspondent au positionnement de la

source en un point précis de l'espace.

En outre, l'endroit o se trouve virtuellement la source étant susceptible de se déplacer, il convient de rendre ce positionnement dynamique pour simuler une source

en déplacement par rapport à l'auditeur.

On connait des techniques de simulation fondées sur la mesure des HRTF ou fonctions de transfert de l'oreille externe (en anglais "Head Related Transfer Function"). On se reportera utilement à ce sujet à l'article de H.MOLLER intitulé "Fundamentals of Binaural Technology", Applied Acoustics 36, pages 171-218, 1992, ainsi qu'à l'article de J. MARTIN, D.V.MAERCKE, J.P.VIAN intitulé "Binaural simulation of concert halls: a new approach for binaural

reverberation process", JASA 96-(6), pages 3255-3264, 1993.

On obtient les HRTF en mesurant les fonctions de transfert en champ libre entre une source et l'entrée de chacun des conduits auditifs d'un auditeur. Pour cela, à titre d'exemple non limitatif, un microphone capsule peut être moulé dans une prothèse adaptée aux conduits de l'auditeur de telle sorte que la membrane de chaque

microphone affleure l'entrée de chaque conduit.

Les mesures sont effectuées en déplaçant la source suivant une sphère dont le centre correspond au milieu du

segment joignant les entrées des deux conduits auditifs.

Typiquement, on effectue une mesure tous les 5 à 10 degrés en azimut 0 et en site p. Ensuite, pour simuler une direction de perception quelconque (O,q), on filtre le signal acoustique par les HRTF qui sont, soit les plus proches de la direction (0,p), soit obtenues par une technique d'interpolation ou de "cross-fading" sur les directions les plus proches de la direction (0,q). A propos de ces techniques, on se reportera utilement à l'article de J.M.JOT, V.LARCHER et O.WARUSFEL intitulé "Digital signal processing issues in the context of binaural and transaural stereophony", 88th AES Convention

n 3980, Paris, 1995.

Pour simuler un déplacement de la source, on filtre le signal source par un filtre qui évolue au cours du temps et qui correspond au mieux aux directions successivement

adoptées par la source lors de son déplacement.

Cette solution connue présente plusieurs inconvénients. D'une part, la mémorisation des HRTF pour toutes les directions de mesure est coûteuse en termes de mémoire. Par ailleurs, cette technique est coûteuse en temps de calcul. En outre, lors du déplacement de l'endroit virtuel de la source, le passage d'un jeu de HRTF à un autre

nécessite la mise en oeuvre d'algorithmes de type "cross-

fading" pour assurer une continuité dans la perception

auditive, afin d'éviter des artefacts perceptibles.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en réduisant de façon significative la mémoire requise et la complexité de calcul et en assurant de façon très simple la continuité dans la perception

auditive d'une source en déplacement.

Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de simulation sonore, comprenant: un nombre N d'unités de filtrage, disposées en parallèle, auxquelles est adressé un signal acoustique d'entrée; des moyens de détermination de N premiers coefficients pondérateurs, de N seconds coefficients pondérateurs et d'un retard interaural sur la base d'au moins un paramètre spatial indiquant une direction simulée de perception du son par un auditeur; des moyens de combinaison pour délivrer, d'une part, un premier signal de sortie correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage respectivement pondérés par les N premiers coefficients pondérateurs, et d'autre part, un second signal de sortie correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage respectivement pondérés par les N seconds coefficients pondérateurs, au moins une desdites combinaisons linéaires étant retardée d'un temps égal au retard interaural, les premier et second signaux de sortie étant adressés à un système de restitution sur des voies gauche et droite. Dans un système à deux dimensions (perception simulée dans une direction du plan horizontal ou du plan sagittal), un seul paramètre spatial suffira à définir la direction simulée. De préférence, le dispositif sera tridimensionnel, avec une détermination des coefficients pondérateurs et du retard interaural sur la base de deux paramètres spatiaux commodément exprimés en coordonnées sphériques par un angle

d'azimut et un angle de site.

Le dispositif peut en outre comprendre des moyens de simulation de l'effet dû à la distance entre l'endroit virtuel de la source et l'auditeur, disposés en amont des

unités de filtrage.

Ces moyens de simulation de l'effet de distance multiplient par exemple le signal acoustique d'entrée par un terme en 1/d.exp(-a(f).d), o exp désigne la fonction exponentielle, a(f) représente l'atténuation due à l'absorption de l'air en fonction de la fréquence f. et d la

distance simulée.

Le dispositif peut en outre comprendre des moyens de simulation de l'effet Doppler, disposés en amont des unités de filtrage, pour introduire un retard de propagation variable au cours du temps entre l'auditeur et l'endroit

virtuel de la source sonore.

Les unités de filtrage comprennent avantageusement

des filtres de type ARMA (sigle anglo-saxon pour "Auto-

Regressive Moving Average").

Les unités de filtrage présentent des réponses impulsionnelles qui peuvent être obtenues par une technique d'analyse en composantes indépendantes à partir de réponses impulsionnelles mesurées dans une phase préalable

d'échantillonnage spatial.

Le nombre N d'unités de filtrage est avantageusement

compris entre 3 et 9, et de préférence égal à 3.

Dans un mode particulier de réalisation, le système de restitution sur des voies gauche et droite comprend des

moyens de reproduction binaurale du type casque.

En variante, ce système de restitution peut

comprendre des moyens de reproduction par transauralisation.

La présente invention propose également un procédé pour réaliser un dispositif de simulation sonore, suivant lequel: (a) on mesure un ensemble de réponses impulsionnelles entre une source sonore, produisant un signal acoustique d'entrée, et les oreilles d'un auditeur, pour plusieurs auditeurs et pour un ensemble de directions de perception du son; (b) on transforme chaque réponse impulsionnelle mesurée en une réponse impulsionnelle à phase minimale; (c) on détermine une dépendance entre une direction simulée de perception et un retard interaural sur la base de calculs effectués lors de la transformation des réponses impulsionnelles; (d) on détermine un jeu de vecteurs de base à partir de l'ensemble des réponses impulsionnelles à phase minimale, en utilisant une technique d'analyse en composantes indépendantes; (e) on munit le dispositif de N unités de filtrage, dont les réponses impulsionnelles respectives correspondent à N des vecteurs de base; (f) on détermine une dépendance entre la direction simulée de perception et un jeu de N premiers coefficients pondérateurs et un jeu de N seconds coefficients pondérateurs; (g) on munit le dispositif de moyens pour associer les jeux de N coefficients pondérateurs et le retard interaural aux directions de perception du son; (h) on munit le dispositif de moyens de combinaison entre les sorties des N unités de filtrage et un système de restitution sur des voies gauche et droite, de façon que ces moyens fournissent au système de restitution, d'une part, un premier signal de sortie correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage respectivement pondérés par les N premiers coefficients pondérateurs, et d'autre part, un second signal de sortie correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage respectivement pondérés par les N seconds coefficients pondérateurs, au moins une desdites combinaisons linéaires étant retardée

d'un temps égal au retard interaural.

D'autres aspects et avantages de l'invention

apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui

suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La présente invention se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - les figures 1 et 2 sont des schémas de dispositifs selon la présente invention; et - la figure 3 est un organigramme illustrant les étapes successives d'un procédé conforme à la présente invention. On considère dans toute la suite une source sonore qui produit un signal acoustique S. A titre d'exemple non limitatif, la position de cette source dans l'espace peut être définie en coordonnées sphériques, par sa distance, notée d, à un auditeur, un angle d'azimut, noté 0, et un angle de site, noté p. La présente invention repose sur la mesure et l'utilisation, non pas des HRTF mentionnées plus haut en relation avec l'art antérieur, mais des réponses impulsionnelles qui sont associées aux HRTF. Dans toute la suite, on désigne ces réponses impulsionnelles par HRIR (en

anglais "Head Related Impulse Response").

Comme le montre la figure 1, le dispositif 10 de la présente invention comprend un nombre prédéterminé N de filtres 121,122,...,12N (N = 3 dans le cas illustré par la figure 1). Tous les filtres 121,...,12N sont disposés en parallèle et reçoivent en entrée un signal acoustique S. Le dispositif 10 comprend également 2 x N multiplieurs 141,.

,14N et 161,..,16N, disposés en sortie des filtres 121,...,12N, le jeu de multiplieurs 141,...,14N étant relatif à l'oreille droite de l'auditeur et le jeu de multiplieurs 161,...,16N étant relatif à l'oreille gauche de l'auditeur. La sortie de chaque filtre est reliée à l'entrée d'un multiplieur relatif à l'oreille droite et à l'entrée..DTD: d'un multiplieur relatif à l'oreille gauche.

Les coefficients pondérateurs introduits par les multiplieurs 141,..., 14N et 161,...,16N sont déterminés par un module 13, qui reçoit en entrée l'angle d'azimut 0 et l'angle de site p représentatifs de la direction de

perception du son.

Les sorties des multiplieurs 141,...,14N sont reliées à l'entrée d'un sommateur 18 et les sorties des multiplieurs

161,...,16N sont reliées à l'entrée d'un sommateur 20.

L'ensemble constitué des deux jeux de multiplieurs 141,...,14N,161,..., 16N et des sommateurs 18, 20 réalise donc deux combinaisons linéaires des signaux filtrés par les filtres 121,...,12N, dont une combinaison linéaire relative à l'oreille droite et une combinaison linéaire relative à l'oreille gauche. On va maintenant décrire comment on obtient, à partir des HRIR, les coefficients et les vecteurs de base au moyen desquels ces combinaisons linéaires sont

réalisées.

On commence par mesurer les HRIR en champ libre entre la source et l'entrée de chacun des conduits auditifs de différentes personnes, par exemple une dizaine de sujets

(étape 1001 sur la figure 3).

On effectue ces mesures pour un échantillonnage spatial du même type que celui adopté pour les mesures des HRTF décrites en introduction, soit des mesures tous les 5 à degrés en azimut 0 et en site A, sur une sphère dont le centre correspond au milieu du segment joignant les entrées

des conduits auditifs gauche et droit de chaque sujet.

Pour chaque direction de mesure, on obtient donc une réponse impulsionnelle HRIR entre la source et l'oreille droite, et une réponse impulsionnelle HRIR entre la source et l'oreille gauche. Chaque réponse impulsionnelle peut être

sur 512 ou 1024 points.

On transforme ensuite, de façon connue en soi, chaque HRIR en une réponse impulsionnelle équivalente à phase minimale HRIRM (étape 1002 sur la figure 3). Les phases des fonctions de transfert associées aux HRIR présentent, par rapport à celles des fonctions de transfert associées aux HRIRM, une partie variant linéairement en fonction de la fréquence. La pente de cette partie linéaire servira, à l'étape 1003, à déterminer le retard interaural

décrit plus loin.

On définit une matrice y = t(Yl,...,Yn), out(.) désigne la matrice transposée, et o Y1,...,Yn, représentent les réponses impulsionnelles à phase minimale HRIRM pour toutes les personnes et toutes les directions. On cherche à déterminer un jeu de p vecteurs indépendants, ou vecteurs de base, qui permette d'exprimer au mieux l'ensemble des réponses impulsionnelles à phase minimale HRIRM, par projection sur de tels vecteurs de base. Les N premiers de ces p vecteurs de base el,...,ep détermineront les réponses

impulsionnelles el,...,eN respectives des N filtres 121,...,12N.

Les HRIRM et les vecteurs de base el,...,ep sont liés par une relation du type Y = M.E, o E = t(el,...,eN), et M désigne une matrice de mélange, qui contient les coefficients pondérateurs CD1(0, (P),... Di (0, p)..., DN(0,) appliqués par les multiplieurs 141,.

,14N relatifs à l'oreille droite, et les coefficients pondérateurs aG1 (0,P),...,Gi(O,ç),...,aCGN(0,) appliqués par les multiplieurs..DTD: 161,...,16N relatifs à l'oreille gauche.

On montre qu'on peut retrouver les vecteurs de base E et la matrice M à partir de Y. La matrice M se décompose en un produit de trois matrices: M = B.D.U, o B est la matrice des vecteurs propres du produit M.M+, (.)+ désignant la matrice transposée conjuguée, D est la matrice diagonale des valeurs propres associées, et U est une matrice unitaire de rotations. On applique ensuite une technique classique d'analyse en composantes principales (ACP), afin de déterminer un jeu de vecteurs décorrélés. Grâce à cette technique, mise en oeuvre à l'étape 1004, les matrices B et D permettent de déterminer à partir des réponses impulsionnelles à phase minimale HRIRM un jeu de vecteurs décorrélés êj. Cependant, l'ACP ne permet pas de calculer la matrice unitaire de rotations U, car U disparaît dans le calcul au second ordre du produit M. M+. C'est pourquoi les

vecteurs êj sont décorrélés, mais non indépendants.

1l On choisit ensuite (étape 1005 sur la figure 3) un nombre N correspondant aux N valeurs propres de plus grand module de la matrice D. L'obtention de vecteurs de base indépendants est réalisée à l'étape 1006 au moyen de la technique dite d'analyse en composantes indépendantes (ACI), qui est fondée

sur l'utilisation de moments d'ordre supérieur à 2.

Pour cela, on définit des cumulants d'ordre 4 de chaque vecteur êj, c'est-à-dire une matrice dite de

quadricovariance.

On note Cum(êiêjêkêl) = E{eêiêjêkêl} - E{êêj}.E{êkêl} -

E{êiêk}.E{êjêl} - E{êiêl}.E{êjêk}, o E{.} désigne l'espérance mathématique. La condition selon laquelle les vecteurs êi sont indépendants impose que les cumulants croisés d'ordre 4 soient nuls. L'ACI détermine la matrice unitaire de rotations U qui minimise les cumulants croisés. L'algorithme utilisé peut être par exemple l'algorithme de maximisation de contraste décrit dans l'article de P. COMON intitulé "Separation of stochastic processes whose linear mixture is observed", Workshop on Higher-order spectral Analysis, Vail, Colorado, 1989, et dans l'article de P.COMON et J.-F.CARDOSO intitulé "Eigenvalues decomposition of a cumulant tensor

with applications", SPIE, San Diego, 1992.

L'algorithme de maximisation de contraste utilise une forme contractée du tenseur des cumulants Rê dont le

terme général est donné par: (R) ijk1 = Cum(êiêeêkêl) -

L'algorithme maximise la somme des carrés des termes diagonaux, ce qui revient à minimiser les termes croisés,

c'est-à-dire les cumulants croisés.

On obtient ainsi la matrice unitaire de rotations U. Les vecteurs de base el,...,ep sont alors obtenus dans la matrice E = U+.t(êl,...,êp), au signe et à une permutation près. A l'étape 1007, on obtient les N vecteurs de base correspondant, dans la matrice D, aux N valeurs propres de

plus grand module, N étant le nombre choisi à l'étape 1005.

Les composantes de ces N vecteurs de base el,...,eN forment

les réponses impulsionnelles des N filtres 121,...,12N.

On obtient les coefficients pondérateurs CDi(O,9) et caGi(,qp) à l'étape 1008, soit à partir des valeurs contenues dans la matrice B.D.U, soit en projetant les HRIRM sur les vecteurs de base el,...,eN. Les coefficients peuvent être obtenus en moyennant les résultats des projections des HRIRM obtenues pour les différents individus avec lesquels les mesures ont été effectuées. Ils peuvent aussi être déduits simplement des HRIRM obtenues pour l'un des individus, notamment une personne dont on sait qu'elle localise

aisément les sources sonores.

Des tests psychoacoustiques montrent que le nombre de vecteurs de base permettant de bien reconstituer toutes les HRIRM est faible. Les 3 premiers vecteurs de base (correspondant aux trois plus grandes valeurs propres) contiennent plus de 90 % de l'information, et au-delà de 9

vecteurs de base, on n'apporte plus aucune information.

C'est pourquoi le mode de réalisation à 3 vecteurs de base el, e2, e3 représenté sur la figure 1 est particulièrement avantageux. Il suffit en effet de trois filtres pour obtenir

un excellent effet de spatialisation.

Dans un mode de réalisation simple, les réponses impulsionnelles données par les vecteurs de base retenus sont modélisées par des filtres du type ARMA, qu'on calcule par exemple à l'aide des méthodes classiques de Yule-Walker

ou de Prony.

En variante, on pourrait envisager d'effectuer la décomposition sur des vecteurs de base, non plus dans le domaine temporel des réponses impulsionnelles, mais dans le domaine fréquentiel des fonctions de transfert. Cependant, l'expérience montre que dans ce cas, la séparation des vecteurs est moins bonne et il est nécessaire de retenir un plus grand nombre de vecteurs de base, ce qui augmente la

complexité de calcul.

Dans le mode de réalisation à 3 vecteurs de base, les calculs fondés sur l'ACI fournissent pour chaque direction de mesure (0,y) deux jeux de 3 coefficients aDi(, P), 1 < i < 3 pour l'oreille droite et aCGi (0, p), 1 < i < 3 pour l'oreille gauche. Ces jeux de coefficients peuvent être stockés dans un tableau de mémoire du module 13, adressé par les deux paramètres d'entrée 0,q. Pour les directions O,q comprises entre plusieurs directions de mesure, une simple interpolation permet de retrouver les coefficients à employer. En variante, le module 13 pourrait calculer les coefficients aGi(9,T), CaDi(0,p) à l'aide de formules préétablies de manière à approcher au plus près la dépendance en 0 et p des coefficients déduits des calculs d'ACI. Le dispositif de simulation 10 comprend en outre un module 22 d'application d'un retard interaural T(O,q) entre les signaux respectivement délivrés par les sommateurs 18, 20. En effet, le signal acoustique S parvient avec un décalage temporel à l'oreille de l'auditeur qui n'est pas en visibilité par rapport à la source. On applique donc à la voie correspondant à l'oreille qui n'est pas en visibilité un retard interaural T(O,p), déterminé par le module 13 et égal à la différence de pente entre les parties linéaires, mentionnées plus haut, des phases des fonctions de transfert associées aux HRIR d'un couple HRIR oreille gauche/oreille droite, ces parties linéaires de phases étant extraites lors de la transformation de chaque paire de réponses impulsionnelles mesurées HRIR oreille gauche/oreille droite en une paire de réponses impulsionnelles à phase minimale HRIRM. le retard T(O,q) fourni par le module 13 peut être lu dans un tableau de mémoire ou calculé à l'aide d'une formule approchée obtenue d'après résultats déduits des mesures à

l'étape 1003.

En variante, le retard interaural déterminé par le module 13 pourrait bien entendu être appliqué en amont des sommateurs 18, 20, et le temps correspondant au retard interaural pourrait indifféremment être, soit ajouté sur la voie associée à une oreille, soit retranché sur la voie

associée à l'autre oreille.

La transformation des réponses impulsionnelles mesurées HRIR en réponses impulsionnelles à phase minimale HRIRM et l'extraction de la partie linéaire des phases des HRIR peuvent être effectuées simultanément, au moyen d'un algorithme classique de calcul de réponses impulsionnelles à

phase minimale.

Comme illustré par la figure 1, on obtient, en sortie du module 22 d'application du retard interaural, un

signal de sortie droit SD et un signal de sortie gauche SG.

Ces signaux, numériques, peuvent être transformés en signaux

analogiques au moyen de convertisseurs numériques-

analogiques 23, puis amplifiés au moyen d'amplificateurs 25.

Il reste à restituer ces signaux respectivement à l'entrée des conduits auditifs des oreilles droite et gauche

de l'auditeur.

Pour cela, deux types de restitution peuvent être utilisés. On peut réaliser une reproduction sonore binaurale au moyen d'un casque, suivant une technique bien connue, comme représenté schématiquement sous forme de deux

écouteurs 28G et 28D sur la figure 1.

En variante, on peut réaliser une reproduction transaurale à l'aide d'enceintes acoustiques, comme

représenté schématiquement par le bloc 30 sur la figure 2.

Les techniques de transauralisation sont bien connues dans

le domaine de la restitution sonore.

Si la source sonore se déplace, il suffit de modifier les coefficients pondérateurs cGi(O,p) et CDi(O,P) de la combinaison linéaire ainsi que le retard interaural (0,) en fonction de la trajectoire de la source. Ces modifications résultent par exemple du calcul de fonctions polynomiales, ou issues de décompositions de Fourier, ou autres, et de l'application de ces fonctions aux valeurs obtenues pour les directions de mesure. En variante, ces modifications peuvent résulter d'une interpolation effectuée sur les valeurs obtenues pour les différentes directions de mesure. Les techniques précédentes, indiquées à titre d'exemples non limitatifs, suffisent à assurer la continuité

perceptive au cours du déplacement de la source.

La valeur du retard interaural est modifiée de façon analogue, sa mise en oeuvre pouvant être réalisée en appliquant en outre un algorithme de retard fractionnaire,

dont la complexité de calcul est très faible.

La figure 2 illustre l'adjonction au dispositif 10, en amont des filtres 121,...,12N, de deux modules 24, 26 permettant d'obtenir un effet de spatialisation plus réaliste. Tout d'abord, un module 24 de simulation d'effet de distance est prévu pour tenir compte du fait que le signal acoustique subit une atténuation, fonction de la fréquence, due à la propagation sur une distance d entre l'endroit

virtuel de la source et l'auditeur.

Ce module 24 multiplie le signal acoustique d'entrée par un terme en 1/d. exp(-a(f).d), o exp désigne la fonction exponentielle et a(f) représente l'atténuation due à

l'absorption par l'air en fonction de la fréquence f.

Un module 26 de simulation d'effet Doppler est en outre disposé entre la sortie du module 24 de simulation de l'effet de distance et l'entrée d'un dispositif 10 identique à celui de la figure 1. Le module 26 est d'un type classique et introduit un retard de propagation variable au cours du temps entre l'auditeur et l'endroit virtuel de la source

pour tenir compte de la vitesse virtuelle V de la source.

La présente invention trouve de nombreuses applications dans tous les domaines impliquant le suivi sonore de sources en déplacement pour des auditeurs immobiles ou en déplacement, ou la simulation de scènes sonores à caractère interactif, du type vidéoconférences ou simulateurs de poste de pilotage, par exemple, ou encore l'aide à la conception et à la communication dans des

projets d'infrastructures de transport.

Le dispositif conforme à l'invention pourrait également être intégré dans des cartes son pour permettre une écoute avec restitution de la perception spatiale dans des applications grand public, par exemple du type jeux

vidéo ou CD-ROM.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de simulation sonore, comprenant: un nombre N d'unités de filtrage (121,..., 12N), disposées en parallèle, auxquelles est adressé un signal acoustique d'entrée (S); des moyens (13) de détermination de N premiers coefficients pondérateurs (aGI(O,p)), de N seconds coefficients pondérateurs (ODi (0,)) et d'un retard interaural (T(0,p)) sur la base d'au moins un paramètre spatial indiquant une direction simulée de perception du son par un auditeur; des moyens (141,..., 14N, 161,..., 16N, 18,20, 22) de combinaison pour délivrer, d'une part, un premier signal de sortie (SG) correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage (121,...,12N) respectivement pondérés par les N premiers coefficients pondérateurs (aGi(0,()), et d'autre part, un second signal de sortie (SD) correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage (121,...,12N) respectivement pondérés par les N seconds coefficients pondérateurs (OaDi(O,p)), au moins une desdites combinaisons linéaires étant retardée d'un temps égal au retard interaural (i(0,)), les premier et second signaux de sortie (SG, SD) étant adressés à un système de restitution sur des voies gauche et droite.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premiers et seconds coefficients pondérateurs et le retard interaural sont déterminés sur la base de deux paramètres spatiaux indiquant la direction simulée de

perception du son.

3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les deux paramètres spatiaux sont exprimés par un angle d'azimut (0) et un angle de site (p).

4. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, comprenant en outre des moyens

(24) de simulation d'effet de distance, disposés en amont

des unités de filtrage (121,...,12N).

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les moyens (24) de simulation d'effet de distance multiplient le signal acoustique d'entrée (S) par un terme en l/d.exp(-a(f).d), o exp désigne la fonction exponentielle, a(f) représente l'atténuation due à l'absorption de l'air en fonction de la fréquence f et d représente une distance simulée entre un lieu d'origine du

son et l'auditeur.

6. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, comprenant en outre des moyens

(26) de simulation d'effet Doppler, disposés en amont des unités de filtrage (121,...,12N), pour introduire un retard

variable au cours du temps.

7. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, dans lequel les unités de

filtrage (121,...,12N) comprennent des filtres de type ARMA.

8. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, dans lequel les unités de

filtrage (121,...,12N) présentent des réponses impulsionnelles obtenues par une technique d'analyse en composantes indépendantes à partir de réponses impulsionnelles mesurées

dans une phase préalable d'échantillonnage spatial.

.- 20..CLMF:

9. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que N est

compris entre 3 et 9.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que N = 3.

11. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 10, dans lequel le système de restitution

comprend des moyens de reproduction binaurale du type casque.

12. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 10, dans lequel le système de restitution

comprend des moyens de reproduction par transauralisation.

13. Procédé pour réaliser un dispositif de simulation sonore, suivant lequel: (a) on mesure un ensemble de réponses impulsionnelles entre une source sonore, produisant un signal acoustique d'entrée (S), et les oreilles d'un auditeur, pour plusieurs auditeurs et pour un ensemble de directions de perception du son; (b) on transforme chaque réponse impulsionnelle mesurée en une réponse impulsionnelle à phase minimale; (c) on détermine une dépendance entre une direction simulée de perception (O,q) et un retard interaural (T(O,9)) sur la base de calculs effectués lors de la transformation des réponses impulsionnelles; (d) on détermine un jeu de vecteurs de base (el,...,ep) à partir de l'ensemble des réponses impulsionnelles à phase minimale, en utilisant une technique d'analyse en composantes indépendantes; (e) on munit le dispositif de N unités de filtrage, dont les réponses impulsionnelles respectives correspondent à N des vecteurs de base; (f) on détermine une dépendance entre la direction simulée de perception et un jeu de N premiers coefficients pondérateurs (aGi(O,P)) et un jeu de N seconds coefficients pondérateurs (aDi(O,P)); (g) on munit le dispositif de moyens pour associer les jeux de N coefficients pondérateurs (aGi(O,q),aDi(0,(p)) et le retard interaural (T(0, )) aux directions de perception du son; (h) on munit le dispositif de moyens de combinaison (141,...,14N,161,...,16N,18, 20,22) entre les sorties des N unités de filtrage et un système de restitution sur des voies gauche et droite, de façon que ces moyens de combinaison fournissent au système de restitution, d'une part, un premier signal de sortie (SG) correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage (121,..., 12N) respectivement pondérés par les N premiers coefficients pondérateurs (aG (O,p)), et d'autre part, un second signal de sortie (SD) correspondant à une combinaison linéaire des signaux délivrés par les N unités de filtrage (121,...,12N) respectivement pondérés par les N seconds coefficients pondérateurs (aDi(0,p)), au moins une desdites combinaisons linéaires étant retardée d'un temps

égal au retard interaural (z(0,p)).