FR2858403A1 - Systeme et procede de determination d'une representation d'un champ acoustique - Google Patents

Abstract

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

Description

La présente invention concerne un procédé, un dispositif et un système de

détermination d'une représentation d'un champ acoustique sous la forme d'une pluralité de signaux acoustiques ou audiophoniques, associés

chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rap5 port à un point donné de l'espace.

La détermination d'une telle représentation est fondée sur l'utilisation de moyens d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires disposés dans l'espace et délivrant chacun un signal de mesure.

Ces signaux de mesure sont traités par l'application de combinaisons de filtrage, représentatives notamment de caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition et des directions générales de restitution prédéterminées, de manière à obtenir ladite pluralité de signaux acoustiques.

Une telle pluralité de signaux est couramment désignée par l'ex15 pression "signal multicanal" et correspond à une pluralité de signaux, appelés "canaux", transmis en parallèle ou multiplexés les uns avec les autres. Chacun des signaux est destiné à un élément ou un groupe d'éléments de restitution formant une source idéale disposée selon une direction générale prédéfinie par rapport à un point donné de l'espace.

Par exemple, un standard multicanal classique connu sous le nom de "5.1 ITU-R BF 775-1", comporte cinq canaux destinés à des éléments de restitution disposés dans cinq directions générales prédéterminées définies par les angles 0 , +30 , -30 , +110 et-110 par rapport au centre d'écoute.

Une telle disposition correspond donc à la disposition d'un haut25 parleur ou un groupe de haut-parleurs devant au centre, un de chaque côté devant à gauche et à droite et un de chaque côté derrière à gauche et à droite.

L'application des signaux acoustiques à des éléments de restitution disposés selon les directions générales prédéterminées appropriées permet 30 en théorie la restitution d'un champ acoustique.

L'acquisition et le traitement constituent des éléments clés de la qualité de cette restitution.

Certains moyens d'acquisition existants sont formés d'un ensemble de capteurs élémentaires directionnels où chaque capteur délivre directement un canal correspondant à l'une des directions générales prédéterminées de restitution. Dans ce cas, chaque capteur est sensiblement orienté selon la direction correspondant à son canal associé.

La qualité de la représentation obtenue avec de tels moyens 5 d'acquisition est limitée par la directivité intrinsèque des capteurs, car aucun traitement n'est effectué, de sorte que la représentation n'est pas une représentation de haute qualité.

D'autres techniques, telles que les techniques regroupées sous le terme "ambisonic" sont fondées sur une modélisation des moyens d'acquisi10 tion sous la forme d'un ensemble ponctuel de capteurs élémentaires et directionnels, de manière à ne considérer que les directions de provenance des sons par rapport au centre des moyens d'acquisition.

Cependant, I'impossibilité de positionner l'ensemble des capteurs élémentaires en un même point, I'absence de capteurs élémentaires de carac15 téristiques de directivité élevées ainsi que la simplicité des traitements effectués, tels que des matrices de gains, restreignent ces technologies à une représentation dont la qualité est limitée au niveau de précision couramment appelé "ordre 1" sur la base des harmoniques sphériques.

Enfin, le système décrit dans l'article intitulé "Circular microphone 20 array for discrete multichannel audio recording", présenté le 22 mars 2003 à la 114ème convention de l'AES, utilise un réseau régulier circulaire de 288 microphones cardioïdes. Un traitement complexe en plusieurs étapes de l'ensemble des signaux délivrés par ce réseau de capteurs permet d'obtenir une représentation du champ acoustique de haute qualité.

Il apparaît donc que les moyens d'acquisition et de traitement existants requièrent une grande quantité de capteurs élémentaires répartis de manière régulière ainsi que des traitements complexes pour aboutir à une représentation de haute qualité du champ acoustique dans un format multicanal.

Ceci réduit notablement la portabilité de ces systèmes et accroît le 30 coût de mise en oeuvre ainsi que les temps de calcul.

Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes en fournissant un procédé, un dispositif et un système de détermination d'une représentation de haute qualité d'un champ acoustique dans un format multicanal de portabilité et de rapidité accrues et d'un coût réduit.

A cet effet, I'invention a pour objet un système de détermination d'une représentation d'un champ acoustique du type comportant: - des moyens d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires distribués dans l'espace, et délivrant chacun un si5 gnal de mesure; et - des moyens de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure, de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par 10 rapport à un point donné de l'espace, I'ensemble desdits signaux acoustiques formant une représentation dudit champ acoustique, caractérisé en ce que lesdits capteurs élémentaires sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière et en ce que lesdites combinaisons de filtrage sont représentatives de cette distribution. 15 Suivant d'autres caractéristiques - lesdits moyens d'acquisition sont tels que, pour tous les repères usuels, pour au moins une des coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs élémentaires sont distribuées sur des 20 valeurs distinctes et à pas non constant; lesdits moyens d'acquisition comportent au moins un capteur élémentaire omnidirectionnel; - lesdits moyens d'acquisition comportent au moins un capteur élémentaire dont la directivité est une combinaison de diagrammes omnidi25 rectionnels et bidirectionnels.

- lesdits moyens d'acquisition comportent un nombre de capteurs élémentaires compris entre une et cinq fois le nombre de directions générales de restitution prédéterminées; - lesdits moyens de traitement comportent un unique étage de filtrage 30 matriciel recevant en entrée lesdits signaux de mesure et délivrant en sortie ladite pluralité de signaux acoustiques; - lesdits moyens de traitement forment des combinaisons linéaires pondérées desdits signaux de mesure afin de former lesdits signaux acoustiques de sortie; - lesdits moyens de traitement permettent l'application de combinaisons de filtrage variant avec la fréquence desdits signaux de mesure traités.

L'invention a également pour objet un dispositif de détermination d'une représentation d'un champ acoustique comportant des moyens de traitement des 5 signaux délivrés par des moyens d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires distribués dans l'espace, par l'application de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale prédéterminée de restitution définie par 10 rapport à un point donné de l'espace, lesdits signaux acoustiques formant une représentation dudit champ acoustique, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement sont adaptés pour traiter des signaux délivrés par des moyens d'acquisition formés de capteurs distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière.

L'invention a également encore pour objet un procédé de détermination d'une représentation d'un champ acoustique, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape d'acquisition en une pluralité de points distribués dans l'espace de façon sensiblement non régulière dudit champ acoustique par des 20 moyens d'acquisition d'ondes acoustiques, afin de délivrer une pluralité de signaux de mesure représentatifs en chaque point, en amplitude et en phase, dudit champ acoustique; - une étape de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure, de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles des25 dits moyens d'acquisition pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace, I'ensemble desdits signaux acoustiques formant une représentation dudit champ acoustique.

Suivant d'autres caractéristiques du procédé de l'invention, 30 - ladite étape de traitement correspond à: - I'application auxdits signaux de mesure de combinaisons de filtrages pour engendrer une pluralité de signaux traités constituant une représentation dudit champ acoustique sensiblement indépendante des caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition, sous la forme d'un nombre fini de coefficients de Fourier-Bessel; et - I'application auxdits signaux traités de combinaisons linéaires spécifiques pour engendrer ladite pluralité correspondante de signaux acousti5 ques; - ladite étape de traitement correspond à l'application de combinaisons de filtrage selon une technique sélectionnée parmi le groupe formé - de techniques de filtrage dans le domaine fréquentiel; - de techniques de filtrage dans le domaine temporel par réponse 10 impulsionnelle; et - de techniques de filtrage dans le domaine temporel aux moyens de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie.

L'invention a encore pour objet un procédé de vérification du caractère non régulier d'un réseau de capteurs élémentaires, caractérisé en ce qu'il 15 consiste: - à considérer le réseau dans un premier repère usuel; - à vérifier les valeurs des positions de tous les capteurs selon une première coordonnée dudit repère; - si les valeurs desdites premières coordonnées ne sont ni constantes, 20 ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est dit non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère; - si les valeurs desdites premières coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon une seconde coordonnée dudit repère; - si les valeurs desdites secondes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré avec un autre repère; - si les valeurs desdites secondes coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des 30 capteurs selon une troisième coordonnée dudit repère; - si les valeurs desdites troisièmes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère; - si pour lesdites premières, secondes et troisièmes coordonnées, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, le réseau est régulier dans le repère courant; - si dans l'un quelconque des repères usuels, le réseau est régulier, il est dit régulier; et - si le réseau est non régulier dans chacun des repères usuels, il est dit non régulier.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va 10 suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 est une représentation d'un repère sphérique; - la Fig.2 est un schéma bloc d'un système de restitution selon l'invention; - la Fig.3 est un organigramme du procédé de l'invention; et - la Fig.4 est une représentation détaillée du traitement réalisé par l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté un repère sphérique classique, de manière à préciser le système de coordonnées auquel il est fait référence 20 dans le texte.

Ce repère est un repère orthonormal, d'origine O et comportant trois axes (OX), (OY) et (OZ). Dans ce repère, une position notée x est décrite au moyen de ses coordonnées sphériques (r,,'), où r désigne la distance par rapport à l'origine O, 0 I'orientation dans le plan vertical et f I'orientation dans le plan 25 horizontal.

Dans un tel repère, un champ acoustique est connu si l'on définit en tout point à chaque instant t la pression acoustique notéep(r,0,0,t), dont la transformée de Fourier est notée P(r, ,,J) oùfdésigne la fréquence.

Le procédé de l'invention se base sur l'utilisation de fonctions spatio30 temporelles permettant de décrire un champ acoustique quelconque dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace.

Dans les modes de réalisation décrits, ces fonctions sont des fonctions dites de Fourier-Bessel sphériques de première espèce, appelées par la suite fonctions de Fourier-Bessel.

Dans une zone vide de sources et vide d'obstacles, les fonctions de Fourier-Bessel correspondent aux solutions de l'équation des ondes et constituent une base qui engendre tous les champs acoustiques produits par des sources situées à l'extérieur de cette zone.

Tout champ acoustique tridimensionnel peut donc s'exprimer par une combinaison linéaire des fonctions de Fourier-Bessel, selon l'expression de la transformée de Fourier-Bessel inverse qui s'exprime: P(r,0,q,f) =4zÈT t R.m(f)jlji(kr)yj, ( 0,b) 1=0 m=-l Dans cette équation, les termes Pl,m(J) sont définis comme les coeffi10 cients de Fourier-Bessel du champp(r,O,0,t), k=2" , c est la célérité du son dans c l'air (340 ms'1), jî(kr) est la fonction de Bessel sphérique de première espèce d'ordre I définie par j1(x)=F'xJl+112(x) où Jr(x) est la fonction de Bessel de première espèce d'ordre v, et yrm(O,') est l'harmonique sphérique réelle d'ordre! et de terme m, avec m allant de -I à 1, définie par: yj'( 0,) =Piml(cOS O)trg m(C) avec: -cos(m) pour m>O trgm()= 1 pour m=O -1sin(m) pour m<O Dans cette équation, les Ptm(x) sont les fonctions de Legendre associées définies par: Pm(x) 21+1 (1-m-)!1 l2,m/2dml P (x) x /20Pl (l--'.X-) dxm avec Pl(x) les polynômes de Legendre, définis par: Pl (x)= 29!d (x2-1)' Les coefficients de Fourier-Bessel s'expriment aussi dans le domaine temporel par les coefficients pi,m(t) correspondant à la transformée de Fourier 25 temporelle inverse des coefficients Pl,,m(/).

Dans d'autres modes de réalisation, le champ acoustique est décomposé sur une base de fonctions, où chacune des fonctions s'exprime par une combinaison linéaire éventuellement infinie de fonctions de FourierBessel.

Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un système selon I'invention.

Ce système comporte des moyens d'acquisition 1 formés de Q capteurs élémentaire 21 à 2Q délivrant des signaux de mesure ci(t) à cQ(t), notés également c1 à CQ, qui sont introduits dans un dispositif 6 de détermination d'une représentation d'un champ acoustique.

Le dispositif 6 comporte des moyens 8 de traitement adaptés pour appliquer aux signaux de mesure ci à CQ des combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1, pour délivrer en sortie une pluralité de signaux acoustiques associés chacun à une direction générale prédéterminée de restitution définie par rapport à un point donné de l'es15 pace.

Les signaux acoustiques Sci(t) à sc(t), notés également sc1 à scN, délivrés par le dispositif 6, sont ensuite transmis à des moyens de restitution 10 comportant N d'éléments de restitution 124 à 12N disposés selon des directions prédéterminées par rapport à un point donné 14 de l'espace, correspondant au 20 centre des moyens de restitution 10.

La commande de ces éléments de restitution 12, à 12N par les signaux acoustiques sc1 à scN, permet la restitution du champ acoustique capté par les moyens d'acquisition 1.

De manière préférentielle, les moyens de traitement 8 du dispositif 6, 25 sont configurés préalablement et sont associés de manière spécifique à un ensemble de capteurs élémentaires 21 à 2Q formant les moyens d'acquisition 1 et à un ensemble d'éléments de restitution formant les moyens de restitution 10.

Avantageusement, les moyens de traitement 8 comportent cependant une pluralité de combinaisons de filtrage correspondant à différents moyens 30 d'acquisition et/ou à différents formats de sortie et sélectionnables par un utilisateur, par exemple directement au moyen d'un interrupteur ou au travers d'une interface de commande.

Le dispositif 6 peut prendre la forme d'un équipement électronique dédié à la mise en oeuvre de l'invention ou encore d'un logiciel informatique comprenant des instructions de code de programme destinées à être exécutées par un équipement comprenant un processeur de traitement et des moyens d'interface avec des moyens d'acquisition et des moyens de restitution.

Par exemple, le dispositif 6 est formé d'un ordinateur associé à des cartes d'interface adaptées.

Les capteurs élémentaires 21 à 2Q sont disposés en des points connus de l'espace autour d'un point 4 prédéterminé, désigné comme le centre des moyens d'acquisition 1.

Ainsi, la position (rqOq,q) de chaque capteur élémentaire 2q s'exprime 10 dans l'espace dans un repère sphérique tel que celui décrit en référence à la figure 1, centré sur le centre 4 des moyens d'acquisition 1.

Selon l'invention, les capteurs élémentaires 21 à 2Q sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière.

Pour qu'une configuration donnée, ou un réseau, soit considérée 15 comme non régulière dans l'espace, il faut que pour tous les repères tridimensionnels usuels, soit cartésien, soit cylindrique ou encore sphérique, pour au moins une des coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs élémentaires ne soient ni constantes ni distribuées à pas constant, c'est-à-dire soient distribués sur des valeurs distinctes et à pas non 20 constant.

Soit encore, une configuration est non régulière si pour tous les repères usuels, pour au moins une des trois coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs sont distribuées dans un intervalle ou domaine d'espace non nul et avec un écart variable des coordonnées 25 prises successivement.

Ainsi, des configurations dans lesquelles les capteurs sont disposés à intervalles réguliers le long d'une ligne ou d'un cercle, aux intersections d'une grille plane fictive ou encore aux intersections d'un maillage cubique fictif, sont des configurations régulières.

L'appréciation d'une telle distribution non régulière doit évidemment prendre en compte une tolérance résultant des contraintes de réalisation physique et des contraintes liées au dimensionnement des capteurs élémentaires utilisés.

De ce fait, les coordonnées des capteurs doivent être distribuées dans un intervalle supérieur à un intervalle de tolérance et présenter des écarts variant au-delà de cet intervalle de tolérance De manière générale, la position d'un capteur correspond à la position 5 du centre de sa partie sensible et un intervalle de tolérance selon chaque direction de l'espace est défini autour de cette position.

Avantageusement, I'intervalle de tolérance pour un ensemble de capteurs élémentaires formant les moyens d'acquisition, correspond à une distance équivalente à un quart de la distance entre les deux capteurs élémentaires les 10 plus proches. Par exemple, une telle distance est de l'ordre de 2cm, de sorte que l'intervalle de tolérance correspond approximativement à 0,5cm.

Par opposition, on considère qu'une configuration est régulière si, dans l'un des repères usuels, pour les trois coordonnées du repère, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont constantes ou distri15 buées à pas constant.

Soit encore, une configuration est régulière si, dans l'un des repères usuels, pour toutes les coordonnées du repère, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont distribuées dans un intervalle sensiblement nul ou avec un écart successif sensiblement constant.

Par ailleurs, des capteurs d'un encombrement physique sensiblement non nul accolés les uns aux autres, forment une distribution ponctuelle ou quasiment ponctuelle considérée comme une configuration régulière.

Le procédé suivant permet de déterminer si une configuration donnée de capteurs élémentaires est régulière ou non régulière.

On considère la configuration précitée en référence à un premier des trois repères usuels, tel que le repère cartésien tridimensionnel.

On vérifie ensuite les valeurs des positions de tous les capteurs selon une première coordonnée du repère, telle que l'abscisse. Si ces valeurs ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, en considérant un intervalle 30 de tolérance, alors la configuration est non régulière dans ce repère et l'on recommence avec un autre repère.

Si les valeurs de ces premières coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon une seconde coordonnée du repère, telle que l'ordonnée.

Si les valeurs de ces secondes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, la configuration est non régulière dans ce repère et l'on recommence avec un autre repère.

Inversement, si les valeurs de ces coordonnées sont soit constantes, 5 soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon la troisième et dernière coordonnée du repère, telle que celle selon un axe vertical dite coordonnée zénithale.

Si les valeurs de ces troisièmes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, la configuration est non régulière dans ce re10 père et l'on recommence avec un autre repère.

Dans le cas inverse, dans ce repère, pour toutes les coordonnées, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers. De ce fait, la configuration est régulière dans ce repère.

A l'issue des tests dans les trois repères usuels, si la configuration est régulière dans un des trois repères, elle est dite régulière. Inversement, si la configuration est non régulière dans les trois repères, elle est dite non régulière.

Une telle distribution sensiblement non régulière permet d'éviter la redondance des informations prélevées par les capteurs élémentaires dans le 20 champ acoustique, de sorte qu'un nombre réduit de capteurs est nécessaire.

Avantageusement, le nombre maximal Q de capteurs élémentaires est inférieur ou égal à cinq fois le nombre de signaux acoustiques formant la représentation du champ acoustique à l'issue du traitement.

Par ailleurs, la distribution des capteurs élémentaires 2q dans l'espace 25 peut répondre à certaines règles tout en répondant aux critères de nonrégularité tels que définis précédemment.

Avantageusement, les moyens d'acquisition 1 reproduisent les caractéristiques géométriques générales des moyens de restitution 10, tels qu'une disposition planaire et une certaine symétrie, tout en respectant les critères de non30 régularité.

En référence aux figures 3 et 4, on va maintenant décrire le fonctionnement du système de l'invention.

Préalablement à la mise en oeuvre de l'invention, les moyens d'acquisition 1 sont disposés dans l'espace de manière sensiblement non régulière.

Lors d'une première étape 20 d'acquisition, le système de l'invention est exposé à un champ acoustique P et chaque capteur 2q des moyens d'acquisition 1 délivre un signal de mesure cq(t) qui correspond à la mesure faite par ce capteur dans le champ acoustique P. Les moyens d'acquisition 1 délivrent donc une pluralité de signaux de mesure du champ acoustique ci(t) à cQ(t), qui sont directement liés aux capacités d'acquisition des capteurs élémentaires 21 à 2Q.

Le procédé comporte ensuite une étape 30 de traitement par l'application de combinaisons de filtrage aux signaux de mesure c1 à CQ délivrés par les 10 moyens d'acquisition 1.

Ainsi que cela a été indiqué précédemment, ces combinaisons de filtrage sont représentatives des caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1 et sont adaptées pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques sci à scN associés chacun à une direction générale de restitution 15 prédéterminée et définie par rapport à un point donné de l'espace.

Plus particulièrement, les N canaux scl(t) à scN(t) sont obtenus à partir des Q signaux de mesure cl(t) à CQ(t) au moyen d'un unique filtrage matriciel faisant intervenir N x Q filtres variant en fonction de la fréquence, et notés Tn.q().

Chaque canal de sortie sc.(t) est obtenu en filtrant chacun des signaux de mesure 20 ci(t) à CQ(t) et en appliquant une combinaison linéaire sur les signaux ainsi filtrés.

Chaque filtre Tn,q() est donc représentatif de la contribution du signal de mesure cq(t) dans la constitution du canal sc.(t). Les canaux sont obtenus selon la relation

Q

SC, (f) = Tnq (f)Cq (f) q=l Dans cette relation, SCn(j) est la transformée de Fourier de sc,(t) et Cq(f) est la transformée de Fourier de cq(t).

Les filtres Tn,q(0 peuvent être organisés dans une matrice T de taille Nx Q de la manière suivante: Tl, I (f) TI, 2(f) Tl, Q(f) (Tf) T,2(f) ... T.(f) j OT= T T22(f) T2Q() TN(f) TN2 (J) TNQ2(f) Dans le mode de réalisation décrit, la matrice Test obtenue au moyen de la relation matricielle suivante: T=DE Dans cette équation, E est une matrice d'encodage représentative des caractéristiques des moyens d'acquisition 1 et notamment de leur configuration spatiale. La matrice E permet d'obtenir une représentation en coefficients de Fourrier Bessel d'un champ acoustique P correspondant à une estimation du 10 champ acoustique P dans lequel sont plongés les capteurs élémentaires 21 à 2Q, à partir des signaux de mesure ci(t) à cQ(t). La matrice E est de taille (L+1)2 x Q, le coefficient L correspondant à l'ordre auquel est conduit l'encodage et à la résolution maximale que l'encodage permet d'atteindre. La matrice E est obtenue au moyen de la relation: E = ,luBT (,aBBT + (-O) IN)' Dans cette équation, le coefficient y spécifie un compromis entre la fidélité de représentation du champ acoustique P et la minimisation du bruit de 20 fond apporté par les capteurs élémentaires 21 à 2Q et peut prendre toutes les valeurs entre 0 et 1. Ainsi, si u=0, le bruit de fond est minimal et si,u=1, la qualité spatiale est maximale Avantageusement, les paramètres L et / peuvent varier avec la fréquence.

Dans cette relation, B est une matrice d'échantillonnage spatial de taille Q x (L+1)2 dont les éléments Bq,i,m(/) sont organisés de la manière suivante oo,0O(f) %1-1(f) B&OCf) %(f) ... B,4-L0) ... LO(... BLLe&oO(fO) v,-,0 /) ,o0(fl u(f)' ... BA-L(t0... L0(f... &,Lf) : : : . : : : LBo.oU) B_,0(f) BQ0(f) B(f) L(f) ... B Q,(f)O... BLQLlO0 Dans le cas où tous les capteurs élémentaires 21 à 2Q sont des cap30 teurs de type omnidirectionnel, le terme B s'exprime de la manière suivante: Bq,m, (f) = 4;r j'j, (krq)ym (Oq, q0q) Dans cette relation, (rq, Oq,,q) est la position du capteur 2q dans le repère sphérique décrit en référence à la figure 1.

Dans d'autres modes de réalisation, chaque capteur 2q est placé à la 5position (rq,Oq,Çq), présente une directivité composée d'une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et bidirectionnels de proportion dq et est orienté dans la direction (Oq,q), de sorte que le capteur 2q présente une sensibilité maximale dans la direction (SqO,q). Dans ce cas les éléments Bq,,m(/) sont obtenus de la manière suivante: 10 Bn,l,m(f) =4z j' x {(1-dq)j,(krq)ym(Oqfq)-jdq x j* (kr)y (Oq, )Ur j1 (k - ) RI"? (cosOq)trg,(Oq)ue mji' (krq) (q) )o krq kr, sinO, lng'qU où j * (k l jj(krq)- (1 + 1) jl+l (krq) pllj* (%oq)= 2l +1 /(1 + 1)PI' (COSOtq) pourm = 0 R[ (cosOq) = 2(l-m)(l Pm+l(cosq) _/(l+m)(l- m+l) Plm-l (cOSOq) pourl_<m<l/-1 - JPZI-l (COSO9 pourm =1 et où: ur = sin fq sin Oq COS(q 0) + COS Oq cos Oq ue = cos q sin q COS(( q - q) - sin Oq cos 9q u, = sin Oq sin(q - q) Dans le cas ou les moyens d'acquisition I ne comportent que des capteurs cardioïdes, le paramètre dq prend la valeur % pour les Q capteurs.

De manière générale, la matrice notée E est donc représentative de la position des capteurs élémentaires 21 à 2Q.

La détermination de E n'impose pas de contrainte sur la position 25 (rq, Oq,q) des capteurs et permet notamment de prendre en compte les configura- tions non régulières. De telles configurations non régulières sont plus efficaces, car elles permettent de prélever plus d'informations sur le champ initial P, en s'affranchissant des redondances introduites par les configurations régulières.

Dans l'équation exprimant T, la matrice de filtrage D est une matrice 5 de décodage représentative des directions générales de restitution prédéterminées sélectionnées. La matrice D permet de déterminer les signaux de pilotage permettant la restitution de haute précision du champ acoustique estimé P et donc du champ acoustique acquis P. La matrice D est de taille N x (L+1)2 et est obtenue au moyen de la relation matricielle suivante: 10 D=(MTWM-I MTW West une matrice correspondant à une fenêtre spatiale définissant le volume dans lequel la restitution doit être faite. C'est une matrice diagonale de 15 taille (L+1)2 contenant des coefficients de pondération W1 et dans laquelle chaque coefficient W1 se trouve 2/+1 fois à la suite sur la diagonale. La matrice W a donc la forme suivante: -W o 0.. . .......... 0 0 W. W= ,'. W1 ' " . W W. O.o WL 0..O.'.. .. . W L Dans le mode de réalisation décrit, les valeurs prises par les coeffi20 cients W. correspondent aux valeurs d'une fonction telle qu'une fenêtre de Hamming de taille de 2L+l évaluée en 1, de sorte que le paramètre W1 est déterminé pour / allant de 0 à L. M est une matrice correspondant aux directions générales de restitution prédéterminées, soit au format multicanal de sortie. C'est une matrice de 25 taille (L+1) 2 sur N, constituée d'éléments MIm,,, les indices l,m désignant la ligne 12+l+m et n désignant la colonne n. La matrice M a donc la forme suivante: M o,0,1 M 0,0,2...... M o,o,N M1,-l, Ml,-1,2-. ..Ml,-l1,N Ml,0, 1 Ml,0,2.... M l,o,N M!,1,1 MA1,1,2.. M,, M L,MLM L,-L,2.-M L,-L,N M L,o, M L,0,2... M L,o,N M L,L, M L,L,2. ..M L,L,N Dans le mode de réalisation décrit, les éléments Mim,n s'obtiennent à partir du format multicanal selon la relation: Mlm,n,,=yIM(0nOn) où (On,() correspond à la direction générale associée au canal scn(t) dans le format multicanal.

L'étape 30 de traitement correspond donc à l'application à l'ensemble des signaux de mesure c1 à CQ, de combinaisons de filtrages pour engendrer une 10 pluralité de signaux traités constituant une représentation P du champ acoustique P) sensiblement indépendante des caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1, sous la forme d'un nombre fini de coefficients de FourierBessel.

L'étape 30 correspond également à l'application, auxdits signaux trai15 tés, de combinaisons linéaires spécifiques pour engendrer la pluralité correspondante de signaux acoustiques sc1 à scN.

Sur la figure 4, on a représenté de manière schématique la mise en oeuvre de l'étape 30 de traitement réalisée par les moyens 8 décrits précédemment.

Les filtres Tn,q(j) sont appliqués aux signaux de mesure ci(t) à cN(t) au moyen des méthodes usuelles de filtrage comme par exemple: - le filtrage dans le domaine fréquentiel comme par exemple, des techniques de convolution par bloc; - le filtrage dans le domaine temporel par réponse impulsionnelle; et 25 - le filtrage dans le domaine temporel au moyen de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie.

Les N signaux de sortie scl(t) à scN(t) obtenus à l'issue du traitement de l'invention sont représentatifs d'un champ acoustique P qui est restitué en connectant chaque canal sc,(t) à l'élément de restitution correspondant 12,n émettant des ondes planes de direction (O,,n) selon les spécifications du format multicanal. L'action simultanée des N éléments de restitution 124 à 12N respectivement pilotés par les canaux scl(t) à scN(t) permet de reproduire le champ acousti5 que P. Grâce au traitement réalisé correspondant à la matrice de filtrage T, la représentation du champ acoustique P au format multicanal est proche du champ acoustique P dans lequel sont plongés les capteurs 2q. Il apparaît que la matrice T est obtenue en manipulant des descriptions de champ acoustique dé10 composées à un ordre élevé et conduit à une représentation de haute qualité du champ acoustique.

Il apparaît donc que la mise en oeuvre d'une distribution sensiblement non régulière des capteurs élémentaires, permet de singulariser chacun des capteurs et de prélever davantage d'informations spatiales sur le champ acoustique. 15 Grâce au traitement de l'invention, toutes ces informations peuvent être restituées au mieux afin d'obtenir une représentation de haute qualité au format multicanal avec un faible nombre de capteurs élémentaires.

Notamment, dans le cas d'une restitution de type dit 5.1 telle que décrite précédemment, le nombre de capteurs élémentaires est par exemple infé20 rieur à 25 et préférentiellement inférieur à 10.

Bien entendu, de nombreux modes de réalisation peuvent être envisagés.

Notamment, d'autres types de capteurs peuvent être utilisés en modifiant les équations en fonction de leur nature. Par exemple, les capteurs élémen25 taires peuvent tous ou en partie être des capteurs omnidirectionnels et/ou cardioïdes.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Système de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P) du type comportant: - des moyens (1) d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires (21 à 2Q) distribués dans l'espace, et délivrant chacun un signal de mesure (c1 à CQ); et - des moyens (8) de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure (c1 à CQ), de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques 10 structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques (sc1 à scN) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace (14), I'ensemble desdits signaux acoustiques (sc1 à SCN) formant une représentation dudit champ acoustique (P), caractérisé en ce que lesdits capteurs élémentaires (21 à 2Q) sont distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière et en ce que lesdites combinaisons de filtrage sont représentatives de cette distribution.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) sont tels que, pour tous les repères usuels, pour au 20 moins une des coordonnées du repère, les valeurs des coordonnées des positions de tous les capteurs élémentaires (21 à 2Q) sont distribuées sur des valeurs distinctes et à pas non constant.

3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) comportent au moins un capteur 25 élémentaire omnidirectionnel.

4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) comportent au moins un capteur élémentaire dont la directivité est une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et bidirectionnels.

5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (1) comportent un nombre de capteurs élémentaires (21 à 2Q) compris entre une et cinq fois le nombre de directions générales de restitution prédéterminées.

6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de traitement comportent un unique étage de filtrage matriciel recevant en entrée lesdits signaux de mesure (c1 à CQ) et délivrant en sortie ladite pluralité de signaux acoustiques (sc1 à SCN) .

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de traitement forment des combinaisons linéaires pondérées desdits signaux de mesure (c1 à CQ) afin de former lesdits signaux acoustiques de sortie (sc1 à SCN).

8. Système selon l'une quelconque des revendications I à 7, caracté10 risé en ce que lesdits moyens (8) de traitement permettent l'application de combinaisons de filtrage variant avec la fréquence desdits signaux de mesure (ci à cQ) traités.

9. Dispositif de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P) du type comportant des moyens (8) de traitement des signaux délivrés 15 par des moyens (1) d'acquisition d'ondes acoustiques comportant une pluralité de capteurs élémentaires (21 à 2Q) distribués dans l'espace, par l'application de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de signaux acoustiques (sc1 à scN) associés chacun à une direction générale prédéterminée de restitution défi20 nie par rapport à un point donné de l'espace (14), lesdits signaux acoustiques (sc1 à scN) formant une représentation dudit champ acoustique (P), caractérisé en ce que lesdits moyens (8) de traitement sont adaptés pour traiter des signaux délivrés par des moyens d'acquisition (1) formés de capteurs (21 à 2Q) distribués dans l'espace de manière sensiblement non régulière.

10. Procédé de détermination d'une représentation d'un champ acoustique (P), caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape (20) d'acquisition en une pluralité de points distribués dans l'espace de façon sensiblement non régulière dudit champ acoustique (P) par des moyens d'acquisition (1) d'ondes acoustiques, afin de délivrer une pluralité de 30 signaux de mesure (c1 à CN) représentatifs en chaque point, en amplitude et en phase, dudit champ acoustique (P); - une étape (30) de traitement par l'application, auxdits signaux de mesure (ci à CQ), de combinaisons de filtrage représentatives de caractéristiques structurelles desdits moyens d'acquisition (1) pour délivrer une pluralité de si- gnaux acoustiques (sc1 à SCN) associés chacun à une direction générale de restitution prédéterminée définie par rapport à un point donné de l'espace (14), I'ensemble desdits signaux acoustiques (sc1 à scN) formant une représentation dudit champ acoustique (P).

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape (30) de traitement correspond à: - I'application auxdits signaux de mesure (c1 à CQ), de combinaisons de filtrages pour engendrer une pluralité de signaux traités constituant une représentation dudit champ acoustique (P) sensiblement indépendante des caractéristi10 ques structurelles des moyens d'acquisition (1), sous la forme d'un nombre fini de coefficients de Fourier-Bessel; et - I'application auxdits signaux traités de combinaisons linéaires spécifiques pour engendrer ladite pluralité correspondante de signaux acoustiques (sC1 à scN).

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que ladite étape (30) de traitement correspond à l'application de combinaisons de filtrage selon une technique sélectionnée parmi le groupe formé : - de techniques de filtrage dans le domaine fréquentiel; - de techniques de filtrage dans le domaine temporel par réponse impulsionnelle; et - de techniques de filtrage dans le domaine temporel, aux moyens de filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie.

13. Procédé de vérification du caractère non régulier d'un réseau de 25 capteurs élémentaires (21 à 2Q), caractérisé en ce qu'il consiste: - à considérer le réseau dans un premier repère usuel; - à vérifier les valeurs des positions de tous les capteurs (21 à 2a) selon une première coordonnée dudit repère; - si des valeurs desdites premières coordonnées ne sont ni constan30 tes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est dit non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère; - si les valeurs desdites premières coordonnées sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs de position des capteurs selon une seconde coordonnée dudit repère; - si les valeurs desdites secondes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré avec un autre repère; - si les valeurs desdites secondes coordonnées sont soit constantes, 5 soit distribuées à intervalles réguliers, on vérifie les valeurs des positions des capteurs selon une troisième coordonnée dudit repère; - si les valeurs desdites troisièmes coordonnées ne sont ni constantes, ni distribuées à intervalles réguliers, le réseau est non régulier dans le repère courant et le procédé est réitéré dans un autre repère; - si pour les premières, secondes et troisièmes coordonnées, les valeurs de coordonnées des positions de tous les capteurs sont soit constantes, soit distribuées à intervalles réguliers, le réseau est régulier dans le repère courant; - si dans l'un quelconque des repères usuels, le réseau est régulier, il 15 est dit régulier; et - si le réseau est non régulier dans chacun des repères usuels, il est dit non régulier.