Panorama multicanal (Part. 2)
Certains systèmes multicanaux plus proches de la 3D sont encore trop peu connus. Ils sont moins liés au cinéma donc, moins « surround » et donnent une nouvelle dimension pour l’audio.
Orientés pour une écoute individuelle ou pour une zone de réception restreinte, les systèmes ambisoniques codent le son en un point de l’espace. Issu des travaux de Gerzon, l’ambisonique est un codage tridimensionnel du champ sonore. La prise de son se fait avec un microphone du type « Soundfield » constitué de quatre capsules montées en tétraèdre et forme le premier codage (le format B). A partir des trois signaux W,X,Y résultants, on calcule les gains des haut-parleurs pour que le champ acoustique reproduit soit le plus proche possible du champ acoustique d’origine. On utilise alors des modèles psycho acoustiques pour recréer cette illusion. Ces modèles reposent sur la théorie de la localisation de Makita mais des modèles plus récents existent.
On obtient ainsi une matrice de 3 ou 4 colonnes selon la prise en compte de la codification de la hauteur, et un nombre de lignes dicté par le nombre d’enceintes. Cette matrice doit être inversée pour obtenir les pondérations de chaque composantes à affecter aux enceintes.
Le champ sonore étant reconstitué par un matriçage à n haut-parleurs, le son provenant d’une direction précise (droite par exemple), sera synthétisée par toutes les enceintes (celles situées à gauche aussi).
On recommande pour une restitution fidèle, une configuration avec 6 ou 8 haut-parleurs placés à équidistance sur un cercle. On peut aussi fabriquer des matrices permettant la restitution au format 5.1. On trouve sur le Web de nombreux disques codés sur ce format, d’informations et d’utilitaires Figure 1.
Figure 1 Utilitaire ambisonique
La localisation binaurale des sons sur casque s’accompagne soit d’un enregistrement avec une tête artificielle (Kemar, Neumann, Sennheiser…), soit d’une synthèse de deux filtres déduits des fonctions de transfert de l’oreille HRTFs. Dans les deux cas, la reproduction binaurale est associée à un codage des pavillons de l’oreille.
Les limites du système en reproduction proviennent de la variabilité interindividuelle des pavillons associés à l’oreille et de la nécessité d’un suivi en temps réel de l’orientation de la tête de l’auditeur. La réalisation des filtres impose une simplification des modèles psycho acoustiques permettant d’abaisser les coûts liés au temps de calcul. La fidélité peut être améliorée en recourant à la mesure des HRTFs spécifiques de l’utilisateur, ou dans une moindre mesure, en offrant un jeu de filtres universels présentant un compromis acceptable pour l’auditeur.
Chez Lake, des DSP synthétisent en temps réel la localisation tout en suivant les mouvements de tête. L’IRT propose aussi son casque avec un head tracker (détecteur de mouvement de la tête). Le réalisme est saisissant. Une autre version très évoluée MTB Figure 2 est proposée par l’université de Californie.
Figure 2 Codage binaural MTB
Dolby fait régulièrement savoir son intérêt pour les techniques binaurales en s’alliant avec différents partenaires qui les ont fait évoluer : Sensaura, Lake…Ce système est dénommé «Virtual Dolby » ou «headphone Dolby » et semble destiné à la reproduction télévisuelle et aux applications multimédias sur ordinateur…
Le procédé «Lake personal surround » a été utilisé sur des vols long courrier pour offrir aux passagers le cinéma en «surround ».
La synthèse binaurale (HRTFs) permet aussi représentation tridimensionnelle sur 2 haut-parleurs, en ajoutant un filtrage supplémentaire dit d’annulation croisée. Ce filtre a pour effet d’annuler l’onde acoustique transmise par chaque haut-parleur pour l’oreille opposée. La localisation fonctionne bien dans un secteur angulaire horizontal de ± 120° pour des enceintes placées en position stéréophonique ± 30°. La perception en hauteur est plus délicate.
Le principe d’annulation croisée peut se représenter sous la forme matricielle de la Figure 3.
Figure 3. Principe d’annulation croisée pour la reproduction transaurale
Inverser la matrice carrée H, conduit à créer les filtres d’annulation croisés. Ainsi, chaque haut-parleur communique à l’oreille voulue en annulant les contributions non désirées. Cette restitution spatiale oblige l’auditeur à rester sur l’axe d’écoute, le codage est évidemment détruit si on sort de cette ligne.
Un autre concept est celui de la pondération d’intensité ou «pair-wise image » que l’on pourrait traduire par «positionnement des sources entre l’espace de chaque paire de haut-parleur » rappelant la méthode du mixage panoramique sur les consoles.
Ici, la synthèse d’une source virtuelle est réalisée en utilisant des matriçages par paire d’enceintes adjacentes mettant à profit les HRTFs, sachant que le rayonnement d’une paire d’enceinte fournit un front d’onde énergétique suffisant pour donner l’impression que la source provient d’une direction précise. On reconstruit ainsi, à l’aide de plusieurs paires d’enceintes, une reconstitution complète de l’information azimutale. Pour établir une localisation précise on cherche à compléter les zones angulaires où la localisation transaurale est faible.
Sont représentés deux positionnements judicieux Figure 4 et Figure 5 ainsi que les zones de couverture par paire de haut-parleurs. Il est bien sûr tout à fait possible d’utiliser un positionnement 5.1.
Figure 4. Positionnement idéal des haut-parleurs pour une reproduction codée par paire d’enceintes
Figure 5. Possibilité d’un bon recouvrement avec 4 haut-parleurs seulement (transaural amélioré)
La synthèse transaurale à plusieurs haut-parleurs permet, même si elle a été synthétisée par des HRTFs de s’écarter légèrement de la position centrale et d’obtenir une bonne localisation grâce à l’énergie rayonnée par la paire de haut-parleurs concernée.
Nous poursuivrons le mois prochain à détailler d’autres systèmes de reproduction 3D Figure 6.
Figure 6
Ambisonique :
Système ayant des difficultés à s’imposer, offrant un concept tout en un de la captation à la reproduction.
Head tracker (Détecteur de mouvement de la tête)
Le port d’un casque est équivalent à une prothèse. Pour en faire disparaître un des inconvénients, le codage de l’orientation de la tête dans la restitution sonore accorde l’auditeur avec ses autres sens perceptifs.
Transaural
Codage permettant qu’un son reproduit par 2 enceintes soit perçu en dehors de l’angle physique formé par les HP.
3D Audio
Systèmes de reproduction sonores autorisant une localisation précise en plus de la spatialisation.