(Nom du fichier) - D1 - 22/09/2000

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Conception et réalisation d'un microphone 3D ambisonique

jjcaas, 26/10/2003

Sébastien Moreau, Jérôme Daniel

Laboratoire DIH/IPS, France Télécom R&D Lannion

sebastien.moreau@francetelecom.com

Fonctions angulaires :Fonctions harmoniques sphériques

Fonctions radiales:Bessel sphériques

« 1st & Higher Order Ambisonics »:propriétés intrinsèques de la représentation

Qualité de l’approximation quand l’ordre est restreint: Connaissance des Bmn jusqu’à un ordre limité (mM) Résolution angulaire expansion radiale % longueur d’onde

0 0 , 1

( ) ( ) ( , )mm mn mn

m n m

p r j j kr B Y

Décomposition en harmoniques sphériques : série de Fourier-Bessel

Champ sonore représenté par les coefficients Bmn

pression et dérivées spatiales d’ordres successifs m … autour d’un point de référence = point de vue de l’auditeur expr. fréqu. des signaux ambisoniques (W, X, Y, etc.)

Onde plane:

M=1 M=2 M=3 M=4

Approximation:série tronquée

0

M

m

Prise de son ambisonique

Systèmes antérieurs, restreints à l’ordre 1 : Capture de la pression et de la vélocité (W, X, Y, Z) Micro « SoundField »: recomposition des directivités omni- et bi-directives par

combinaison de cardioïdes

Généralisation de la prise de son 3D : ordres supérieurs Principe d’échantillonnage spatial du champ ambisonique

Extraction des composantes ambisoniques du champMéthode de projectionMéthode de la pseudo-inverse

Egalisation de chaque composante en fonction de la directivité des microphones Études et prototypes récents: [Meyer&Elko 2002], [Laborie et al 2003], [Daniel&Moreau

2003], etc.

0 1,0

)()()(m mn

rmnmnmm uYBkrjjrp

0 0 , 1

( ) ( ) ( )i a i m mn mn im n m

p p u W ka B Y u

Échantillonnage spatial du champ acoustique :Mesures par des capsules (directions )à la surface d’une sphère (rayon a)

iu

Prise de son ambisonique: Limitations physiques et compromis

Erreur d’estimation en haute-fréquence Espacement entre capsules aliasing spatial au-delà d’une certaine fréquence Repliement du spectre harmonique sphérique (Solution 1: augmenter le nombre de capsules coûteux!) Solution 2: diminuer le rayon du dispositif pour repousser la fréquence d’aliasing spatial

Problème d’estimation en basse-fréquence Estimation de dérivées spatiales… … pour des longueurs d’onde grandes // dimension du réseau de micros … donc d’après de petites différences (entre signaux captés) qu’il faut amplifier forte amplification du bruit des capteurs et de l’erreur d’estimation

(surtout pour les ordres + élevés) Solution: augmenter le rayon du dispositif

Compromis à résoudre Entre BF et HF Sur le rayon du dispositif microphonique … ou bien augmenter le nombre de capsules

Matriçage

32 signaux microphoniques

p1, p2, …, p32

p1

p2

…p32

w xy…

32= Menc .25

Matrice d'encodage

Le matriçage permetd'obtenir les signaux

ambisonique indépendammentde la position des micros sur

la sphère

Egalisation (sphère de rayon 2.6 cm)

25 signaux ambisoniques non égalisés

L'égalisation permetd'obtenir les

signaux ambisoniquesindépendamment de

la fréquence et durayon de la sphère

microphonique

25 signaux ambisoniques décrivant la

décomposition en harmoniques sphériques du

champ sonore au centre de la sphère

jusqu'à l'ordre 4

W, X, Y, …

Amplitude de

l'égalisation (dB) pour les modes 0, 1, 2, 3 et 4 en fonction de la fréquence

(Hz)

Prise de son ambisonique: prototype d'ordre 4

Prise de son ambisonique : prototype d'ordre 4

En pratique, on associe cette égalisation avec la compensation de champ proche des hp de restitution

L'égalisation reste trop forte en basse fréquence pour les ordres élevés

Solution : relâcher l'effort d'estimation en basse fréquence pour les ordres élevés

Amplitude de l'égalisation du micro ambisonique (dB) pour les modes 0, 1, 2, 3 et 4 en fonction de la fréquence (Hz)

Amplitude de la compensation de champ proche (dB) pour les modes 0, 1, 2, 3 et 4 en fonction de la fréquence (Hz)

Rayon de la sphère : 2.6 cm

Distance de référence des hp : 1 m

Egalisation résultante, appliquées après matriçage des 32 signaux microphoniques

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