Les techniques binaurales

. Enregistrement binaural (depuis les années 70)

EQ

. Synthèse binaurale (depuis les années 70)

EQ

Source impulsionnellepour 1 position de source

Source à spatialiser

HRTF R

HRTF L

Micro omni : captationdu timbre

Filtrage déduitde la différenceentre l’impulsionet le signalcapté par latête

Impulsion filtrée parles données morphologiques

Compensation des effetsdu casque (courbe de réponse,etc…)

Facteurs influençant la fidélitéde la reproduction binaurale

- Variations interindividuelles

- Egalisation des transducteurs de mesure et de reproduction

- Perception de la localisation des sources réelles

- Suivi de la position de la tête des l’auditeur

- Informations visuelles, cognitives

- Effet de salle

- Implantation des HRTF

Etude des variations inter-individuelles des HRTF

Hrtf en magnitude de différents sujets

Moyennage linéaire des HRTF

Courbes originalesW1 et W2

Moyenne linéairecomplexe

Moyenne linéairephase/amplitude

Moyenne structurellede Platte

Différents procédés de moyennage des courbes W1 et W2

Moyennage structurel des HRTFselon [Mellert71]

Moyenne complexe ( c ) demodèles de HRTF obtenuspour une même incidence etpour 2 individus différents(a) et (b)

Figure extraite de [Genuit84]

Individu (a)

Individu (b)

Moyenne complexe de (a)et (b) réalignés sur l’axedes fréquences

Moyennage structurel selon [Platte79]

Moyenne deMellert

Moyenne de Platte

HRTF originale

Figure extraite de [Genuit84]

Moyennage morphologique selon [Genuit 86]

Principes :

- Détermination de caractéristiques morphologiques jouant un rôle dans la localisation des sources so- nores

- Modélisation de chacune de ces caratéristiques

- Moyennage des paramètes des modèles

- Mise en série des “modèles moyens” HRTF moyennes

Moyennage morphologique selon [Genuit 86]

Eléments de mesure retenus pour la définition des paramètres morphologiques

Approche personnalisée : ajustement des HRTFaux caractéristiques de l’auditeur

Principe : définir des fonctions spectrales formant une base de reconstruction des HRTF et relier les coefficients de pondé- ration gi aux caratéristiques morphologiques des individus.

)().,(),,(HRTFL fLgf ii

i

Ajustement automatique si l’on a accès à une mesure des caratéristiques morphologiques de l’auditeur

Ajustement “manuel” des coefficients de pondération

Analyse en compo-santes principales

des HRTF [Kisler92]

Les cinq fonctions de base extraites d’uneanalyse des composantes principales desHRTF sur les deux oreilles de 10 sujets,pour 256 positions de source sonore

Reconstruction à partirdes fonctions élémentaires

HRTF mesurée pour l’oreille gauche d’un seulsujet. Source à 30° d’azimut et 12° d’élévation

Reconstruction avec une fonction élémentaire(insuffisant)

Reconstruction avec les trois premières fonctionsélémentaires (insuffisant)

Reconstruction avec les cinq premières fonctionsélémentaires (satisfaisant)

Equalisation des transducteurs :Equalisation non-découplée

Séance de mesures / enregistrement Séance d’écoute

Mesures / enregistrement binaural

Mesures ducasque

BIR*M

HPIR*M

BIR%HPIR

BIR = Binaural Impulse Response

HPIR = HeadPhones Impulse Response

BIR%HPIR = BIR pondérépar la compensation deseffets du casque

Equalisation

Equalisation découplée

Mesures

Ecoute

BIR*M1

REF*M1

BIR%REF

REF*M2

HPIR*M2

BIR%HPIR

Mesure/enregistrementbinaural

Mesure binaurale enchamp de référence

Mesure des effetsdu casque

Mesure binaurale enchamp de référence

Casque pré-équaliséHPIR = REF

Equalisation Equalisation

Compatibilité des enregistrements pourles différents auditeurs

Deux types de champs de référence sont proposés par les fabricants:

1. Champ libre : une seule onde plane généralement en incidence frontale

2. Champ diffus : fronts d’ondes décorrélés provenant de toutes les directions et uiformément distribués dans l’espace

Cas général : tête utilisée pour l’enregistrement tête de l’auditeur

2112 .. CASQMBIRBIR

1

212

22

22

11211 .

.

.

1.._

REF

REFBIRBIR

CASQM

REFM

REFMCASQMBIREQdecoupled

Avec EQ en champ diffus :2

2

1

1

DIFF

HRTF

DIFF

HRTF Pour f < 5 kHz

Comparaison des modes d’EQpour les auditeurs

Comparaison des modes d’EQpour les casques

kHzfDIFF

CASQ

DIFF

CASQ5

2

2

1

1

Tête artificielle HMSII - élévation 0° -résol. Fréq. = 1/2 ton - pas en azimut = 5°

Sans égalisationAvec égalisation

Suppression dela bosse à3000 Hz

Composantes amplitude et phased’une HRTF

Phase globale - phase minimale

Les indices de localisation

Indices interauraux : Interaural Time Difference et Interaural Level Difference

1500 Hz 2500 Hz

ITD ILD

Les indices de localisation

Indices monorauraux :

250 Hz 500 Hz 2kHz 4kHz 8kHz 10kHz 15kHz

devant

derrière

dessus

Estimation du retard interaural

1. Méthode par détection de seuil (Moller et al.)

arrRarrLITD Avec :

RarrL, Rang de l’échantillon dont l’am-plitude atteint 10% de la valeurmaximum

2. Méthode par corrélation en sous-bandes (Wightman et al.)

ihihcorriITD RL ,Avec :

ih RL,

Réponse impusionnelle filtréepar la bande critique n°i

Estimation du retard interaural

3. Méthode par approximation linéaire (Jot et al.)

RL ephephlinITD Avec :

RLeph ,Excès de phase

Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Schéma d’écoute classique

HLL HLRHLL HRL HRR

XL^ XR

^

YL YR

Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Modélisation du schéma d’écoute classique

XHy ˆ avec

R

L

RRLR

RLLL

R

L

X

XX

HH

HHH

Y

Yy

ˆ

ˆˆ,,

Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Matriçage des signaux

Soit x le signal binaural que nous voulons appliquer aux oreilles del’auditeur :

R

L

R

L

x

xH

X

X

xHXXHy

1

1

ˆ

ˆ

ˆˆ

Où est la matrice inverse de H avec :1H

LLLR

RLRR

RLLRRRLL HH

HH

HHHHH

11

Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Matriçage des signaux

En considérant que la tête de l’auditeur est symétrique on a :

iC

cI

cICRLLR

ILLRR

HH

HH

HHH

HHH

HHH22

1 1

On obtient donc :

22

22

22

22

2222

2222

ˆ

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

ˆ

ˆ

CI

LCRIR

CI

RCLIL

CI

LCRI

CI

RCLI

R

L

CI

I

CI

C

CI

C

CI

I

R

L

HH

xHxHX

HH

xHxHX

HH

XHXHHH

XHXH

x

x

HH

H

HH

HHH

H

HH

H

X

X

Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Décomposition des algorithmes

Décomposition pour un seul canal (gauche) dans une configuration d’écoutestéréo traditionnelle (triangle équilatéral)

jjR

jL

L eHRTFeHRTFHRTFHRTF

xeHRTFxHRTFX

30303030

3030ˆ

6 HRTF dont 4 réductiblessur 2 génériques

3 retards dont 2réductibles sur 1générique

Total : 4 HRTF et 2 retards pour un canal