IBTS-77-RP-1000
Traitements du champ sonore
Le format B et la représentation du champ sonore qui lui est associée n’y est aussi presque plus exclusivement destiné au stockage et à l’enregistrement de champ sonore49. Les premières opérations pertinentes sur un plan spatial sont alors établies clairement dans la littérature telles que:
La rotation du champ sonore, proposée par J. Daniel [Daniel, 2001], p. 164, permettant de changer de manière identique et homogène l’ensemble des sources composant le champ sonore. L’opération, qui peut être décomposée entre trois rotations primaires autour des axes x, y et z associés aux composantes ambisoniques, est aujourd’hui fortement ancrée dans les usages et est notamment un des atouts majeurs de l’approche ambisonique. Car elle permet en effet de s’adapter aux mouvements de la tête pour des restitutions au casque.
La distorsion de la perspective, proposée initialement par M. A. Gerzon afin de corriger les déformations de la perspective spatiale lors de décodage pour des systèmes de restitution irréguliers associés à la télévision [Gerzon & al., 1992], permet de resserrer ou élargir la scène frontale51. Cette opération a par la suite été redéfinie sous le terme d’effet fish-eye, au sein de la bibliothèque HOA [Colafrancesco & al., 2013] et extrapoler pour aboutir à une approche plus générale de déformation de la perspective [Guillot, 2013], p. 57, [Paris, 2013], p. 54.
La focalisation, proposée par J. Daniel [Daniel, 2001], p. 167, consiste à simuler une prise de son directive dans le champ sonore, enregistrée à l‘aide d’un microphone cardioïde virtuel. L’opération peut être assimilée à l’opération de décodage52 vers un seul haut-parleur et a été de même développée de façon musicale au sein de la bibliothèque HOA sous la notion de filtrage de champ sonore [Guillot, 2013], p. 53, [Sèdes & al., 2014].
Construction du modèle ambisonique
Le modèle de spatialisation ambisonique a été construit dans un contexte particulier, visant notamment à améliorer l’approche quadriphonique et proposer une approche alternative plus stable et cohérente, selon les spécifications établies dans le premier chapitre de cette partie. Les modèles psychoacoustiques établis notamment par M. A. Gerzon sont à considérer dans ce contexte lié aux années 1970. Dès lors, les mécanismes en jeu peuvent paraître répondre à des problématiques obsolètes et faire usage de notions qui sont aujourd’hui bien plus approfondies.
Alors que la décomposition en harmoniques sphériques aux ordres supérieurs – jusqu’à l’ordre de décomposition 3 – du champ sonore a déjà été présentée, mais cependant en dehors du cadre conceptuel ambisonique [Gerzon, 1973], les modèles psychoacoustiques établis permettent d’associer la représentation du champ sonore associé à une décomposition en harmoniques sphériques, limitée à l’ordre 1. Notamment du fait qu’il se place dans un contexte de restitution sur quatre haut-parleurs [Gerzon, 1975c]. La raison derrière cette limitation initiale est donc a
priori matérielle. Elle peut par là même être potentiellement esquivée, et la présentation des mécanismes pourrait se concentrer sur une approche directement associée aux harmoniques sphériques d’ordres supérieurs. Cependant, comme cela a été évoqué, la limitation du modèle mathématique pour une représentation tridimensionnelle est d’ordre 3. De plus les limitations matérielles ne sont et ne peuvent toujours pas être résolues aujourd’hui.
Masse sonore et ordre de décomposition
Cette première caractéristique de l’adaptation du module de synthèse dans le domaine des harmoniques circulaires met déjà en évidence une spécificité liée à l’ordre de décomposition. En effet, la masse sonore dépend, dans cette mise en œuvre, du nombre d’harmoniques sphériques et donc de l’ordre de décomposition. Ainsi, un ordre de décomposition peu élevé ne présentera que peu de modules de synthèse granulaire et n’offrira qu’un champ sonore de « faible masse ». En dehors de toute considération spatiale, il faut donc prendre cette caractéristique en considération lors de l’utilisation d’une telle approche. Sur-décomposer un champ sonore par rapport au système de restitution, en vue d’augmenter la résolution angulaire des sources directionnelles n’est dans la pratique que peu pertinent, voire inutile. Comme il a été remarqué précédemment, le modèle mathématique sous-jacent de l’opération de projection, implique que le système de restitution ne puisse à priori pas, selon l’approche classique de projection, rendre compte des contributions associées aux harmoniques d’ordre élevé.
L’approche granulaire présentée met clairement en évidence une restriction analogue. Si l’opération de projection ignore les contributions associées aux harmoniques d’ordre élevé, alors les ruisseaux de grains qui les définissent ne peuvent se retrouver dans le champ sonore final. Il est possible de voir en cela une simple règle logique, qui définit ceci : de manière analogue à l’approche directionnelle où la résolution angulaire dépend de l’ordre de décomposition, la «qualité» des traitements utilisés en ambisonie dépend aussi de l’ordre de décomposition. Néanmoins, il reste à définir si les implications mises sous la dénomination de «qualité» de traitement ne sont pas plus importantes que celles de la résolution angulaire. Il n’est pas défini que diminuer le nombre de ruisseaux dans un champ sonore ne soit pas plus important que la diminution de la résolution angulaire dans une approche musicale. Un des enjeux de la mise en œuvre de traitements originaux pour la synthèse de champ sonore en ambisonie, est de définir de nouvelles stratégies pour compenser cette contrainte, et cela notamment au niveau de l’opération de projection.
L’encodage aléatoire
Une approche plus pertinente et permettant de mieux concevoir le potentiel de cette approche voudrait donc pouvoir moduler l’effet dans le temps et créer des variations et du mouvement. La façon la plus simple, tout en utilisant une génération aléatoire de poids, est de générer de nouveaux poids à une fréquence donnée et de glisser linéairement entre eux. Plusieurs modifications peuvent être envisagées telles que le changement de fonction glissante par une fonction exponentielle ou logarithmique afin de créer des dynamiques différentes de mouvements. Cependant afin de garder une présentation relativement concise et étant donné que l’idée principale est simplement de créer des variations continues, une simple fonction linéaire est utilisée. Le résultat perceptif est une source sonore plus ou moins directionnelle et plus ou moins « dupliquée » dont la vitesse varie en fonction du paramètre de fréquence. Le champ sonore n’est pas proprement parlant diffus, mais peut être qualifié de chaotique.
Afin de répondre au problème de normalisation, une manière simple pour obtenir une série de gains aléatoires tout en respectant la normalisation ambisonique est de générer aléatoirement un angle différent par degré puis de calculer les gains qui leurs sont associés suivant la formulation de l’encodage directionnel classique . Cette approche permet alors de respecter la loi de l’énergie du degré, et donc logiquement du champ sonore, par l’utilisation purement et simplement des équations dont ces lois découlent tout en offrant un caractère chaotique en donnant en entrée de ces fonctions des valeurs différentes selon les degrés.
Flanging ambisonique
Lors de la présentation de la synthèse de champ sonore par décorrélation temporelle, la méthodologie consistait à définir l’opération de base puis à l’appliquer telle quelle sur les signaux associés aux harmoniques sphériques. Puis il s’agissait de comprendre le résultat de cette expérimentation dans le champ sonore. En somme, ce procédé permet de voir comment la représentation du champ sonore sous la forme de signaux associés aux harmoniques sphériques permet de transformer une opération en une autre. L’enjeu d’une telle approche est de discerner les modifications sur le résultat même de l’opération que le changement de domaine implique. Dans le cas de la synthèse de champ sonore par décorrélation temporelle, une simple ligne à retard devient dans le domaine des harmoniques sphériques, une opération équivalent à un système de multiples filtres en peigne en parallèles, soit des lignes à retard avec réinjection et dont les coefficients sont définis dans l’espace selon les caractéristiques des harmoniques sphériques. À partir de ces expérimentations, de leurs aboutissants et des conclusions qu’il a été possible d’en tirer, il est à présent envisageable de procéder selon une méthodologie inversée, en tentant de retrouver une opération ou un traitement spécifique via le domaine des harmoniques sphériques. Il s’agit dans un premier temps de définir ce que devrait être ce traitement dans le domaine ambisonique. En effet, il ne s’agit pas de définir le traitement spatialement afin qu’il préserve ses caractéristiques initiales. L’application d’une distorsion, bien que répandue dans l’espace, devrait toujours sonner à l’oreille comme une distorsion. Dans un second temps, l’enjeu est de retrouver l’opération correspondante au niveau des signaux associés aux harmoniques sphériques pour recréer cet effet.
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Table des matières
Introduction
Partie I – Modèles et outils ambisoniques
1. État de l’art
1.1. Origines et émergence de l’approche
1.1.1. Origines
1.1.2. Émergence
1.2. Évolutions et extensions
1.2.1. Outils d’analyse critiques
1.2.2. Encodage directionnel
1.2.3. Adaptation à des systèmes de restitution variés
1.2.4. Traitements du champ sonore
1.2.5. Extension aux ordres supérieurs
1.3. Perspectives et bilan
1.3.1. Enjeux actuels
1.3.2. Bilan
2. Modèles théoriques et pratiques
2.1. Outils mathématiques et géométriques
2.1.1. Harmoniques sphériques
2.1.2. Représentation spatiale
2.1.3. Harmoniques circulaires
2.1.4. Décomposition en harmoniques sphériques
2.2. Construction du modèle ambisonique
2.2.1. Modèles psychoacoustiques
2.2.2. Indices de localisation
2.2.3. Approche fréquentielle
2.2.4. Décomposition en harmoniques sphériques du champ sonore
3. Outils Logiciels
3.1. Développements et livrables
3.1.1. Origine et première version
3.1.2. Extensions et déploiement multiplateforme
3.1.3. Bilan et perspectives
3.2. Présentation des outils
3.2.1. Les objets de traitement du signal
3.2.2. Les interfaces graphiques
3.2.3. Vectorisation des traitements.
3.3. Bilan
Partie II – Appropriation musicale de l’ambisonie
4. Approche originale
4.1. Variation de la résolution angulaire
4.1.1. Spécifications
4.1.2. Choix
4.1.3. Mise en œuvre
4.2. Synthèse par décorrélation temporelle
4.2.1. Approche aléatoire
4.2.2. Concevoir le traitement dans l’espace
4.2.3. Extension de l’approche aux ordres élevés
4.2.4. Renversement de l’approche
4.2.5. Analyse de l’approche
4.3. Synthèse par granulation
4.3.1. Synthèse granulaire quasi-synchrone
4.3.2. Masse sonore et ordre de décomposition
4.3.3. Adaptation aux harmoniques sphériques
4.4. Synthèse par pondération aléatoire
4.4.1. Génération de gains aléatoires
4.4.2. L’encodage aléatoire
4.4.3. Le facteur d’aléatoire
4.4.4. Généralisation de l’approche
4.5. Flanging ambisonique
4.5.1. Flanging monophonique
4.5.2. Flanging stéréophonique
4.5.3. Flanging enveloppant
4.5.4. Flanging ambisonique
4.5.5. Amélioration de l’approche
4.6. Bilan
5. Adaptation des outils
5.1. Analyse du champ sonore
5.1.1. Vecteurs énergie et vélocité
5.1.2. Valeurs significatives
5.1.3. Analyse complète
5.1.4. Analyse temporelle
5.2. Restitution du champ sonore
5.2.1. Optimisations des sources directionnelles
5.2.2. Optimisations des champs diffus
5.2.3. Contraintes du décodage et solutions
5.2.4. Approche pratique de la projection
5.3. Analyse de l’approche
Partie III – Généralisation de l’approche ambisonique
6. De nouveaux outils
6.1. Spécifications
6.1.1. Traitement du signal
6.1.2. Interfaces graphiques
6.1.3. Outils d’expérimentation
6.2. La bibliothèque spam
6.2.1. Gestion des arguments
6.2.2. Gestion des entrées et sorties spécifiques
6.2.3. Gestion des entrées et sorties partagées
6.3. Mise en contexte
6.3.1. Approche matricielle
6.3.2. Approche graphique
6.3.3. Bilan
7. Introduction à la représentation matricielle
7.1. Origines, principes fonctionnels et techniques
7.1.1. Origines et l’approche
7.1.2. Spécificité de l’approche
7.1.3. Les matrices mathématiques
7.1.4. L’espace matriciel
7.1.5. Traitements audionumériques par soxel
7.1.6. Fonctionnement et aspects génériques des outils
7.2. Soxel Art
7.2.1. Principes
7.2.2. Approche manuelle de la synthèse sonore
7.2.3. Approche dynamique de la synthèse sonore
7.2.4. Manipulation de matrices
7.2.5. Visualisation et édition graphique
7.2.6. Édition par motifs
7.3. Utilisation, analyse et perspectives
7.3.1. Gestion temporelle des motifs
7.3.2. Gestion temporelle des matrices
7.3.3. Bilan et perspectives
8. Développement de la représentation matricielle
8.1. Projection des soxels
8.1.1. Choix conceptuels
8.1.2. Choix techniques
8.1.3. Mise en œuvre
8.2. Filtres spatiaux
8.2.1. Produit de convolution
8.2.2. Mise en œuvre
8.2.3. Noyaux et opérations
8.3. Synthèse de l’espace sonore
8.3.1. Le pinceau de l’espace sonore
8.3.2. Le pot de peinture de l’espace sonore
8.3.3. L’aérosol de l’espace sonore
8.4. Perspectives
Conclusion
Bibliographie
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