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(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
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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