Les systèmes Ambisonic

1. Les systèmes Ambisonic

2. Définitions des étapes d’encodage et décodage . Etape d’encodage : décomposition du champ acoustique en un point selon les harmoniques sphériques (ensemble complet sur la surface de la sphère de rayon unité) . Etape de décodage : adaptation des signaux encodés au dispositif de reproduction, en les optimisant selon les critères de Makita pour les basses fréquences, et selon les critères énergétiques pour les hautes fréquences Page suivante : exemple d’encodage au premier ordre (Format B)

4. Cas particulier d’un encodage au 1er ordre :LE FORMAT B Pour une onde plane S d’incidence (θ,γ), l’encodage Ambisonic au premier ordre est constitué de signaux W, X, Y et Z définissant le Format B : W = S X = S.cosθ.cos γ Y = S.sin θ.cos γ Z = S.sinγ …et ce, quelque soit le système de diffusion ultérieur envisagé.

5. Avantages du Format B . Encodage constitué par des gains indépendants de la fréquence . Encodage indépendant du système de restitution . Nombre de canaux d’encodage fixe . Compatibilité stéréo grâce à l’encodage UHJ des canaux du Format B . Manipulation des scènes sonores encodées possible

6. Réalisation pratique de l’encodageau format B . Encodage direct : enregistrement avec un micro Soundfield Montage tétraédrique des 4 capsules du Micro Soundfield (MkV)

7. Réalisation pratique de l’encodageau format B . Encodage direct : Enregistrement avec un micro AGM Montage tétraédrique des 4 capsules du Micro AGM MR2

8. Réalisation pratique de l’encodageau format B . Encodage direct : Passage du format A au format B Ambisonic C1 + C2 + C3 + C4 = W C1 + C2 - C3 - C4 = X C1 - C2 + C3 - C4 = Y C1 - C2 - C3 + C4 = Z

9. Réalisation pratique de l’encodageau format B . Encodage par synthèse :

10. Rotation d’une scène sonore au Format B On cherche à simuler une rotation d’angle γ d’une scène sonore encodée au format B autour de l’axe [Oz) :

11. Rotation d’une scène sonore au Format Bsimplification dans le plan (xOy) γ=Π/6 Source

12. Déformation d’une scène sonoreencodée au Format B (focus) Principe du focus : extraire de la scène sonore « compacte » des évènements sonores provenant d’un cône d’incidences  Synthèse d’un micro de directivité cardioïde ou plus, pointant dans un direction donnée : • Rotation de la scène enregistrée pour que l’axe du focus coïncide avec [Ox) • Extraction de l’information dans la direction frontale (W+X) • Positionnement du message précédent dans l’axe initial du focus par une synthèse au format B

13. Déformation d’une scène sonoreencodée au Format B (focus) +2X +3X +X W Cardioïde Hypercardioïde Canon

14. Décodage Ambisonic en basses fréquences Hypothèse 1 : l’incidence perçue d’une source sonore est perpendiculaire au front d’onde. Si sv est le vecteur vélocité associé à l’onde sonore composite, issue de la superposition de la contribution des N hauts parleurs, et s la direction cible, alors on doit respecter le critère suivant : avec Critère de Makita (1)

15. Décodage Ambisonic en basses fréquences Conventions pour les coordonnées et Angles dans un système de reproduction multicanal (vue de dessus)

16. Décodage Ambisonic : hypothèses du décodage d’ordre 1 Soit un système de diffusionD constitué de n haut parleurs situés à équidistance du sweet spot O.- Ces haut parleurs sont caractérisés par leur position angulaire α1, α2, …, αn relative à l’axe frontal Ox du système. - Ces hauts parleurs sont caractérisés par les signaux respectifs g1, g2, …, gn qu’ils diffusent en direction de O. Soit un système A de captation Ambisonic d’ordre 1, agissant dans le plan, centré en O et dont le doublet frontal X est orienté dans le sens de l’axe Ox. Le signal acoustique perçu par les caractéristiques directionnelles W, X et Y s’écrit : W = S X = S cos αY = S sin α Avec S signal acoustique émanant de la source S Y X W

17. Décodage Ambisonic : hypothèses du décodage d’ordre 1 D’après le critère de Makita (hypothèse basses fréquences), le signal acoustique S1émis par l’ensemble du système et encodé par le système d’encodage A peut s’écrire de la manière suivante : W = g1 + g2 + … + gn X = g1 cos α1 + g2 cos α2+ … + gn cos αn Y = g1 sin α1 + g2 sin α2 + … + gn sin αn Soit à présent S2 le signal d’une scène sonore spatiale quelconque, encodée par A. S2 peut s’écrire : W2 = Pφ S2 X2 = Pφ cos φ Y2 = Pφ sin φ Avec Pφ pression résultante composite au centre de A des pressions générées par l’ensemble des sources composant la scène sonore.

18. Décodage Ambisonic : hypothèses du décodage d’ordre 1 En décodant S2au moyen du système de diffusion D, S1 peut alors s’écrire : W = g1 Pφ + g2 Pφ + … + gn Pφ = Pφ X = g1Pφ cos α1 + g2 Pφ cos α2 + … + gn Pφ cos αn = Pφ cos φ Y = g1Pφ sin α1 + g2 Pφ sin α2 + … + gn Pφ sin αn = Pφ sin φ D’où g1 + g2 + … + gn = 1 g1 cos α1 + g2 cos α2 + … + gn cos αn = cos φ g1 sin α1 + g2 sin α2 + … + gn sin αn = sin φ Ce qui, sous forme matricielle s’écrit : Me : matrice d’encodage

19. Décodage Ambisonic à l’ordre 1 On a : Md = Met (Me x Met)-1 Avec : Md : matrice de décodage Met : transposée de la matrice d’encodage Et : g1, g2, …, gn les signaux alimentant les haut parleurs de D, tels que :

20. Décodage Ambisonic à l’ordre 1Application numérique : décodage pour un système 3/2/1 g1 Matrice d’encodage : g5 g2 g4 g3 Transposée de la matrice d’encodage

21. Décodage Ambisonic à l’ordre 1Application numérique : décodage pour un système 3/2/1 Me.Met=

22. Décodage Ambisonic à l’ordre 1Application numérique : décodage pour un système 3/2/1 (Me.Met)-1 = Md = Met .(Me.Met)-1 =

23. Décodage Ambisonic à l’ordre 1Application numérique : décodage pour un système 3/2/1 d’où : g1 = 0,072 W + 0,31 X + 0 Y g2 = 0,1 W + 0,241 X + 0,22 Y g3 = 0,363 W - 0,396 X + 0,415 Y g4 = 0,363 W - 0,396 X - 0,415 Y g5 = 0,1 W + 0,241 X - 0,22 Y Valable pour le décodage de tout signal encodé dans le plan en Ambisonic à l’ordre 1, sur tout système de diffusion 3/2/0 conforme strictement à la recommandation UIT-R BS.775-1