Master 2015 2016
Stages de la spécialité SAR
Spatialisation 3D : optimisation aux basses fréquences d’un spatialisateur ambisonique à ordre élevé - Application à la mesure de HRTF par captation binaurale à base de microphones MEMS numériques


Site : Laboratoire de Mécanique des Structures et des systèmes Couplés
Lieu : Conservatoire National des Arts et Métiers - Paris - 2 rue Conté, 75004 Paris
Encadrant : Christophe Langrenne, Jean-Baptiste Doc et Eric Bavu Contact : eric.bavu@lecnam.net / christophe.langrenne@lecnam.net / 01.40.27.21.66
Dates :du 20/02/2016 au 20/07/2016
Rémunération :523 € / mois
Mots-clés : Parcours ATIAM : Acoustique, Parcours ATIAM : Informatique musicale, Parcours ATIAM : Traitement du signal

Description

La reproduction de champ sonore est un domaine de recherche actif ayant connu de nombreuses avancées ces dernières années. L’ambisonie à ordres élevés fait partie des techniques les plus populaires. La laboratoire d’acoustique du Cnam dispose d’un dispositif de synthèse en temps-réel de champ sonores 3D constitué de 50 haut-parleurs (permettant une synthèse ambisonique temps réel jusqu’à l’ordre 5) disposés sur une sphère. Ce dispositif a été mis au point dans le cadre d’une thèse en cours sur la synthèse physique adaptative de champ sonores.

Le choix actuel des haut-parleurs constituant la sphère de restitution (HP Aurasound de 2" de diamètre) limite la reconstruction physique à 200 Hz). L’un des premiers objectifs du stage proposé est d’optimiser la réponse du spatialisateur ambisonique aux basses fréquences. Pour cela, l’approche proposée consiste à remplacer les haut-parleurs (ou à rajouter des HP) servant à synthétiser les ordres les plus bas (ordre 0 et ordre 1) grâce à des haut-parleurs rayonnant plus efficacement dans la gamme basse du spectre (80 Hz - 200 Hz). Cette approche ne nécessite de ne remplacer qu’une partie des haut-parleurs utilisés, qui ne seront donc plus obligratoirement placés sur la même surface que les autres haut-parleurs.

Le système ainsi composé réalisera une synthèse ambisonique par une assemblée hétérogène de transducteurs. Une phase de filtrage en temps réel et de compensation des phases relatives des haut-parleurs est indispensable pour que la synthèse physique reste valide dans une zone spatiale d’écoute la plus étendue possible et sur toute la largeur de la bande fréquentielle (raccordement en amplitude et en phase des deux bandes des deux sous-systèmes). En effet, les 6 haut-parleurs utilisés pour les ordres 0 et 1 sont également sollicités pour les ordres plus élevés de la synthèse.

Cette adaptation de la sphère de synthèse étant réalisée, une phase de caractérisation des champs reconstruits sera réalisée grâce à une réseau de microphones plan ou sphérique, également disponibles au laboratoire.

Le système optimisé servira, dans le cadre du stage, à réaliser la mesure de "Head Related Transfer Functions" (HRTF) grâce à un système de microphones binauraux conçu à base de microphones MEMS numériques et d’une carte d’acquisition basée sur le protocole I2S. La caractérisation de ces microphones, leur étalonnage, le câblage du système et le routage des signaux depuis la carte multicanal feront partie des tâches à accomplir, puisque les MEMS numériques deviennent aujourd’hui une alternative tout à fait crédible face aux systèmes de microphones à électret. L’occasion sera ainsi donnée lors de ce stage d’ouvrir la voie à la démocratisation de ce type de dispositif pour les systèmes de captation utilisés dans d’autres projets de recherche menés au laboratoire d’acoustique du Cnam.

Les microphones binauraux ainsi conçus seront utilisés pour réaliser des captations sur un buste KEMAR (tête + buste artificiel instrumenté de capteurs), ainsi que pour mesurer des HRTF individuelles. Une attention toute particulière sera portée sur la reproductibilité ainsi que sur la validité perceptive des HRTFs ainsi mesurées, et une mesure sera réalisée pour évaluer la perte de localisation lors du port de protecteurs auditifs.

Ce stage nécessite donc des compétences de traitement du signal, un attrait pour la méthode expérimentale, l’instrumentation et la conception de systèmes de captation. Les outils temps réel de spatialisation développés au Cnam sont basés sur Pure Data, le language FAUST, et Open Sound Control. Une bonne connaissance du language Matlab est également demandée.

Bibliographie

Lecomte, P., Gauthier, P. A., Langrenne, C., Garcia, A., & Berry, A. (2015, October). On the Use of a Lebedev Grid for Ambisonics. In Audio Engineering Society Convention 139. Audio Engineering Society.

Lecomte, P. and Gauthier P.A., Real-time 3D Ambisonics using Faust, Processing, Pure Data, and OSC, In Proc. of the 18th Int. Conference on Digital Audio Effects (DAFx-15), Trondheim, Norway, Nov 30 - Dec 3, 2015

Verheijen, E. N. G. (1998). Sound reproduction by wave field synthesis. Delft University of Technology.

Moreau, S. (2006). Étude et réalisation d’outils avancés d’encodage spatial pour la technique de spatialisation sonore Higher Order Ambisonics : microphone 3D et contrôle de distance. Université du Maine, Le Mans, France