Master 2017 2018
Stages de la spécialité SAR
Réverbérateur hybride basé sur des réponses impulsionnelles directionnelles


Site : IRCAM -UMR STMS - Equipe EAC (Espaces Acoustiques et Cognitifs)
Lieu : IRCAM - Equipe Espaces Acoustiques et Cognitifs
Encadrant : Thibaut Carpentier et Markus Noisternig
Dates :1er février - 30 juin 2018
Rémunération : 530€ / mois + contribution 50% carte de transport et tickets repas
Mots-clés : Parcours ATIAM : Acoustique, Parcours ATIAM : Traitement du signal

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Description

Contexte et motivations :

La plupart des réverbérateurs artificiels actuels s’appuient soit sur des réseaux de retards rebouclés (Feedback Delay Networks FDN [jot:91]) soit sur des moteurs de convolution [gardner:94]. Chacune de ces approches présente des avantages et inconvénients, en termes de coût de calcul, d’« authenticité » du rendu, de flexibilité d’usage et d’adaptabilité vis-à-vis du dispositif de restitution. C’est pourquoi l’équipe EAC explore depuis plusieurs années une approche dite « hybride » [carpentier:14] : à partir de réponses impulsionnelles mesurées (Impulse Responses IR), les réflexions précoces sont restituées par convolution, tandis que la partie tardive de la réverbération est synthétisée par un FDN qui approxime le relief de décroissance énergétique (Energy Decay Relief EDR [jot:97]) de l’IR. La transition entre les deux modes de rendu s’opère au temps de mélange (mixing time), et le FDN est calibré de sorte à assurer la continuité de l’EDR, garantissant ainsi un rendu perceptivement indiscernable de l’IR originelle. Cette technique hybride est opérationnelle pour des IRs monophoniques et a été récemment étendue à des IR directionnelles (Directional Room Impulse Responses DRIR), typiquement mesurées via des réseaux de microphones sphériques [morgenstern:17], et qui permettent de capter la distribution spatiale des réflexions dans la salle.

Toutefois plusieurs pistes d’amélioration sont envisagées pour ce réverbérateur de DRIRs hybrides :

  • dans le cas d’IRs monophoniques, le temps de mélange de l’IR peut être évalué par des estimateurs statistiques (densité d’échos [abel:06], moments statistiques d’ordre élevé, etc.) ; dans le cas de DRIRs, il peut être pertinent de s’appuyer sur des critères spatiaux, tirant partie de la cohérence inter-microphones [jarrett:12], et qui permettent de quantifier le caractère diffus du champ sonore ;
  • l’opération d’hybridation s’appuie actuellement sur un modèle simple où l’EDR évolue linéairement en fonction du temps (pour chaque fréquence). Ce modèle est approprié à la simulation de salles « traditionnelles » (grands volumes fermés qui satisfont un modèle statistique « type Schroeder » [kuttruff:73]). Nous souhaiterions étendre le formalisme à des IRs plus atypiques, telles qu’observées dans des volumes couplés ou des lieux de plein air (espaces urbains, cours intérieures, etc.). Cela requiert le développement d’un module FDN permettant de synthétiser des profils de décroissance complexes (notamment double-pentes) ;
  • enfin, l’étape d’analyse de l’IR repose sur un calcul linéaire (en temps et en fréquences) de l’EDR ; une amélioration possible consisterait à analyser les caractéristiques de l’EDR sur une échelle fréquentielle tenant compte des caractéristiques non-linéaires de l’audition humaine.

Travail à réaliser :

  • en s’appuyant sur une étude bibliographique, implémenter un estimateur du temps de mélange selon un critère de diffusion spatiale,
  • en s’appuyant sur une étude bibliographique, prototyper un module FDN à double pente,
  • appliquer les algorithmes développés à une base de DRIRs mesurée par les équipes EAC et Production,
  • généraliser le module de calcul et analyse de l’EDR à une échelle fréquentielle non-linéaire (par ex. échelle de Bark).

Compétences requises :

  • solides compétences en traitement du signal (traitement temps-fréquence-espace),
  • notions d’acoustique physique (champ sonore, champ diffus, réverbération),
  • bonne maîtrise de Matlab,
  • connaissance de l’environnement Max/MSP appréciée.

Apports pour l’étudiant :

L’analyse/synthèse de champs sonores 3D est un domaine de recherche en expansion, notamment dans différents laboratoires européens. Le stage propose de mettre en œuvre des connaissances en acoustique physique et en traitement du signal, et vise des applications de mixage et production audio.

Apports pour l’équipe :

L’équipe souhaite étendre son moteur de réverbération hybride à des DRIRs.

Bibliographie

[jot:91] J.-M. Jot and A. Chaigne. Digital delay networks for designing artificial reverberators. In Proc. of the 90th Convention of the Audio Engineering Society, Paris, France, Feb 1991.

[gardner:94] W. G. Gardner. Efficient convolution without input-output delay. In Proc. of the 97th Convention of the Audio Engineering Society, San Francisco, CA, USA, 1994.

[carpentier:14] T. Carpentier, M. Noisternig, and O. Warusfel. Hybrid Reverberation Processor with Perceptual Control. In Proc. of the 17th Int. Conference on Digital Audio Effects (DAFx-14), pages 93 – 100, Erlangen, Germany, Sept. 2014.

[morgenstern:17] H. Morgenstern, B. Rafaely, and M. Noisternig. Design framework for spherical microphone and loudspeaker arrays in a multiple-input multiple-output system. Journal of the Acoustical Society of America, 141(3):2024 – 2038, March 2017.

[jot:97] J.-M. Jot, L. Cerveau, and O. Warusfel. Analysis and synthesis of room reverberation based on a statistical time-frequency model. In Proc. of the 103rd Convention of the Audio Engineering Society, New York, NY, USA, 1997.

[abel:06] J. S. Abel and P. Huang. A Simple, Robust Measure of Reverberation Echo Density. In Proc. of the 121st AES Convention, San Francisco, CA, USA, Oct. 5-8 2006.

[jarrett:12] D. P. Jarrett, O. Thiergart, E. A. P. Habets, and P. A. Naylor. Coherence-based diffuseness estimation in the spherical harmonic domain. In Proc. of the IEEE 27th Convention of Electrical and Electronics Engineers in Israel, 2012.

[kuttruff:73] H. Kuttruff. Room Acoustics. Spon Press, 1973.