A propos

La puissance actuelle du traitement du signal provient de la manipulation des fonctions de Fourier (exponentielles ou sinus/cosinus). De la même manière, la puissance de l'Acoustique Numérique - le traitement des champs acoustiques en 3D - provient de la manipulation des fonctions de Fourier-Bessel. Cette nouvelle théorie nous a conduit à développer de nouvelles technologies permettant d'enregistrer, de manipuler et de reproduire les champs acoustiques.

Spatial Pick-up: la capture de champs acoustiques

Les technologies actuelles de prise de son considèrent séparément les signaux fournis par chaque microphone utilisé. Grâce à un traitement radicalement innovant de ces signaux, la technologie Spatial Pick-up permet d'exploiter de manière optimale l'ensemble des microphones disponibles afin de retranscrire toute l'information de la scène sonore captée. Il suffit simplement de connaître les caractéristiques et la position de chaque microphone dans l'espace sonore.

Ainsi, la technologie Spatial Pick-up apporte une réponse optimale à chaque application en fonction des contraintes spécifiques (coût, performances, encombrement, simplicité...). L'application de cette technologie a permis de réaliser trois prototypes de microphone à haute résolution spatiale utilisant respectivement 5, 8 et 24 microphones classiques.

Les fonctions de Fourier-Bessel permettent d'enregistrer le champ acoustique en utilisant n'importe quel nombre de capsules microphoniques ne n'importe quel type organisé de manière quelconque dans l'espace (position et orientation quelconque). Une information plus détailée dans notre publication presentée lors de la 114ème convention de l'AES à Amsterdam, A New Comprehensive Approach of Surround Sound Recording, preprint 5717.

La théorie habituelle du traitement du signal fournit un fondement scientifique solide à l'échantillonnage temporel: un signal peut être échantillonné dans le temps sans perte. De la même manière, Trinnov Audio a développé un cadre théorique généralisé à l'échantillonnage spatial. Ainsi, un champ acoustique peut être analysé par un arrangement quelconque de capteurs acoustiques de type quelconque disposés et orientés de manière quelconque dans l'espace. Le principe généralisé de l'échantillonnage de champs acoustiques s'exprime comme suit:
Si le champ acoustique auquel sont exposés les capteurs est connu, il est possible de déterminer les signaux délivrés pas ces capteurs au moyen d'une relation linéaire. Cette relation s'exprime par une matrice nommée "matrice d'échantillonnage spatial" qui fournit les signaux des capteurs à partir des coefficients de Fourier-Bessel du champ acoustique auquel ils sont exposés. Or, le principe du microphone est précisément l'inverse: les signaux délivrés par les capteurs sont connus et il s'agit d'estimer le champ acoustique initial. Par conséquent, une capture de champ acoustique est obtenue en inversant la matrice d'échantillonnage spatial au moyen des techniques d'inversion généralisées.

Spatial Replay : la restitution de champs acoustiques

Les technologies "multicanal" actuelles consistent à fournir des signaux destinés chacun à alimenter un unique haut-parleur, de sorte qu'un auditeur placé au centre perçoive l'effet désiré. La technologie Spatial Replay exploite les informations décrivant un champ acoustique et leur applique un traitement réellement innovant afin de déterminer les signaux destinés à chaque haut-parleur conduisant à une reconstruction optimale du champ acoustique initial.

Ainsi, la technologie Spatial Replay apporte une réponse optimale à chaque application en fonction des contraintes spécifiques (coût, performances, encombrement, simplicité...). L'application de cette technologie a permis de réaliser un prototype exploitant de 2 à 16 haut-parleurs disposés de manière absolument quelconque. Comme il n'existe pas de restrictions un contrôle optimal de dizaines ou de centaines de haut-parleurs, cette technologie offre de solides bases pour l'audio du futur.

Un système de reproduction de champs acoustiques est composé d'un ensemble de haut-parleurs arbitrairement répartis pour entourer la zone d'écoute. Tout l'enjeu scientifique consiste à déterminer les signaux destinés à alimenter chacun des haut-parleurs à partir de la description d'un champ acoustique sous la forme d'un ensemble de coefficients de Fourier-Bessel. Le principe de la reproduction de champs acoustiques s'exprime comme suit:
Si les signaux qui alimentent les haut parleurs sont connus, il est possible de déterminer le champ acoustique résultant de l'action combinée de l'ensemble des haut-parleurs grâce à une relation linéaire. Cette relation linéaire s'exprime par une matrice, appelée "matrice de rayonnement", fournissant les coefficients de Fourier-Bessel du champ acoustique obtenu à partir des signaux envoyée aux haut-parleurs. Or, le problème de la reproduction de champ acoustique est précisément l'inverse: le champ acoustique est connu alors que les signaux des haut-parleurs sont à déterminer. Par conséquent, une reproduction de champ acoustique est obtenue en inversant la matrice de rayonnement au moyen des techniques d'inversions généralisées.

Spatial Morphing : la manipulation de champs acoustiques

La possibilité de capter et restituer fidèlement le champ acoustique n'est pas suffisant. L'audio étant par essence un art de création, il existe une forte demande pour des outils spécifiques dédiés à la manipulation d'environnements sonores. Trinnov Audio a développé une technologie qui agit directement sur le champ acoustique: Spatial Morphing. Elle ouvre au son spatialisé toutes les possibilités qu'offrent les logiciels de retouches photo et d'effets spéciaux cinéma. Par exemple, supprimer un musicien dans l'orchestre, en sélectionner un autre, le faire jouer plus fort, le déplacer de haut en bas, l'étirer ou encore le diffuser dans l'espace.

Ainsi, la technologie Spatial Morphing apporte des solutions innovantes aux besoins de sound design. Trinnov Audio a réalisé des prototypes logiciels permettant de tourner, distordre une scène sonore, ou encore de mettre en valeur une partie d'une scène sonore.

Avec les technologies actuelles de traitement du signal, il est souvent plus efficace de manipuler la représentation fréquentielle d'un signal plutôt que sa forme d'onde temporelle. Par exemple, les filtres sont traditionnellement définis par leurs réponses en fréquence. Le même concept s'applique également aux champs acoustiques ou il est plus efficace de manipuler les coefficients de Fourier-Bessel plutôt que la forme d'onde spatio-temporelle.
Toute transformation d'un champ acoustique linéaire peut être exprimée comme une recombinaison spécifique de ses coefficients de Fourier-Bessel. Ainsi, les coefficients de Fourier-Bessel du champ acoustique modifié sont obtenus en appliquant une "matrice de transformation" aux coefficients de Fourier-Bessel du champ acoustique non-modifié. Cette formulation générique du traitement des champs acoustique ouvre des possibilités infinies de manipulation. Différentes catégories de manipulations peuvent être définies comme par exemple:

- Les rotations spatiales: tourne la totalité du champ acoustique selon les 3 degrés de libertés des rotations 3D.
- Les distorsions spatiales: applique des transformations spatiales au champ acoustique, par exemple, les sources sonores sont déplacées selon une loi de distorsion angulaire.
- Les convolutions spatiale: Ajuste le niveau de détail dans un champ acoustique. Par exemple, il est possible d'introduire un effet de flou sur un enregistrement spatialement précis ou, dans une certaine mesure, améliorer la précision d'un enregistrement flou.
- Le fenêtrage spatial: permet de sélectionner dans l'espace un partie du champ acoustique complet.