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Trinnov Audio maintient un effort de recherche constant dans le but d’apporter des améliorations qualitatives au monde de l’audio. Nous nous concentrons particulièrement sur l’un des plus grand défis scientifiques actuels: la spatialisation du son. Nos publications scientifiques sont reconnues au niveau international et tenues en haute considération par de nombreux experts. Elles ont notamment été relayées dans le prestigieux JAES (Journal of the Audio Engineering Society).

Notre effort continu de R&D nous a placé dans une position de leader dans le domaine émergent de l’Acoustique Numérique: le traitement des champs acoustiques en 3D. Le traitement des champs acoustiques est à l’audio spatialisé ce que le traitement du signal est à l’audio actuel. Il s’agit du fondement théorique indispensable qui apporte la compréhension et la maîtrise de la spatialisation du son.

Le concept de champ acoustique

L’avenir de l’audio se trouve dans la maîtrise de l’aspect spatial des sons.

Tout environnement sonore présente deux aspects :
– Un aspect temporel, qui permet notamment de reconnaître les différents sons (une voix, un instrument de musique, un avion…) ainsi que leurs timbres.
– Un aspect spatial, qui permet de localiser chaque son (la voix est en face, l’avion en haut…) ainsi que de reconnaître le lieu dans lequel ils se trouvent (une église, une rue…).

Les progrès continus en matière de puissance de calculs et de capacité de stockage offrent de nouvelles perspectives au monde de l’audio.
Toutefois, il est aujourd’hui admis que toute nouvelle amélioration de l’aspect temporel présente une utilité quasi nulle pour la plus grande majorité des auditeurs. Par exemple, les nouveaux formats haute-résolution (DVD-Audio et Super Audio CD) ont aujourd’hui atteint les limites des capacités auditives humaines. En revanche, les performances spatiales des technologies actuelles sont en général peu satisfaisantes.

Malheureusement, le développement de l’aspect spatial est bridé par le manque de fondements théoriques solides, contrairement à l’aspect temporel qui repose sur la théorie du signal (traitement du signal). Ainsi, émerge le besoin de nouvelles recherches pour contrôler le son dans sa totalité.

Tout événement sonore crée des phénomènes ondulatoires dans le temps et dans les 3 dimensions de l’espace appelés champ acoustique. Pour mieux comprendre l’intérêt de ce concept, supposons que l’on puisse capturer parfaitement un champ acoustique, par exemple celui produit par un orchestre dans une salle de concert. Supposons également que l’on puisse reproduire à l’identique ce champ acoustique dans un auditorium. Dans ce cas, le public de l’auditorium entendrait exactement la même chose que le public de la salle de concert, aussi bien d’un point de vue temporel (comme les techniques actuelles permettent déjà de le faire) que d’un point de vue spatial.

Si la haute fidélité s’est concentrée à reproduire fidèlement des signaux audio, la reproduction des champs acoustiques ouvre la porte de la “Haute Fidélité Spatiale” ou “Haute Résolution Spatiale”. Grâce à d’importants travaux de recherche, Trinnov Audio a mis en pratique cette conception plus rigoureuse de l’audio qui conduit à de meilleurs résultats.

 

L’acoustique fondamentale offre un puissant outil théorique qui permet de décrire les champs acoustiques: la transformée de Fourier-Bessel.
Très pointu et extrêmement peu documenté, il est resté jusqu’à aujourd’hui inexploité dans l’audio. En s’appuyant sur cet outil théorique mais aussi sur d’autres sciences, notamment les mathématiques et le traitement du signal,Trinnov Audio a développé une nouvelle théorie de traitement des champs acoustiques.

La transformée de Fourier-Bessel permet de décomposer tout champ acoustique sur une base de fonctions appelées fonctions de Fourier-Bessel. Rappelons que tous les traitements audio actuels (synthétiseurs, filtres, effets…) reposent sur la théorie du traitement du signal qui exploite les propriétés de la transformée de Fourier. Or les fonctions de Fourier-Bessel sont aux champs acoustiques ce que les exponentielles sont aux signaux audio. En s’appuyant sur les fonctions de Fourier-Bessel, Trinnov Audio a élaboré une théorie de traitement des champs acoustiques très puissante qui offre des possibilités infinies de manipulation.

La transformée de Fourier-Bessel d’un champ acoustique fonctionne de manière analogue à la transformée de Fourier d’un signal. En effet, la transformée de Fourier décrit parfaitement un signal comme une superposition de sinusoïdes à des fréquences différentes (représentation spectrale du signal). De la même manière, la transformée de Fourier-Bessel décrit parfaitement un champ acoustique comme une superposition de champs acoustiques élémentaires ayant des variations spatiales différentes (représentation spectrale d’un champ acoustique).

En utilisant cette théorie, il est possible de visualiser un champ acoustique sous trois points de vue équivalents:

Un champ de pression dans l’espace

a pression acoustique est définie pour chaque point de l’espace et à chaque instant.
Cette représentation illustre directement la propagation des ondes constituant le champ acoustique, créant des représentation du type “goutte dans l’eau”.

 

Un spectre de Fourier-Bessel

Le spectre donne la contribution (ou poids) de chacune des fonctions de Fourier-Bessel dans la reconstruction du champ acoustique.

Cette représentation est extrêmement puissante car elle représente un champ acoustique continu par un ensemble de coefficients variant au cours du temps. En d’autres termes, il s’agit d’une représentation numérique du champ acoustique! Une fois numérisé, un champ acoustique peut être contrôlé par des processeurs numériques. Par conséquent, cette représentation est un outil fondamental pour les pionniers du traitement des champs acoustiques.

Une fonction de directivité

Une fonction de directivité peut également être associée au spectre de Fourier-Bessel (transformée de Fourier-Bessel).
Il s’agit d’une représentation très intuitive car elle fournit la direction apparente du son. La couleur correspond à la phase de la directivité, représentative de la distance des sources produisant le champ acoustique.
Dans la théorie standard de Fourier, la « rapidité » de variation d’un signal est décrite par le concept de fréquence. Plus la fréquence est élévée, plus les variations du signal au cours du temps sont rapides. De la même manière, la théorie de Fourier-Bessel décrit la rapidité de variation spatiale d’un champ acoustique par la notion de fréquence spatiale habituellement appelée « ordre ».

Les simulations animées suivantes permettent de mieux comprendre comment les concepts de fréquence, ordre, directivité et précision spatiale sont liés:

Variation de la fréquence

A ordre constant (ou précision de représentation constante), la zone spatiale de représentation parfaite diminue lorsque la fréquence augmente, alors que la directivité ne varie qu’en phase et non en forme.

Variation de l’ordre

A fréquence constante, la zone spatiale de représentation parfaite augmente avec l’ordre, tout comme la précision de la directivité.

Source sonore mobile

A fréquence et ordre constants, la zone spatiale de représentation parfaite conserve la même taille et le fonction de directivité renseigne sur la position de la source: le lobe principal pointe vers la source et la phase varie avec la distance.