Reconstruction sonore 3D - 3D sound reconstruction

La reconstruction sonore 3D est l'application de techniques de reconstruction à la technologie de localisation sonore 3D . Ces méthodes de reconstruction du son tridimensionnel sont utilisées pour recréer les sons en fonction des environnements naturels et fournir des indices spatiaux de la source sonore. Ils voient également des applications dans la création de visualisations 3D sur un champ sonore pour inclure les aspects physiques des ondes sonores, y compris la direction, la pression et l' intensité . Cette technologie est utilisée dans le divertissement pour reproduire une performance en direct via des haut-parleurs d'ordinateur. La technologie est également utilisée dans les applications militaires pour déterminer l' emplacement des sources sonores . La reconstruction des champs sonores est également applicable à l'imagerie médicale pour mesurer des points en échographie.

Techniques

Pour reproduire un son robuste et naturel à partir d'un enregistrement audio tridimensionnel, des techniques de localisation sonore et de reconstruction de réverbération sont utilisées. Ces techniques traitent le son pour reproduire les signaux spatiaux .

  1. L'emplacement d'une source sonore est déterminé par localisation sonore tridimensionnelle à l' aide de plusieurs microphones, de méthodes d'audition binaurale et de HRTF (fonction de transfert liée à la tête) .
  2. Après avoir identifié la direction, d'autres techniques de traitement de signal sont utilisées pour mesurer la réponse impulsionnelle sur des durées de temps afin de déterminer les composantes d'intensité dans différentes directions. En ayant à la fois des données et en combinant l'intensité du son avec la direction, un champ sonore tridimensionnel est déterminé et les qualités physiques qui créent les changements d'intensité qui en résultent sont reconstruites.

Grâce à ce processus en deux étapes, le champ sonore tridimensionnel reconstruit contient des informations non seulement sur la localisation de la source sonore, mais également sur les aspects physiques de l'environnement de la source de signal d'origine. C'est sa différence avec les résultats du processus de localisation sonore.

Une fois le son reconstruit et les repères spatiaux disponibles, ils doivent être livrés au client. Les différentes méthodes pour ce faire sont incluses dans cette section.

Salle d'écoute

Emplacement des haut-parleurs selon la recommandation de l'UIT-R

Dans la méthode de la salle d'écoute, l'auditeur reçoit le son via un casque ou via des haut-parleurs. Les écouteurs introduisent suffisamment de sources sonores pour qu'un auditeur puisse expérimenter un son 3D avec une directivité. Avec les haut-parleurs, l'emplacement et le nombre de haut-parleurs affectent la profondeur de reproduction. Il existe différentes méthodes pour sélectionner l'emplacement des enceintes. Un modèle simple se compose de cinq haut-parleurs, placés dans la formation recommandée par l' UIT-R : centre, 30 ° vers la gauche, 110 ° vers la gauche, 30 ° vers la droite et 110 ° vers la droite. Cette configuration est utilisée avec plusieurs systèmes sonores tridimensionnels et techniques de reconstruction. En variante, la fonction de transfert liée à la tête peut être utilisée sur le signal de source sonore pour effectuer un panoramique de sa convolution vers chacun des haut-parleurs en fonction de leur direction et de leur emplacement. Cela permet de calculer l'énergie du signal pour chaque haut-parleur grâce à l'évaluation du son en plusieurs points de contrôle dans la pièce d'écoute.

Reconstruction de la réverbération

Système audio 3D avec organigramme de reconstruction de réverbération

La reconstruction de la réverbération consiste à mesurer le son par un microphone à quatre points pour mesurer ses délais de livraison réels à différents endroits. Chaque microphone mesure une réponse impulsionnelle à partir d'un signal d'impulsion étiré dans le temps pour différentes tranches de temps avec diverses sources sonores. Les données obtenues sont appliquées au système sonore tridimensionnel à 5 ​​haut-parleurs, comme dans la technique de la salle d'écoute. Le système convolutionne également la fonction de transfert liée à la tête avec la réponse impulsionnelle du signal enregistré par les microphones et l'énergie est ajustée en fonction de la tranche de temps d'origine du signal sonore, et un retard supplémentaire est ajouté au son pour correspondre à la période de la réponse impulsionnelle. La convolution et les retards sont appliqués à toutes les données de source sonore prises et additionnées pour le signal résultant.

Cette technique améliore également la directivité, le naturel et la clarté du son reconstruit par rapport à l'original. Un inconvénient de cette méthode est que l'hypothèse d'une seule source sonore - alors que les réverbérations réelles incluent divers sons avec chevauchement - associée à l'addition de toutes les différentes valeurs n'améliore pas la perception des auditeurs de la taille de la pièce, la perception de la distance est pas amélioré.

Projections laser

Comme les ondes sonores provoquent des changements de densité de l'air, elles provoquent par la suite des changements de pression acoustique. Ils sont mesurés puis traités en utilisant le traitement du signal de tomographie pour reconstruire le champ sonore. Ces mesures peuvent être effectuées à l'aide de projections, éliminant ainsi le besoin d'utiliser plusieurs microphones pour déterminer des réponses impulsionnelles distinctes. Ces projecteurs utilisent un vibromètre laser Doppler pour mesurer l'indice de réfraction du milieu sur le trajet laser. Ces mesures sont traitées par reconstruction tomographique pour reproduire le champ sonore tridimensionnel, puis la rétroprojection par convolution est utilisée pour le visualiser.

Holographie acoustique en champ proche

Dans l'holographie acoustique en champ proche, la réfraction de la lumière est mesurée dans une zone bidimensionnelle du milieu (ce champ sonore bidimensionnel est une coupe transversale du champ sonore tridimensionnel) pour produire un hologramme . Ensuite, le nombre d'onde du milieu est estimé par l'analyse de la température de l'eau. De multiples champs sonores bidimensionnels sont calculés et le champ acoustique tridimensionnel peut également être reconstruit.

Cette méthode s'applique principalement aux ultrasons et à la baisse des pressions sonores, souvent dans l'eau et en imagerie médicale. La méthode fonctionne sous l'hypothèse que le nombre d'onde du milieu est constant. Si le nombre d'onde change dans tout le milieu, cette méthode ne peut pas reconstruire le champ sonore tridimensionnel aussi précisément.

Voir également

Références