Présentation
EnglishAuteur(s)
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Nicolas TSINGOS : Chargé de recherche, INRIA (Institut national de recherche en informatique et en automatique), équipe REVES (rendu et environnements virtuels sonorisés)
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Olivier WARUSFEL : Chargé de recherche, IRCAM (Institut de recherche et coordination acoustique/musique)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Certaines techniques logicielles et des dispositifs matériels associés permettent de réaliser une restitution spatialisée du son pour les environnements virtuels. La spatialisation du son, c'est-à-dire la simulation des indices de localisation spatiale de notre audition pour des sources sonores virtuelles, est l'un des thèmes de recherche les plus actifs en acoustique à l'heure actuelle. Il faut dire que les applications grand public font légion : jeux vidéo, home cinéma, musique, que ce soit à la maison ou sur des dispositifs nomades. Dans les applications de réalité virtuelle, l'ajout de son spatialisé contribue également à renforcer la sensation d'immersion [1]. Ces technologies reposent toutes sur d'intenses recherches fondamentales sur la perception spatiale du son chez l'Homme [2]. Des ouvrages et travaux de références comme [3] [4] peuvent également être consultés pour plus de détails.
Les systèmes de restitution sonore spatiale vont, d'une manière générale, s'intéresser à reproduire aux oreilles d'un auditeur les indices de localisation appropriés pour une source sonore virtuelle en fonction de sa position souhaitée. On peut catégoriser ces systèmes en deux familles. La première série que l'on peut qualifier d'approches perceptives, repose sur le fait qu'un modèle simple de différence de niveau sonore ou de temps d'arrivée aux deux oreilles suffit à créer l'illusion de positionnement d'une source « fantôme » entre les positions physiques des haut-parleurs. Ce principe est en particulier à la base de la restitution stéréophonique classique mais peut être étendu à des ensembles de haut-parleurs plus complexes. La deuxième série d'approches vise à reconstruire de manière physiquement précise le champ acoustique au voisinage de l'auditeur. Dans cette catégorie, se distinguent les approches binaurales qui reconstituent le champ sonore en deux points (les oreilles de l'auditeur) et des approches plus globales, reproduisant le champ sonore correct dans toute une zone de l'espace. Chacune de ces approches a ses avantages et ses inconvénients en terme de ressources de calcul, complexité du dispositif et nombre d'auditeurs simultanés. Pour un complément d'information, on peut également se référer aux ouvrages [3] et [5]. Nous présentons également quelques exemples d'intégration de dispositifs de restitution spatiale du son dans des systèmes de réalité virtuelle immersifs. En particulier, nous dressons un comparatif des différentes approches et de leurs conditions d'utilisation optimale. Enfin, nous consacrons la dernière partie à un bref tour d'horizon des quelques librairies logicielles existantes permettant d'implémenter de telles techniques et bénéficiant pour certaines d'une accélération matérielle.
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1. Approches perceptives : illusion des « sources fantômes »
La première famille d'approches pour la restitution spatiale du son s'appuie sur un contrôle simple des indices de localisation interauraux à partir d'un ensemble de deux haut-parleurs ou plus, situés autour de l'auditeur dans l'espace de restitution.
1.1 Stéréophonie
Le modèle de restitution spatiale du son le plus utilisé encore aujourd'hui reste la stéréophonie, utilisant un couple de haut-parleurs situés devant l'auditeur [6] [7]. En contrôlant le retard ou le gain relatif des signaux envoyés à chaque haut-parleur, il est possible de recréer une version simplifiée des indices de localisation interauraux, la différence de temps d'arrivée (ITD : interaural time difference) et la différence de niveau (ILD : interaural level difference) aux deux oreilles. Cette restitution des indices de localisation permet de créer une source sonore fictive dont la direction de provenance peut être contrôlée librement dans la zone encadrée par les deux haut-parleurs. Il est ainsi possible de contrôler soit le retard relatif des deux canaux, soit l'intensité relative, soit les deux simultanément. En général, c'est cette dernière solution qui est préférée et on la retrouve dans les dispositifs de prise de son les plus courants comme les paires stéréophoniques « AB » de l'ORTF (Office de la radiodiffusion-télévision française) par exemple, composée de deux microphones directionnels (pour la différence d'intensité) et non coïncidents (pour la différence de temps d'arrivée). D'autres alternatives, comme le Decca Tree, utilisent trois microphones omnidirectionnels [7] [8] et se basent donc principalement sur les différences de temps d'arrivée. L'utilisation d'une unique différence de délai entre les deux canaux peut conduire à une zone de restitution très limitée. En effet, notre audition spatiale est très sensible au temps d'arrivée des fronts d'ondes, donnant la priorité aux fronts d'ondes qui nous atteignent en premier. Cette loi psycho-acoustique est aussi appelée effet Hass ou loi du premier front d'onde [2]. Une conséquence est que si l'auditeur se décale, même légèrement, de l'axe médian des deux haut-parleurs, l'ensemble de la scène stéréophonique tend à se « replier » de manière assez abrupte sur la position du haut-parleur le plus proche. L'utilisation d'une différence de gain contribue à limiter cet effet. Dans le...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LARSSON (P.), VÄSTFJÄLL (D.), KLEINER (M.) - Better presence and performance in virtual environments by improved binaural sound rendering - . Proceedings of the AES 22nd Intl. Conf. on virtual, synthetic and entertainment audio, Espoo, Finland, p. 31-38 (2002).
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(2) - MOORE (B.C.) - An introduction to the psychology of hearing - . Academic Press, 4e édition (1997).
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(3) - BEGAULT (D.R.) - 3D Sound for Virtual Reality and Multimedia - . Academic Press Professional (1994).
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(4) - BLAUERT (J.) - Spatial Hearing : The Psychophysics of Human Sound Localization - . M.I.T. Press, Cambridge, MA (1983).
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(5) - PACHET (F.), BRIOT (J.-P.), editors - Informatique Musicale – du signal au signe musical - . Hermès Science (2004).
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(6) - Stereophonic Techniques – An anthology of reprinted articles on stereophonic techniques - ....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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Mesures de HRTF
AUDIS http://www.euracoustics.org/
CIPIC http://interface.cipic.ucdavis.edu/CIL_html/CIL_HRTF_database.htm
DirectSound (DirectX, Microsoft) http://www.microsoft.com/windows/directx
EAX http://www.soundblaster.com/eax/
FMOD http://www.fmod.org/
OpenAL http://www.openal.org/
SLAB http://human-factors.arc.nasa.gov/SLAB/
Spat...
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