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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2. Reconstruction du champ sonore physique
La deuxième famille d'approches pour la restitution spatiale du son repose sur des fondements physiques plutôt que perceptifs et vise à reconstruire aux oreilles de l'auditeur le champ sonore qui serait créé par les sources sonores dans l'espace de restitution si celles-ci étaient réelles. Contrairement aux approches précédentes, elles permettent également de définir des systèmes de prise de son duaux, adaptés au mode de restitution. Ce dernier point est particulièrement utile pour la restitution de scènes sonores 3D réalistes enregistrées sur le terrain, un peu à la manière des techniques de « rendu à base d'images » en graphique.
2.1 Techniques binaurales
Les techniques de restitution dites binaurales visent à reproduire le champ sonore directement aux oreilles de l'auditeur à partir d'un couple de signaux. Le dispositif de restitution privilégié pour les techniques binaurales est donc le casque stéréophonique [13].
La connaissance des interactions de l'onde sonore avec la partie supérieure du corps [14] permet de définir une paire de filtres qui peuvent être appliqués à un son monophonique en fonction de la direction d'incidence souhaitée lors d'une restitution stéréophonique. Ces filtres spécifiques sont couramment référencés dans la littérature sous la dénomination de « fonction de transfert de la tête » (Head Related Transfer Functions : HRTF). Déterminer et échantillonner spatialement les HRTF est donc un point clé des techniques de spatialisation binaurales. En outre, les HRTF sont dépendantes de la morphologie de l'auditeur, qui a une influence importante sur certains indices spectraux nécessaires à une localisation correcte. S'il est possible, et d'ailleurs courant, d'utiliser des HRTF « génériques », celles-ci peuvent entraîner des erreurs de localisation significatives, en particulier des confusions avant/arrière. Dans le cadre d'applications de réalité virtuelle, l'ajout d'un système de suivi de mouvement de la tête (par exemple, à l'aide d'un capteur d'orientation sur le casque) améliore la localisation et aide également à réduire les confusions avant arrière [15].
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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).
-
(2) - MOORE (B.C.) - An introduction to the psychology of hearing - . Academic Press, 4e édition (1997).
-
(3) - BEGAULT (D.R.) - 3D Sound for Virtual Reality and Multimedia - . Academic Press Professional (1994).
-
(4) - BLAUERT (J.) - Spatial Hearing : The Psychophysics of Human Sound Localization - . M.I.T. Press, Cambridge, MA (1983).
-
(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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