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willelm-guignard
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Les techniques binaurales
. Enregistrement binaural (depuis les années 70)
EQ
. Synthèse binaurale (depuis les années 70)
EQ
Source impulsionnellepour 1 position de source
Source à spatialiser
HRTF R
HRTF L
Micro omni : captationdu timbre
Filtrage déduitde la différenceentre l’impulsionet le signalcapté par latête
Impulsion filtrée parles données morphologiques
Compensation des effetsdu casque (courbe de réponse,etc…)
Facteurs influençant la fidélitéde la reproduction binaurale
- Variations interindividuelles
- Egalisation des transducteurs de mesure et de reproduction
- Perception de la localisation des sources réelles
- Suivi de la position de la tête des l’auditeur
- Informations visuelles, cognitives
- Effet de salle
- Implantation des HRTF
Etude des variations inter-individuelles des HRTF
Hrtf en magnitude de différents sujets
Moyennage linéaire des HRTF
Courbes originalesW1 et W2
Moyenne linéairecomplexe
Moyenne linéairephase/amplitude
Moyenne structurellede Platte
Différents procédés de moyennage des courbes W1 et W2
Moyennage structurel des HRTFselon [Mellert71]
Moyenne complexe ( c ) demodèles de HRTF obtenuspour une même incidence etpour 2 individus différents(a) et (b)
Figure extraite de [Genuit84]
Individu (a)
Individu (b)
Moyenne complexe de (a)et (b) réalignés sur l’axedes fréquences
Moyennage structurel selon [Platte79]
Moyenne deMellert
Moyenne de Platte
HRTF originale
Figure extraite de [Genuit84]
Moyennage morphologique selon [Genuit 86]
Principes :
- Détermination de caractéristiques morphologiques jouant un rôle dans la localisation des sources so- nores
- Modélisation de chacune de ces caratéristiques
- Moyennage des paramètes des modèles
- Mise en série des “modèles moyens” HRTF moyennes
Moyennage morphologique selon [Genuit 86]
Eléments de mesure retenus pour la définition des paramètres morphologiques
Approche personnalisée : ajustement des HRTFaux caractéristiques de l’auditeur
Principe : définir des fonctions spectrales formant une base de reconstruction des HRTF et relier les coefficients de pondé- ration gi aux caratéristiques morphologiques des individus.
)().,(),,(HRTFL fLgf ii
i
Ajustement automatique si l’on a accès à une mesure des caratéristiques morphologiques de l’auditeur
Ajustement “manuel” des coefficients de pondération
Analyse en compo-santes principales
des HRTF [Kisler92]
Les cinq fonctions de base extraites d’uneanalyse des composantes principales desHRTF sur les deux oreilles de 10 sujets,pour 256 positions de source sonore
Reconstruction à partirdes fonctions élémentaires
HRTF mesurée pour l’oreille gauche d’un seulsujet. Source à 30° d’azimut et 12° d’élévation
Reconstruction avec une fonction élémentaire(insuffisant)
Reconstruction avec les trois premières fonctionsélémentaires (insuffisant)
Reconstruction avec les cinq premières fonctionsélémentaires (satisfaisant)
Equalisation des transducteurs :Equalisation non-découplée
Séance de mesures / enregistrement Séance d’écoute
Mesures / enregistrement binaural
Mesures ducasque
BIR*M
HPIR*M
BIR%HPIR
BIR = Binaural Impulse Response
HPIR = HeadPhones Impulse Response
BIR%HPIR = BIR pondérépar la compensation deseffets du casque
Equalisation
Equalisation découplée
Mesures
Ecoute
BIR*M1
REF*M1
BIR%REF
REF*M2
HPIR*M2
BIR%HPIR
Mesure/enregistrementbinaural
Mesure binaurale enchamp de référence
Mesure des effetsdu casque
Mesure binaurale enchamp de référence
Casque pré-équaliséHPIR = REF
Equalisation Equalisation
Compatibilité des enregistrements pourles différents auditeurs
Deux types de champs de référence sont proposés par les fabricants:
1. Champ libre : une seule onde plane généralement en incidence frontale
2. Champ diffus : fronts d’ondes décorrélés provenant de toutes les directions et uiformément distribués dans l’espace
Cas général : tête utilisée pour l’enregistrement tête de l’auditeur
2112 .. CASQMBIRBIR
1
212
22
22
11211 .
.
.
1.._
REF
REFBIRBIR
CASQM
REFM
REFMCASQMBIREQdecoupled
Avec EQ en champ diffus :2
2
1
1
DIFF
HRTF
DIFF
HRTF Pour f < 5 kHz
Comparaison des modes d’EQpour les auditeurs
Comparaison des modes d’EQpour les casques
kHzfDIFF
CASQ
DIFF
CASQ5
2
2
1
1
Tête artificielle HMSII - élévation 0° -résol. Fréq. = 1/2 ton - pas en azimut = 5°
Sans égalisationAvec égalisation
Suppression dela bosse à3000 Hz
Composantes amplitude et phased’une HRTF
Phase globale - phase minimale
Les indices de localisation
Indices interauraux : Interaural Time Difference et Interaural Level Difference
1500 Hz 2500 Hz
ITD ILD
Les indices de localisation
Indices monorauraux :
250 Hz 500 Hz 2kHz 4kHz 8kHz 10kHz 15kHz
devant
derrière
dessus
Estimation du retard interaural
1. Méthode par détection de seuil (Moller et al.)
arrRarrLITD Avec :
RarrL, Rang de l’échantillon dont l’am-plitude atteint 10% de la valeurmaximum
2. Méthode par corrélation en sous-bandes (Wightman et al.)
ihihcorriITD RL ,Avec :
ih RL,
Réponse impusionnelle filtréepar la bande critique n°i
Estimation du retard interaural
3. Méthode par approximation linéaire (Jot et al.)
RL ephephlinITD Avec :
RLeph ,Excès de phase
Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Schéma d’écoute classique
HLL HLRHLL HRL HRR
XL^ XR
^
YL YR
Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Modélisation du schéma d’écoute classique
XHy ˆ avec
R
L
RRLR
RLLL
R
L
X
XX
HH
HHH
Y
Yy
ˆ
ˆˆ,,
Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Matriçage des signaux
Soit x le signal binaural que nous voulons appliquer aux oreilles del’auditeur :
R
L
R
L
x
xH
X
X
xHXXHy
1
1
ˆ
ˆ
ˆˆ
Où est la matrice inverse de H avec :1H
LLLR
RLRR
RLLRRRLL HH
HH
HHHHH
11
Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Matriçage des signaux
En considérant que la tête de l’auditeur est symétrique on a :
iC
cI
cICRLLR
ILLRR
HH
HH
HHH
HHH
HHH22
1 1
On obtient donc :
22
22
22
22
2222
2222
ˆ
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
ˆ
ˆ
CI
LCRIR
CI
RCLIL
CI
LCRI
CI
RCLI
R
L
CI
I
CI
C
CI
C
CI
I
R
L
HH
xHxHX
HH
xHxHX
HH
XHXHHH
XHXH
x
x
HH
H
HH
HHH
H
HH
H
X
X
Reproduction sur haut-parleurs (transaurale)Décomposition des algorithmes
Décomposition pour un seul canal (gauche) dans une configuration d’écoutestéréo traditionnelle (triangle équilatéral)
jjR
jL
L eHRTFeHRTFHRTFHRTF
xeHRTFxHRTFX
30303030
3030ˆ
6 HRTF dont 4 réductiblessur 2 génériques
3 retards dont 2réductibles sur 1générique
Total : 4 HRTF et 2 retards pour un canal