Restitution sonore spatialisée sur une zone étendue: Application à la téléprésence - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Spatial sound reproduction over an extensive area: Application to Telepresence

Restitution sonore spatialisée sur une zone étendue: Application à la téléprésence

Rozenn Nicol
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 939510

Résumé

This Ph.D. Thesis deals with 3D sound reproduction system designed for video conferencing applications. Since video conferences are addressed to several listeners, the listening area must be wide and this requirement has determined all the choices made in this study. After an overview of 3D sound reproduction methods (stereophony, binaural technologies, ambisonic...) whose relevance for video conferencing has been checked, an holophonic approach is preferred, because it is the only solution which ensures an extensive listening area. Consequently a prototype of a holophonic system has been designed and implemented for video conferencing. From a theoretical point of view, holophony is based on the Huygens' Principle. It defines the acoustical equivalent to holography and consists in repro ducing a soundfield from a recording over a surface. Practically the soundfield is recorded by a microphone array and reproduced by a loudsp eaker array of identical geometry. The Wavefield Synthesis concept, which has been developed at the Acoustic Laboratory of the DUT (Delft University of Technology) represents one example of such holophonic system. The prototype which has been designed during this thesis, is largely drawn from the Wavefield Synthesis concept. Particularly simplifications, which have been pointed out at the DUT in order to reduce the size of the transducer array and the number of transducers involved in the sound pick-up and reproduction, are used. Nevertheless it was intended to go deeply into the holophonic theory, thus the questions of spatial sampling and spatial truncature have been analysed in detail. The holophonic system finally obtained is composed of a loudspeaker array, which is driven by a DSP. It has b een measured and validated both in an anechoic environment and in an experimental video conferencing studio. Besides the implementation of a 3D sound reproduction system for video conferencing, the second purpose of this thesis aimed at a deep understanding of the sound spatialization process from the general approach defined by holophony. It has been reached by linking ambisonic and holophony. Indeed it has been shown that, far from being two opposite methods, ambisonic and holophony are fundamentally based on a similar process. Moreover ambisonic must be considered as a particular case of holophony. From this result, an unified approach of soundfield reconstruction has been derived, which has led to a straightforward comparison of the spatial encoding and decoding of the two methods. It was concluded that ambisonic is very attractive from a theoretical point of view, but unfeasible, so that holophony should be preferred in practice.
Le travail de thèse qui est rapporté dans le présent document a porté sur la réalisation d'un système de restitution sonore spatialisée pour la visioconférence. La principale contrainte de ce projet a résidé dans la taille de la zone d'écoute qui doit être sufisamment grande pour englober plusieurs auditeurs simultanément. Chaque auditeur doit également pouvoir se déplacer au sein de la zone d'écoute. A l'issue d'un tour d'horizon des différentes méthodes de spatialisation sonore existantes (stéréophonie, techniques binaurales, système ambisonique...) dont la pertinence a été examinée du point de vue du contexte de visioconférence, une approche holophonique a été finalement choisie. Attendu qu'elle s'avère être la solution la plus pertinente pour obtenir une zone d'écoute étendue. Un prototype de système holophonique pour la visioconférence a ainsi été conçu et réalisé. D'un point de vue théorique, l'holophonie dérive du Principe de Huygens. Elle constitue l'équivalent acoustique de l'holographie et consiste à reproduire un champ sonore à partir d'un enregistrement sur une surface. Sur la plan pratiqu, le champ sonore est enregistré par un réseau de microphones auquel on substitue un réseau de haut-parleurs de géométrie identique à la restitution. Le concept de Wavefield Synthesis qui a été mis au point à l'UTD (Université Technologique de Delft) définit un exemple de mise en oeuvre d'un système holophonique. Le prototype qui a été développé au cours de cette thèse s'en est largement inspiré. En particulier les simplifications mises en évidence à l'UTD, principalement afin de réduire la taille du réseau de transducteurs et leur nombre, ont été retenues. On a néanmoins eu le souci constant d'analyser la pertinence de la démarche menée à l'UTD et de l'approfondir. Ainsi les questions de l'échantillonnage spatial et de la troncature du réseau de transducteurs ont fait l'objet d'études spécifiques. Au final, le système holophonique qui a été mis au point se compose d'une antenne de haut-parleurs pilotés par une carte DSP. Il a été validé à la fois en environnement anéchoïque et dans un studio expérimental de visioconférence. Au delà de la réalisation d'un système de spatialisation sonore pour la visioconférence, le second objectif de cette thèse visait une meilleure compréhension des procédés de spatialisation sonore à partir de l'approche générale que définit l'holophonie. Cet objectif a été atteint en reliant le système ambisonique à l'holophonie. Il est montré que, loin de constituer deux méthodes distinctes, les systèmes ambisonique et holophonique sont fondés sur des processus analogues et qu'en réalité, le système ambisonique est un cas particulier de l'holophonie. De ce résultat, un formalisme unifiée de la reconstruction de champ sonore a été dégagé, il permet une comparaison directe des performances des deux méthodes, en termes d'enco age et de décodage de l'information spatiale du champ sonore. Il en ressort que, bien que le système ambisonique soit très séduisant sur le plan théorique, il se heurte à de nombreux problèmes de mise en œuvre. Par suite, l'holophonie reste la méthode la plus robuste sur le plan pratique.
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Dates et versions

tel-01067541 , version 1 (23-09-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01067541 , version 1

Citer

Rozenn Nicol. Restitution sonore spatialisée sur une zone étendue: Application à la téléprésence. Acoustique [physics.class-ph]. Université du Maine, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01067541⟩
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