Caractérisation objective et subjective d’une chaîne de traitement HOA
Auteur : Clément Cerles
Directeur(s) de mémoire : Frank Gillardeaux et Jérôme Daniel
Son
Résumé : La technologie HOA (pour Higher Order Ambisonics) offre un large éventail d’outils avancés pour l’enregistrement, la transmission et la diffusion de contenu audio 3D. Elle repose sur un format audio 3D générique, capable de représenter n’importe quel champ sonore, indépendamment de la disposition de prise de son et du système de diffusion (i.e. la configuration des haut-parleurs). Cependant, cela ne veut pas dire que l’écoute finale est strictement indépendante de l’encodage du champ sonore (via le dispositif microphonique) et de son décodage (via les haut-parleurs). En effet, l’encodage microphonique génère des signaux HOA comprenant des artefacts comparés aux signaux théoriques. Ce traitement, qui repose sur un paramètre d’amplification maximal, demeure un compromis entre la préservation d’un rapport signal sur bruit (SNR) maximal et la largeur de la bande passante fréquentielle et spatiale. De plus, le design des matrices de décodage pour la diffusion donne également différents résultats en fonction du critère privilégié : précision spatiale, stabilité de l’image, enveloppement, distance à la source… Et ceci sur une même configuration de haut-parleurs. Ce mémoire présente donc un bref retour sur l’histoire de l’Ambisonics et de son évolution HOA, ainsi qu’une étude comparative entre différents encodeurs et décodeurs, appliqués à un réseau de microphones particulier (Eigenmike®) et un dispositif hémisphérique de 14 haut-parleurs et d’un subwoofer. Deux tests subjectifs sont mis en place pour la partie pratique : un premier où l’on testera différents décodeurs issus du commerce et de la littérature, avec des trajectoires de bruit rose dans l’espace. Un deuxième où nous testerons à la fois les qualités audio et spatiales de l’encodeur associé à l’Eigenmike pour différents paramètres d’amplification, et des différents décodeurs. Les signaux utilisés pour ce test seront issus d’enregistrements réalisés avec l’Eigenmike.
Mots-clés : HOA, Ambisonics, Audio 3D, Eigenmike, réseau de microphones, harmoniques sphériques, synthèse de champ de pression.
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Abstract: HOA technology (for Higher Order Ambisonics) offers a very wide panel of possibilities for 3D audio recording, transmission and diffusion. It is centered on a generic 3D audio format that can represent any soundscape while being agnostic of the microphone array and the rendering setup (e.g. loudspeaker layout). Nevertheless it doesn’t mean that the final listening experience is strictly independent from the way the sound scene is spatially encoded (via the microphone) and decoded (on loudspeakers). On one hand, the microphone array processing generates HOA signals that comprise artifacts compared with theoretical spherical harmonics. The processing design, which is typically tuned through a “maximal amplification parameter”, is a tradeoff between preserving SNR and extending the frequency-spatial bandwidth. On the other hand, the design of decoding matrices for the rendering can imply variable results even over a given loudspeaker configuration, according to which criteria one chooses to focus on: spatial accuracy, stability, envelopment, distance, etc. This present paper presents a brief review on Ambisonics history and its evolution HOA. It contains a comparative study of different encoding and decoding designs applied to a particular microphone (Eigenmike®) and a hemispherical array of 14 loudspeakers (and one subwoofer). Two tests are conducted: a first one, where several decoders coming from existing solutions and from bibliography are tested with spatial pink noise trajectories. A second one, where we test both spatial and audio qualities of Eigenmike encoder (with several values for the maximum amplification parameter) and HOA decoders, with natural sound recordings.
Keywords: HOA, Ambisonics, 3D Audio, Eigenmike, dense microphone array, spherical harmonics, sound-field synthesis.
