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Article

1 - APPROCHES PERCEPTIVES : ILLUSION DES « SOURCES FANTÔMES »

  • 1.1 - Stéréophonie
  • 1.2 - Généralisation aux systèmes multicanaux

2 - RECONSTRUCTION DU CHAMP SONORE PHYSIQUE

3 - COMPARATIFS DES DIFFÉRENTS DISPOSITIFS ET INTÉGRATION EN RÉALITÉ VIRTUELLE

4 - BIBLIOTHÈQUES LOGICIELLES POUR LE RENDU SONORE SPATIAL

Article de référence | Réf : TE5912 v1

Comparatifs des différents dispositifs et intégration en réalité virtuelle
Restitution sonore spatiale - Dispositifs et interfaces

Auteur(s) : Nicolas TSINGOS, Olivier WARUSFEL

Date de publication : 10 févr. 2008

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Auteur(s)

  • Nicolas TSINGOS : Chargé de recherche, INRIA (Institut national de recherche en informatique et en automatique), équipe REVES (rendu et environnements virtuels sonorisés)

  • Olivier WARUSFEL : Chargé de recherche, IRCAM (Institut de recherche et coordination acoustique/musique)

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INTRODUCTION

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te5912


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3. Comparatifs des différents dispositifs et intégration en réalité virtuelle

Le tableau 1 récapitule les différents aspects des dispositifs de restitution en terme de taille de la zone de restitution optimale (sweet spot), de la qualité de la spatialisation et du nombre de canaux nécessaires. Comme on peut le constater, les dispositifs de spatialisation binauraux permettent une excellente qualité de restitution mais sont principalement limités à un contexte mono-utilisateur. Néanmoins, on peut les étendre à des contextes multiutilisateurs si l'on équipe chacun des auditeurs d'un casque (sans fil par exemple). Combiné à des systèmes de suivi de mouvement, ce genre de dispositif a été utilisé avec succès dans de nombreuses applications de réalité virtuelle et de réalité sonore augmentée. Ils permettent également une intégration aisée du son spatialisé dans des environnements de type CAVE (cave automated virtual environment) dans lesquels l'intégration de haut-parleurs est plus délicate. Les systèmes de rendu multi-haut-parleurs s'affranchissent de certaines limitations de la restitution binaurale, en particulier la dépendance individuelle. En outre, ils permettent également une présentation plus aisée dans un contexte multiutilisateur. Les systèmes de type pan-pot offrent une spatialisation efficace dans le plan horizontal et une intégration facile puisque les dispositifs de restitution sont standardisés dans l'industrie pour le cinéma. Par ailleurs, ces dispositifs sont largement disponibles auprès du grand public et peuvent être bon marché. De fait, ce sont les techniques de spatialisation les plus communément utilisées dans l'industrie du jeu vidéo. Elles suffisent à reproduire des effets surround très marqués bien que leurs performances se dégradent très vite en dehors de configurations bien maîtrisées ou calibrées. Les dispositifs basés sur des formalismes de type harmoniques sphériques et holophonie offrent le meilleur compromis entre zone d'écoute et qualité de la restitution spatiale. Ils permettent un rendu amélioré des effets de distance et parallaxe sonore mais nécessitent un grand nombre de haut-parleurs, ce qui peut rendre leur intégration difficile. De fait, les systèmes holophoniques sont souvent limités à une « fenêtre » acoustique devant l'auditeur, par exemple accompagnant un rendu visuel sur grand écran. Les techniques ambisoniques nécessitent, sinon une répartition spatiale régulière, une répartition...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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).

  • (6) -   Stereophonic Techniques – An anthology of reprinted articles on stereophonic techniques  -  ....

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