Conservatoire National des Arts et Métiers Soutenance en vue d obtenir le diplôme d ingénieur en...

Conservatoire National des Arts et Métiers

Soutenance en vue d ’obtenir le diplôme d ’ingénieur en

acoustique

Etude de la perception de la localisation pour une prise de son acoustique en différence d’intensité en 5.1.

par Laurent Givernaud

Président : Jacques Jouhaneau

Correspondant : Jean-Marc Lyzwa

Présentation

5.1 Perception de la localisation Prise de son acoustique Différence d ’intensité

5.1

Recommandation internationale Compatibilité télévision, cinéma et audio Impose notamment le nombre et l’angle

de reproduction des enceintes. Compatibilité monophonique et

stéréophonique sur deux canaux Inconvénients : enceintes non

équidistantes et peu nombreuses

Etude de la perception de la localisation C ’est une des caractéristiques du

multicanal qui est recherchée en audio. La direction du son perçue par le cerveau

dépend de nombreux facteurs. Repérages monoraux et binauraux

La prise de son en stéréophonie utilise le plus souvent les différences d ’intensités ou de temps pour générer des images fantômes.

Prise de son acoustique

Réalisme sonore Simplicité Demande de la production Une absence de codage ou de

matriçage est un avantage 5 enceintes = 5 microphones

Différence d’intensité

Résultats décevants en différences de temps

Simplicité de mise en œuvre par rapport aux autres repères de la localisation

Nécessite des microphones directifs : format 2/2

Le pan-pot des consoles utilise les I.

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantdro ite

Avantgauche

Arrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantgauche

Avantdro ite

A rrièregauche

Arrièredro ite

Angles physiques

Zonefronta le

Zone la téra ledro ite

Zone arriè re

Zone la téra legauche

Ava

nt+30°

+120°

Avantages du I par rapport au T

Le signal ne doit pas être cohérent entre les canaux

Pas d ’image fantômes multiples Restitution des premières réflexions et de la

réverbération dans le quadrant approprié. Pas de réverbération artificielle.

Zone de reproduction élargie. En s ’écartant du point central on génère des différences de temps.

Compatibilité descendante

La captation en I avec deux canaux

-30

-20

-10

0

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160170

180190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340350

Angle utile de prise de son en biphonie

Angle physique du micro gauche

Angle physique du micro droit

Zone inutile pour la biphonie reproduite essentiellement par l'enceinte droite.Cette zone est utilisée en 5.1 pour le codage arrière

Test de Localisation Quel est la correspondance entre la direction

perçue (image fantôme) du son et la différence d ’intensité à affecter à une paire d ’enceintes ?

Le test est fait pour 38 combinaisons de différence d ’intensité

Le signal sonore utilisé est du chant Ordre séquentiel aléatoire 25 auditeurs au total Les différences d ’intensité sont réalisées à la

console par pan-pot entre paire d ’enceinte

0.2

0.4

0.6

0.8

1

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0

Avant droite Avant gauche Arrière droiteArrière gauche

Avant

Aucune inversion de localisation dans les résultats

Que faire de ces résultats ? Trouver des microphones avec les directivités

correspondantes aux résultats

Ces directivités n’existent pas pour les microphones de prise de son ! Adapter les microphones existants pour

s ’approcher le plus possible des résultats

0.2

0.4

0.6

0.8

1

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0

Avant droite Avant gauche Arrière droiteArrière gauche

Avant

0.2

0.4

0.6

0.8

1

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0

Avant droite Avant gauche Arrière droiteArrière gauche2nd ordre Cardioïde

Avant

10

20

30dB

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0

Avant

10

20

30dB

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0

Avant

10

20

30dB

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0 Avant

10

20

30dB

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0 Avant

10

20

30dB

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0 Avant

10

20

30dB

330

150

300

120

270

90

240

60

210

30

180 0

Avant

Microphone de directivité du 2nd ordre

Les microphones du 1er ordre ont des directivités de la forme A+B cos() et correspondent aux microphones les plus utilisés en prise de son.

Des microphones du 2nd ordre ont été réalisés depuis 1950.

Réponse en fréquence très médiocre. Directivité en cos2()

Principe des microphones du 2nd ordre

cos)cos1()( Mh

Microphones cardioïdes

Gradient de microphones

-1Sum

D

A B

La courbe de réponse d ’un microphone du 2nd ordre

102

103

104

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Fréquence (Hz)

Amplitude (dB)

D=5cm

A=Btheta=0

Pente de 6dB/octaveen basse fréquence

Filtrage en peigne

Zone utile très réduite

Amélioration de la réponse aux basses fréquences

102

103

104

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Fréquence (Hz)

Amplitude (dB)

A=1B=0.5

Passage progressif du 2nd au 1er ordre

Zone de fonctionnement en second ordre

Ajustement en phase

Séparation des 2 bandes Génération du gradient

8cm

1.5cm

Avant

Hau

t

-3dB -3dB

Sum

SumSum

inv

invinv

eqlpf

hpf

Sortie

Atténuation sur la capsule arrière

Augmentation de la bande passante

couple pour la captation BF

couple pour la captation HF

Diagramme polaire du prototype

10

20

30dB

330

150

600

120

270

90

240

60

210

30

180 0

125 Hz250 Hz500 Hz1 kHz2 kHz4 kHz8 kHz16 kHz

Avant

Microphone cardioïde DPA4011

102

103

104

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Fréquence (Hz)

Ang

le (

degr

é)

-3

-6

-9

-12

-15-18

-21

-24

-27-30

-18-21

-15

Directivité du prototype

102

103

104

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Fréquence (Hz)

Ang

le (

degr

é)

-3

-6

-9-12

-15

-18

-21

-24

-21

-15-18

-21

Courbe de réponse du prototype égalisée

Prise de son réalisée

Test de localisation. Conditions de test similaires au test initial:

séquence aléatoire, tests réalisés dans la même salle et avec les mêmes enceintes...

Utilisation de quatre sonorités différentes: Claves, woodblock, maracas et Vega.

Test de deux systèmes: Assemblage de 2 prototypes du 2nd ordre + 2 cardioïdes arrières

Assemblage de 4 capsules cardioïdes

Systèmes d ’enregistrement

Inversions ressenties

10% sur les tests de chant et de maracas Causes possibles nombreuses:

Les directivités ne sont pas idéales

Effet de diffraction entre les capsules

Les capsules ne sont pas totalement coïncidentes

Le test est aléatoire

Moyenne de tous les stimuli

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

Normal

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

Second Ordre

Normal

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

Cardioïde

Second Ordre

Normal

Que dire de ces résultats ?

La prise de son en I respecte la localisation

Le prototype est légèrement plus fidèle quant à la précision de la localisation

Il serait souhaitable de comparer ces résultats avec d ’autres tests de localisation

Conclusion

Cette étude montre certains avantages de la prise de son coïncidente par rapport au T pour le multicanal

Le prototype doit être amélioré Les exigences d ’un enregistrement

sonore de qualité nécessitent des études complémentaires