Immersion sonore 3D

Manifestation organisée lors de la Nuit européenne des musées 2017

Le samedi 20 mai 2017, de 18h à 23h30, au Musée des arts et métiers (lien 1 et lien 2) dans la salle Madame de Genlis

Plongez dans le maillage géométrique à cinquante haut-parleurs de cette sphère d'immersion sonore 3D et laissez-vous emporter par des sons spatialisés plus vrais que nature. Venez reécouter des concerts live comme si vous y étiez et découvrir aussi tout ce qui se dit On the record !

Les recherches au Cnam sur la synthèse sonore 3D

La synthèse de champs sonores est un domaine de recherche actif, trouvant de nombreuses applications musicales, multimédias ou encore industrielles. Depuis que la technologie permet d'enregistrer et de reproduire des événements sonores (cf. les collections du musée), les systèmes n'ont cessé de s'améliorer pour donner aux auditeurs de plus en plus de réalisme et de fidélité à ce qu'ils écoutent (stéréophonie, quadriphonie, son multicanal, ...).

À l'aide de réseaux de microphones et de haut-parleurs, la captation, la synthèse et la reconstruction précise de champs sonores sont théoriquement possibles. Seulement, pour des applications pratiques, la disposition des haut-parleurs et l'influence acoustique du lieu de restitution sont des facteurs cruciaux à prendre en compte pour s'assurer de la bonne reconstruction du champ sonore. Plusieurs approches physiques existent, dont les plus connues sont : la Wave Field Synthesis (WFS), mise en oeuvre, par exemple, dans l'Espace de Projection de l'IRCAM, et la Higher Order Ambisonic (HOA).

Le travail, effectué au LMSSC, a fait le choix de cette dernière, la méthode ambisonique d'ordre élevé, de manière à ce que l'enregistrement des champs sonores soit possible à partir d'un capteur compact, et que les étapes de codage et de décodage soient suffisamment simples pour être effectuées en temps réel.

Schéma synthétique de l'ambisonie (HOA)

Une configuration sphérique pour le réseau de microphones et de haut-parleurs a été conçue, qui suit un maillage spécifique à cinquante noeuds et qui permet la captation et la reconstruction du champ sonore jusqu’à un ordre élevé de précision.

Sphère de captation constituée de 50 microphones sur puce silicium (MEMs)
Sphère de 50 haut-parleurs pour la restitution

Si le système permet une reconstruction la plus réaliste possible pour une personne se situant au centre de la sphère de restitution d'un enregistrement effectué avec la sphère de captation, il permet également, par post traitement, d'effectuer un filtrage directionnel dans certaines directions pour privilégier l'écoute d'une source, par exemple certains instruments ou chanteur.

Il est également possible, à partir d'enregistrements séparés d'instruments, de les spatialiser par traitement des signaux, et de les positionner dans l'espace sonore de l'auditeur. On effectue ainsi une synthèse virtuelle de sons monophoniques dans l'espace 3D (les sources virtuelles peuvent être déplacées à l'aide d'un joystick ou selon une trajectoire définie à l'avance).

Si la sphère de restitution est idéalement le dispositif conçu pour la meilleure restitution, il est cependant possible d'adapter le système à une configuration plus «domestique», constituée de haut-parleurs uniquement situés dans un plan contenant la tête de l'auditeur.

Enfin, une autre possibilité est de retravailler les signaux de manière à restituer les mêmes effets d'immersion totale lors d'une écoute au casque, en intégrant les possibles mouvements de la tête de l'auditeur par un capteur de mouvement (head tracking).

Le travail présenté est pour grande partie constitué par la thèse de Pierre Lecomte, effectuée à cheval entre le Cnam et l'université de Sherbrooke au Québec. Le noyau de codage ambisonique d'ordre 5, dénommé Ambitools, sous licence GPL, dont la présentation peut être visualisée ici et pour lequel il a obtenu le prix Faust Awards 2016 (lien).

Des enregistrements dans différents contextes ont été effectués, dont ceux que nous avons eu la chance d'effectuer de l'ensemble Quadrivium Ars & Musica, sous la direction de Anna Daniela Sestito, dans la chapelle du musée du Cnam, remettant ainsi au coeur du Conservatoire l'harmonie des Sciences et des Arts.

La sphère de microphones a été réalisée en collaboration avec Philippe Chenevez de la société Cinéla.

Merci à Anna Daniela Sestito et Yves Winkin pour nous avoir permis les enregistrements dans la chapelle du musée.

Photos de l'évènement

Références

[1] P. Lecomte, P.-A. Gauthier. Real-time 3D Ambisonics using Faust, Processing, Pure Data, and OSC. Proceedings of the 18th International Conference on Digital Audio Effects, DAFx-15, Trondheim, Norway, November 30 - December 3, 2015.
[2] P. Lecomte, P.-A. Gauthier, C. Langrenne, A. Berry, A. Garcia. Filtrage directionnel dans un scène sonore 3D par une utilisation conjointe de Beamforming et d'Ambisonie d'ordre élevé. Actes du 13ème Congrès Français d'Acoustique joint avec le 20ème colloque VIbrations, SHocks and NOise, CFA/VISHNO 2016, Le Mans, Sarthe, France, 11-15 avril 2016.
[3] P. Lecomte, P.-A. Gauthier, C. Langrenne, A. Garcia, A. Berry. On the use of a Lebedev grid for ambisonics. Proceedings of the 139th International Audio Engineering Society Convention, New York City, USA, October 29 - November 1st, 2015. link
[4] P. Lecomte, Ambisonie d'ordre élevé en trois dimensions : Captation, transformations et décodage adaptatif de champs sonores. Thèse de doctorat, Paris, France, 7 décembre 2016.


Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés - LMSSC