La présente invention concerne un procédé et un dispositif de repré- sentation d'un champ acoustique à partir de signaux délivrés par des moyens d'acquisition.

Les procédés et systèmes d'acquisition et de représentation d'environnements sonores existants utilisent des modélisations basées sur des moyens d'acquisition physiquement irréalisables, notamment en ce qui concerne les caractéristiques électro-acoustiques et/ou structurelles de ces moyens d'acquisition.

Les moyens d'acquisition sont, par exemple, constitués d'un ensemble d'éléments de mesure ou capteurs élémentaires disposés en des endroits spéci- fiques de l'espace et présentant des caractéristiques électro-acoustiques d'acquisition intrinsèques.

Les systèmes existants sont limités par les caractéristiques structurel- les des moyens d'acquisition, telles que la disposition physique des capteurs élé- mentaires ainsi que par leurs caractéristiques électro-acoustiques, et délivrent des représentations dégradées de l'environnement sonore à acquérir.

Par exemple, les systèmes regroupés sous le terme « Ambisonic » ne considèrent que les directions de provenance des sons par rapport au centre des moyens d'acquisition formés d'une pluralité de capteurs élémentaires, ce qui conduit à assimiler les moyens d'acquisition à un microphone ponctuel.

Cependant, l'impossibilité de positionner l'ensemble des capteurs élé- mentaires en un même point limite les performances de ces systèmes.

En outre ces systèmes représentent l'environnement sonore par une modélisation de sources virtuelles dont la distribution angulaire autour du centre permet théoriquement l'obtention d'un tel environnement sonore.

Cependant, l'absence de disponibilité de capteurs élémentaires de ca- ractéristiques de directivité élevées restreint ces systèmes à un niveau de préci- sion de représentation couramment appelé ordre un sur une base mathématique dite base des harmoniques sphériques.

Dans d'autres systèmes, tels que celui mettant en oeuvre le procédé et le dispositif d'acquisition décrits dans la demande de brevet WO-01-58209, l'acquisition est basée sur la mesure, dans un plan, d'informations représentati- ves de l'environnement sonore à acquérir.

Cependant, ces systèmes utilisent des modélisations basées sur des capteurs élémentaires parfaits disposés nécessairement sur un cercle et aboutis- sent à une amplification importante des bruits de fond des capteurs.

Ces systèmes nécessitent donc des capteurs dont le bruit de fond in- trinsèque est extrêmement faible, et sont donc irréalisables en pratique.

En outre, dans ces systèmes, l'environnement sonore est décrit uni- quement par une modélisation bidimensionnelle, ce qui correspond à une ap- proximation importante et réductrice des caractéristiques sonores réelles.

II apparaît donc que les représentations faites des environnement so- nores par les systèmes existants sont incomplètes et dégradées et qu'aucun sys- tème ne permet d'en obtenir une représentation fidèle.

Le but de l'invention est de résoudre ce problème en fournissant un procédé et un dispositif délivrant une représentation du champ acoustique sensi- blement indépendante des caractéristiques des moyens d'acquisition.

La présente invention a pour objet un procédé de représentation d'un champ acoustique comprenant une étape d'acquisition de signaux de mesure délivrés par des moyens d'acquisition formés d'un ou de plusieurs capteurs élé- mentaires exposés audit champ acoustique, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de détermination de filtres d'encodage représentatifs de caractéristiques au moins structurelles desdits moyens d'acquisition ; et - une étape de traitement desdits signaux de mesure par l'application desdits filtres d'encodage à ces signaux pour déterminer un nombre fini de coefficients représentatifs dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique, lesdits coefficients permettant d'obtenir une représentation dudit champ acoustique sensiblement indépendante des caracté- ristiques desdits moyens d'acquisition.

Suivant d'autres caractéristiques : -lesdites caractéristiques structurelles comportent au moins des ca- ractéristiques de position desdits capteurs élémentaires par rapport à un point de référence prédéterminé desdits moyens d'acquisition ; -lesdits filtres d'encodage sont en outre représentatifs de caractéristi- ques électro-acoustiques desdits moyens d'acquisition ;

- lesdites caractéristiques électro-acoustiques comportent au moins des caractéristiques liées aux capacités électro-acoustiques d'acquisition intrin- sèques desdits capteurs élémentaires ; - lesdits coefficients permettant d'obtenir une représentation du champ acoustique sont des coefficients dits de Fourier-Bessel et/ou des combinaisons linéaires de coefficients de Fourier-Bessel ; -ladite étape de détermination des filtres d'encodage comprend : - une sous-étape de détermination d'une matrice d'échantillonnage représentative des capacités d'acquisition desdits moyens d'acquisition ; une sous-étape de détermination d'une matrice d'intercorrélation représentative de la ressemblance entre lesdits signaux de mesure délivrés par les capteurs élémentaires formant lesdits moyens d'acquisition ; et une sous-étape de détermination d'une matrice d'encodage à par- tir de ladite matrice d'échantillonnage, de ladite matrice d'intercorrélation, et d'un paramètre représentatif d'un compromis souhaité entre la fidélité de représenta- tion du champ acoustique et la minimisation du bruit de fond induit par les moyens d'acquisition, laquelle matrice est représentative desdits filtres d'encodage ; -lesdites sous-étapes de détermination des matrices sont réalisées pour un nombre fini de fréquences de fonctionnement ; -ladite étape de détermination de la matrice d'échantillonnage est ré- alisée, pour chacun desdits capteurs élémentaires formant lesdits moyens d'acquisition, à partir : - de paramètres représentatifs de la position dudit capteur par rapport au centre desdits moyens d'acquisition ; et/ou - d'un nombre fini de coefficients représentatifs des capacités d'acquisition dudit capteur ; - ladite étape de détermination de la matrice d'échantillonnage est ré- alisée en outre à partir au moins d'un des paramètres parmi : - des paramètres représentatifs des réponses en fréquence de tout ou partie des capteurs ;

- des paramètres représentatifs des diagrammes de directivité de tout ou partie des capteurs ; - des paramètres représentatifs des orientations de tout ou partie des capteurs, à savoir de leur direction de sensibilité maximale ; - des paramètres représentatifs des densités spectrales de puis- sance du bruit de fond de tout ou partie des capteurs ; - d'un paramètre spécifiant l'ordre auquel est conduite la repré- sentation ; et -d'un paramètre représentatif d'une liste de coefficients dont on exige que la puissance soit égale à la puissance du coefficient correspondant dans le champ acoustique à représenter ; - il comporte une étape de calibrage permettant de délivrer tout ou par- tie des paramètres utilisés dans ladite étape de détermination des filtres d'encodage ; - ladite étape de calibrage comporte, pour au moins l'un desdits cap- teurs élémentaires formant lesdits moyens d'acquisition : - une sous-étape d'acquisition de signaux représentatifs des ca- pacités d'acquisition dudit au moins un capteur ; et - une sous-étape de détermination de paramètres représentatifs de caractéristiques électro-acoustiques et/ou structurelles dudit au moins un cap- teur ; - ladite étape de calibrage comporte en outre : - une sous-étape d'émission d'un champ acoustique spécifique vers ledit au moins un capteur, ladite sous-étape d'acquisition correspondant à l'acquisition des signaux délivrés par ce capteur lorsque exposé audit champ acoustique spécifique ; et - une sous-étape de modélisation dudit champ'acoustique spéci- fique en un nombre fini de coefficients afin de permettre la réalisation de ladite sous-étape de détermination de paramètres représentatifs de caractéristiques électro-acoustiques et/ou structurelles du capteur ; - ladite étape de calibrage comporte une sous-étape de réception d'un nombre fini de signaux représentatifs des caractéristiques électro-acoustiques et structurelles desdits capteurs formant lesdits moyens d'acquisition, lesquels si- gnaux sont directement utilisés lors de ladite sous-étape de détermination des

caractéristiques électro-acoustiques et/ou structurelles desdits moyens d'acquisition ; et - il comporte une étape de saisie permettant de déterminer tout ou par- tie des paramètres utilisés lors de ladite étape de détermination des filtres d'encodage.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur compre- nant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du pro- cédé, tel que décrit précédemment lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.

L'invention concerne également un support mobile du type comportant au moins un processeur de traitement et un élément de mémoire non volatile, caractérisé en ce que ladite mémoire comprend un programme comportant des instructions de code pour l'exécution des étapes du procédé tel que décrit précé- demment lorsque ledit processeur exécute ledit programme.

L'invention concerne également un dispositif de représentation d'un champ acoustique connectable à des moyens d'acquisition formés d'un ou plu- sieurs capteurs élémentaires délivrant des signaux de mesure lorsqu'ils sont ex- posés audit champ acoustique, caractérisé en ce qu'il comporte un module de traitement des signaux de mesure par l'application de filtres d'encodage repré- sentatifs de caractéristiques au moins structurelles desdits moyens d'acquisition à ces signaux de mesure pour délivrer un signal qui comporte un nombre fini de coefficients représentatifs dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace dudit champ acoustique, lesdits coefficients permettant d'obtenir une représenta- tion dudit champ acoustique sensiblement indépendante des caractéristiques desdits moyens d'acquisition, Selon d'autres caractéristiques du dispositif de l'invention : - lesdits filtres d'encodage sont en outre représentatifs de caractéristi- ques électro-acoustiques desdits moyens d'acquisition ; - il comporte en outre des moyens de détermination desdits filtres d'encodage représentatifs de caractéristiques structurelles et/ou électro- acoustiques desdits moyens d'acquisition ; - lesdits moyens de détermination de filtres d'encodage reçoivent en entrée au moins l'un des paramètres parmi les paramètres suivants :

- des paramètres représentatifs des positions par rapport au cen- tre desdits moyens d'acquisition de tout ou partie des capteurs ; - un nombre fini de coefficients représentatifs des capacités d'acquisition de tout ou partie des capteurs ; - des paramètres représentatifs des réponses en fréquence de tout ou partie des capteurs ; - des paramètres représentatifs des diagrammes de directivité de tout ou partie des capteurs ; - des paramètres représentatifs des orientations de tout ou partie des capteurs, à savoir de leur direction de sensibilité maximale ; - des paramètres représentatifs des densités spectrales de puis- sance du bruit de fond de tout ou partie des capteurs ; - un paramètre représentatif du compromis souhaité entre la fidé- lité de représentation du champ acoustique et la minimisation du bruit de fond induit par les moyens d'acquisition ; - un paramètre spécifiant l'ordre auquel est conduit l'encodage ; et - un paramètre représentatif d'une liste de coefficients dont on exige que la puissance soit égale à la puissance du coefficient correspondant dans le champ acoustique à représenter ; - il est associé à des moyens de détermination de tout ou partie des paramètres reçus par lesdits moyens de détermination des filtres d'encodage, lesdits moyens comportant au moins l'un des éléments suivants : - des moyens de saisie des paramètres ; et/ou - des moyens de calibrage ; - i ! est associé à des moyens de mise en forme desdits signaux de mesure afin de délivrer un signal mis en forme correspondant.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une représentation d'un repère sphérique ; - la Fig. 2 est un schéma représentatif de moyens d'acquisition utilisés ; -la Fig. 3 est un organigramme général du procédé de l'invention :

- la Fig. 4 est un organigramme du détail d'un mode de réalisation de l'étape de calibrage du procédé de l'invention ; - la Fig. 5 est un organigramme du détail d'un mode de réalisation de l'étape de détermination des filtres d'encodage du procédé de l'invention ; -la Fig. 6 est un schéma du détail d'un mode de réalisation de l'étape d'application des filtres d'encodage ; et - la Fig. 7 est un schéma synoptique d'un dispositif adapté pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté un repère sphérique classique, de manière à préciser le système de coordonnées auquel il est fait référence dans le texte.

Ce repère est un repère orthonormal, d'origine O et comportant trois axes (OW), (OY) et (OZ).

Dans ce repère, une position notée x est décrite au moyen de ses coordonnées sphériques (r, OM, où r désigne la distance par rapport à l'origine O, S l'orientation dans le plan vertical et 0 l'orientation dans le plan horizontal.

Dans un tel repère, un champ acoustique est connu si l'on définit en tout point à chaque instant t la pression acoustique notée p (r, 0, Ot), dont la trans- formée de Fourier est notée P (r,#,#,f) où f désigne la fréquence.

Le procédé de l'invention se base sur l'utilisation de fonctions spatio- temporelles permettant de décrire un champ acoustique quelconque dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace.

Dans les modes de réalisation décrits, ces fonctions sont des fonctions dites de Fourier-Bessel sphériques de première espèce, appelées par la suite fonctions de Fourier-Bessel.

Dans une zone vide de sources et vide d'obstacles, les fonctions de Fourier-Bessel correspondent aux solutions de l'équation des ondes et consti- tuent une base qui engendre tous les champs acoustiques produits par des sour- ces situées à l'extérieur de cette zone.

Tout champ acoustique tridimensionnel peut donc s'exprimer par une combinaison linéaire des fonctions de Fourier-Bessel, selon l'expression de la transformée de Fourier-Bessel inverse qui s'exprime :

Dans cette équation, les termes Pu, 0 sont définis comme les coeffi- cients de Fourier-Bessel du champ p(r,#,#,t), k=2#f/, c est la célérité du son dans c l'air (340 ms-1), jl(kr) est la fonction de Bessel sphérique de première espèce d'ordre 1 définie par où Jv (x) est la fonction de Bessel de pre- mière espèce d'ordre v, et ylm(#,#) est l'harmonique sphérique réelle d'ordre l et de terme m, avec m allant de-l à l, définie par : yin, (#,#)=Pl#m#(cos #)trgm(#) avec :

Dans cette équation, les Am (x) sont les fonctions de Legendre asso- ciées définies par : avec PI (x) les polynômes de Legendre, définis par : Les coefficients de Fourier-Bessel s'expriment aussi dans le domaine temporel par les coefficients pl, nt (t) correspondant à la transformée de Fourier temporelle inverse des coefficients Pl,m(f), Dans d'autres modes de réalisation, le champ acoustique est décom- posé sur une base de fonctions, où chacune des fonctions s'exprime par une combinaison linéaire éventuellement infinie de fonctions de Fourier-Bessel.

Sur la figure 2, on a représenté schématiquement des moyens d'acquisition 1 formés de N capteurs élémentaires 21 à 2N.

Ces capteurs élémentaires sont disposés en des points spécifiques de l'espace autour d'un point 4 prédéterminé désigné comme le centre des moyens d'acquisition 1.

Ainsi, la position de chaque capteur élémentaire peut s'exprimer dans l'espace dans un repère sphérique tel que celui décrit en référence à la figure 1, centré sur le centre 4 des moyens d'acquisition 1.

Lorsqu'il est exposé à un champ acoustique P, chaque capteur 2n des moyens d'acquisition 1 délivré un signal de mesure c, qui correspond à la mesure faite par ce capteur dans le champ acoustique P.

Ainsi, les moyens d'acquisition 1 délivrent une pluralité de signaux cl à CN qui sont les signaux de mesure du champ acoustique P par les moyens d'acquisition 1.

Ces signaux de mesure cl à CN délivrés par les moyens d'acquisition 1 sont donc directement liés aux capacités d'acquisition des capteurs élémentaires 21 à 2N.

Sur la figure 3, on a représenté un organigramme général du procédé de l'invention.

Le procédé débute par une étape 10 de saisie de paramètres et une étape 20 de calibrage des moyens d'acquisition, qui permettent de définir un en- semble de paramètres représentatifs des caractéristiques structurelles et/ou électro-acoustiques des moyens d'acquisition 1.

Certains paramètres et notamment des paramètres représentatifs de caractéristiques électro-acoustiques sont dépendants de la fréquence.

L'étape 10 de saisie et l'étape 20 de calibrage, laquelle est décrite plus en détail en référence à la figure 4, peuvent être réalisées simultanément ou dans un ordre quelconque.

De même, le procédé de l'invention peut ne comporter que l'étape 10 de saisie.

Les étapes 10 de saisie et 20 de calibrage permettent de déterminer, pour un ou plusieurs capteurs, tout ou partie des paramètres suivants : - des paramètres x"représentatifs de la position du capteur 2n par rapport au centre 4 des moyens d'acquisition 1, qui s'écrivent en coordonnées sphériques (rn, 0,,, 0,,) ; - des paramètres d, t (f) représentatifs du diagramme de directivité du capteur 2n qui peut prendre toutes les valeurs entre 0 et 1 et permet de décrire la directivité du capteur 2n par une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et de diagrammes bidirectionnels :

si don (fi = 0, le capteur est omnidirectionnel si dn(f) = 1/2, le capteur est cardioïde si dn (f) =1, le capteur est bidirectionnel ; - des paramètres o ;, (/) représentatifs de l'orientation du capteur 2n c'est-à-dire de sa direction de sensibilité maximale qui est donnée par le couple d'angles - des paramètres Hn(f) représentatifs de la réponse en fréquence du capteur 2n correspondant, pour chaque fréquence f, à la sensibilité du capteur 2n dans la direction αn(f) ; - des paramètres o2, W représentatifs de la densité spectrale de puis- sance du bruit de fond du capteur 2n; - des paramètres représentatifs des capacités d'acquisition du capteur 2n, c'est-à-dire de la façon dont le capteur 2n prélève des informations sur le champ acoustique P. Ainsi chaque Bn,l,m(f) est représentatif des capacités d'acquisition d'un capteur et notamment de sa position dans l'espace et l'ensemble deys est représentatif de l'échantillonnage du champ acousti- que P réalisé par les moyens d'acquisition 1 ; -un paramètre, uQ5 spécifiant un compromis entre la fidélité de repré- sentation du champ acoustique P et la minimisation du bruit de fond apporté par les capteurs 21 à 2N et pouvant prendre toutes les valeurs entre 0 et 1 : - si µ(f) = 0, le bruit de fond est minimal ; - siuffl = 1, la qualité spatiale est maximale - un paramètre LM spécifiant l'ordre auquel est conduite la représenta- tion ; et -un paramètre {(lk,mk)}(f) représentatif d'une liste de coefficients dont on exige que la puissance soit égale à la puissance du coefficient correspondant dans le champ acoustique à représenter.

Dans des modes de réalisation simplifiés, tout ou partie des paramè- tres décrits est considéré comme indépendant de la fréquence.

Les paramètres u(f), L(f) et {(lk,mk)}(f) sont représentatifs des straté- gies d'optimisation permettant de maîtriser l'extraction d'informations spatio- temporelles du champ acoustique P à partir des signaux de mesure cl à CN et sont saisis lors de l'étape 10 de saisie. Les autres paramètres peuvent être saisis lors de l'étape 10 de saisie ou déterminés lors de l'étape 20 de calibrage.

Dans des modes de réalisation simplifiés, le procédé de l'invention est réalisé uniquement avec les paramètres, cz (0, L (fl et l'ensemble des paramètres x., ou l'ensemble des paramètres BnXIm (fl ou une combinaison de paramètres x, et de manière à disposer d'au moins un paramètre par capteur élémen- taire 2n.

Bien entendu, tout ou partie des paramètres utilisés peut être délivré par des mémoires ou des dispositifs dédiés, ces techniques étant assimilables à l'étape 10 de saisie directe par un opérateur telle que décrite.

A l'issue des étapes 10 de saisie et/ou 20 de calibrage, le procédé comporte une étape 30 de détermination de filtres d'encodage représentatifs des caractéristiques au moins structurelles et avantageusement électro-acoustiques des moyens d'acquisition 1.

Cette étape 30, décrite plus en détail en référence à la figure 5, permet de prendre en compte tous les paramètres déterminés lors des étapes 10 de sai- sie et/ou 20 de calibrage.

Ces filtres d'encodage sont donc représentatifs au moins des caracté- ristiques de position des capteurs élémentaires 2n par rapport au point de réfé- rence 4 des moyens d'acquisition 1.

Avantageusement, ces filtres sont également représentatifs d'autres caractéristiques structurelles des moyens d'acquisition 1, telles que l'orientation des capteurs élémentaires 21 à 2N ou leurs influences mutuelles, ainsi que leurs capacités électro-acoustiques d'acquisition et notamment leur bruit de fond, leur diagramme de directivité, leur réponse en fréquence,...

Les filtres d'encodage obtenus à l'issue de l'étape 30 peuvent être mémorisés, de sorte que les étapes 10,20 et 30 ne sont répétées qu'en cas de modification des moyens d'acquisition 1 ou des stratégies d'optimisation.

Ces filtres d'encodage sont appliqués lors d'une étape 40 de traite- ment des signaux cl à CN issus des capteurs élémentaires 21 à 2N Ce traitement correspond à un filtrage des signaux et à des combinai- sons des signaux filtrés.

A l'issue de cette étape 40 de traitement des signaux de mesure par l'application des filtres d'encodage à ces signaux, un nombre fini de coefficients représentatifs dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace du champ acoustique P est délivré.

Ces coefficients sont des coefficients dits de Fourier-Bessel, notés Plntf) et correspondent à une représentation du champ acoustique P sensible- ment indépendante des caractéristiques des moyens d'acquisition 1.

II apparaît donc que grâce au procédé de l'invention, on obtient une représentation fidèle du champ acoustique dont on transcrit des caractéristiques temporelles et spatiales quels que soient les moyens d'acquisition utilisés.

Sur la figure 4, on a représenté un organigramme d'un mode de réali- sation de l'étape 20 de calibrage.

Dans ce mode de réalisation, l'étape 20 de calibrage permet de dé- terminer directement les coefficients représentatifs des capacités d'acquisition des moyens d'acquisition 1.

Cette étape 20 commence par une sous-étape 22 d'émission d'un champ acoustique spécifique vers les moyens d'acquisition 1 et par une sous- étape 24 d'acquisition de signaux de mesure par les moyens d'acquisition 1 ex- posés au champ acoustique émis.

Ces sous-étapes 22 et 24 sont répétées pour une pluralité Q de champs spécifiques différents et requièrent des moyens de génération de champs acoustiques spécifiques et des moyens de déplacement et/ou de rotation des moyens d'acquisition 1.

Par exemple, l'étape 20 de calibrage est mise en oeuvre à l'aide de moyens de génération d'un champ acoustique qui ne comportent qu'un haut- parleur fixe, supposé ponctuel et de réponse en fréquence plate, le haut-parleur et les moyens d'acquisition 1 étant placés dans un environnement anéchoïque.

A chaque sous-étape 22 de génération, le haut-parleur émet le même champ acoustique et les moyens d'acquisition 1 sont placés à la même position mais ils sont orientés selon des directions différentes et connues.

Bien entendu, il est également possible de déplacer le haut-parleur.

Ainsi, dans le repère des moyens d'acquisition 1, le haut-parleur est dans une position (, 6', ) différente pour chaque champ q généré.

Les moyens d'acquisition 1 sont ainsi exposés à un champ acoustique q dont les coefficients de Fourier-Bessel Pal,",, q (/), dans le repère des moyens d'acquisition 1, sont connus jusqu'à un ordre donné, noté L3.

Dans le mode de réalisation décrit, les signaux de mesure délivrés à la suite de la sous-étape 24 d'acquisition sont un nombre fini de coefficients repré-

sentatifs du champ acoustique q généré, ainsi que des capacités d'acquisition des moyens d'acquisition 1.

Les paramètres L3 et Q sont choisis pour respecter la condition : Q # (L3+1)2 Avantageusement, par la suite, lé procédé comporte une sous-étape 26 de modélisation permettant de déterminer une représentation des Q champs acoustiques émis lors de la sous-étape 22.

Ainsi, au cours de la sous-étape 26, une matrice P de modélisation re- présentative de l'ensemble des Q champs connus auxquels sont successivement exposés les moyens d'acquisition 1 est déterminée. Cette matrice P est une ma- trice de taille (L3+1) 2 sur Q constituée des éléments Pl,m,q(f), les indices (l, m) dési- gnant la ligne 12+lem et l'indice q désignant la colonne q. La matrice P a donc la forme suivante :

Dans le mode de réalisation décrit, le champ acoustique produit par le haut-parleur est modélisé par un rayonnement sphérique, ainsi, dans le repère des moyens d'acquisition 1, les coefficients PZ g (19 de chaque champ acoustique q ainsi généré sont connus, grâce à la relation : Les coefficients obtenus lors de la sous-étape 26 sont ensuite utilisés lors d'une sous-étape 28 afin de déterminer des paramètres représentatifs de caractéristiques structurelles et/ou acoustiques des moyens d'acquisition 1.

Dans le mode de réalisation décrit, cette sous-étape 28 utilise égale- ment la matrice P de modélisation déterminée lors de la sous-étape 26.

Cette sous-étape 28 débute par la détermination d'une matrice C re- présentative de l'ensemble des signaux cn, q (t) recueillis en sortie des N capteurs en réponse aux Q champs connus. Cette matrice C est une matrice de taille N sur Q constituée des éléments C, t, q ), l'indice n désignant la ligne't et l'indice q dési- gnant la colonne q. Les éléments Cn,q(f) se déduisent des signaux cn, q (t) par trans- formée de Fourier. La matrice C a donc la forme suivante :

La matrice C est représentative des capacités d'acquisition des moyens d'acquisition 1 et des Q champs acoustiques émis.

Dans le mode de réalisation décrit, au cours de la sous-étape 28, les coefficients ,/, M (/) sont déterminés à partir des matrices C et P en utilisant des méthodes classiques d'inversion matricielle généralisée, appliquées à la relation qui lie C à P. Par exemple, les coefficients Bn,l,m(f) sont placés dans une matrice B déterminée par la relation suivante : <BR> <BR> B CP (PP)<BR> B est une matrice de taille N sur (L3+1) 2 constituée des coefficients l'indice n désignant la ligne n et les indices (l, m) désignant la colonne l2+l+m. La matrice B a donc la forme suivante :

Ces sous-étapes 26 et 28 sont réalisées pour chaque fréquence de fonctionnement et les coefficients ainsi déterminés constituent directement les paramètres représentatifs des capacités d'acquisition des moyens d'acquisition 1.

Les sous-étapes 26 et 28 de l'étape 20 de calibrage peuvent être ré- alisées de différentes manières, en fonction des paramètres devant être détermi- nés.

Par exemple, dans le cas où l'étape 20 de calibrage permet de déter- miner la position x, de chaque capteur 2n, les sous-étapes 26 et 28 exploitent les temps de propagation des ondes émises par les haut-parleurs pour atteindre

les capteurs 2n. La position de chaque capteur 2n est déterminée à l'aide d'au moins trois mesures de temps de propagation selon des méthodes de triangula- tion.

Dans un autre cas, les sous-étape 26 et 28 permettent de déterminer, à partir des signaux c", q (t), les réponses impuisionnelles de chaque capteur 2n lorsque le haut-parleur émet une impulsion donnée.

Par exemple, on utilise dans ce cas les techniques usuelles de déter- mination de réponses impulsionnelles, telles que MLS (en anglais : Maximum Lenght Sequence).

Avantageusement, l'étape 20 de calibrage permet la détermination de caractéristiques électro-acoustiques des capteurs. Elle débute alors par la déter- mination du diagramme de directivité de chaque capteur 2n pour chaque fré- quence f considérée, par exemple, en déterminant la réponse en fréquence de chaque capteur 2n pour plusieurs directions.

Dans un second temps, tout ou partie des paramètres suivants est dé- terminé : -des paramètres αn(f) représentatifs de l'orientation de chaque cap- teur 2n, c'est-à-dire de sa direction de sensibilité maximale donnée par les angles pour lesquels le diagramme de directivité admet un maximum à la fré- quence courantef ; - des paramètres H, W représentatifs de la réponse en fréquence de chaque capteur 2n dans la direction de sensibilité maximale qui correspond donc à la valeur du diagramme de directivité pour la direction ; et - des paramètres dite) représentatifs du diagramme de directivité de chaque capteur qui permet de décrire la directivité de chaque capteur par un modèle constitué d'une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et de dia- grammes bidirectionnels orientés selon la direction an (f), à l'aide du modèle de directivité suivant : 1-dol (f) + dn(f) cos( αn(f).(#,#) ) où αn(f).(#,#) désigne le produit scalaire entre les directions αn(f) et (#,#).

Ce paramètre dn(f) peut être déterminé à l'aide des méthodes usuelles d'estimation de paramètres, par exemple en appliquant une méthode aux moin-

dres carrés fournissant la valeur de d,, (t) qui minimise l'erreur entre le diagramme de directivité réel et le diagramme de directivité modélisé.

Avantageusement, l'étape 20 de calibrage permet également de dé- terminer le paramètre correspondant à la densité spectrale de puissance du bruit de fond des capteurs. Ainsi, au cours de cette étape 20, on recueille le si- gnal délivré par le capteur 2n en l'absence de champ acoustique. Le paramètre est déterminé au moyen de méthodes d'estimation de densité spectrale de puissance, par exemple la méthode dite du périodogramme.

En fonction des modes de réalisation, tout ou partie des sous-étapes 22 à 28 est répété, par exemple pour permettre la détermination de plusieurs ty- pes de paramètres, certaines sous-étapes pouvant être communes à la détermi- nation de différents types de paramètres.

L'étape 20 de calibrage peut également être réalisée par d'autres moyens que ceux décrits tels que des mesures directes, par exemple à l'aide de moyens de mesure optiques de la position de chaque capteur élémentaire 2n par rapport au centre 4 des moyens d'acquisition 1.

En outre, l'étape 20 de calibrage peut mettre en oeuvre une simulation, par exemple à l'aide d'un ordinateur, de signaux représentatifs des capacités d'acquisition des capteurs 2n élémentaires.

Il apparaît donc que cette étape 20 de calibrage permet de déterminer tout ou partie des paramètres représentatifs des caractéristiques structurelles et/ou électro-acoustiques des moyens d'acquisition 1, qui sont utilisés lors de l'étape 30 de détermination des filtres d'encodage.

Sur la figure 5, on a représenté un organigramme d'un mode de réali- sation de l'étape 30 de détermination des filtres d'encodage.

L'étape 30 comporte une sous-étape 32 de détermination d'une ma- trice B représentative des capacités d'acquisition des moyens d'acquisition 1 ou matrice d'échantillonnage.

Dans le mode de réalisation décrit, la matrice B est déterminée à partir des paramètres x, Hn(f), dn(f), αn(f) et Bn,l,m(f) et est une matrice de taille N sur (L0+1) 2 constituée d'éléments l'indice n désignant la ligne n et les indices (l, m) désignant la colonne P+I+m. La matrice B a donc la forme suivante :

Certains éléments de la matrice B peuvent être directement détermi- nés lors des étapes 10 ou 20. La matrice B est ensuite complétée avec des été- ments déterminés à partir d'une modélisation des capteurs.

Dans ce mode de réalisation, chaque capteur n est modélisé par un capteur ponctuel placé à la position xn, présentant une directivité composée d'une combinaison de diagrammes omnidirectionnels et bidirectionnels de pro- portion dnCD, orienté dans la direction acn (f) et possédant une réponse en fré- quence H,, ; 0.

Les éléments Bn,l,m(f) complémentaires sont alors déterminés selon la relation : il x t (,-d,, W) j, (kr.) y,- (O, , 0.)-j d,, W x (JS'/(k7 ; l) 92 z) ur) R) (cOsS gnX 5) 8o + Yl m (onSX8) usb)} \ n ATSlllO)) OÙ : oU. ; * . -/-l ()- (+l) 7'M () 2l+1 où (l-m) (l+n2+1) (l+na) (l-m+1) R ; (cosrr) = prrt+r (cosn)-2 P, nr-' (cos9n) pour 1 <_ nz <_ l- ~l (OS9n) pOUIo m = I - J' (cos) pour =/ et où : <BR> <BR> <BR> ur=sin#nsin#nα(f)cos(#n-#nα(f))+cos#ncos#nα(f)<BR> <BR> <BR> ur=cos#nsin#nα(f)cos(#n-#nα(f))+sin#ncos#nα(f)<BR> <BR> <BR> u#=sin#nα(f)sin(#nα(f)-#n) Dans le cas où les capteurs sont orientés radialement, la relation ad- met une expression plus simple :

L'étape 30 comporte ensuite une sous-étape 34 de détermination d'une matrice A d'intercorrélation représentative de la ressemblance entre les signaux ci à CN délivrés par les capteurs 21 à 2N due au fait que ces capteurs 21 à 2N réalisent des mesures sur un même champ acoustique P. La matrice A est déterminée à partir de la matrice B d'échantillonnage. A est une matrice de taille N sur N obtenue au moyen de la relation : A =BBT Avantageusement, la matrice A est déterminée plus précisément en utilisant une matrice B complétée jusqu'à un ordre L2 selon la méthode de l'étape précédente.

La matrice A pouvant s'exprimer en fonction uniquement de la matrice B, la sous-étape 34 de détermination de la matrice A d'intercorrélation peut être considérée comme une étape intermédiaire de calcul et peut à ce titre, être inté- grée dans une autre sous-étape de l'étape 30.

L'étape 30 comprend ensuite une sous-étape 36 de détermination d'une matrice E(f) d'encodage représentative des filtres d'encodage pour une fréquence donnée. La matrice E(f) est déterminée à partir des matrices A et B et des paramètres L(f), µ(f), {(lk,mk)}(f) et 0, (0. La matrice Eft) est une matrice de taille (L (f)+1)2 sur N constituée d'éléments Elmn (, les indices (I, m) désignant la ligne l2+l+m et l'indice n désignant la colonne n. La matrice (/) a donc la forme suivante : La matrice EM est déterminée ligne par ligne. Pour chaque fréquence de fonctionnement f, chaque ligne El,m d'indice (l, in) de la matrice E (D prend la forme suivante : [El,m,1(f)El,m,2(f)######El,m,N(f)] Les éléments El, m (t) de la ligne Elm s'obtiennent par les expressions suivantes :

- si m) appartient à la liste {(lk,mk)}(f) alors : El,m=µ(f)Bl,mT((µ(f)-#)A+(1-µ(f))#N)-1 où A vérifie la relation : et (f))2Bl,mT((µ(f)-#)A+(1-µ(f))#N)-1A((µ(f)-#)A+(1-µ(f))#N )-1Bl,m=1 et où fa valeur de A est déterminée au moyen de méthodes analyti- ques ou numériques de recherche de racines d'équations, en utilisant éventuel- lement des méthodes de diagonalisation de matrices ; et - si (l, m) n'appartient pas à la liste { (lk,mk)}(f), alors : El,m=µ(f)Bl,mT(µ(f)A+(1-µ(f))#N)-1 Dans ces expressions, Bl,m est la colonne (l,m) de la matrice B et #N est une matrice diagonale de taille N sur N représentative du bruit de fond des cap- teurs où l'élément n de la diagonale est #n2(f).

Les sous-étapes 32,34 et 36 de détermination des matrices A, B et E(f) sont répétées pour chaque fréquence f de fonctionnement.

Bien entendu, dans des modes de réalisation simplifiés, les paramè- tres sont indépendants de la fréquence et les sous-étapes 32,34 et 36 sont ef- fectuées une seule fois. La sous-étape 36 permet alors directement la détermina- tion d'une matrice E indépendante de la fréquence.

Lors d'une sous-étape 38 suivante, des paramètres FD représentatifs <BR> <BR> <BR> <BR> des filtres d'encodage sont déterminés à partir de la matrice E (f). Chaque élé- ment El,m,n(f) de la matrice E représente la réponse en fréquence d'un filtre d'encodage. Chaque filtre d'encodage peut être décrit par les paramètres FD sous différentes formes.

Par exemple, les paramètres FD représentatifs des filtres El,m,n(f) sont : - des réponses en fréquence, les paramètres FD sont alors directe- ment les calculés pour certaines fréquences/ ; - des réponses impulsionnelles finies eln,,, (t) calculées par transformée de Fourier inverse de chaque réponse impulsionnelle el,,, (t) est échantil- lonnée puis tronquée à une longueur propre à chaque réponse ; et - des coefficients de filtres récursifs à réponses impuisionnelles infinies calculées à partir des El,,,, (I) avec des méthodes d'adaptation.

Ainsi, l'étape 30 de détermination des filtres d'encodage délivre des paramètres FD décrivant des filtres d'encodage représentatifs des capacités au moins structurelles et/ou électro-acoustiques des moyens d'acquisition 1.

Notamment, ces filtres sont représentatifs des caractéristiques suivan- tes : - position des capteurs 21 à 2N ; -caractéristiques électro-acoustiques intrinsèques des capteurs 21 à 2N, notamment densité spectrale de puissance du bruit de fond et capacités d'acquisition du champ acoustique ; et - stratégies d'optimisation, notamment le compromis entre la fidélité spatiale d'acquisition du champ acoustique et la minimisation du bruit de fond apporté par les capteurs.

Sur la figure 6, on a représenté le détail d'un mode de réalisation de l'étape 40 de traitement des signaux de mesure délivrés par les moyens d'acquisition 1 par l'application des filtres d'encodage à ces signaux et par som- mation des signaux filtrés.

Lors de l'étape 40, les coefficients représentatifs du champ acoustique P sont déduits à partir des signaux ci à con issus des capteurs élé- mentaires 21 à 2N, par l'application des filtres d'encodage de réponse en fré- quence El,m,n(f) de la façon suivante : où Pu », (0 est la transformée de Fourier de p,, m (t) et C,, W est la trans- formée de Fourier de cn (t).

Dans l'exemple, on a décrit le cas d'un filtrage par réponse impulsion- nelle finie. Ce filtrage requiert la détermination initialement d'un paramètre Tn,l,m, correspondant au nombre d'échantillons propre à chaque réponse ce qui conduit à l'expression de convolution suivante : Ces coefficients plu sont un nombre fini de coefficients représentatifs dans le temps et dans les trois dimensions de l'espace du champ acoustique et constituent une représentation fidèle de ce champ acoustique.

Selon la nature des paramètres FD, d'autres filtrages par ElSmsn (J) peu- vent être réalisés selon des méthodes de filtrage différentes, telles que par exem- ple : - si les paramètres FD fournissent directement les réponses en fré- quence le filtrage est effectué au moyen de méthodes de filtrage dans le domaine fréquentiel comme par exemple, des techniques de convolution par blocs ; -si les paramètres FD fournissent la réponse impulsionnelle finie le filtrage est effectué dans le domaine temporel par convolution ; et - si les paramètres FD fournissent es coefficients d'un filtre récursif à réponse impulsionnelle infinie, le filtrage est effectué dans le domaine temporel au moyen de la relation de récurrence.

II apparaît donc que l'invention permet de représenter fidèlement un champ acoustique par une représentation sensiblement indépendante des carac- téristiques des moyens d'acquisition sous la forme de coefficients de Fourier- Bessel.

Par ailleurs, ainsi que cela a été dit précédemment, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans des modes de réalisation simplifiés.

Par exemple, si tous les capteurs 21 à 2N sont sensiblement omnidirec- tionnels et sensiblement identiques en sensibilité et en niveau de bruit de fond, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide uniquement de la connais- sance des paramètres Xn représentatifs de la position des capteurs 2n par rap- port au centre 4 des moyens d'acquisition 1 et des paramètres et L relatifs à la stratégie d'optimisation.

En outre, dans ce mode de réalisation simplifié, on considère que les paramètres sont indépendants de la fréquence.

Ainsi, à l'aide de ces paramètres, les matrices A et B sont calculées simultanément ou séquentiellement dans un ordre quelconque lors des sous- étapes 32 et 34.

Les éléments de la matrice B sont alors organisés de la ma- nière suivante :

avec : Bn,l,m(f)=4#jljl(krn)ylm(#n,#n) De même, les éléments An1,n2(f) de la matrice A sont alors organisés de la manière suivante : Dans ce mode de réalisation, la matrice A est obtenue à partir de la matrice B au moyen de la relation : A = B BT Avantageusement, les éléments A n (/) de la matrice A sont détermi- n1,n2 nés avec une meilleure précision par la relation : où L2 est l'ordre auquel est conduite la détermination de la matrice A et est un entier supérieur à L. Plus L2 sera choisi grand, plus le calcul des An1,n2(f) sera précis mais long.

Lors de la sous-étape 36, la matrice d'encodage E représentative des filtres d'encodage est déterminée à partir des matrices A et B et du paramètre a selon l'expression : E = µBT(µA+(1-µ)IN)-1 Les éléments El,m,n(f) de la matrice E sont organisés de la manière sui- vante :

Les sous-étapes 32,34 et 36 de détermination des matrices A et B puis E sont répétées pour l'ensemble des fréquencesf de fonctionnement.

Chaque élément El,m,n(f) correspond à un filtre d'encodage qui intègre la répartition spatiale des capteurs 2n ainsi que la stratégie d'optimisation.

Lors de la phase 40, les signaux cl à CN issus des capteurs 21 à 2N sont filtrés à l'aide des filtres d'encodage décrits par les paramètres FD. Chaque coefficient délivré est déduit à partir des signaux ci à CN par l'application des filtres de la façon suivante : où Pl, m est la transformée de Fourier de et C,, (I) est la transfor- mée de Fourier de c,, (t).

Dans ce mode de réalisation, les coefficients sont déterminés au moyen de méthodes de filtrage dans le domaine fréquentiel, comme par exemple des techniques de convolution par bloc.

La représentation du champ acoustique prend donc en compte la posi- tion des capteurs et les paramètres d'optimisation choisis et constitue une esti- mation fidèle du champ acoustique.

Sur la figure 7, on a représenté un schéma synoptique d'un dispositif adapté pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Sur cette figure, un dispositif 50 de représentation du champ acousti- que P est relié aux moyens d'acquisition 1 tels que décrits en référence à la fi- gure 2.

Le dispositif 50 ou dispositif d'encodage est également relié en entrée à des moyens 60 de détermination des paramètres représentatifs des caractéris- tiques structurelles et/ou électro-acoustiques des moyens d'acquisition 1.

Ces moyens 60 comportent notamment des moyens 62 de saisie de paramètres et des moyens 64 de calibrage qui sont adaptés pour mettre en oeu- vre respectivement les étapes 10 et 20 du procédé de l'invention tel que décrit précédemment.

Le dispositif d'encodage 50 reçoit, des moyens 60 de détermination des paramètres, une pluralité de paramètres représentatifs des caractéristiques des moyens d'acquisition 1 répartis entre un signal CL de définition des caracté- ristiques structurelles et un signal CP de paramétrage des caractéristiques struc- turelles et/ou électro-acoustiques.

Le dispositif reçoit également des paramètres relatifs aux stratégies de représentation dans un signal OS d'optimisation de la représentation.

Dans ces signaux, les paramètres se répartissent de la manière sui- vante : -dans le signal CL de définition : - des paramètres xn représentatifs de la position du capteur 2n ; -dans le signal CP de paramétrage : - des paramètres Hn(f) représentatifs de la réponse en fréquence du capteur 2n ; - des paramètres dn(f) représentatifs du diagramme de directivité du capteur 2n ; -des paramètres αn(f) représentatifs de l'orientation du capteur 2n; -des paramètres Gn (A représentatifs de la densité spectrale de puissance du bruit de fond du capteur 2n ; et - des paramètres Bn,l,m(f) représentatifs des capacités d'acquisition du capteur 2n ; et - dans le signal OS d'optimisation - un paramètre// (/) spécifiant le compromis entre la fidélité de re- présentation du champ acoustique et la minimisation du bruit de fond apporté par les capteurs ; -un paramètre L (f) spécifiant l'ordre auquel est conduite la repré- sentation ; et -un paramètre {(lk,mk)}(f) représentatif de la liste des coefficients dont on exige que la puissance soit égale à la puissance du coefficient corres- pondant dans le champ acoustique à représenter P.

Avantageusement, ce dispositif 50 comporte des moyens 51 de mise en forme des signaux d'entrée adaptés pour délivrer à partir des signaux cl à CN, un signal SI mis en forme correspondant.

Par exemple, les moyens 51 comportent des convertisseurs analog- que-numérique, des amplificateurs ou encore des systèmes de filtrage.

Le dispositif 50 comporte en outre des moyens 52 de détermination des filtres d'encodage qui comportent un module 55 de calcul de la matrice B d'échantillonnage, un module 56 de calcul de la matrice A d'intercorrélation, les- quels sont tous deux reliés à un module 57 de calcul de la matrice E d'encodage.

Cette matrice EM d'encodage est utilisée par un module 58 de déter- mination de filtres d'encodage qui délivre un signal SFDqui contient les paramè- tres FD représentatifs des filtres d'encodage.

Ce signal SFD est utilisé par un module 59 de traitement qui applique les filtres d'encodage au signal SI afin de délivrer un signal SIFB qui comporte les coefficients de Fourier-Bessel représentatifs du champ acoustique P.

Eventuellement, le dispositif 50 comporte une mémoire non volatile dans laquelle sont mémorisés les paramètres qui constituent le signal SFD qui ont été déterminés préalablement.

Par exemple, les moyens d'acquisition 1 sont testés et calibrés par leur constructeur afin de fournir directement une mémoire comportant l'ensemble des paramètres du signal SFD qu'il convient d'intégrer dans un dispositif d'encodage afin de réaliser l'acquisition du champ acoustique P et de délivrer une représentation fidèle de ce dernier.

De même, en variante, cette mémoire ne comporte que les matrices B et éventuellement A et le dispositif 50 comporte des moyens de saisie des para- mètres constituant le signal OS d'optimisation afin de mettre en oeuvre la déter- mination de la matrice Effl d'encodage et la détermination des paramètres FD représentatifs des filtres d'encodage.

Bien entendu, d'autres répartitions entre les différents modules décrits peuvent être envisagées en fonction des besoins.