Ambisonie et HOA
Comprendre l'Ambisonique
Algorithme de Spatialisation Ambisonique
L'ambisonique est réalisée en deux étapes : encodage et décodage. Le processus d'encodage correspond au panning des sources virtuelles qui sont rendues sous forme de Flux Ambisonique. Ce flux doit ensuite passer par un décodeur Ambisonique, et fournir l'audio pour les haut-parleurs de la disposition donnée.
Ce processus confère à l'ambisonique une très haute flexibilité et portabilité, car un flux encodé peut être décodé vers une large variété de dispositions de haut-parleurs.
Avec HOLOPHONIX, ce processus d'encodage/décodage est intégré de manière transparente. Vous pouvez utiliser l'ambisonique pour spatialiser des sources virtuelles, mais aussi pour décoder des flux créés extérieurement en B-Format ou HOA, ou des flux provenant directement d'un microphone en A-Format ou HOA.
Le flux ambisonique est composé de plusieurs canaux audio, dérivés de la décomposition du champ acoustique en une base appropriée. Individuellement, ces canaux ne présentent aucun intérêt. Seule leur combinaison est pertinente, et elle est utilisée pour calculer les signaux d'alimentation des haut-parleurs.
Cette section explore comment un flux ambisonique est encodé et décodé.
Ambisonique du Premier Ordre
Le principe sur lequel reposent l'encodage et le décodage ambisoniques est très similaire aux enregistrements M/S, qui pourraient être considérés comme de l'ambisonique unidimensionnelle.
La paire MS permet d'enregistrer des scènes stéréophoniques, mais ne repose pas sur une paire de microphones classique. Au lieu de cela, elle utilise à la fois un microphone cardioïde pour enregistrer le milieu (M) de la scène, et un microphone bidirectionnel (figure de huit) pour enregistrer les côtés gauche et droit (S).
Les enregistrements produits par cette technique ne sont pas supposés être joués sur des haut-parleurs tels quels. Les signaux doivent être décodés d'abord, pour être joués sur un système stéréo.
Le processus de décodage consiste donc à matricer les composants de "directivité", pour une disposition de haut-parleurs donnée (dans le cas de MS, pour une configuration stéréo) :
- le signal du canal gauche est obtenu en additionnant les canaux (M) et (S) : le lobe en opposition de phase de (S) va annuler la partie droite du signal (M),
- le canal droit est obtenu en additionnant les canaux (M) et (S), avec S ayant sa phase inversée. Le lobe en opposition de phase sera maintenant le lobe gauche ; il va annuler la partie gauche du signal du milieu.
L'ambisonique fonctionne sur le même principe. Pour le cas 2D, au lieu d'un canal cardioïde du milieu (M), elle utilise un composant omnidirectionnel appelé W. L'équivalent du canal des côtés (S) est appelé X. Elle comporte également un canal Y, bidirectionnel aussi, qui couvre les parties avant et arrière.
Ce flux 2D peut ensuite être décodé vers une disposition de haut-parleurs contenant au moins trois haut-parleurs autour de l'auditeur.
Avec l'ambisonique 3D, le flux comportera simplement un nouveau composant : le canal Z, sur l'axe vertical. Il peut ensuite être décodé vers au moins quatre haut-parleurs autour de l'auditeur, avec de l'élévation.
Ambisonique d'Ordre Supérieur
Décomposer l'espace en multiples captures directionnelles peut être étendu avec plus de composants, présentant des motifs de directivité plus précis. C'est ce qu'on appelle l'Ambisonique d'Ordre Supérieur.
Les composants ambisoniques sont appelés "harmoniques sphériques", par analogie avec la décomposition en séries de Fourier du son. De même que tout signal peut être considéré comme une somme de fonctions sinusoïdales, de différentes fréquences et amplitudes (ses harmoniques), l'espace peut être divisé en fonctions spatiales qui, une fois sommées, permettent de décrire tout l'espace.
Cette quantité supérieure de composants ambisoniques, ainsi que leur directivité accrue, vous permet d'obtenir un rendu plus précis du champ sonore avec un système de haut-parleurs.
L'ordre HOA (m) exprime le nombre de composants ambisoniques (n) (c'est-à-dire le nombre de canaux audio dont le flux est composé), avec les équations suivantes :
- En 2D : n = 2m + 1
- En 3D : n = (m + 1)².
Comme pour l'ambisonique du 1er ordre, ce flux est décodé pour la configuration de haut-parleurs en combinant ces multiples composants, avec différentes techniques et optimisations qui sont couvertes dans la page Bus HOA.
Clément Vallon
Education, R&D, Support @ HOLOPHONIXSound Engineer | M.Eng from ENS Louis-Lumière, Paris