Tecniche di registrazione e di riproduzione sonora

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9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 1

Tecniche di registrazione e di riproduzione sonora

• Angelo Farina

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Array “discreti” di microfoni

• Sono stati proposti svariati standard di

posizionamento di 5 microfoni discreti con

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Array discreti di microfoni

• In un sistema discreto, il segnale di ogni singolo microfono va ad alimentare un singolo altoparlante

Microfoni Altoparlanti

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Array “discreti” di microfoni

• Williams MMA

Schema del sistema

microfonico Williams MMA C : Cardioide, 0°

L, R : Cardioide, ± 40°

LS, RS : Cardioide, ± 120°

• ^INA-5

Schema del sistema microfonico INA-5 C : Cardioide, 0°

L, R : Cardioide, ± 90°

LS, RS : Cardioide, ± 150°

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ITU 5.1 surround

OCT

73 cm

Schematic of the setup C : Cardioid, 0°

L, R : Super Cardioid, ± 90°

LS, RS : Cardioid, ± 180^°

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Array discreti di microfoni

Perchè hanno avuto ben poco successo?

• Perchè consentono poco controllo in fase di registrazione

• Forniscono un angolo di ripresa fissato, a meno che siano realizzati con una struttura snodata, peraltro difficile da regolare sul campo

• Non consentono facilmente di mixare i segnali provenienti da tracce mono registrate a breve distanza dalla sorgente (ad

esempio voci dei cantanti, strumenti singoli, etc.)

• I pattern direttivi degli usuali microfoni per riprese stereo (cardioidi, ipercardioidi) non corrispondono all’esigenza di

avere una legge di “panning” omogenea rispetto alla geometria non regolare del layout degli altoparlanti di un sistema

surround 5.1

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Ambisonics 3D 1

^st

order

Reproduction occurs over an array of 8-24 loudspeakers, through an Ambisonics decoder

Original Room Sound Source

SoundField Microphone

B-format 4- channels signal

(WXYZ) Ambisonics decoder

Speaker array in the reproduction room

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3D extension of the pressure-velocity measurements

• The Soundfield microphone allows for simultaneous measurements of the omnidirectional pressure and of the three cartesian components of particle velocity (figure-of-8 patterns)

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Directivity of transducers

Soundfield ST-250 microphone

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

125 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

250 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

500 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

1000 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

2000 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

4000 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

8000 Hz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0

30

60

90

120

150 180

210 240 270

300 330

16000 Hz

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A-format microphone arrays

• Today several alternatives to Soundfield microphones do exists. All of them are providing “raw” signals from the 4 capsules, and the conversion from these signals (A-format) to the standard Ambisonic signals (B-format) is performed digitally by means of software running on the computer

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Ambisonics encoding

Oppure dalla sintesi dei 4 canali (WXYZ) a partire dalla loro definizione matematica (armoniche sferiche di ordine 0 ed 1)

Il segnale B-format deriva da un microfono Soundfield…

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Algoritmo per decoding Ambisonics

• Il segnale di ciascun altoparlante è semplicemente un “mix” dei 4

canali di trasmissione (WXYZ)

• I guadagni dipendono solo dalla posizione di ciascun altoparlante

• Viene aggiunto un piccolo filtro FIR specifico per ogni altoparlante, per equalizzarne la risposta

W X Y Z

G1 G2 G2 G2

cos 1

cos 1

cos 1

InvFilt1

cos 2

cos 2

cos 2

r

y z

x







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Ambisonics decoding

vantaggi vantaggi: :

 TridimensionaleTridimensionale

 Buona percezione dei Buona percezione dei suoni laterali

suoni laterali

 Buona risposta ai bassiBuona risposta ai bassi

 ““sweet spot” largo, sweet spot” largo, nessuna colorazione nessuna colorazione

uscendo da esso uscendo da esso

svantaggi svantaggi: :

 Non isotropicoNon isotropico

 Richiede un decoding Richiede un decoding avanzato (Y trattato avanzato (Y trattato

differentemente da X,Z) differentemente da X,Z)

Bi-square Ambisonics array

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Bi-square Ambisonics array

8 Turbosound Impact 50 loudspeakers 8 Turbosound Impact 50 loudspeakers: :

 Light, easily fixed and orientedLight, easily fixed and oriented

 Good frequency responseGood frequency response

 Very little distortionVery little distortion

Front-Right

Down-Right Up-Right

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BSS Soundweb 9088-II (8 ins, 8 outs) BSS Soundweb 9088-II (8 ins, 8 outs)

Sistema DSP per decoding Ambisonics

SID Futureclient fanless PC (Pentium-III 1 GHz)

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Programmazione del decoder

sul processore digitale SoundWeb

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Effetto dell’equalizzazione FIR di ciascun altoparlante

Funzione di tarsferimento misurata dell’altoparlante

Front-left

Filtro inverso a fase

minima (100 coefficienti) Effetto equalizzante del filtro

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Decoder Ambisonics via software

Audiomulch VST host

Gerzonic bPlayer

Gerzonic Emigrator

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Sale Ambisonics 3D

University of Bologna

University of Ferrara ASK – Reggio Emilia

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Sistema di gestione audio completo

Philips 15” Brilliance LCD display Logitech wireless keyboard & mouse Echo Layla Soundboard (8 ins, 10 outs)

BSS Soundweb digital processor 2 Crown K1 amplifiers

QSC CX168 8-channels amplifier Signum Data Futureclient fanless PC

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Metodi ibridi (Ambiophonics)

• Sistema Ambiophonics 3D (10 altoparlanti):

(22)

Ambiophonics

In sostanza, vengono impiegati simultaneamente il sistema Ambisonics e gli Stereo-Dipoles

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Virtual high-order microphones (Mark Poletti)

One of the two ORTF cardioid is employed, which samples 36 positions along a 110 mm- radius circumference

1 , 0 6 n

n 3

cos D

1 , 0 4 n

n 2

cos D

1 , 0 2 n

n cos

D 1 D

n , 3

n , 2

n , 1

0

 



 



 











 



 



 











 



 



 









From these 36 impulse responses it 

is possible to derive the response of cylindrical harmonics microphones (2D Ambisonics) up to 5th order.

0 1 0

90

180

270 0

1 0

90

180

270 0

1 0

90

180

270 0

1 0

90

180 270

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Wave Field Synthesis (WFS)

Flow diagram of the process

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The “Casa del Suono” project

• It was born thanks to the cooperation of University of Parma, Comune of Parma, and with funds (approximately 2 million

Euros) provided by Casa della Musica, Italian Governement and Cariparma Foundation

• The institutional goal is to display the famous Patanè’s

Collection of vintage grammophones and radios, made available by CNIT (National Italian Consortium for Telecommunications)

• It is also a research lab about electroacoustics, equipped with the latest technologie for sound recording and reproduction

employing a large number of channels

Presidenza del Consiglio dei Ministri

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Tecnologia WFS

• La Wave Field Synthesis è una tecnica di riproduzione che utilizza array lineari di altoparlanti disposti

orizzontalmente all’altezza delle orecchie degli ascoltatori, che consentono di creare sorgenti sonore virtuali in

qualunque posizione, esterna o interna al locale

• Concetto: campionamento spaziale del fronte d’onda:

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Teoria della WFS

• La WFS può generare sorgenti virtuali planari o

puntiformi, ed anche sorgenti che sembrano trovarsi

dentro il locale, in mezzo al pubblico

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Tecnologia WFS @ IRCAM, IRT

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Sintesi di un ambiente virtuale con WFS

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Sound focalization by WFS

Array

Sensible parameters:

The front curvature is obtained by means of a gain-delay set ..

A



convex focus concave

A



x





Set the beam width..

Spatial aliasing, secondary lobes..

Delays r

(31)

The spatial aliasing problem

max

2

x x

sen f c

xsen

 



   

 



xf f c

sen _em

  ) 2

 (

The spatial Nyquist theorem:

Sampling condition:

Reconstruction condition:

antialiasing sampling filter

Omnidirectional Rigid pistons

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Software per WFS gratuito!

• Il programma Wonder per Linux consente di muovere

a piacimento le sorgenti virtuali

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La Chiesa di S.Elisabetta

Il corpo principale è caratterizzato da un alta cupola decorata e molto luminosa grazie alle numerose finestre, al centro della quale è stato collocato il

LAMPADARIO SONORO

(34)

Allestimento espositivo

(35)

Allestimento espositivo

Nella stanza posteriore trovano posto le due sale d’ascolto

(36)

Impianto sonoro nicchie

(37)

Impianto sonoro nicchie

Vengono impiegati line-arrays verticali, con controllo DSP per focalizzare il suono verso il basso, ove sono collocate apposite “trappole acustiche”

fonoassorbenti

(38)

Controllo DSP dei line arrays

(39)

Controllo DSP dei line arrays

(40)

Le nicchie espositive

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Aconvex focus concave Absorption

Il “Lampadario Sonoro”

(42)

Progetto e realizzazione

(43)

9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 43 Special 32 Ohm

model by Ciare

Progetto e realizzazione

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Installazione

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Hardware di pilotaggio

64 output channels

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Hardware di pilotaggio

Computer Linux multiprocessore Interfaccia PCI->MADI (RME) Interfaccia MADI->ADAT (RME)

8 x convertitori ADAT 8ch. (Behringer)

8 x amplificatori 8ch. (QSC mod. 1608)

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Software structure on Linux PC

“WFS Focus”

Software (runtime controlled multichannel

processor)

to the feeding system...

Audio Application

+

WFS plug-in

Audio 64 ch

(MADI bus) Audio

Mono 1

OSC

WFS GUI

OSC MIDI or

OSC controller

External Audio

MIDI or OSC

Software di pilotaggio

Audio Mono 2

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MIDI or OSC

Software di pilotaggio

“WFS Focus” structure

(49)

Le sale di ascolto

(50)

Le sale di ascolto

(51)

La sala da 30 posti

• Gli altoparlanti sono in casse chiuse separate, incorporati dentro la struttura fonoassorbente delle pareti

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Hardware low-cost per WFS

• La soluzione più economica prevede l’uso di un PC con scheda audio MADI (64 ch.), collegato a rack di convertitori low-cost (Behringer)

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La sala monoposto

• La sala è dotata di un totale di 26 altoparlanti

(54)

La sala monoposto

(55)

La sala monoposto

• La stanza è foderata da pannelli modulari di legno e fibra di

poliestere, coperti da tela scura. Il trattamento, qui simulato con il software Ramsete, permette un Tempo di Riverbero pari a

0.40s nella banda dei 125 Hz e un valore più basso salendo in frequenza.

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Hardware low-cost per HOA

• Si impiega un PC con sottosistema audio MADI

Ambisonics 2D / 3D

Multicore PC RME MADI interface

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Disposizione degli altoparlanti

Ottagono Ambisonics orizzontale Cubo Ambisonics 3D

Casse Stereo standard

Stereo-Dipolo Frontale Stereo Dipolo PosterioreStereo Dipolo Superiore

Tecniche di registrazione e di riproduzione sonora