Tecniche di registrazione e di
riproduzione sonora
• Angelo Farina
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
1
Ambisonics 3D (1st order)
Original Room
Ambisonics decoder
Sound Source
SoundField Microphone
B-format 4 channels signal
(WXYZ)
Speaker array in the
reproduction room
Reproduction occurs over an array of 8-24 loudspeakers,
through an Ambisonics decoder
14/12/2012
Sound recording and playback
2
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)
14/12/2012
Sound recording and playback
3
Directivity of transducers
Soundfield ST-250 microphone
125 Hz
250 Hz
0
330
330
30
1. 4
270
300
60
1
300
60
0. 8
0. 6
0. 4
0. 4
0. 4
0. 4
0. 2
0. 2
0. 2
90270
210
240
120
210
150
1. 4
240
330
30
30
1. 4
330
300
60
16000 Hz
0
1. 4
330
30
300
1
300
60
0. 8
0. 6
0. 6
0. 6
0. 4
0. 4
0. 4
0. 4
0. 2
0. 2
0. 2
90270
240
120
210
150
180
14/12/2012
90 270
0
240
120
210
150
0. 2
90270
0
240
120
210
180
Sound recording and playback
150
180
60
0. 8
0. 6
0
30
1. 4
1. 2
1
60
0
1. 6
1. 2
0. 8
150
180
1. 6
1
1
0. 8
210
150
8000 Hz
0
1. 2
1. 2
120
180
1. 6
90
0
240
120
210
150
4000 Hz
0
1. 6
0. 2
90270
0
180
180
2000 Hz
90270
0
60
0. 8
0. 6
120
270
1. 2
1
300
60
30
1. 4
0. 6
240
300
330
30
1. 4
1. 2
0. 8
0
1. 6
0. 6
0
330
330
30
1. 4
1
1
0. 8
1000 Hz
0
1. 6
1. 2
1. 2
300
500 Hz
0
1. 6
1. 6
90
0
240
120
210
150
180
4
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
14/12/2012
Sound recording and playback
5
Ambisonics decoding
z

r

y

x
14/12/2012
• Each speaker fed is just obtained as
a weighted sum of the 4 B-format
signals (WXYZ)
• The weighting factors only depend
on the position of each loudspeaker
• It is possible to add a small FIR
filter for matching perfectly the
gain and phase of all loudspeakers
Sound recording and playback
6
Ambisonics decoding
Bi-square Ambisonics array
advantages:




Tridimensional
Good later sound
perception
Good bass response
Wide “sweet spot”, no
colouring outside it
disadvantages:


14/12/2012
Sound recording and playback
Not isotropic
Advanced decoding
required (Y gets more
weight than X and Z, and
this must be compensated
for)
7
Bi-square Ambisonics array
Up-Right
8 Turbosound Impact 50 loudspeakers:

Light, easily fixed and oriented

Good frequency response

Very little distortion
Front-Right
Down-Right
14/12/2012
Sound recording and playback
8
Sistema DSP per decoding Ambisonics
BSS Soundweb 9088-II (8 ins, 8 outs)
SID Futureclient fanless PC (Pentium-III 1 GHz)
14/12/2012
Sound recording and playback
9
Programmazione del decoder
sul processore digitale SoundWeb
14/12/2012
Sound recording and playback
10
Effetto dell’equalizzazione FIR di ciascun altoparlante
Funzione di tarsferimento
misurata dell’altoparlante
Front-left
14/12/2012
Filtro inverso a fase
minima (100 coefficienti)
Sound recording and playback
Effetto equalizzante del
filtro
11
Decoder Ambisonics via software
Audiomulch VST
host
Gerzonic bPlayer
Gerzonic Emigrator
14/12/2012
Sound recording and playback
12
Sale Ambisonics 3D
ASK – Reggio Emilia
University of Ferrara
14/12/2012
Sound
recording and playback
University of
Bologna
13
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
14/12/2012
Sound recording and playback
14
Metodi ibridi (Ambiophonics)
•
Sistema Ambiophonics 3D (10 altoparlanti):
14/12/2012
Sound recording and playback
15
Ambiophonics
In sostanza, vengono impiegati simultaneamente il sistema
Ambisonics e gli Stereo-Dipoles
14/12/2012
Sound recording and playback
16
Virtual high-order microphones
(Mark Poletti)
One of the two ORTF cardioid
is employed, which samples 36
positions along a 110 mmradius circumference
00
11
From these 36 impulse responses it
is possible to derive the response of
cylindrical harmonics microphones
(2D Ambisonics) up to 5th order.
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
D0  1


D1,n  cos   n  
270
00
2
270



D 2,n  cos 2    n  
4



D 3,n  cos 3    n  
6

180
180
180
n  0,1
90
90
90
n  0,1
n  0,1
17
Wave Field Synthesis (WFS)
Flow diagram of the process
Original space
Virtual space
loudspeakers
WFS
microphones
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
18
The “Casa del Suono” project
Presidenza del
Consiglio dei Ministri
• 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
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
19
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:
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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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
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
21
Tecnologia WFS @ IRCAM, IRT
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
22
Sintesi di un ambiente virtuale con WFS
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
23
Sound focalization by WFS
Array
Sensible parameters:
concave
r
A

A
focus

x
convex

Set the beam
width..
Spatial aliasing,
secondary lobes..
The front curvature is obtained by means of a gain-delay set ..
Common filter
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
Delays
Gains
24
The spatial aliasing problem
The spatial SHANNON
theorem:
Sampling condition:  
x
antialiasing sampling filter

sen
 f max 
 2  x
c
2xsen
Reconstruction condition:
senem ( f ) 
c
2xf
Omnidirectional
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
Rigid pistons
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Software per WFS gratuito!
• Il programma Wonder per Linux consente di muovere
a piacimento le sorgenti virtuali
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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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
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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Allestimento espositivo
6 nicchie circolari realizzate con teche in metallo-vetro, collocate nelle 6
28
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
cappelle
della chiesa, contengono
la maggior parte dei “pezzi” esposti
Allestimento espositivo
Nella stanza posteriore trovano posto le due sale d’ascolto
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
29
Impianto sonoro nicchie
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
30
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
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
31
Controllo DSP dei line arrays
QSC 8-channels amplifier + BASIS
DSP controller / Cobranet interface
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
32
Controllo DSP dei line arrays
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
33
Le nicchie espositive
Nicchia n. 1 - FONOGRAFI E GRAMMOFONI - 1897-1923
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
34
Il “Lampadario Sonoro”
concave
focus
convex
Absorption
A

9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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Progetto e realizzazione
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
36
Progetto e realizzazione
Special 32 Ohm
model by Ciare
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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Installazione
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
38
Hardware di pilotaggio
64 output channels
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
39
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)
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
40
Software di pilotaggio
Software structure on Linux PC
Audio
Application
+
WFS plug-in
OSC
Audio
Mono 1
External
Audio
9/12/2010
Audio
Mono 2
MIDI or
OSC
“WFS Focus”
Software
(runtime
controlled
multichannel
processor)
MIDI or
OSC
controller
WFS GUI
OSC
Audio
64 ch
(MADI bus)
Registrazione e Riproduzione
to the feeding system...
41
Software di pilotaggio
“WFS Focus” structure
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
MIDI or OSC
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Le sale di ascolto
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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Le sale di ascolto
• La sala bianca ospita sino a 30 ascoltatori, ed è dotata di un
sistema surround planare
tipo eWFS
(192 altoparlanti)
44
9/12/2010
Registrazione
Riproduzione
La sala da 30 posti
• Gli altoparlanti sono in casse chiuse separate, incorporati
dentro la struttura fonoassorbente delle pareti
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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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)
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
46
La sala monoposto
• La sala è dotata di un totale di 26 altoparlanti
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
47
La sala monoposto
• L’involucro multistrato a secco garantisce ottimo isolamento e
48
bassa riverberazione interna
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
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.
9/12/2010
Registrazione e Riproduzione
49
Hardware low-cost per HOA
• Si impiega un PC con sottosistema audio MADI
Ambisonics 2D / 3D
Multicore PC
RME MADI interface
9/12/2010
Binaural
Registrazione e Riproduzione
Stereo-Dipoles
50
Disposizione degli altoparlanti
Stereo-Dipolo
Casse
Frontale
standard
Cubo Stereo
Ambisonics
3D
9/12/2010
Stereo
Dipolo
Posteriore
Ottagono
Ambisonics
Stereo
Dipolo
orizzontale
Superiore
Registrazione e Riproduzione
51