Tecniche di registrazione e di riproduzione sonora Angelo

Tecniche di registrazione e di riproduzione sonora • Angelo Farina 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 1

Array “discreti” di microfoni • Sono stati proposti svariati standard di posizionamento di 5 microfoni discreti con opportuna caratteristica direttiva 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 2

Array discreti di microfoni • In un sistema discreto, il segnale di ogni singolo microfono va ad alimentare un singolo altoparlante 9/12/2010 Microfoni Registrazione e Riproduzione Altoparlanti 3

Array “discreti” di microfoni • Williams MMA • INA-5 Schema del sistema microfonico Williams MMA C : Cardioide, 0° L, R : Cardioide, ± 40° LS, RS : Cardioide, ± 120° 9/12/2010 Schema del sistema microfonico INA-5 C : Cardioide, 0° L, R : Cardioide, ± 90° LS, RS : Cardioide, ± 150° Registrazione e Riproduzione 4

ITU 5. 1 surround OCT Schematic of the setup C : Cardioid, 0° L, R : Super Cardioid, ± 90° LS, RS : Cardioid, ± 180° 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 5

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 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 6

Ambisonics 3 D 1 st order Reproduction occurs over an array of 8 -24 loudspeakers, through an Ambisonics decoder 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 7

3 D 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) 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 8

Directivity of transducers Soundfield ST-250 microphone 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 9

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 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 10

Ambisonics encoding Il segnale B-format deriva da un microfono Soundfield… Oppure dalla sintesi dei 4 canali (WXYZ) a partire dalla loro definizione matematica (armoniche sferiche di ordine 0 ed 1) 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 11

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 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 12

Ambisonics decoding Bi-square Ambisonics array vantaggi: n n Tridimensionale Buona percezione dei suoni laterali Buona risposta ai bassi “sweet spot” largo, nessuna colorazione uscendo da esso svantaggi: n n 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione Non isotropico Richiede un decoding avanzato (Y trattato differentemente da X, Z) 13

Bi-square Ambisonics array Up-Right 8 Turbosound Impact 50 loudspeakers: n Light, easily fixed and oriented n Good frequency response n Very little distortion Front-Right Down-Right 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 14

Sistema DSP per decoding Ambisonics BSS Soundweb 9088 -II (8 ins, 8 outs) SID Futureclient fanless PC (Pentium-III 1 GHz) 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 15

Programmazione del decoder sul processore digitale Sound. Web 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 16

Effetto dell’equalizzazione FIR di ciascun altoparlante Funzione di tarsferimento misurata dell’altoparlante 9/12/2010 Front-left Filtro inverso a fase minima (100 coefficienti) Registrazione e Riproduzione Effetto equalizzante del filtro 17

Decoder Ambisonics via software Audiomulch VST host Gerzonic b. Player Gerzonic Emigrator 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 18

Sale Ambisonics 3 D ASK – Reggio Emilia University of Ferrara 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione University of Bologna 19

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 K 1 amplifiers QSC CX 168 8 -channels amplifier Signum Data Futureclient fanless PC 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 20

Metodi ibridi (Ambiophonics) • Sistema Ambiophonics 3 D (10 altoparlanti): 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 21

Ambiophonics In sostanza, vengono impiegati simultaneamente il sistema Ambisonics e gli Stereo-Dipoles 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 22

Virtual high-order microphones (Mark Poletti) One of the two ORTF cardioid is employed, which samples 36 positions along a 110 mm-radius circumference From these 36 impulse responses it is possible to derive the response of cylindrical harmonics microphones (2 D Ambisonics) up to 5 th order. 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 23

Wave Field Synthesis (WFS) Flow diagram of the process 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 24

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 25

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 26

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 27

Tecnologia WFS @ IRCAM, IRT 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 28

Sintesi di un ambiente virtuale con WFS 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 29

Sound focalization by WFS Array Sensible parameters: concave r Set the beam width. . focus Spatial aliasing, secondary lobes. . convex The front curvature is obtained by means of a gain-delay set. . Common filter 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione Delays Gains 30

The spatial aliasing problem The spatial Nyquist theorem: Sampling condition: antialiasing sampling filter Reconstruction condition: Omnidirectional 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione Rigid pistons 31

Software per WFS gratuito! • Il programma Wonder per Linux consente di muovere a piacimento le sorgenti virtuali 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 32

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 33

Allestimento espositivo 6 nicchie circolari realizzate con teche in metallo-vetro, collocate nelle 6 34 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 35

Impianto sonoro nicchie 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 36

Impianto sonoro nicchie Vengono impiegati line-arrays verticali, controllo DSP per focalizzare il suono verso il basso, ove sono collocate apposite “trappole acustiche” fonoassorbenti 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 37

Controllo DSP dei line arrays QSC 8 -channels amplifier + BASIS DSP controller / Cobranet interface 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 38

Controllo DSP dei line arrays 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 39

Le nicchie espositive Nicchia n. 1 - FONOGRAFI E GRAMMOFONI - 1897 -1923 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 40

Il “Lampadario Sonoro” concave focus convex Absorption 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 41

Progetto e realizzazione 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 42

Progetto e realizzazione Special 32 Ohm model by Ciare 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 43

Installazione 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 44

Hardware di pilotaggio 64 output channels 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 45

Hardware di pilotaggio Computer Linux multiprocessore Interfaccia PCI->MADI (RME) Interfaccia MADI->ADAT (RME) 8 x convertitori ADAT 8 ch. (Behringer) 8 x amplificatori 8 ch. (QSC mod. 1608) 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 46

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. . . 47

Software di pilotaggio “WFS Focus” structure 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione MIDI or OSC 48

Le sale di ascolto 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 49

Le sale di ascolto • La sala bianca ospita sino a 30 ascoltatori, ed è dotata di un sistema surround planare tipo e. WFS (192 altoparlanti) 50 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 51

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 52

La sala monoposto • La sala è dotata di un totale di 26 altoparlanti 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 53

La sala monoposto • L’involucro multistrato a secco garantisce ottimo isolamento e 54 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. 40 s nella banda dei 125 Hz e un valore più basso salendo in frequenza. 9/12/2010 Registrazione e Riproduzione 55

Hardware low-cost per HOA • Si impiega un PC con sottosistema audio MADI Ambisonics 2 D / 3 D Multicore PC RME MADI interface 9/12/2010 Binaural Registrazione e Riproduzione Stereo-Dipoles 56

Disposizione degli altoparlanti Stereo-Dipolo Casse Frontale standard Cubo Stereo Ambisonics 3 D 9/12/2010 Stereo Dipolo Posteriore Ottagono Ambisonics Stereo Dipolo orizzontale Superiore Registrazione e Riproduzione 57