LAC 2013 - Slides: Ambisonics plug-in suite for production and performance usage

2013·5.3 MB·English

by  Matthias Kronlachner

Ambisonics plug-in suite for
production and performance
usage
Matthias Kronlachner
www.matthiaskronlachner.com
Linux Audio Conference 2013
May 9th - 12th, 2013
Graz, Austria
What?
•
used JUCE framework to create cross-platform audio
plug-ins (LV2, VST, AU) and Jack standalone apps
•
above 3rd order Ambisonics, ambix convention
•
advanced (remote) control features for the encoder
•
binaural decoder with customizable presets
2
Osaka, 1970
Pischelsdorf (AT), 2011-??
3
What is Ambisonic(s)?
•
surround recording and playback technique, Michael
Gerzon 1970s
•
little commercial success so far, patents expired
•
independent of playback loudspeaker configuration,
scaleable
•
2D and 3D sound-fields can be synthesized
4
13
2.6 Analytische Simulation der Schallfeldreproduktionsverfahren
Die im vorherigen Teil hergeleiteten Ansteuerungsfunktionen für WFS und HOA wurden in MATLAB
implementiert. Diese Implementierung dient der Berechnung der Stimuli für den Hörversuch und der
Simulation. Für den im Versuch verwendeten Fall einer ebenen Welle aus 0° Richtung werden nun
Simulationen der reproduzierten monochromatischen Schallfelder und der Betragsfrequenzgänge für
verschiedene Aufpunkte durchgeführt. Diese Positionen sind auch in der Darstellung der Schallfelder als
Kreise eingezeichnet und entsprechen den verwendeten Hörpositionen (Center, Front, Side) im Versuch.
2.6.1 Reproduzierte Schallfelder HOA [SA08]
2 2 2 2 2 2
1 1 1 1 1 1
] ] ]
m m m
0 0 0 0 0 0
[ [ [

y y y
−1 −1 −1 −1 −1 −1
−2 −2 −2 −2 −2 −2
−2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2
x [m] x [m] x [m]
(a) HOA 56 500Hz (b) HOA 28 500Hz (c) HOA 14 500Hz
2 2 2 2 2 2
What is Ambisonic(s)?
1 1 1 1 1 1
] ] ]
m m m
0 0 0 0 0 0
• [ [ [

not usinyg phantom sources (VBAPy, DBAP) y
−1 −1 −1 −1 −1 −1
•
trying to recreate original sound-field in sweet spot
−2 −2 −2 −2 −2 −2
−2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2
x [m] x [m] x [m]
(d) HOA 56 1000Hz (e) HOA 28 1000Hz (f) HOA 14 1000Hz
2 2 2 2 2 2
1 1 1 1 1 1
] ] ]
m m m
0 0 0 0 0 0
[ [ [

y y y
−1 −1 −1 −1 −1 −1
−2 −2 −2 −2 −2 −2
−2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2
x [m] x [m] x [m]
(g) HOA 56 2000Hz (h) HOA 28 2000Hz (i) HOA 14 2000Hz
plane wave from 0° (M. Frank)
Abbildung 6: HOA: Schalldruck des reproduziertes Schallfeldes für verschiedenen Lautsprecheranzahlen
Vector Based Amplitude Panning (V.Pulkki)
und Frequenzen (für den Fall einer virtuellen ebenen Welle aus 0 Richtung)
5
±
Man erkennt deutlich die Bildung eines Sweetspots im Zentrum der Wiedergabeanordnung. Dieser
Bereich verkleinert sich mit hohen Frequenzen und geringer Lautsprecheranzahl. Im Bereich der vorderen
Hörposition ist die Bildung besonders starker Artefakte erkennbar.
3. Ambisonics 16
x
LS1
LS2
LS8
�
y
LS7 LS3
LS6
LS4
LS5
Abbildung 3.5: reguläre Anordnung von 8 Lautsprechern für 2-
dimensionale Wiedergabe
What is Ambisonic(s)?
Winkelabständen für 2D oder eine Anordnung anhand der fünf platonischen
•
loudspeaker feeds are a linear combination of the B-
Körper für 3D, ergibt sich folgende Enkodierungsvorschrift:
format signals (decoder matrix) e.g.:
1 1
p = W ( ) + X (cos � cos ✓ ) + Y (sin � cos ✓ ) + Z (sin ✓ )
j j j j j j
L · p2 · · ·
 �
(3.12)
Dabei ist (� , ✓ ) die Position des j-ten Lautsprechers. L stellt die Anzahl
• j j
x
ALL speakers work together
der Ambisonics Kanäle dar. Für eine 2-dimensionale Wiedergabe kann der
Zt-Koa snyalnvtehrneascihzläes stightew esrodeunn. d-field LS1
LS2
LS8
3.3 Higher Order Ambisonics (HOA)
φ
LS7 LS3 y
Ambisonics erster Ordnung bietet nur eine beschränke Genauigkeit in der
Abbildung und Reproduktion von Schallfeldern. Anfang der 1990er Jahre
LS6
wurde gezeigt, dass der Ambisonics Ansatz auf höhere Ordnungen erweitLSe4rt
werden kann. Dies führt zu einer Verbesserung in der Richtungsabbildung
LS5
2
und zu einer Vergrößerung des Sweetspots .
Eine Herleitung für den Higher Order Ambisonics Ansatz, welcher in
einer Reihenentwicklung in Sphärische HarmoRneigsuchlaer (2ADb blo.u3d.s6p)eraekseurlt pielratc,ement
B-Format (1st order Ambisonics)
6
kann in [10], [33], [25] und [45] gefunden werden.
2
Der Sweetspot bezeichnet einen Raumbereich, indem das Schallfeld optimal reprodu-
ziert werden kann und somit die Richtungsabbildung am besten funktioniert.
What is Ambisonic(s)?
sound field is “sampled” using spherical harmonics:
2D: 2N+1 or 3D: (N+1)^2
0th order (W)
1st order (Y, Z, X)
2nd order
3rd order
4th order
5th order
Spherical harmonics up to 5th order 3D
7
Ambisonics production chain
mic. calibration data
rotation,
Loudspeaker configuration
Ambisonics
MicEnc zoom
Microphone
Mono Sound
N
Encoder L
L
Manipulation Ambisonics
Source
Loudspeaker signals
(optional) Decoder
Mono Sound Encoder
Source
azimuth,
elevation
N L
�
Independent from Loudspeaker configuration
2
L = (M + 1)
3D
L = 2M + 1
2D
M… Ambisonics Order
L… Number of Ambisonics Channels
N… Number of Loudspeakers
overview of an Ambisonics production/playback system
8
Problems with existing
solutions
•
DAWs handling high channel count - Ardour and Reaper
•
operating system compatibility (Win, Mac OS, Linux) and
plug-in standards (VST, AU, AAX, RTAS, LV2, LADSPA)
•
listening/producing at “home”?
•
jumps in angular representation between -180° and 180°
•
keeping track of the sound source positions
•
different standards about channel sequence and
normalization, restricted orders
9
Channel sequence
m
Y (', #)
n n2 + n + m
FuMa n m ACN SID
*
W 0 0 0 0
0th
X 1 -1 1 1
Ist
Y 1 0 2 2
Z 1 1 3 3
R 2 -2 4 4
2nd
S 2 -1 5 5
T 2 0 6 6
U 2 1 7 7
V 2 2 8 8
3rd ... 10 * Single Index Designation