This thesis arises from the will of exploiting the recent technologies and developments in compact representation of the acoustic field to implement one of the classic applications present in the literature, called Virtual Miking (VM). The goal of this thesis is to develop an efficient and flexible VM technique, analyzing the acoustic scene by means of multiple arrays arbitrary distributed in the space. The process of Virtual Miking consists in the acquisition of the signals from one or more virtual microphones which are freely placed in the analysis space. This is possible only if the acoustic field is known in the relative locations. In oder to characterize the acoustic field the proposed technique uses a parametric soundfield model that is formulated in time-frequency domain. It assumes that each time-frequency instant of a microphone signal can be decomposed into three different components: the source signal, the source directivity and the propagating function. The knowledge of these three parameters allows the reconstruction of the acoustic field in every position. This gives the possibility of simulating the signal acquired by a microphone arbitrary placed in the space of analysis. A proper procedure for retrieving the parameters from the soundfield has been proposed starting from the microphone arrays signals. The use of multiple arrays allows us to capture the whole acoustic scene, but a proper representation is necessary. Among the different representation paradigms present in the literature, we adopted a geometrical acoustics inspired representation called ray space. In this context the soundfield is described in terms of acoustic rays which are mapped onto the ray space gaining an efficient and sturdy description: the soundfield image. Indeed, points in the ray space domain represent rays in the geometric space. Since the soundfield is analyzed by multiple microphone arrays, practically an extension of the ray space called projective ray space has been implemented. The parameters needed by the VM technique are extracted starting from the soundfield image and finally the VM signal is computed according to the parametric model. Through simulations and experiments we have proven that our VM technique is effective. Thanks to its flexibility the our VM procedure is suitable for being employed in a wide range of areas such as studio recording and forensic analysis.

Questa tesi di laurea nasce dalla volonta di sfruttare i recenti sviluppi tecnologici e gli ultimi approcci nell’area della rappresentazione del campo acustico per implementare una delle classiche applicazioni presenti nella letteratura, denominata: Virtual Miking. L’obiettivo di questo lavoro è quello di ottenere una tecnica di Virtual Miking flessibile ed efficace, analizzando la scena sonora con schiere (array) di microfoni in numero e posizione arbitraria. Il processo di Virtual Miking consiste nel libero posizionamento di uno o più microfoni virtuali all’interno dello spazio d’analisi e nell’acquisizione dei realtivi segnali. Ciò è possibile solo se si è a conoscenza del campo acustico in tali posizioni. Per descrivere il campo sonoro, la tecnica proposta sfrutta un modello parametrico del campo formulato nel dominio tempo-frequenza. Il modello assume che ad ogni istante in questo dominio, il segnale di un microfono possa essere decomposto in tre fattori differenti: il segnale sorgente, la direttività della sorgente e la funzione di propagazione. La conoscenza di questi tre parametri permette la ricostruzione del campo acustico in ogni posizione. Questo dà la possibilità di simulare il segnale acquisito da un microfono posizionato arbitrariamente nello spazio. È stata proposta un’appropriata procedura per estrarre i parametri dal campo acustico a partire dai segnali acquisiti dalle schiere di microfoni. L’utilizzo di numerosi array ci permette di catturare l’intera scena acustica, ma è necessario rappresentare l’informazione adeguatamente. Tra le diverse rappresentazioni presenti in letteratura, ne abbiamo adottata una ispirata alla acustica geometrica detta: ray space. In questo paradigma di rappresentazione, il campo sonoro è descritto in termini di raggi acustici che sono mappati nel ray space ottenendo così una descrizione efficiente e robusta: la soundfield image. Infatti, i punti nel dominio ray space rappresentano i raggi nello spazio geometrico. Nella pratica, dato che il campo sonoro è analizzato da più array di microfoni, è stata implementata una estensione della rappresentazione ray space chiamata projective ray space. I parametri richiesti dalla technica di VM sono estratti a partire dalla soundfield image e infine il segnale del microfono virtuale calcolato secondo il modello parametrico. L’efficacia della procedura di VM è stata comprovata attraverso simulazioni ed esperimenti. Grazie alla sua flessibilità, la nostra tecnica di VM si adatta ad essere impiegata in una ampia gamma di aree come lo studio recording e l’analisi forense.

Reconstruction of the soundfield in arbitrary locations using the distributed ray space transform

PEZZOLI, MIRCO
2016/2017

Abstract

This thesis arises from the will of exploiting the recent technologies and developments in compact representation of the acoustic field to implement one of the classic applications present in the literature, called Virtual Miking (VM). The goal of this thesis is to develop an efficient and flexible VM technique, analyzing the acoustic scene by means of multiple arrays arbitrary distributed in the space. The process of Virtual Miking consists in the acquisition of the signals from one or more virtual microphones which are freely placed in the analysis space. This is possible only if the acoustic field is known in the relative locations. In oder to characterize the acoustic field the proposed technique uses a parametric soundfield model that is formulated in time-frequency domain. It assumes that each time-frequency instant of a microphone signal can be decomposed into three different components: the source signal, the source directivity and the propagating function. The knowledge of these three parameters allows the reconstruction of the acoustic field in every position. This gives the possibility of simulating the signal acquired by a microphone arbitrary placed in the space of analysis. A proper procedure for retrieving the parameters from the soundfield has been proposed starting from the microphone arrays signals. The use of multiple arrays allows us to capture the whole acoustic scene, but a proper representation is necessary. Among the different representation paradigms present in the literature, we adopted a geometrical acoustics inspired representation called ray space. In this context the soundfield is described in terms of acoustic rays which are mapped onto the ray space gaining an efficient and sturdy description: the soundfield image. Indeed, points in the ray space domain represent rays in the geometric space. Since the soundfield is analyzed by multiple microphone arrays, practically an extension of the ray space called projective ray space has been implemented. The parameters needed by the VM technique are extracted starting from the soundfield image and finally the VM signal is computed according to the parametric model. Through simulations and experiments we have proven that our VM technique is effective. Thanks to its flexibility the our VM procedure is suitable for being employed in a wide range of areas such as studio recording and forensic analysis.
BORRA, FEDERICO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
4-ott-2017
2016/2017
Questa tesi di laurea nasce dalla volonta di sfruttare i recenti sviluppi tecnologici e gli ultimi approcci nell’area della rappresentazione del campo acustico per implementare una delle classiche applicazioni presenti nella letteratura, denominata: Virtual Miking. L’obiettivo di questo lavoro è quello di ottenere una tecnica di Virtual Miking flessibile ed efficace, analizzando la scena sonora con schiere (array) di microfoni in numero e posizione arbitraria. Il processo di Virtual Miking consiste nel libero posizionamento di uno o più microfoni virtuali all’interno dello spazio d’analisi e nell’acquisizione dei realtivi segnali. Ciò è possibile solo se si è a conoscenza del campo acustico in tali posizioni. Per descrivere il campo sonoro, la tecnica proposta sfrutta un modello parametrico del campo formulato nel dominio tempo-frequenza. Il modello assume che ad ogni istante in questo dominio, il segnale di un microfono possa essere decomposto in tre fattori differenti: il segnale sorgente, la direttività della sorgente e la funzione di propagazione. La conoscenza di questi tre parametri permette la ricostruzione del campo acustico in ogni posizione. Questo dà la possibilità di simulare il segnale acquisito da un microfono posizionato arbitrariamente nello spazio. È stata proposta un’appropriata procedura per estrarre i parametri dal campo acustico a partire dai segnali acquisiti dalle schiere di microfoni. L’utilizzo di numerosi array ci permette di catturare l’intera scena acustica, ma è necessario rappresentare l’informazione adeguatamente. Tra le diverse rappresentazioni presenti in letteratura, ne abbiamo adottata una ispirata alla acustica geometrica detta: ray space. In questo paradigma di rappresentazione, il campo sonoro è descritto in termini di raggi acustici che sono mappati nel ray space ottenendo così una descrizione efficiente e robusta: la soundfield image. Infatti, i punti nel dominio ray space rappresentano i raggi nello spazio geometrico. Nella pratica, dato che il campo sonoro è analizzato da più array di microfoni, è stata implementata una estensione della rappresentazione ray space chiamata projective ray space. I parametri richiesti dalla technica di VM sono estratti a partire dalla soundfield image e infine il segnale del microfono virtuale calcolato secondo il modello parametrico. L’efficacia della procedura di VM è stata comprovata attraverso simulazioni ed esperimenti. Grazie alla sua flessibilità, la nostra tecnica di VM si adatta ad essere impiegata in una ampia gamma di aree come lo studio recording e l’analisi forense.
Tesi di laurea Magistrale
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Descrizione: Reconstruction of the soundfield in arbitrary locations using the Distributed Ray Space Transform
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/136447