Reverberation enhancement using phase cancelling modal reverberator

Reverberation enhancement systems are used to electronically control the reverberant sound field in a room, e.g. in live music reproduction. Due to the presence of feedback, reverberation enhancement systems typically suffer from strong frequency components, which result from too high feedback gain, and may lead to instabilty. Hence, control over feedback is a main objective in most applications. The state-of-the-art provides various methods of improving system stability, such as system equalization, adaptive filtering, time-varying filtering, artificial reverberation, and time-varying mixing matrices. Current techniques can reach good gain-before-instability improvements, but they typically present limitations due to either artifacts, i.e. modulation or coloration, or complicated implementations not suitable for high number of channels systems. This thesis proposes a time-invariant feedback control method for low frequencies based on a matrix of artificial reverberators realized through modal composition. The phase responses are optimized towards destructive acoustic interference in the feedback. Simulations show, for a single mode modal reverberator in a four channel system, an increased gain-before-instability by at least 15 dB and 27 dB on average. Considering multiple modes in the modal reverberator results show a decrement in the gain-before-instability improvement as the number of modes increases. The method is validated considering different transducer numbers and transducer positioning. An increment in the gain-before-instability improvement has been observed as the number of transducers increases, while the transducer positioning has a minor impact. The time variability in the room transfer functions is considered to evaluate the robustness of the method in real-case scenario. The system has revealed a time-dependent and frequency-dependent decrement in the gain-before instability due to room transfer functions time-variability.

I sistemi per il controllo del riverbero sono sistemi attivi utilizzati per controllare elettronicamente il riverbero del campo sonoro in una stanza, ad esempio in eventi di musica dal vivo. In conseguenza alla presenza di retroazione tra altoparlanti e microfoni, questi sistemi soffrono tipicamente di forti componenti spettrali. Queste componenti risultano da un eccessivo guadagno in retroazione e possono portare il sistema ad instabilità. Il controllo della retroazione è quindi uno dei principali obiettivi nella maggior parte delle applicazioni. In letteratura sono presenti vari metodi mirati a migliorare la stabilità del sistema, quali equalizzazione, filtri adattivi, filtri temporalmente variabili, riverberi artificiali e matrici di missaggio temporalmente variabili. Tecniche attualmente in uso possono raggiungere un buon miglioramento del guadagno-pre-instabilità, ma presentano limitazioni dovute ad artefatti sonori, quali modulazione e colorazione, o ad implementazioni complesse non adatte a sistemi con alto numero di canali audio. Questa tesi descrive un metodo temporalmente invariabile per il controllo della retroazione alle basse frequenze basato su una matrice di missaggio composta da riverberi artificiali. Ogni elemento della matrice è realizzato tramite composizione modale. Le risposte in fase dei riverberi sono sottoposte ad ottimizzazione allo scopo di generare interferenza acustica distruttiva nelle funzioni di trasferimento del ciclo di retroazione. Le simulazioni dimostrano che, per un riverbero modale composto da un solo modo in un sistema a quattro canali audio, un incremento del guadagno-pre-instabilità di almeno 15 dB e in media 27 dB è raggiunto. I risultati mostrato una decrescita nell'aumento del guadagno-pre-instabilità in caso di molteplici modi all'interno del riverbero modale. Il metodo è validato da simulazioni condotte con molteplici numberi di trasduttori e molteplici posizionamenti dei trasduttori all'interno della stanza. Un incremento del guadagno-pre-instabilità si registra all'aumentare del numero di trasduttori, mentre il loro posizionamento non influenza notevolmente le prestazioni. L'effetto della variabilità temporale delle funzioni di trasferimento tra trasduttori sull'efficacia del metodo è considerata.