Techniques for acoustic imaging and application to the study of acoustics of broadcasting studios

The audible effects of reflections largely determine the perceptual impression of the acoustical behavior of a listening space. In room acoustics, the detection and control of these effects is crucial; early reflections carry the most energy and they can be associated with architectural features of the room. In general, the experimental characterization of a listening space is performed via measurements of its impulse response, however standard procedures do not allow for the retrieval of the directional properties of the sound field. This work focuses on the techniques to visualize acoustic intensity images of the sound in a room. Spherical microphone arrays provide an opportunity to study the full spatial characteristics of the sound field received at a particular location. A combination of microphones and a camera allows representing the acoustic scene in a dynamic video, in which the acoustic intensity map is overlaid to a panoramic projection image of the space. Acoustic imaging provides accessible data, which in turn gives meaningful insights on the behavior of sound in rooms. However, existing techniques are affected by resolution limits, determined by the spatial sampling accuracy of the spherical array. The actual state-of-the-art method is item-dependent, as it relies on the experimental characterization of a specific device. In this work of thesis we propose a method to improve the resolution capability of acoustic imaging. The approach is based on deconvolution techniques mutuated from aerospace acoustic imaging and typically applied to linear and planar microphone arrays; we apply the methodology to a spherical microphone array. A series of tests were carried out in the broadcasting facilities of the Swedish Radio and Television in Gothenburg, Sweden; we show the results of the acoustical characterization of some control rooms, obtained with acoustic imaging. The dynamic map of the acoustic scene enables to search for clues and it addresses the problem of solving acoustical issues of the rooms, such as optimal loudspeaker placement and acoustic treatment. Results from the state-of-the-art method have been compared for validation with our methodology.

Gli effetti udibili delle riflessioni determinano in larga misura l’impressione percettiva del comportamento acustico di un ambiente. Nelle sale d’ascolto, il rilevamento e il controllo di questi effetti è cruciale; in particolare, le prime riflessioni possiedono la maggiore energia e la loro propagazione può essere associata alle caratteristiche architetturali della stanza. In generale, la caratterizzazione sperimentale di un ambiente d’ascolto è eseguita misurando la sua risposta all’impulso; tuttavia, le procedure comunemente utilizzate non consentono di ricostruire le proprietà direzionali del campo sonoro. Questo lavoro si concentra sulle tecniche di imaging acustico, che consentono invece di visualizzare direttamente l’evoluzione spaziale e temporale del campo sonoro nello spazio. In particolare, utilizzando array microfonici sferici è possibile studiare pienamente le caratteristiche spaziali del campo acustico, misurato in una specifica posizione. Una combinazione di microfoni e videocamera permettono di rappresentare dinamicamente il fenomeno in un video, in cui la distribuzione dell’intensità acustica è sovrapposta a un’immagine panoramica dell’ambiente. Le tecniche di imaging acustico permettono una visualizzazione immediatamente comprensibile, che danno perciò degli efficaci suggerimenti sul comportamento acustico degli ambienti. Tuttavia, le tecniche note in letteratura presentano dei limiti di risoluzione, determinati dall’accuratezza spaziale dello specifico array sferico. Inoltre, il metodo allo stato dell’arte è dipendente dal microfono, giacché si basa sulla caratterizzazione sperimentale di uno specifico array. In questo manoscritto proponiamo un metodo per migliorare la capacità risolutiva nelle tecniche di acoustic imaging. L’approccio è basato su tecniche di deconvoluzione mutuate dall’acoustic imaging aerospaziale, tipicamente applicate a array microfonici lineari o planari; applichiamo qui questa metodologia ad array microfonici sferici. Una serie di test è stata eseguita presso gli studi della radio e televisione svedese a Gothenburg; mostriamo qui i risultati della caratterizzazione acustica di alcune control rooms, ottenute con acoustic imaging. La mappa dinamica dell’ambiente acustico consente la ricerca di indizi e di affrontare la soluzione delle tipicità acustiche degli ambienti d’ascolto, quali il posizionamento ottimale di altoparlanti e il trattamento acustico. La metodologia introdotta è stata confrontata con i risultati ottenuti con il metodo allo stato dell’arte.