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De la prise de son à la diffusion: mystères et mécanique de la perspective sonore.

Sound recording and sound diffusion : enigmas and engineering of sound perspective.
A. Beznosiuk

Résumés

Il s'agit ici de proposer un aperçu de quelques techniques mises en œuvre dans l'objectif de proposer à l'auditeur, ou l'audio-spectateur une représentation convaincante de la notion d'espace sonore.
Après une description des sensations éprouvées qui concourent à une représentation de l'espace, nous évoquerons quelques procédés techniques et leurs perspectives.

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Index de mots-clés :

Cinéma, espace, écoute, multicanal, prise de son

Indice de palabras clave:

Cinéma, espace, écoute, multicanal, prise de son
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Texte intégral

1Lors des différentes étapes de la production sonore, de la prise de son à la diffusion en passant par le montage, le traitement en post-production et le mixage, la question de la représentation de l'espace se pose de façon toujours singulière et nécessite, outre la mise en œuvre de systèmes complexes, d'intégrer les mystérieuses mécaniques qui président chez l'auditeur ou l'audio-spectateur à la construction de la représentation de l'espace sonore.
De surcroit, nous ne disposons pas de la possibilité d'arrêter notre attention sur un événement ponctuel qui serait particulièrement significatif. Les évènements sonores se déroulant selon un flux dont nous sommes prisonniers;
en effet, les stimuli auditifs nous parviennent pour certains séquentiellement et pour d'autres simultanément. Nous déployons donc une capacité à isoler telle ou telle grandeur, plus précisément ses variations, et dans le même temps, nous procédons à une réception englobant la somme de ces informations.

2La fenêtre temporelle d'intégration des informations sonores est manifestement variable et la construction de la représentation de l'espace mobilise très largement cette capacité.

3Rappelons ici les grandeurs fondamentales de la perception auditive qui vont participer à l'élaboration de l'image spatiale :

La sensation de niveau:

4Nous sommes inégaux en terme de sensibilité aux faibles niveaux sonores mais même atteints de presbyacousie, l'être humain présente un haut niveau de performance de perception différentielle; un écart de niveau, même faible entre deux sons sera perçu de façon sensible.

Fig 1 : échelle de perception du niveau sonore

http://auriol.free.fr/​psychosonique/​ClefDesSons/​seuil.htm

5Notons ici la performance du système auditif qui présente une échelle de perception variant sur un rapport de 1 pour 1x106. La sensation de décroissance du niveau d'une source, ou sa comparaison avec une source plus puissante participe très largement à la construction de la représentation spatiale, tant en terme de position de l'auditeur dans l'espace que de localisation des sources.

La sensation de hauteur:

Fig 2 : la perception de la hauteur

http://www.cochlea.eu/​son/​psychoacoustique

6Nous sommes en outre inégaux devant l'exercice consistant à identifier précisément la hauteur d'un son, nombre d'auditeurs ne disposant pas de l'oreille absolue. L'être humain est néanmoins, presqu'indépendamment de capacités spécialistes acquises, tout à fait performant dans la perception différentielle de la hauteur. Entre deux sons distincts ou dans la variation d'un même son.
La perception de l'altération du timbre provoquée par l'éloignement, les fréquences élevées se trouvant atténuées par la distance, est donc largement mobilisée dans la représentation des différences de distances entre l'auditeur et les différents objets sonores constituant l'espace dans lequel il est plongé.

7Si la relation entre grandeur du stimulus et grandeur de la sensation est représentée aisément en terme de niveau et de hauteur, la sensation de localisation est plus difficilement représentée, nous allons tâcher d'éclairer les mécanismes complexes qui sont à l'œuvre.

la sensation de localisation

Fig 3 : la perception de la localisation

http://www.studiophebes.com/​edu/​acoustique/​localisation.html

8Elle se construit par l'analyse de la différence perçue respectivement par chaque oreille, différence d'intensité et aussi différence de temps.

Fig 4 : perception de la différence de temps et d’intensité

http://www.studiophebes.com/​edu/​acoustique/​localisation.html

9Les performances sont bien meilleures dans la localisation horizontale où la sensation de flou couvre une zone de 8° dans l'axe frontal et 20° dans l'axe arrière. Sur l'axe vertical, la zone de flou est beaucoup plus importante.

Fig 5 : le cône de confusion de localisation

https://rs2007.limsi.fr/​PS_Page_16.html

10Notons ici que la précision de la localisation, dans le cas de l’écoute d'une scène sonore naturelle, voit une contribution très importante apportée par les mouvements de la tête qui vont fournir des informations de triangulation très efficaces à courte distance. Ces informations sont bien sûr inaccessibles lors de l'écoute d'une scène sonore reproduite avec des systèmes de diffusion à base de haut-parleurs.

L'effet de précédence ou effet Haas

Fig 6 : l’effet de précédence

http://docplayer.fr/​174703-Psychoacoustique-vi-localisation-vi-2-lateralisation-differences-temporelles-itds-vi-1-position-du-probleme-vi.html

11Lorsque deux sons brefs sont émis dans un intervalle très court, ils sont perçus comme un seul son. L'effet est une augmentation du niveau, indépendamment de la position de la source secondaire. L’intervalle maximum pour que cet effet fonctionne et appelé temps de fusion, il est de l’ordre de 5 ms pour des transitoires (clic) et de 40 ms pour les sons plus complexes.
L’effet de précédence joue un rôle très important dans la précision de notre perception naturelle du son, il nous permet de localiser, d’interpréter et d’identifier les sons malgré les transformations qu’ils peuvent subir dans les conditions acoustiques très différentes que nous rencontrons.

L'effet de masque:

Fig 7 : l’effet de masque

http://www.minidisc.org/​French_tech/​section1.html

12Un son masquant de hauteur donné augmente l'intensité que doit avoir un son pour être perçu. Son effet sera maximum pour des sons de hauteur proche ou plus aigus. Un bruit ayant une large répartition de fréquence masquera presque tous les sons. Au delà de son aspect fréquentiel, on observe aussi le phénomène de masquage temporel, le son masquant venant perturber la perception du son masqué, postérieurement mais aussi antérieurement à son apparition.

13L'observation de ces deux phénomènes perceptifs peut montrer la relation très singulière que la construction de la scène et de l'histoire sonore qui se déroule devant nos oreilles entretient avec la perception et l'analyse des stimuli, dans leur consécution et leur superposition.
L'élaboration d'une sensation de l'espace sonore, de la position et ou des mouvements des objets qui constituent la scène sera d'autant plus accessible que l'identification de ces objets pour s'accomplir sans efforts;
on constate en effet que le processus d'identification de la nature de l'objet sonore est le plus souvent prioritaire, la définition de sa position dans l'espace n'advenant que dans un deuxième temps.

14Tâchons de définir rapidement les critères de spatialisations caractérisant la position ou la variation de position d'une ou plusieurs sources sonores dans un lieu donné :

Fig 8 : les différentes réflexions

http://www.majorcom.fr/​web/​fr/​271-les-bases-acoustiques.php

15- La distance apparente correspond à l'éloignement subjectif (ou intimité) de la source sonore; elle est reliée principalement à 4 paramètres:

16* le rapport entre champ direct et champ réverbéré ;

17* la distance apparente augmente quand le rapport est au profit du champ réverbéré ;

18* les réverbérations précoces (early reflections) sont perçues comme parties intégrantes du son direct et peuvent donc contribuer à la réduction de la distance apparente ;

19* le niveau sonore, plus il diminue, plus la distance apparente augmente.

20* le spectre: si le spectre présente un déficit en hautes fréquences, la distance apparente diminue.
(Ce phénomène est lié à la propagation de l'énergie acoustique dans l'air qui voit les hautes fréquences plus atténuées que les basses fréquences.)

21Le volume apparent de la salle est principalement lié à la densité des réflexions et au faible retard perçu; plus le retard augmente et plus le contenu spectral est altéré, plus la sensation de volume de la salle augmente.

22- l'impression spatiale correspond à la sensation d'être "baigné" dans le son ou à contrario de l'écouter via une "fenêtre" de taille réduite. On peut constater que cette impression est reliée au coefficient d'efficacité latérale, l'énergie réverbérée devant provenir des côtés de la salle ;

23- l'effet Doppler apporte des informations sur le déplacement d'une source qui s'approche puis s'éloigne de l'auditeur.

24Dans notre objectif de représentation de l'espace, nous devrons considérer quelques caractérisant qui provoquent une mobilisation de l'attention auditive:

25- la saillance physique :

26Les sons présentant une enveloppe abrupte ou des transitoires marqués sont susceptibles de provoquer une réaction de l’orientation de l’attention. Les variations brutales de niveau ou la présence soudaine de fréquences élevées vont le plus souvent attirer l'attention de l'auditeur sur cette source ;

27- le caractère nouveau, non encore approprié ou identifié par l'auditeur d'un son apparaissant dans la scène sonore va mobiliser une attention particulière.

28Par delà les apprentissages spécifiques auxquels procèdent les spécialistes du son, musiciens instrumentistes ou compositeurs, preneurs de son ou mixeurs, on peut constater que, dans un contexte spécifique, la précision de la détection d'une fréquence sonore ou d'une position dans l'espace s'améliore au fur et à mesure que la probabilité d'occurrence augmente. La capacité à discriminer les changements de niveau, de hauteur ou de position dans l'espace dans un pattern complexe masquant augmente à mesure que les incertitudes concernant ce pattern diminuent. On constate donc que à chaque situation d'écoute correspond une opération volontaire d'apprentissage de la scène sonore, cette appropriation fine est destinée à mobiliser les ressources de perception qui nous permettront d'isoler les informations pertinentes. Ce phénomène est largement utilisé dans les opérations de mixage, la possibilité nous étant offerte de diminuer la présence d'un objet sonore dès lors que l'auditeur en a fait l'identification, une baisse significative de son niveau n'affectera pas la sensation de sa présence.

29Même si les procédés de diffusion visent plus à provoquer une sensation d'immersion de l'audio-spectateur que de lui donner des informations auditives aptes à décrire précisément les données spatiales de la scène sonore,
les opérateurs de prise de son tentent d'utiliser des dispositifs destinés à capter le plus précisément la totalité de l'espace sonore.

30Sont utilisés depuis de très nombreuses années des couples stéréophoniques utilisant séparément ou conjointement les différences d'intensité ou de temps.

Image 10000201000002B800000148F1AEB18D.pngFig 9 : couple AB, couple XY

http://www.dcaudiovisuel.com/​product_info.php/​products_id/​74

31Plus récemment sont apparus des dispositifs dotés de 3 microphones LCR destinés à enregistrer 3 canaux discrets.

Fig 10 : dispositif de captation LCR

http://www.cinela.fr/​albert.php?language=fr

32L'utilisation des systèmes de diffusion multicanal a encouragé les preneurs de son à expérimenter l'utilisation de systèmes de captation présentant le même nombre de canaux discrets et l'on a vu apparaître de nombreuses propositions techniques.

Fig. 11 : Croix IRT

http://areitec.fr/​categorie-produit/​catalogue/​microphones-catalogue/​microphones-surround-microphones-catalogue/​

Fig. 13 : Ensemble « surround »

http://areitec.fr/​categorie-produit/​catalogue/​microphones-catalogue/​microphones-surround-microphones-catalogue/​

Fig. 14 : Mike Williams

http://www.retifweb.net/​?var=10047&part=2

Fig. 15 : Complexe…

http://www.lesonmulticanal.com/​category/​prise-de-son/​

Fig. 16 : mais encombrant !

http://www.lesonmulticanal.com/​category/​prise-de-son/​

33Ces démarches d'abord expérimentales puis opérationnelles s'inscrivent dans une perspective holophonique de la prise de son. Elles s'avèrent souvent incompatibles avec les contraintes du tournage et en outre d'un apport assez limité en terme de satisfaction de l'auditeur tant les dispositifs de diffusion au cinéma ou en home cinéma sont encore inadaptés.
Pour autant, les éléments fournis aux monteurs sons et mixeurs grâce à ces procédés sont tout à fait précieux et, même si leur utilisation nécessite un soin particulier, ils permettent un travail de représentation de la scène sonore tout à fait enrichi.

34Évoquons rapidement les systèmes de diffusion sonore généralement rencontrés dans les diverses situations d'écoute.

35On peut constater que si le cinéma en 3D nécessitant l'utilisation de lunettes à polarisant s'est largement répandu, nous sommes restés en matière de diffusion sonore dans une logique d'enveloppement de l'auditeur plus que d'offre d'une sensation plus précise de l'espace représenté.

36L'impératif de l'homogénéité de couverture sonore de l'auditoire dans une salle de cinéma ou de concert est à bien des égards parfaitement incompatible avec une précision de localisation des sources sonores indispensable à la réception satisfaisante de l'espace sonore.

37Comme nous avons pu le constater, l'appareil auditif, effectue une analyse extrêmement fine des différences temporelles et spectrales des stimuli lui parvenant.
Cette finesse est le résultat d'un apprentissage complexe et mobilise la perception en intégrant les singularités de l'appareil auditif mais aussi du lieu d'écoute.

38Un dispositif de diffusion très efficace en terme de précision de localisation et de sensation de l'environnement est sans doute la restitution binaurale intégrant une fonction de transfert relative à la tête;
La technologie binaurale est basée sur la diffusion d’un couple de signaux binauraux, l’un étant destiné au canal droit, l’autre au canal gauche. Les signaux binauraux peuvent être obtenus de deux manières : par la prise de son directe, ou par calcul du signal, en filtrant un signal monophonique au travers des filtres binauraux qui reproduisent les propriétés de la propagation acoustique entre une source placée dans une position donnée et les deux oreilles de l’auditeur.

39Ces filtres, résultant de la fonction de transfert de la tête de l'auditeur doivent être conçus spécifiquement pour chaque individu. On comprendra aisément les difficultés de mise sur le marché d'une telle technologie même si les tentatives de modélisation réduite à quelques modèles standard sont pleines de promesses, un résultat satisfaisant ne peut que nécessiter la prise d'une empreinte individuelle.
Ce dispositif peut fonctionner en utilisant un casque stéréophonique de bonne qualité mais présente les meilleures performances en utilisant des écouteurs moulés précisément selon la morphologie de chaque oreille.

40Les dispositifs de diffusion implantés dans les salles de cinéma et qui peuvent également constituer une installation domestique de qualité répondent à des normes instaurées par Dolby, on parle de diffusion "surround".

Fig 17 : dolby surround

http://hometheaterhifi.com/​volume_8_1/​dolby-prologic2-3-2001.html

41Nous sommes bien en présence d'un système destiné à provoquer une sensation d'enveloppement plus que de préciser la localisation des sources sonores. Notons à ce titre que nombre de réalisateurs restent méfiants devant ce procédé, arguant de la perturbation potentiellement ressentie par l'audio-spectateur percevant une information sonore hors de l'axe de l'image.

42On aurait pu penser que le développement du cinéma "3D" aurait ouvert les vannes de nouvelles créativités à cet égard, on constate que ce n'est pour l'instant que très rare.

43Lors du passage à la diffusion HD par les télévisions française, il a été demandé aux producteurs des programmes de réaliser le son en multicanal, beaucoup d'entre eux se sont révélés sans inspiration et ont laissé le soin aux mixeurs de faire les choix des sources diffusées sur les différents canaux, sans accorder plus de temps à la conception et à la réalisation de cette bande sonore.

44Dolby a présenté récemment un nouveau dispositif de diffusion multicanal ATMOS qui présente un intérêt qui va au delà du nombre de haut-parleurs supplémentaires installés.

Fig 18 : Dolby Atmos

http://www.extremetech.com/​extreme/​178670-dolby-atmos-true-3d-surround-sound-around-above-and-below-finally-comes-of-age

45La chaîne de production sonore imposée par ce format ouvre de réelles perspectives en terme de créativité pour le réalisateur et surtout de précision de localisation des sources pour l'audio-spectateur. Un très petit nombre de salles sont équipés et il est trop tôt pour juger du développement de ce procédé dans les productions cinématographiques, seules celles disposant de budgets confortables s'y risqueront quoi qu'il en soit.

46Un autre procédé de diffusion est tout à fait séduisant en ce qu'il propose une restitution de la position des sources sonores conforme à la réalité:
le système WFS.

47Il s'agit d'une implémentation audio du principe de Huygens-Fresnel, qui spécifie que: "Tout champ sonore émergeant d'une source principale peut être reproduit en sommant les contributions d'une distribution infinie et continue de sources sonores secondaires". D'un point de vue théorique, la WFS permet donc de synthétiser des sources sonores à n'importe quelle position. En pratique, nous sommes limités au plan horizontal.

Fig 19 : principe de la WFS

https://acousticengineering.wordpress.com/​2013/​12/​08/​wavefield-synthesis-souped-up-surround-sound/​

48La technique Wave Field Synthesis (WFS) désigne un procédé de reproduction holophonique qui permet, par analogie avec les hologrammes visuels, de capter ou synthétiser une scène sonore en préservant les informations spatiales de distance et de direction des sources qui la composent. Cette approche, initiée par l'université de Delft, dépasse les limites des systèmes conventionnels en termes de fidélité de reproduction sur une zone d'écoute étendue.

49Tandis que les techniques stéréophoniques conventionnelles (stéréo, 5.1) s'apparentent au trompe-l'œil et ne peuvent ainsi être appréciées que depuis le centre du dispositif, l'holophonie a l'ambition de reconstruire un champ sonore dans lequel les auditeurs peuvent se déplacer en gardant une perception cohérente de la localisation des sources.

50Les ressources techniques de représentation synthétiques de l'espace sont bien sûr très présentes dans les studios de mixage et nous ne pouvons les détailler ici au risque de déborder de l'espace qui nous est offert.

51On ne compte plus les dispositifs de spatialisation artificielle, et depuis très longtemps, la réverbération artificielle, fait partie des outils les plus utilisés.
Les processeurs de spatialisation peuvent désormais intégrer l'empreinte acoustique d'un lieu pour l'appliquer ensuite à une source sonore.
On constate cependant que cette transposition de la figuration de l'espace est moins efficace qu'on pourrait l'attendre, il faut souvent aménager le réglage des différents paramètres pour obtenir un résultat satisfaisant.
La difficulté des opérations de mise en espace réside également dans la nécessité de considérer les conditions d'écoute de l'auditeur final.
D'un point de vue acoustique, celles-ci sont normalisées dans le cas des salles de cinéma mais c'est loin d'être le cas des installations domestiques et plus encore des situations d'écoute nomade.

52Cette rapide présentation avait pour objectif d'éclairer les enjeux de la relation que les "faiseurs de son", de la prise de son jusqu'à la diffusion, entretiennent avec la notion d'espace et de perspective sonore.
Comme dans toute activité artisanale, il s'agit pour nous d'acquérir les connaissances les plus fines des modalités de construction de la représentation d'un espace sonore par l'auditeur en s'appuyant sur des données scientifiques et techniques les plus larges possibles sans jamais rien céder à la joyeuse liberté de la recherche et de l'expérimentation qui, nous en sommes convaincus, est la meilleure garantie du plaisir de la réception chez l'audio-spectateur auquel sont destinés nos travaux.

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Bibliographie

Marie-Claire Botte, Psychoacoustique et perception auditive, Tec & Doc,‎ 1999 (ISBN 978-2852065345)

Georges Canevet, « Audition binaurale et localisation auditive : aspects physiques et psychoacoustiques », dans Botte & alii, Psychoacoustique et perception auditive, Paris, Tec & Doc,‎ 1999

Mpaya Kitantou, « La perception auditive », dans Denis Mercier (direction), Le Livre des Techniques du Son, tome 1- Notions fondamentales, Paris, Eyrolles,‎ 1987, 1e éd

Stephen McAdams (dir.) et Emmanuel Bigand (dir), Penser les sons : Psychologie cognitive de l'audition, Paris, PUF, coll. « Psychologie et sciences de la pensée »,‎ 1994, 1e éd., 402 p. (ISBN 2-13-046086-0)

Pierre Schaeffer, Traité des objets musicaux : Essai interdisciplines, Paris, Seuil,‎ 1977, 2e éd. (1re éd. 1966), 713 p.

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V. R. Algazi and R. O. Duda,"Headphone-based spatial sound," IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 28, No. 1, pp. 33-42,Jan. 2011.

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R. O. Duda, "Modeling head related transfer functions," in Proc. Twenty-Seventh Annual Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers (Asilomar, CA, Nov. 1993).

Webographie

Groupe audio acoustique du CNRS
https://groupeaa.limsi.fr/thmsonesp:start

Franck Ernould
http://www.ernould.com/

IRCAM
http://www.ircam.fr/

Michel Vanoy "acousmates"
http://www.studiophebes.com/edu/Accueil.html

Conservatoire National des Arts et Métiers Département d’acoustique
http://www.duanrevig.com/Acoustique.htm

CIPIC/IDAV Interface Laboratory University of California
http://interface.cipic.ucdavis.edu/sound/

Cosmic Garden
http://cosmicgarden.eu/portfolio/experience-binaurale

Euphonia
http://euphonia.fr/index.htm

Dolby
http://www.dolby.com/fr/fr/index.html

http://www.lesonmulticanal.com/category/prise-de-son/

http://binaural.jimdo.com/limites-du-virtuel/l-oreille-interface-de-r%C3%A9alit%C3%A9-virtuelle/synth%C3%A8se-binaurale/

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Table des illustrations

Légende Fig 1 : échelle de perception du niveau sonore
Crédits http://auriol.free.fr/​psychosonique/​ClefDesSons/​seuil.htm
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Légende Fig 2 : la perception de la hauteur
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Légende Fig 3 : la perception de la localisation
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Légende Fig 4 : perception de la différence de temps et d’intensité
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Légende Fig 5 : le cône de confusion de localisation
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Légende Fig 6 : l’effet de précédence
Crédits http://docplayer.fr/​174703-Psychoacoustique-vi-localisation-vi-2-lateralisation-differences-temporelles-itds-vi-1-position-du-probleme-vi.html
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Légende Fig 7 : l’effet de masque
Crédits http://www.minidisc.org/​French_tech/​section1.html
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Légende Fig 8 : les différentes réflexions
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Légende Fig 9 : couple AB, couple XY
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Légende Fig 10 : dispositif de captation LCR
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Légende Fig. 11 : Croix IRT
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Légende Fig. 12 : Ensemble double AB
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Légende Fig. 13 : Ensemble « surround »
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Légende Fig. 14 : Mike Williams
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Légende Fig. 15 : Complexe…
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Légende Fig. 16 : mais encombrant !
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Légende Fig 17 : dolby surround
Crédits http://hometheaterhifi.com/​volume_8_1/​dolby-prologic2-3-2001.html
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Légende Fig 18 : Dolby Atmos
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Légende Fig 19 : principe de la WFS
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Pour citer cet article

Référence électronique

A. Beznosiuk, « De la prise de son à la diffusion: mystères et mécanique de la perspective sonore. »Entrelacs [En ligne], 13 | 2017, mis en ligne le 18 mai 2017, consulté le 18 avril 2024. URL : http://journals.openedition.org/entrelacs/2115 ; DOI : https://doi.org/10.4000/entrelacs.2115

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Auteur

A. Beznosiuk

Ingénieur du son et enseignant à l’École Supérieure d’AudioVisuel (ESAV) à Toulouse.Chercheur associé au LARA SEPPIA.Les thèmes de son travail de recherche et d’expérimentation sont :L’écoute spécialiste des professionnels du sonLes interfaces utilisateurs des systèmes de mixage et de traitement audio

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