Directional room impulse responses (DRIR) measured with spherical microphone arrays (SMA) enable the reproduction of room reverberation effects on three-dimensional surround-sound systems (e.g., Higher-Order Ambisonics) through multichannel convolution. However, such measurements inevitably contain a nondecaying noise floor that may produce an audible “infinite reverberation effect” upon convolution. If the late reverberation tail can be considered a diffuse field before reaching the noise floor, the latter may be removed and replaced with an extension of the exponentially-decaying tail synthesized as a zero-mean Gaussian noise. This has previously been shown to preserve the diffuse-field properties of the late reverberation tail when performed in the spherical harmonic domain (SHD). In this paper, we show that in the case of highly anisotropic yet incoherent late fields, the spatial symmetry of the spherical harmonics is not conducive to preserving the energy distribution of the reverberation tail. To remedy this, we propose denoising in an optimized spatial domain obtained by plane-wave decomposition (PWD), and demonstrate that this method equally preserves the incoherence of the late reverberation field.

Spatial room impulse responses (SRIRs) measured using spherical microphone arrays are seeing increasingly widespread use in reproducing room reverberation effects on three-dimensional surround sound systems (e.g., higher-order ambisonics) through multi-channel SRIR convolution. However, such measured impulse responses inevitably present a non-negligible noise floor, which may lead to a perceptible “infinite reverberation effect” when convolved with an input sound. Furthermore, individual sensor noise and momentary measurement artefacts may additionally corrupt the resulting impulse response. This paper presents a robust SRIR denoising procedure applicable to impulse responses with diffuse late reverberation tails, which can be modeled by a stochastic process. In such cases, the non-decaying frequency-dependent noise floor may be replaced by a synthesized incoherent tail parameterized by the SRIR's energy decay envelope. It is shown that performing such tail re-synthesis in the spherical harmonic domain, using an independent zero-mean Gaussian noise for each component, preserves both the reverberation tail's frequency-dependent decay as well as its spatial coherence properties. The proposed process is then evaluated through its application to SRIRs measured in real-world conditions, and finally some aspects of performance and consistency verification are discussed.

Méthodes d'analyse, de traitement, et de manipulation de réponses impulsionnelles spatiales mesurées par des antennes sphériques de microphones: L'utilisation de réponses impulsionnelles spatiales de salles (spatial room impulse response, SRIR) dans la reproduction d'effets de réverbération de salle tri-dimensionnels connaît aujourd'hui une réelle démocratisation grâce à la commercialisation répandue d'antennes sphériques de microphones (spherical microphone array, SMA) et à une capacité de calcul numérique en croissance continue. Ces SRIR peuvent reproduire des effets de réverbération spatialisés sur des dispositifs immersifs ("surround-sound") à travers des convolutions multicanal de plus en plus performantes. De cette utilisation découle naturellement une demande pour des techniques d'analyse et de traitement non seulement capables d'assurer une reproduction fidèle, mais qui pourraient éventuellement aussi servir à contrôler différentes modifications de la SRIR de façon plus créative que réaliste. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est de développer un environnement complet d'analyse, de traitement, et de manipulation temps-fréquence-espace de SRIR. Les outils d'analyse doivent mener à une modélisation approfondie permettant ensuite un traitement de la mesure vis-à-vis de ses limitations intrinsèques (conditions de mesure, accumulation de bruit de fond, etc.) ainsi qu'une capacité à faire évoluer certaines caractéristiques de l'effet de réverbération décrit par la SRIR. Ces caractéristiques peuvent être tout à fait objectives, c'est-à-dire explicitement reliées à différents paramètres du modèle, ou alors plutôt informées par une connaissance de la perception humaine de l'acoustique des salles. Les aspects théoriques de ce projet de recherche sont présentés en deux parties principales. Dans un premier temps, le modèle de signal de SRIR sous-jacent est décrit en s'inspirant directement des approches historiques dans les domaines de la réverbération artificielle et le traitement de SMA, tout en y proposant plusieurs extensions. Le modèle de signal est alors exploité afin de définir les méthodes d'analyse qui forment le noyau du cadre de traitement-manipulation final. Ces méthodes se focalisent particulièrement sur (a) l'identification du "temps de mélange" décrivant le moment de transition entre les premières réflexions et la réverbération tardive, (b) la génération d'une cartographie temps-espace des premières réflexions, et (c) l'estimation des paramètres régissant la décroissance exponentielle de l'enveloppe d'énergie de la réverbération tardive, à la fois en fréquence et en direction. La définition d'une procédure de génération de représentations directionnelles de SRIR (directional room impulse response, DRIR) est aussi nécessaire pour pouvoir prendre en compte la dépendance directionnelle de ces propriétés. En seconde partie, les paramètres de modélisation explicités par les méthodes d'analyse sont exploités à des fins soit de traitement (c'est-à-dire tenter de corriger certaines des limitations inhérentes au processus de mesure par SMA), soit de manipulation ou de modification plus créative de la SRIR. Deux méthodes de traitement sont développées en particulier : (1) une procedure d'atténuation de bruits non stationnaires agissant directement sur les signaux de mesure par balayages de fréquence exponentiels (exponential sweep method, ESM) répétés, et (2) une technique de débruitage basée sur une extrapolation et une resynthèse de la queue de réverbération tardive. Les descriptions théoriques ainsi complétées, les principales méthodes d'analyse ainsi que la génération de DRIR et le débruitage sont sujets à une série de tests de validation au cours desquels des SRIR simulées sont utilisées afin d'évaluer la performance, les limitations, et la paramétrisation des différentes techniques. Ces sous-études permettent à chaque méthode d'être vérifiée individuellement, et donnent un aperçu détaillé du fonctionnement interne des outils d'analyse. Enfin, une vue d'ensemble de l'environnement d'analyse-traitement-manipulation est obtenue