Individualisation des indices spectraux pour la synthèse binaurale : recherche et exploitation des similarités inter-individuelles pour l’adaptation ou la reconstruction de HRTF (2009)

Le travail de thèse qui est rapporté dans le présent document a porté sur le problème de l'individualisation des HRTF pour la synthèse binaurale. Les HRTF sont les filtres linéaires, chacun associé à une direction de l'espace, qui portent en eux l'expression de tous les indices physiques de localisation nécessaires pour une perception de l'espace par le système auditif. La synthèse binaurale utilise avantageusement ces filtres pour sculpter les signaux à présenter aux tympans de l'auditeur, afin de lui procurer l'illusion d'une scène sonore réaliste. Les HRTF étant très liées à la morphologie de la tête et des pavillons, la spatialisation n'est correctement assurée que si ces filtres sont bien adaptés à l'auditeur. Cependant, la mesure exhaustive des HRTF est coûteuse et inconfortable, et il s'agit donc de développer des moyens alternatifs pour les obtenir : c'est le problème de l'individualisation. On se focalise sur les indices spectraux de la localisation auditive, c'est-à-dire les colorations du spectre à dépendance directionnelle, qui constituent la part des HRTF la plus complexe et la plus variable d'un individu à l'autre. Le constat fondateur de nos investigations est le suivant: bien que les HRTF présentent des caractéristiques intrinsèquement individuelles, on peut dégager des évolutions spatiofréquentielles de leur spectre d'amplitude, communes d'un individu à l'autre, mais susceptibles d'être masquées par deux sources importantes de variabilité, que sont la taille et l'orientation des pavillons. Nous proposons des outils permettant de dépasser ces différences apparentes, afin de se focaliser sur ce qui est vraiment spécifique à chaque individu. Deux solutions techniques d'individualisation des HRTF sont développées en utilisant avantageusement la diversité des comportements offerte par les HRTF d'une base de données. La première solution proposée permet d'adapter, pour un nouvel auditeur, les HRTF d'un autre individu issues d'une base de données, en leur appliquant des transformations guidées par une comparaison morphologique entre les pavillons des deux sujets. Les hypothèses de travail et les outils proposés pour mettre en oeuvre la technique sont validés objectivement grâce aux données recueillies sur 6 sujets, et on montre que la méthode d'adaptation proposée dépasse les performances de l'état de l'art. La seconde solution permet de reconstruire les HRTF d'un nouvel auditeur pour une direction quelconque de l'espace à partir d'un nombre réduit de HRTF individuelles mesurées. La technique proposée est basée sur une base de données constituée des HRTF mesurées finement sur une centaine de sujets, à partir desquelles on génère des prototypes. La reconstruction des HRTF repose sur un processus de reconnaissance de formes entre les HRTF individuelles mesurées et ces prototypes. Une validation objective montre que, selon différents critères, les performances de reconstruction de la technique proposée dépassent celles de l'état de l'art. Ces résultats sont confirmés par une évaluation subjective, menée selon un protocole novateur en synthèse binaurale dynamique.