Historique
La synthèse de front d’onde a été développée à la fin des années 1980 à l’université de Delft aux Pays-Bas par A.J. Berkhout dans ce qui était à l’origine des recherches sur les ondes sismiques. Ce procédé est extrêmement séduisant pour notre application à la sonorisation dans la mesure où il promet de synthétiser un champ acoustique réaliste. C’est-à-dire qu’avec ce procédé d’holophonie [1] (un hologramme sonore), il serait et il sera, possible de positionner une source sonore à un point précis de l’espace, d’en simuler l’émission depuis ce point, et ainsi d’en percevoir le champ acoustique naturellement associé, que celle-ci soit présente ou non.
Dès 1997, Evert Walter Start, doctorant à l’université de Delft sous la direction de A.J. Berkhout, s’intéresse à l’utilisation de la WFS dans un contexte de sonorisation[2]. Il étudie dans sa thèse les 3 principes scientifiques à l’œuvre dans la WFS, et consacre deux chapitres à la conception et l’évaluation de systèmes de sonorisation par WFS.
Par la suite, plusieurs centres de recherche (comme le laboratoire STMS à l’IRCAM) approfondissent l’usage de cet algorithme pour l’application en temps réel et pour la sonorisation. Toutefois, il ne s’agit pas d’une idée nouvelle (figure ci-dessous), puisqu’en 1953, William B. Snow, à l’occasion d’un article sur la stéréophonie dans le “Journal of the SMPTE”, publie un schéma intitulé “le système stéréophonique parfait” qui applique en réalité le principe de la WFS[3].
Le système de reproduction idéal selon W. B. Snow. (Rumsey 2001)
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement de la WFS repose sur le principe de Huygens qu’il publie en 1690 dans son Traité de la lumière. Celui-ci dit en somme qu’un front d’onde émis par une source que l’on dira primaire, peut être considéré comme la somme des contributions d’un ensemble de sources secondaires, émettant des ondelettes. Conjointement, elles contribuent à générer un front d’onde secondaire, en tout point identique au front d’onde primaire.
Principe de reconstruction du front d’onde sphérique d’une source sonore par la contribution d’un réseau linéaire de sources secondaires
(ligne WFS)
Plus simplement, lorsqu’un son est émis, il se propage dans l’espace sous la forme d’un front d’onde sphérique. La WFS vise à reproduire ce front d’onde, en utilisant plusieurs haut-parleurs, formant une ligne (figure ci-dessus). L’algorithme repose sur les différences de niveau et de retard entre les haut-parleurs. In fine, les contributions de ces haut-parleurs vont (re)construire un front d’onde simulé (appelé front d’onde secondaire) qui est en théorie identique au front d’onde primaire.
En pratique, pour chaque source sonore, seront appliqués sur chaque enceinte un gain et un délai différent. L’usage de panoramiques d’amplitude traditionnelles est donc écarté pour la spatialisation.
[1] L’holophonie est une analogie à l’holographie et non au système d’enregistrement développé par Hugo Zuccarelli fondé sur une hypothèse d’interférométrie du système auditif interne.
[2] E. W. Start, «Direct sound enhancement by wave field synthesis,» 1997.
[3] W. B. Snow, «Basic principles of stereophonic sound,» IRE Transactions on Audio, Vol. AU-3, pp. 42-53, 1955