L'objectif de cette thèse est l'optimisation de la qualité perçue de la reproduction sonore par un système audio multicanal, dans un contexte de salle d'écoute domestique. Les travaux de recherche présentés s'articulent selon deux axes. Le premier concerne l'effet de salle, et plus particulièrement les aspects physiques et perceptifs liés aux premières réflexions d'une salle. Ces éléments sont décrits spécifiquement, et une expérience psychoacoustique a été menée afin d'étendre les données disponibles quant à leur perceptibilité, c'est à dire leur capacité à modifier la perception du son direct, que ce soit en termes de timbre ou de localisation. Les résultats mettent en évidence la dépendance du seuil en fonction du type de stimulus, ainsi que son évolution en fonction de la configuration spatiale de l'onde directe et de la réflexion. Pour une condition donnée, le seuil de perceptibilité est décrit comme une fonction de directivité dépendant de l'incidence de la réflexion.Le deuxième axe de travail concerne les méthodes de correction de l'effet de la salle de reproduction. Les méthodes numériques classiques sont d'abord étudiées. Leur principale lacune réside dans l'absence de prise en compte du rôle spécifique des propriétés temporelles et spatiales des première réflexions. Le travail de thèse se termine par la proposition d'une nouvelle méthode de correction utilisant un algorithme itératif de type FISTA modifié afin de prendre en compte la perceptibilité des réflexions. Le traitement est implémenté dans une représentation où l'information spatiale est analysée sur la base des harmoniques sphériques. / The goal of this Ph. D. thesis is to optimize the perceived quality of multichannel sound reproduction systems, in the context of a domestic listening room. The presented research work have been pursued in two different directions.The first deals with room effet, and more particularly with physical and perceptual aspects of first reflections within a room. These reflections are specifically described, and a psychoacoustical experiment have been carried out in order to extend the available data on their perceptibility, i.e. their potency in altering the perception of the direct sound, whether in its timbral or spatial features. Results exhibit the variation of the threshold depending on the type of stimulus, as well as on the spatial configuration of the direct sound and the reflection. For a given condition, the perceptibility threshold is given as a directivity function depending on the direction of incidence of the reflection.The second topic deals with room correction methods. Firstly, state-of-the art digital methods are investigated. Their main drawback is that they don't consider the specific impact of the temporal and spatial attributes of first reflections. A new correction method is therefore proposed. It uses an iterative algorithm, derivated from the FISTA method, in order to take into account the perceptibility of the reflections. All the processing is carried out in a spatial sound representation, where the spatial properties of the sound are analysed thanks to spherical harmonics.

Résumé : La synthèse de champs sonores est un domaine de recherche actif trouvant de nombreuses applications musicales, multimédias ou encore industrielles. Dans ce dernier cas, la re- construction précise du champ sonore est souhaitée, ce qui implique de répondre à un certains nombre de questionnements scientifiques. À l’aide de réseaux de microphones et de haut-parleurs, la captation, la synthèse et la reconstruction précise de champs sonores sont théoriquement possibles. Seulement, pour des applications pratiques, la disposition des haut-parleurs et l’influence acoustique du lieu de restitution sont des facteurs cruciaux à prendre en compte pour s’assurer de la bonne reconstruction du champ sonore. Dans ce contexte, cette thèse de doctorat propose des méthodes et des techniques pour la captation, la transformation et la reconstruction précise de champs sonores en trois dimen- sions en se basant sur la méthode ambisonique d’ordre élevé. Une configuration sphérique pour le réseau de microphones et de haut-parleurs est proposée. Elle suit un maillage de Lebedev à cinquante points qui permet la captation et la reconstruction du champ sonore jusqu’à l’ordre 5 avec le formalisme ambisonique. Les limitations de cette approche, tel le repliement spatial, sont étudiés en détails. De plus, une opération de transformation du champ sonore est présentée. Elle est établie dans le domaine des harmoniques sphériques et permet d’effectuer un filtrage directionnel avant le décodage pour privilégier certaines directions dans le champ sonore, suivant une fonction de directivité choisie. Pour la re- construction, une approche originale, également établie dans le domaine des harmoniques sphériques, permet de prendre en compte l’influence acoustique du lieu de restitution, ainsi que les défauts du système de restitution. Ce traitement permet alors d’adapter la synthèse de champs sonores au lieu de restitution, en conservant le formalisme théorique établi en champ libre. Finalement, une validation expérimentale des méthodes et des tech- niques développées au cours de la thèse est faite. Dans ce contexte, une suite logicielle de synthèse et traitement en temps-réel des champs sonore est développée. / Abstract : Sound field synthesis is an active research domain with various musical, multimedia or industrial applications. In the latter case, the accurate reconstruction of the sound field is targeted, which involves answering several scientific questions. Using arrays of microphones and loudspeakers, the capture, synthesis and accurate reconstruction of sound fields are theoretically possible. However, for practical applications, the arrangement of the loud- speakers and the acoustic influence of the restitution room are critical factors to consider in order to ensure the accurate reconstruction of the sound field. In this context, this thesis proposes methods and techniques for the capture, transforma- tions and accurate reconstruction of sound fields in three dimensions based on the Higher Order Ambisonics (HOA) method. A spherical configuration for the array of microphones and loudspeakers is proposed. It follows a fifty-node Lebedev grid that enables the capture and reconstruction of the sound field up to order 5 with HOA formalism. The limitations of this approach, such as the spatial aliasing, are studied in detail. A transformation op- eration of the sound field is also proposed. The formulation is established in the spherical harmonics domain and enables a directional filtering on the sound field prior to the decod- ing step. For the reconstruction of the sound field, an original approach, also established in the spherical harmonics domain, can take into account the acoustic influence of the restitution room and the defects of the playback system. This treatment then adapts the synthesis of sound fields to the restitution room, maintaining the theoretical formalism established in free field. Finally, an experimental validation of methods and techniques developed in the thesis is made. In this context, a digital signal processing toolkit is de- veloped. It process in real-time the microphones, ambisonics, and loudspeaker signals for the sound field capture, transformations, and decoding.

La synthèse de champs sonores est un domaine de recherche actif trouvant de nombreuses applications musicales, multimédias ou encore industrielles. Dans ce dernier cas, la reconstruction précise du champ sonore est souhaitée, ce qui implique de répondre à un certains nombre de questionnements scientifiques. À l'aide de réseaux de microphones et de haut-parleurs, la captation, la synthèse et la reconstruction précise de champs sonores sont théoriquement possibles. Seulement, pour des applications pratiques, la disposition des haut-parleurs et l'influence acoustique du lieu de restitution sont des facteurs cruciaux à prendre en compte pour s'assurer de la bonne reconstruction du champ sonore.Dans ce contexte, cette thèse de doctorat propose des méthodes et des techniques pour la captation, la transformation et la reconstruction précise de champs sonores en trois dimensions en se basant sur la méthode ambisonique d'ordre élevé. Une configuration sphérique pour le réseau de microphones et de haut-parleurs est proposée. Elle suit un maillage de Lebedev à cinquante points qui permet la captation et la reconstruction du champ sonore jusqu'à l'ordre 5 avec le formalisme ambisonique. Les limitations de cette approche, tel le repliement spatial, sont étudiés en détails.De plus, une opération de transformation du champ sonore est présentée. Elle est établie dans le domaine des harmoniques sphériques et permet d'effectuer un filtrage directionnel avant le décodage pour privilégier certaines directions dans le champ sonore, suivant une fonction de directivité choisie.Pour la reconstruction, une approche originale, également établie dans le domaine des harmoniques sphériques, permet de prendre en compte l'influence acoustique du lieu de restitution, ainsi que les défauts du système de restitution. Ce traitement permet alors d'adapter la synthèse de champs sonores au lieu de restitution, en conservant le formalisme théorique établi en champ libre.Finalement, une validation expérimentale des méthodes et des techniques développées au cours de la thèse est faite. Dans ce contexte, une suite logicielle de synthèse et traitement en temps-réel des champs sonore est développée. / Sound field synthesis is an active research domain with various musical, multimedia or industrial applications. In the latter case, the accurate reconstruction of the sound field is targeted, which involves answering several scientific questions. Using arrays of microphones and loudspeakers, the capture, synthesis and accurate reconstruction of sound fields are theoretically possible. However, for practical applications, the arrangement of the loudspeakers and the acoustic influence of the restitution room are critical factors to consider in order to ensure the accurate reconstruction of the sound field.In this context, this thesis proposes methods and techniques for the capture, transformations and accurate reconstruction of sound fields in three dimensions based on the Higher Order Ambisonics (HOA) method. A spherical configuration for the array of microphones and loudspeakers is proposed. It follows a fifty-node Lebedev grid that enables the capture and reconstruction of the sound field up to order 5 with HOA formalism. The limitations of this approach, such as the spatial aliasing, are studied in detail.A transformation operation of the sound field is also proposed. The formulation is established in the spherical harmonics domain and enables a directional filtering on the sound field prior to the decoding step.For the reconstruction of the sound field, and original approach, also established in the spherical harmonics domain, can take into account the acoustic influence of the restitution room and the defects of the playback system. This treatment then adapts the synthesis of sound fields to the restitution room, maintaining the theoretical formalism established in free field.Finally, an experimental validation of methods and techniques developed in the thesis is made. In this context, a digital signal processing toolkit is developed. It process in real-time the microphones, ambisonics, and loudspeaker signals for the sound field capture, transformations, and decoding.