The sound centrifuge

Title: The sound centrifuge: spatial effects induced by circular trajectories at high velocity
Authors: François-Xavier Féron (STMS Lab [CNRS, Ircam, Sorbonne Université]), Cédric Camier (Saint-Gobain Recherche, CIRMMT), Catherine Guastavino (McGill University, CIRMMT)
Conference: Spatialization, Orchestration, Perception. IRCAM Forum Workshops hors les murs, Montreal (Online) February 4–5–6 and 11–12, 2021
Source URL: https://www.ircamforummontreal.org/table-ronde-5/#feron_video

RESUMÉ / ABSTRACT

“If revolutions of sound in space go beyond a certain barrier of revolutions per second, they become something else” explained Karlheinz Stockhausen during a conversation with Jonathan Cott in 1971. Later, the Portuguese composer Emmanuel Nunes, in close collaboration with computer music designer Eric Daubresse, experimented at Ircam with sounds moving at very high velocities and observed new perceptual effects. These musical experimentations inspired us to initiate a line of research on the perception of spatial figures back in 2009.
Through a series of controlled scientific experiments conducted at CIRMMT, we were able to document perceptual mechanisms at play to track moving sounds. We estimated perceptual thresholds for auditory motion perception and velocity perception and investigated the influence of reverberation, spatialization techniques and loudspeaker configurations. Throughout this process, new tools based on a hybrid spatialization method combining numerical propagation and angle based amplitude panning, were developed to move sounds around the listener at very high velocities. At such velocities, the revolution frequency is in the same order of magnitude as audible frequencies. New effects were obtained by manipulating the listener position, the direction of revolution, the velocity and the nature of the sound material using our custom-built “sound centrifuge” developed in Max-MSP. They include spatial ambiguities, Doppler pitch-shifting and amplitude modulation induced by velocity apparent variation, timber enrichment, spatial beating (amplitude modulation pattern as a function of the revolution frequency and the sound fundamental frequency) and a spatial wagon-wheel effect, all dependant on the listening position.
These effects were first used for creative purposes in two multichannel electro-acoustic pieces by composer Cédric Camier created in 2017 and 2019. In this demonstration, effects will be presented parametrically as core elements of spatial studies based on velocity.

"Si les révolutions du son dans l'espace dépassent un certain seuil de révolutions par seconde, elles deviennent autre chose" explique Karlheinz Stockhausen lors d'une conversation avec Jonathan Cott en 1971. Plus tard, le compositeur portugais Emmanuel Nunes, en étroite collaboration avec l'informaticien Eric Daubresse, expérimente à l'Ircam des sons se déplaçant à des vitesses très élevées et observe de nouveaux effets perceptuels. Ces expérimentations musicales nous ont inspiré à initier une ligne de recherche sur la perception des figures spatiales dès 2009.
Grâce à une série d'expériences scientifiques contrôlées, menées au CIRMMT, nous avons pu documenter les mécanismes perceptifs en jeu pour suivre les sons en mouvement. Nous avons estimé les seuils de détection perceptive pour la réception auditive du mouvement et la perception de la vitesse et étudié l'influence de la réverbération, des techniques de spatialisation et des configurations de haut-parleurs. Tout au long de ce processus, de nouveaux outils basés sur une méthode de spatialisation hybride combinant la propagation numérique et le panoramique d'amplitude basé sur l'angle, ont été développés pour déplacer les sons autour de l'auditeur à très haute vitesse.
A de telles vitesses, la fréquence de rotation est du même ordre de grandeur que les fréquences audibles. De nouveaux effets ont été obtenus en manipulant la position de l'auditeur, la direction de la rotation, la vitesse et la nature du matériau sonore à l'aide de notre "centrifugeuse sonore" sur mesure développée avec Max-MSP. Il s'agit notamment des ambiguïtés spatiales, du décalage Doppler du pitch-shifting et de la modulation d'amplitude induite par la variation apparente de la vitesse, de l'enrichissement du bois, du battement spatial (modulation d'amplitude en fonction de la fréquence de révolution et de la fréquence fondamentale du son) et d'un effet spatial wagon-roue, tous dépendant de la position de l'écoute.
Ces effets ont d'abord été utilisés à des fins créatives dans deux pièces électroacoustiques multicanales du compositeur Cédric Camier créées en 2017 et 2019. Dans cette démonstration, les effets seront présentés de façon paramétrique comme des éléments centraux des études spatiales fondées sur la vitesse.

BIOGRAPHY
François-Xavier Féron is researcher at the French National Centre for Scientific Research (CNRS). He is affiliated to Science and Technology of Music and Sound laboratory (STMS – CNRS, Ircam, Sorbonne université) and is member of the Centre for Interdisciplinary Research in Music Media and Technology (CIRMMT).
Cédric Camier is an electroacoustic composer and research engineer in Acoustics affiliated to Saint-Gobain Recherche. He is also member of the Centre for Interdisciplinary Research in Music Media and Technology (CIRMMT).
Catherine Guastavino is associate professor (William Dawson Scholar - School of Information Studies, McGill University) and member of the Centre for Interdisciplinary Research in Music Media and Technology (CIRMMT).

François-Xavier Féron est chercheur au CNRS. Il est affilié au Laboratoire des sciences et technologies de la musique et du son (STMS - CNRS, Ircam, Sorbonne université) et est membre du Centre interdisciplinaire de recherche en musique, médias et technologie (CIRMMT).
Cédric Camier est compositeur électroacoustique et ingénieur de recherche en acoustique affilié à Saint-Gobain Recherche. Il est également membre du Centre interdisciplinaire de recherche en musique, médias et technologie (CIRMMT).
Catherine Guastavino est professeure agrégée (boursière William Dawson - School of Information Studies, Université McGill) et membre du Centre interdisciplinaire de recherche en musique, médias et technologie (CIRMMT).