Levantamento de Função de Transferência de Sistemas de Áudio

Luiz Fausto de Souza Brito

Orientador: Álvaro da Silva Ferreira

Universidade Santa Úrsula

Levantamento de Função de Transferência de Sistemas de Áudio Luiz Fausto / Álvaro Ferreira - Universidade Santa Úrsula 2

Roteiro da Apresentação:

l  Motivação l  Outros Métodos Existentes l  Método Proposto l  Implementação l  Resultados Experimentais l  Conclusões l  Trabalhos Futuros l  Dúvidas l  Demonstração

Projeto baseado no artigo: “Transfer Function Measurements with Sweeps” de Swen Müller e Paulo Massarani

Motivação

Objetivo: Medição de Sistemas de Áudio (eletrônicos e acústicos)

•  SPL, THD, SNR, latência, RT60, etc...

•  Resposta em Freqüência (Módulo e Fase) •  Resposta ao Impulso

Motivação

Aplicações: •  estabelecer critérios de

qualidade •  guiar ações corretivas

(ex: equalização) •  processamento de sinais

(ex: reverberação)

Motivação

Métodos Convencionais:

Método Proposto:

Falham em medições com baixa SNR e elevada THD

ü  Otimiza SNR ü  Separa distorção

Motivação

Métodos de Medição

Idéia Geral:

h (t) H (jω)

x (t) X (jω)

y (t) Y (jω)

H = Y / X

Outros Métodos Existentes

• Não mede fase • Precisão horizontal limitada • Resolução Vertical Discretizada • Armazenamento da Resposta em Papel

Gravador de Nível

+ Atuador (motor)

Sensor (potenciômetro)

Outros Métodos Existentes Time Delay Spectrometry (TDS)

• Elevada rejeição a reflexões acústicas, distorção e ruído de banda larga • Varredura linear à Baixa SNR em baixas freqüência • Passa-baixas à Ripple em baixas freqüências

Varredura Senoidal Discreta (Step Sweep)

• Lento • Baixa Resolução • Elevada SNR

DUT FFT

Impulsos

• Baixa SNR

Maximum Length Sequences (MLS)

Espectro Branco à h(t) = Rxy Para MLS à Rxy = FHT(y(t))

• Eficiência Computacional • Muito vulnerável à distorção e variância • Baixa SNR em baixas-freqüências

SHIFT REG

CLOCK ZOH DUT FHT

FFT de dois canais

• Confiabilidade ß Boa SNR em todas as freqüências • Muitas médias necessárias à Lento

Outros Métodos Existentes FFT de um canal

• Não precisa realizar médias, apenas a gravação em regime permanente • Confiabilidade ß Geração de sinal

Sinais de Estímulo

Varreduras

• Não precisam estabelecer regime permanente • Alta SNR (baixo fator de crista) • Separação da distorção

Método Proposto

Varredura Senoidal com ênfase no espectro de ruído

DUT FFT

IFFT FFT x

Método Proposto

Varredura Senoidal com ênfase no espectro de ruído

Ênfase Arbitrária e Envelope Constante

Implementação

•  Auto-Referência à  Compensação da resposta do

equipamento de medição •  Medição do Sistema

•  Análise Espectral do Ruído •  Geração da Varredura •  Análise da Resposta

l  Análise Espectral de Ruído - Captação do Ruído - Divisão em janelas temporais - Espectro de Potência Médio - Suavização

à Alternativa: Geração de Espectro Rosa - Para substituir espectros de ruído com “picos” muito acentuados

Implementação

l  Geração da Varredura - A partir do espectro de ruído (ou espectro rosa) - Síntese do Atraso de Grupo - Síntese do Sinal no Domínio do Tempo

Implementação

l  Análise da Resposta - Resposta ao Impulso - Resposta em Freqüência - Parâmetros Secundários

Implementação

Parâmetros Secundários: l  Pressão Sonora Máxima l  Latência / Distância l  THD (Distorção Harmônica Total) l  SNR da janela de análise (confiabilidade) l  Curva de Decaimento de Schroeder l  RT60 (tempo de reverberação) l  Banda de Passagem

Implementação

Etapas Adicionais: •  Suavização Somente para medidas acústicas: •  Caracterização do Microfone de Medição

- Sensibilidade - Resposta em Freqüência

•  Calibragem do ganho do equipamento de medição - Geração de tom de referência - Medição do nível de referência

Resultados Experimentais

•  Medidas Acústicas: - Resposta de um alto-falante - Comparação com software comercial (EASERA)

•  Medidas Eletrônicas: - Equalizador Gráfico - Com e sem ênfase de ruído

Medidas Acústicas: l  Caixa de Som - Creative CS120 (1m do chão) l  Quarto – 3m x 3,2m x 3.15m (mobiliado) l  Microfone - NTI MiniSPL (30 cm da caixa) l  Estímulo: Varredura Logarítmica (6 s) l  Suavização: 1/3 oitava

Módulo da Resposta em Frequência do sistema acústico medido (EASERA)

Módulo da Resposta em Freqüência do sistema acústico medido (programa desenvolvido)

Módulo da Resposta em loop-back (EASERA, suavização de 1/48 oitava)

Resposta ao Impulso (após janelamento) do sistema acústico medido

Parâmetros secundários: THD: 2.47 % SNR (da janela de análise: 47.6 dB fl (@ - 10 dB): 240 Hz fh (@ -10 dB): 16097 Hz Distância: 0.33 m dBspl (max): 99.1 RT60: 0.3 s

Curva de Decaimento de Schroeder do sistema acústico medido

Medidas Eletrônicas (com e sem ênfase): l  Varreduras com duração de 1,5 segundos l  Análises sem suavização l  Equalizador Gráfico (7 bandas) - Technics SH-GE70 l  Ganhos ajustados: -12 dB (63 Hz, 160 Hz, 400 Hz);

+12 dB (1 kHz, 2.5kHz, 6.3 kHz, 12.5 kHz)

Módulo da Resposta em Freqüência do Equalizador Fase da Resposta em Freqüência do Equalizador

Parâmetros secundários (com ênfase): THD: 0.03 % SNR (da janela de análise: 73 dB fl (@ - 10 dB): 0 Hz fh (@ -10 dB): 22050 Hz Latência: 0 ms

Espectro do Ruído do Equalizador (com suavização de 3 oitavas)

Parâmetros secundários (sem ênfase): THD: 0.09 % SNR (da janela de análise: 71 dB fl (@ - 10 dB): 682 Hz fh (@ -10 dB): 22050 Hz Latência: 0 ms

Conclusões

•  O método proposto consegue medir a resposta de sistemas de áudio, mesmo com elevado nível de ruído.

•  Limitações de performance: - programa interpretado (não compilado) - síntese do atraso de grupo - suavização

•  Compromisso entre relação sinal/ruído ótima e duração da medição

Trabalhos Futuros

•  Desenvolvimento de Interface Gráfica •  Adição de mais opções de sinais de estímulo e

parâmetros de análise •  Compilação •  Utilização das respostas obtidas para o

processamento digital de sinais (equalização, reverberação, etc...)

Dúvidas?

Contato: luizfausto@globo.com

Demonstração...

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