Acstica e Psicoacstica Geber Ramalho Osman Gioia UFPE
Acústica e Psico-acústica Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 1
Acústica n Acústica • parte da física que estuda os sons, sua geração e sua interação com o ambiente n Conceitos básicos • • absorção e reflexão reverberação eco ressonância modos de sala isolamento etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 2
Reflexões n Som direto e som indireto (reflexões) • Direto: viaja diretamente da fonte ao receptor • Indireto: é refletido/absorvido nas paredes, teto, chão, etc. • Grande parte do som é indireto mas ele é mais fraco n Pode ser usado artisticamente para criar ambiência • Filmes, tv, jogos, mixagem em estúdio, etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 3
Ambiência n Ambiência • Sensação de interação com a acústica do ambiente n Pode-se ter vários efeitos de ambiência • eco, reverberação, etc. n E eles dependem do. . . • tempo de atraso das reflexões (tamanho da sala) • quantidade de reflexões (absorção da sala) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 4
Eco n Eco • Atraso significativo: repetição perceptíveis do som • em salas menores, com paredes paralelas e perpendiculares também tem-se os flutter echos (ecos pequenos e rápidos) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 5
Reverberação n Reverberação • série de reflexões muito densas percebidas como um contínuo decaimento no tempo, “prolongando” o som direto (múltiplos ecos) • dão a sensação de ambiente e de localização, senão seria “seco” e “muito perto” • aumentam em número quando decaem • tempo de reverb. = queda de 60 d. B (ton de 500 Hz) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 6
Materiais absorventes n Absorção: cada material absorve bem numa faixa. • Materiais porosos, fibrosos, tecido => altas • Espaçamento entre material e parede => médio grave • Bass traps => baixas n Usado para modelagem física de ambientes • sound trace (equivalente a ray trace da comp. gráfica) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 7
Materiais parede Bass trap Enchimento Folha de madeira (lã de vidro) (1/4´ a 1/8´) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 8
Ressonância n Ressonância: • reforço de certas freqüências (em geral abaixo de 300 Hz), chamadas modos da sala • isto deve-se às ondas estacionárias: ondas que continuamente se reforçam ao refletirem nas paredes • Depende da dimensão da sala n f = (N x 565)/D • onde N é o modo e D a dimensão (em pés) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE modos 9
Ressonância n Problema • descaracteriza o timbre e altera o som em geral, reforçando freqüências particulares Resposta em freqüência Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 10
Acústica em Computação n Software/hardware de processamento de som • ex. síntese de som n Software criação dinâmica de ambiência • ex. jogos de computadores, realidade virtual n Software de controle físico de ambiência em salas de concerto e estúdio • ex. sala do IRCAM n Software/hardware de espacialização de som • ex. LPE/CIC, CRCA n etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 11
Psico-acústica Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 12
Psico-acústica n Psicoacústica • Ramo da psico-física, fundada por Helmholtz, que estuda a relação entre som, audição e psicologia • mundo físico => percepção => compreensão n Algumas questões • Qual é a relação entre amplitude e intensidade? • Em que condições uma freqüência pode ser percebida como tendo uma altura particular? • Qual é a relação entre espectro e timbre? • Com que acuidade percebemos altura, ritmo, intensidade, timbre, localização espacial, etc. ? • Certas reduções de dados sonoros afetam a percepção musical? Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 13
O ouvido n O sistema auditivo periférico divide-se em 3 partes n ouvido externo • capta e amplifica vibrações do ar n ouvido médio: • transforma estas vibrações em vibrações mecânicas n ouvido interno: • processa esta vibrações e transformando-as em sinais elétroquímicos que seguirão pelos nervos até o cérebro Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 14
O ouvido (impulses) 4000 nerve fibers 5 hair-cells/fiber 16000 Hz. . . Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 2000 Hz. . . 62 Hz 15
Percepção de volume n Volume Intensidade ou audibilidade (loudness) • quanto maior o volume, maior a excitação dos “cílios” • mas outras coisas também influenciam a percepção de intensidade. . . n A percepção de variação de intensidade depende da intensidade • a percepção é exponencial e por isso se usa uma medida logarítmica àum pequeno incremento é perceptível só quando o som está fraco àex. 90 p/ 91 d. B (3859 vezes mais) 30 p/ 31 d. B (3. 86 vezes mais) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 16
Percepção de volume n A percepção de intensidade depende da freqüência • ouvimos melhor a faixa 2700 -3200 Hz (basta pouco para ouvirmos nas médias) • quanto mais intenso, mais a resposta torna-se plana (ouve-se igualmente bem em todas as freqüências) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 17
Curvas de audiblidade Mais plano Limiar da dor Limiar de audibilidade Mais distorcido Phon = 1 d. B a 1 KHz (= 1000 Hz) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 18
Percepção de altura n Frequência altura • cada freqüência é mapeada em um lugar particular da cóclea em função das vibrações n Faixa audível: de 20 a 20 KHz • Abaixo de 60 Hz ou acima de 5 KHz, o ouvido é muito impreciso (sequer capaz de identificar uma oitava) n O ouvido é capaz de fazer aproximações • ex. escala temperada => escala justa Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 19
Banda crítica n Banda crítica • região mínima da membrana basilar que é o limite de resolução para a percepção de freqüências n Relaciona-se com vários efeitos • f 1 e f 2 mais distantes => percebe-se cada um isoladamente (com intensidades somadas) • f 1 e f 2 menos próximos => sensação de dissonância (aspereza) • f 1 e f 2 próximos, não dá a impressão de somarem suas intensidades: há fusão de f 1 e f 2 e houve-se uma f 3 = |f 1 - f 2| chamada de batimento Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 20
Banda crítica: figura freqüência Limites de discriminação f 2 fusão áspero suave Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Banda crítica f 1 batimentos suave 21
Timbre n Percepção de timbre depende • do espectro dinâmico (sobretudo) • da ambiência n Percepção da fundamental • várias freqüências harmônicas são percebidas como uma única freqüência: a fundamental • isto ocorre mesmo quando a fundamental não está presente (fundamental ausente) n identificação da fonte • também é possível identificar um instrumento numa orquestra Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 22
Localização das fontes sonoras n Estereofonia n Localização pode ser recriada • panorâmico: esquerda ou direita • reverberação: longe ou perto reverberação • funciona por diferença de intensidade e de tempo de chegada da onda nos dois ouvidos estereofonia n Nota • Home theater funciona baseado nestes princípios Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 23
Duração e ritmo n A resolução é limitada pela “integração temporal” • Sons muito próximos tendem ser percebidos como um único som (ex. reverberação) • Resolução (banda): 20 -50 ms àex. eco x reverberação Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 24
Mascaramento e tons subjetivos n A interação dos vários sons de uma música dá origem a vários efeitos: • batimento, fusão, mascaramento, tons subjetivos, etc. n Mascaramento • um som “oculta” o outro • depende da relação de freqüência e de volume entre eles n Tons subjetivos • dado f 1 e f 2, pode-se escutar vários outros tons inexistentes |f 1 - f 2|, 2 |f 1 - f 2|, |2 f 1 - f 2|, etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 25
Experimento (Wegel & Lane 1924) - tom primário f 1 fixo (1200 Hz, 80 d. B SPL) e secundário f 2 - curva sólida: limiar de mascaramento ou audibilidade de f 2 - f 2 mais baixo (em freq) que f 1, f 2 facilmente mascarado - nos batimentos o mascaramento diminui - conforme intensidade de f 2: mascaramento, tom de diferença, mistura, . . . - harmônicos de f 1: distorção devido à não linearidade do ouvido 26
Referências • Curtis Roads, The Computer Music Tutorial (Livro-texto), MIT Press. 1996. Cap 23 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 27
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