Percepo Auditiva Princpios de Televiso Digital Mackenzie 4

Percepção Auditiva Princípios de Televisão Digital Mackenzie 4 / 2008 Guido Stolfi 1/65

Som na TV Analógica • • • Modulação FM Sub-portadora 4, 5 MHz Desvio +/- 25 k. Hz Bw = 13 k. Hz S/R 70 d. B Guido Stolfi 2/65

Sistema Estereofônico BTSC (Broadcast Television Systems Commitee) Guido Stolfi 3/65

Espectro Banda Base BTSC Guido Stolfi 4/65

Requisitos de Qualidade de Áudio para TV Digital • “Qualidade CD” – 2 canais de áudio (som estereofônico) – resposta em freqüência de 20 a 20. 000 Hz – relação Sinal/Ruído de 90 d. B • 2 x 44. 1 k. Hz x 16 bits = 1. 41 Mbits / s Guido Stolfi 5/65

Requisitos de Qualidade de Áudio para TV Digital • “Qualidade Cinema” – 5 canais de áudio de 20 a 20. 000 Hz – Direito, Esquerdo, Central, Traseiro Direito e Traseiro Esquerdo – 1 canal efeitos sonoros de 3 a 150 Hz ("Sub-Woofer", omnidirecional) – Faixa dinâmica de 90 d. B • 5. 1 x 48 k. Hz x 16 bits = 3. 9 Mbits / s Guido Stolfi 6/65

Percepção Auditiva Guido Stolfi 7/65

Estrutura do Ouvido Humano Guido Stolfi 8/65

Representação Esquemática do Ouvido Guido Stolfi 9/65

Resposta em Freqüência do Canal Auditivo Guido Stolfi 10/65

Estrutura da Cóclea Guido Stolfi 11/65

A Cóclea Distendida Guido Stolfi 12/65

Secção da Cóclea Guido Stolfi 13/65

Secção da Cóclea Guido Stolfi 14/65

Detalhe dos Órgãos de Corti Guido Stolfi 15/65

Células de Corti Guido Stolfi 16/65

Células de Corti Internas Externas Guido Stolfi 17/65

Atuação das Células Ciliares Guido Stolfi 18/65

Alguns Números: • 3. 500 Células Ciliares Internas • 12. 000 Células Ciliares Externas • 30. 000 Fibras Nervosas Aferentes: – 90~95% provenientes das Células Internas • Fibras Nervosas Eferentes: – Destinadas às Células Externas Guido Stolfi 19/65

Seletividade da Membrana Basilar Guido Stolfi 20/65

Seletividade das Células de Corti Guido Stolfi 21/65

Funções das Células Ciliares • Células Ciliares Internas: – Sensores – Faixa dinâmica: ~ 20 a 60 d. B • Células Ciliares Externas: – Atuadores – Responsáveis pela extensão da faixa dinâmica para até 120 d. B – Responsáveis pelo aumento de seletividade Guido Stolfi 22/65

Bandas Críticas da Audição Humana Guido Stolfi 23/65

Limiar de Percepção de Freqüências Banda Crítica Diferença Apenas perceptível Guido Stolfi 24/65

Resposta Temporal das Bandas Críticas 5 ms/div Guido Stolfi 25/65

Determinação da Largura das bandas Críticas P=cte. 1 2 3 4 5 6 Guido Stolfi 26/65

Determinação da Largura das bandas Críticas Guido Stolfi 27/65

Percepção de Direção (Azimute) t 2 t 1 a 2 Baixas Freqüências: Diferença de Fase (tempo de Percurso) a 1 Altas Freqüências: Diferença de Intensidade (difração) Guido Stolfi 28/65

Percepção de Ambiente: Reflexões Múltiplas Som direto Primeiro eco Guido Stolfi 29/65

Percepção de Direção (Elevação) Guido Stolfi 30/65

Um Diagrama de Blocos da Audição Membrana basilar E Canal auditivo Células De Corti Núcleos nervosos Córtex auditivo D Guido Stolfi 31/65

Pressão Sonora: Unidade de Medida • Limiar de Audibilidade: 20 Pa rms = 2 x 10 -5 N/m 2 @ 1 k. Hz (1 pw/ m 2) Guido Stolfi 32/65

Nível Sonoro: Unidade de Medida • Volume Sonoro = grandeza subjetiva associada à percepção sensorial da intensidade de um som • 1 Phon = 1 d. B SPL @ 1 k. Hz Guido Stolfi 33/65

Situações Sonoras d. B SPL Foguete 195 Conversação 65 Avião a jato 155 Restaurante 60 Limiar de dor 140 Residência urbana 40 Casa de campo 30 Limiar de desconforto 120 = 1 W/m 2 Orquestra fortíssimo 110 Orquestra pianíssimo 30 Rebitadeira 100 Estúdio de gravação 20 Fábrica 78 Folhagens na brisa 10 Tráfego pesado 68 Limiar de audição 0 = 1 p. W/m 2 Escritório ruidoso 65 Ruído térmico do ar -10 d. B Guido Stolfi 34/65

Curvas de Igual Volume Sonoro (tons senoidais) Guido Stolfi 35/65

Faixa Dinâmica para Música e Voz Guido Stolfi 36/65

Mascaramento para Tom Senoidal Guido Stolfi 37/65

Resposta da Membrana Basilar para 2 Tons Guido Stolfi 38/65

Mascaramento para Ruído de Banda Estreita Guido Stolfi 39/65

Curvas de Mascaramento (ex. ) Guido Stolfi 40/65

Evidências de Distorção Aural 10 d. B 20 d. B Guido Stolfi 41/65

A Voz Humana e o Vocoder Guido Stolfi 42/65

A Voz Humana Guido Stolfi 43/65

Características Espectrais da Voz t f Fundamental: 100 -150 Hz (M) 200 -300 Hz (F) Formantes: 250 -800 Hz (1) 800 -2300 Hz (2) 2200 -3000 Hz (3) Guido Stolfi 44/65

Características das Formantes Espectrais “a” “i” “u” Guido Stolfi 45/65

Espectrograma (Tempo / Freqüência) da Voz Guido Stolfi 46/65

Inteligibilidade da Fala Guido Stolfi 47/65

Síntese de Voz (Vocoder) freqüência ruído vogais ganho formantes Guido Stolfi 48/65

Exemplo de Compressão: 1 Minuto de Áudio • PCM 16 bits, 44. 1 k. Hz, estéreo: – 85 Mbits • MPEG-1 Nível 3 (MP 3) a 128 kb/s: – 8 Mbits • LPC (Linear Predictive Coding - voz): – 400 kbits • MIDI (Musical Instruments Digital Interface): – 250 kbits típico Guido Stolfi 49/65

Modelamento de Sistemas Dinâmicos Guido Stolfi 50/65

Modelamento de Sistemas Dinâmicos • Modelo Elétrico de um Sistema Mecânico – Corrente Velocidade – Voltagem Fôrça – Carga Deslocamento – Resistência Atrito Viscoso – Indutância Massa – Capacitância Compliância (Elasticidade-1) Guido Stolfi 51/65

Analogias Dinâmicas • Indutância • Massa • Capacitância • Compliância • Resistência • Viscosidade Guido Stolfi 52/65

Modelo de um Alto-Falante Guido Stolfi 53/65

Questões Polêmicas Guido Stolfi 54/65

É Necessário Amostrar em 96 k. Hz? fa = 44. 1 k. Hz fa = 96 k. Hz Guido Stolfi 55/65

Vantagens da Amostragem em 96 k. Hz f 20 k. Hz 24. 1 k. Hz 44. 1 k. Hz f 20 k. Hz 76 k. Hz 96 k. Hz Guido Stolfi 56/65

Questões Polêmicas – Audibilidade de Fase Pressão Sonora Impulsos Nervosos Guido Stolfi 57/65

Determinação de Direção pela Defasagem D E Guido Stolfi 58/65

Fase Relativa de Harmônicas 100 Hz 200 Hz(+) 100 Hz 200 Hz Guido Stolfi 59/65

Fase Relativa de Harmônicas 100 Hz 200 Hz(-) 100 Hz 200 Hz Guido Stolfi 60/65

Experimento: Audibilidade de Fase 0 O 10 -20 k. Hz A 0 O @ 10 Hz B 2000 O @ 10 k. Hz Guido Stolfi 61/65

Condições de Audibilidade de Fase 100 Hz 200 Hz(+/-) 2 a. harmônica aural 200 Hz resultante Guido Stolfi 62/65

Experimento: Audibilidade Ultrassônica 20 -50 k. Hz 0 -20 k. Hz A B Guido Stolfi 63/65

Condições de Audibilidade Ultrassônica 22 k. Hz 24 k. Hz Guido Stolfi 64/65

Audibilidade Ultrassônica: Distorção Aural 22 k. Hz + 24 k. Hz Após distorção aural 2 k. Hz audível Guido Stolfi 65/65