Percepo Auditiva PTC 2547 Princpios de Televiso Digital

Percepção Auditiva PTC 2547 – Princípios de Televisão Digital Guido Stolfi – 10 / 2014 EPUSP - Guido Stolfi 1 / 67

Som e Percepção Auditiva • • • Fisiologia do Ouvido Humano Acústica Física Mascaramento Voz Humana e Vocoder Modelamento de Sistemas Dinâmicos Questões Polêmicas EPUSP - Guido Stolfi 2 / 67

Fisiologia do Ouvido Humano EPUSP - Guido Stolfi 3 / 67

Estrutura do Ouvido Humano EPUSP - Guido Stolfi 4 / 67

Representação Esquemática do Ouvido EPUSP - Guido Stolfi 5 / 67

Resposta em Freqüência do Canal Auditivo EPUSP - Guido Stolfi 6 / 67

Ouvido Médio EPUSP - Guido Stolfi 7 / 67

Estrutura da Cóclea EPUSP - Guido Stolfi 8 / 67

A Cóclea Distendida EPUSP - Guido Stolfi 9 / 67

Secção da Cóclea EPUSP - Guido Stolfi 10 / 67

Secção da Cóclea EPUSP - Guido Stolfi 11 / 67

Detalhe dos Órgãos de Corti EPUSP - Guido Stolfi 12 / 67

Células de Corti EPUSP - Guido Stolfi 13 / 67

Células de Corti Internas Externas EPUSP - Guido Stolfi 14 / 67

Atuação das Células Ciliares EPUSP - Guido Stolfi 15 / 67

Alguns Números: • 3. 500 Células Ciliares Internas • 12. 000 Células Ciliares Externas • 30. 000 Fibras Nervosas Aferentes: – 90~95% provenientes das Células Internas – Células Internas com até 20 sinapses • ~500 Fibras Nervosas Eferentes: – Destinadas às Células Externas EPUSP - Guido Stolfi 16 / 67

Seletividade da Membrana Basilar EPUSP - Guido Stolfi 17 / 67

Seletividade da Membrana Basilar EPUSP - Guido Stolfi 18 / 67

Seletividade das Células de Corti EPUSP - Guido Stolfi 19 / 67

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 EPUSP - Guido Stolfi 20 / 67

Emissões Oto-acústicas Evocadas TEOAE (Transient Evoked Oto-Acoustic Emission) - Evidências da atividade das células externas EPUSP - Guido Stolfi 21 / 67

Bandas Críticas da Audição Humana EPUSP - Guido Stolfi 22 / 67

Limiar de Percepção de Freqüências Banda Crítica Diferença Apenas perceptível EPUSP - Guido Stolfi 23 / 67

Resposta Temporal das Bandas Críticas 5 ms/div EPUSP - Guido Stolfi 24 / 67

Determinação da Largura das Bandas Críticas P=const. 1 2 3 4 5 6 EPUSP - Guido Stolfi 25 / 67

Determinação da Largura das Bandas Críticas EPUSP - Guido Stolfi 26 / 67

Pós-processamento nos Gânglios Auditivos EPUSP - Guido Stolfi 27 / 67

Percepção de Direção (Azimute) Baixas Freqüências: Diferença de Fase (tempo de Percurso) Altas Freqüências: Diferença de Intensidade (difração) EPUSP - Guido Stolfi 28 / 67

Percepção de Ambiente: Reflexões Múltiplas Som direto Primeiro eco EPUSP - Guido Stolfi 29 / 67

Percepção de Direção (Elevação) EPUSP - Guido Stolfi 30 / 67

Um Diagrama de Blocos da Audição Membrana basilar E Canal auditivo Células de Corti Núcleos nervosos Córtex auditivo D EPUSP - Guido Stolfi 31 / 67

ACÚSTICA FÍSICA EPUSP - Guido Stolfi 32 / 67

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) • ( Pressão atmosférica: ~ 100 k. Pa ) EPUSP - Guido Stolfi 33 / 67

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 EPUSP - Guido Stolfi 34 / 67

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 pw/m 2 Escritório ruidoso 65 Ruído térmico do ar -10 EPUSP - Guido Stolfi 35 / 67

Curvas de Igual Volume Sonoro (tons senoidais) EPUSP - Guido Stolfi 36 / 67

Faixa Dinâmica para Música e Voz EPUSP - Guido Stolfi 37 / 67

Mascaramento EPUSP - Guido Stolfi 38 / 67

Mascaramento para Tom Senoidal EPUSP - Guido Stolfi 39 / 67

Resposta da Membrana Basilar para 2 Tons EPUSP - Guido Stolfi 40 / 67

Mascaramento para Ruído de Banda Estreita EPUSP - Guido Stolfi 41 / 67

Curvas de Mascaramento (ex. ) EPUSP - Guido Stolfi 42 / 67

Evidências de Distorção Aural 10 d. B 20 d. B EPUSP - Guido Stolfi 43 / 67

A Voz Humana e o Vocoder EPUSP - Guido Stolfi 44 / 67

A Voz Humana EPUSP - Guido Stolfi 45 / 67

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) EPUSP - Guido Stolfi 46 / 67

Características das Formantes Espectrais “a” “i” “u” EPUSP - Guido Stolfi 47 / 67

Espectrograma (Tempo / Frequência) da Voz EPUSP - Guido Stolfi 48 / 67

Inteligibilidade da Fala EPUSP - Guido Stolfi 49 / 67

Síntese de Voz (Vocoder) frequência ruído vogais ganho formantes EPUSP - Guido Stolfi 50 / 67

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 EPUSP - Guido Stolfi 51 / 67

Modelamento de Sistemas Dinâmicos EPUSP - Guido Stolfi 52 / 67

Modelamento de Sistemas Dinâmicos • Modelo Elétrico de um Sistema Mecânico – Corrente velocidade – Tensão fôrça – Carga Deslocamento – Resistência Atrito Viscoso – Indutância Massa – Capacitância Compliância (Elasticidade-1) EPUSP - Guido Stolfi 53 / 67

Analogias Dinâmicas • Indutância • Massa • Capacitância • Compliância • Resistência • Viscosidade EPUSP - Guido Stolfi 54 / 67

Modelo de um Alto-Falante EPUSP - Guido Stolfi 55 / 67

Questões Polêmicas EPUSP - Guido Stolfi 56 / 67

É Necessário Amostrar em 96 k. Hz? fa = 48 k. Hz fa = 96 k. Hz EPUSP - Guido Stolfi 57 / 67

Vantagens da Amostragem em 96 k. Hz f 20 k. Hz 28 k. Hz 48 k. Hz f 20 k. Hz 76 k. Hz 96 k. Hz EPUSP - Guido Stolfi 58 / 67

Questões Polêmicas – Audibilidade de Fase Pressão Sonora Impulsos Nervosos EPUSP - Guido Stolfi 59 / 67

Determinação de Direção pela Defasagem D E EPUSP - Guido Stolfi 60 / 67

Fase Relativa de Harmônicas 100 Hz 200 Hz(+) 100 Hz 200 Hz EPUSP - Guido Stolfi 61 / 67

Fase Relativa de Harmônicas 100 Hz 200 Hz(-) 100 Hz 200 Hz EPUSP - Guido Stolfi 62 / 67

Experimento: Audibilidade de Fase 0 O 10 -20 k. Hz A 0 O @ 10 Hz B 2000 O @ 10 k. Hz EPUSP - Guido Stolfi 63 / 67

Condições de Audibilidade de Fase 100 Hz 200 Hz(+/-) 2 a. harmônica aural 200 Hz resultante EPUSP - Guido Stolfi 64 / 67

Experimento: Audibilidade Ultrassônica 20 -50 k. Hz 0 -20 k. Hz A B EPUSP - Guido Stolfi 65 / 67

Condições de Audibilidade Ultrassônica 22 k. Hz 24 k. Hz EPUSP - Guido Stolfi 66 / 67

Audibilidade Ultrassônica: Distorção Aural 22 k. Hz + 24 k. Hz Após distorção aural 2 k. Hz audível EPUSP - Guido Stolfi 67 / 67