Processamento de sinais de udio Tipos funcionamento e

Processamento de sinais de áudio Tipos, funcionamento e uso Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 1

Processamento de Sinais de Áudio n Processamento: manipulação feita em um sinal para • melhorar a qualidade do sinal em algum aspecto • criar efeitos especiais • extrair informações n Tecnologia do processamento • digital (muito mais usado atualmente) • analógico n Dimensão do processamento • um sinal: intensidade, espectro, tempo ou múltipla • um ou mais sinais: mistura (mixagem), síntese, etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 2

Processadores de sinais n Alteração na dinâmica (amplificação/atenuação) • compressores, limitadores & noise gates • modelador de envoltória n Mudança no espectro • Filtros & equalizadores (shelf, gráfico, paramétrico, . . . ) n Efeitos de atraso de tempo • delayers & reverberadores n Mudança no tempo/altura • Flanger, phasing, chorus • Process. psicoacústico (pitch shifter, vocoder, etc. ) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 3

Alteração na dinâmica Amplificadores Modeladores de envoltória Limitadores Noise-gates Compressores Expansores Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 4

Amplificação/Atenuação n Amplificação/Atenuação • Operação de aumento/diminuição (ênfase/de-ênfase) do volume do sinal realizada pelo amplificador • cada ponto é “somado/subraído” pelo ganho do amplificador (em d. B) • é o processamento mais básico d. B 20 10 0 -10 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE + 10 d. B tempo d. B 20 10 0 -10 tempo 5

Modelagem de envoltória n Modelagem de envoltória (envelope shaping) • operação mais sofisticada onde a amplificação é variável no tempo conforme uma envoltória • pode ser aplicado a um único objeto musical ou a toda uma passagem d. B 20 10 0 -10 × tempo = Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE d. B 20 10 0 -10 tempo 6

Compressão n Compressão • Amplificação cujo ganho é controlado pelo próprio sinal de entrada: diminui fortes e aumenta fracos, “compactando” o sinal d. B 20 10 0 -10 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Compr. tempo d. B 20 10 0 -10 tempo 7

Compressão n Uso • melhorar a relação sinal-ruído na transmissão e armazenagem evitando distorção/clipping • manter nível do sinal mais constante – ex. compensar as variações da voz do cantor no palco devido à posição do microfone • dar mais sustentação ao som – ex. guitarra solo d. B 20 10 0 -10 tempo Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE clipping tempo 8

Compressor n Parâmetros principais • taxa de compressão: razão entrada-saída (E: s) • tempo de ataque: quão rápida a compressão passa a atuar uma vez ultrapassado um certo limiar • tempo de decaimento: quão rápida a compressão cessa depois de que o sinal volta a ficar abaixo de um certo limiar n Algoritmo geral • para toda amostra de entrada i • o : = f(i), onde é a função de transferência • retorne o n segundo a função de transferência • pode-se simular o limitador, descompressor, etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 9

Funções de transferência Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 10

Redução de ruído (noise gate) n Funciona como uma chave (gatilho) para eliminar ruído • assim que o sinal de áudio cai abaixo do limiar de detecção, elimina o sinal e o ruído que iria ser ouvido • é uma espécie de limitador ao contrário Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 11

Exercícios n http: //www. cin. ufpe. br/~musica/cmps/exemploswave/ 1. Excluir ruido de welcome+noise. wav 2. Mixar noise. wav com welcome-12 db. wav de forma minimizar o ruído 1. 2. 3. 4. 5. Normalizar (amplificar) a voz Mixar com ruído (sem mexer na potência) Reduzir tudo Processar mais (eventualmente) Ouvir Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 12

Alteração no espectro Filtros: conceitos, caracterização e tipos Equalizadores: tipos e uso Implementação de filtros Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 13

Filtros n Definição (corriqueira) • dispositivos que amplificam ou atenuam regiões do espectro sonoro n Mede-se o efeito de um filtro nos domínios da freqüência, do tempo e da fase Antes da filtragem Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Depois da filtragem 14

Conceitos: freq. de corte e bandas n Freqüência de corte (fc) • ponto onde a redução atinge 0, 707 (-3 d. B) do valor máximo n Bandas • de passagem (sem atenuação), de transição e de rejeição (atenuação total) passa atenua ampl. 1 1 0 fc Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE freq. 0 rejeição transição passagem fc freq. 15

Conceitos: inclinação (slope) n Curva de amplificação ou atenuação de um determinado Filtro (db/oitava) 3 db/8 6 db/8 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 16

Conceitos: Pico e Vale n Pico • Valor máximo positivo (maior tensão ou pressão sonora) encontrado na forma de onda ou na resposta em freqüência n Vale • inverso do pico Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 17

Conceitos: freq. central, Q e ganho n Freqüência central • ponto máximo (pico) ou mínimo (vale) de um filtro passa ou rejeita banda n Largura de banda Q • Q = fcentral / fcalta - fcbaixa as fc estão a -3 d. B de fcentral • quanto maior Q, mais estreito a largura do filtro n Ganho ampl. freqüência central 1 largura Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 0 ganho • quantidade de atenuação ou amplificação freq. 18

Tipos de filtros Passa-baixas Passa-altas Passa-banda Rejeita-banda Shelf` Passa tudo Pente Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 19

Filtro Passa Baixas (Low Pass) n Atuação • permite a passagem de componentes espectrais abaixo de uma freqüência de corte, e atenua as acima dela. • O mesmo que Filtro Corta-altas (High cut) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 20

Filtro Passa Altas (High Pass) n Atuação • permite a passagem de componentes espectrais acima de uma freqüência de corte, e atenua as abaixo dela. • O mesmo que Corta-Baixas (Low cut) Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 21

Filtro Passa Banda ou Passa Faixa (Band Pass) n Atuação • permite a passagem de componentes espectrais de uma determinada faixa (banda) de freqüências, e atenua (rejeita) as que ficam acima ou abaixo dela Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 22

Filtro Rejeita Banda ou Rejeita Faixa (Notch Filter) n Atuação • rejeita os componentes espectrais de uma determinada faixa (banda) de freqüências, e deixa passar as que ficam acima ou abaixo dela Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 23

Filtro Passa Tudo (all pass) n Atuação • Não provoca nenhuma rejeição das componentes espectrais, • o intuito é provocar desvio de fase proporcional a freqüência da componente espectral Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 24

Equalização n Equalizadores • utilização de filtros para modificar a resposta em freqüência de um sinal de áudio n Tipos de Equalização • Controle de Graves e Agudos • Gráfica • Paramétrica Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 25

Controle de Graves e Agudos n Tipo mais simples de equalização • Filtros do tipo Shelf • Valores típicos – 15 d. B a 100 Hz – 15 d. B a 10 KHz Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 26

Equalização Gráfica n Atuação: • Filtros passa/rejeita faixa com ganho variável, freqüência central e largura fixas • Amplifica ou atenua freqüências predeterminadas através de potenciometros deslizantes, colocados lado a lado verticalmente, dividindo o espectro em várias bandas (5 a 31) • A posição espacial dos potenciometros indica graficamente a resposta de freqüência resultante Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 27

Equalização Paramétrica n Atuação • Filtros passa/rejeita faixa com ganho, freqüência central e largura variáveis • muito versátil porém menos intuitivo ampl. 1 0 freq. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 28

Uso da equalização • Melhorar a qualidade sonora de um instrumento – ex. corte em torno de 250 Hz melhora claridade de um violão • Produzir efeitos especias – ex. dar som de telefone à voz • Ressaltar um instrumento mascarado por outros • Compensar deficiências na resposta em freqüência – ex. microfones com resposta não plana • Compensar posicionamento de microfones – ex. efeito de proximidade • Reduzir ruído e vazamento – ex. rejeitando na faixa fora daquela do instrumento • Compensar não-linearidade da percepção sonora – ex. controle de audibilidade (loudness) • etc. Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 29

Exercícios n http: //www. cin. ufpe. br/~musica/cmps/exemploswave/ 3. Separar as senoides do arquivo 4 -senoides. wav 4. Melhorar resultado do noise-gate do exercício 1 (arquivo welcome+noise+gate. wav) • Dica: filtrar 5. Deixar só a voz de joao. wav Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 30