Levantamento de Função de Transferência de Sistemas de Áudio
Luiz Fausto de Souza Brito
Orientador: Álvaro da Silva Ferreira
Universidade Santa Úrsula
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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
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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
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Motivação
Aplicações: • estabelecer critérios de
qualidade • guiar ações corretivas
(ex: equalização) • processamento de sinais
(ex: reverberação)
Motivação
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Motivação
Métodos Convencionais:
Método Proposto:
Falham em medições com baixa SNR e elevada THD
ü Otimiza SNR ü Separa distorção
Motivação
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Métodos de Medição
Idéia Geral:
h (t) H (jω)
x (t) X (jω)
y (t) Y (jω)
H = Y / X
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Outros Métodos Existentes
• Não mede fase • Precisão horizontal limitada • Resolução Vertical Discretizada • Armazenamento da Resposta em Papel
Gravador de Nível
+ Atuador (motor)
Sensor (potenciômetro)
- DUT
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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
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Outros Métodos Existentes
Varredura Senoidal Discreta (Step Sweep)
• Lento • Baixa Resolução • Elevada SNR
Outros Métodos Existentes
DUT FFT
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Outros Métodos Existentes
Impulsos
• Baixa SNR
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Outros Métodos Existentes
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
XOR
CLOCK ZOH DUT FHT
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Outros Métodos Existentes
FFT de dois canais
• Confiabilidade ß Boa SNR em todas as freqüências • Muitas médias necessárias à Lento
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Outros Métodos Existentes FFT de um canal
• Não precisa realizar médias, apenas a gravação em regime permanente • Confiabilidade ß Geração de sinal
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Sinais de Estímulo
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Sinais de Estímulo
Varreduras
• Não precisam estabelecer regime permanente • Alta SNR (baixo fator de crista) • Separação da distorção
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Método Proposto
Varredura Senoidal com ênfase no espectro de ruído
DUT FFT
IFFT FFT x
/
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Método Proposto
Varredura Senoidal com ênfase no espectro de ruído
Ênfase Arbitrária e Envelope Constante
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Implementação
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Implementação
• Auto-Referência à Compensação da resposta do
equipamento de medição • Medição do Sistema
• Análise Espectral do Ruído • Geração da Varredura • Análise da Resposta
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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
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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
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l Análise da Resposta - Resposta ao Impulso - Resposta em Freqüência - Parâmetros Secundários
Implementação
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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
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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
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Resultados Experimentais
• Medidas Acústicas: - Resposta de um alto-falante - Comparação com software comercial (EASERA)
• Medidas Eletrônicas: - Equalizador Gráfico - Com e sem ênfase de ruído
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Resultados Experimentais
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
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Resultados Experimentais
Módulo da Resposta em Frequência do sistema acústico medido (EASERA)
Módulo da Resposta em Freqüência do sistema acústico medido (programa desenvolvido)
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Módulo da Resposta em loop-back (EASERA, suavização de 1/48 oitava)
Resultados Experimentais
Resposta ao Impulso (após janelamento) do sistema acústico medido
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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
Resultados Experimentais
Curva de Decaimento de Schroeder do sistema acústico medido
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Resultados Experimentais
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)
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Resultados Experimentais
Módulo da Resposta em Freqüência do Equalizador Fase da Resposta em Freqüência do Equalizador
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Resultados Experimentais
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
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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
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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...)
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Dúvidas?
Contato: [email protected]
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Demonstração...
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Obrigado!