MESTRADO MULTIMDIA - ESPECIALIZAO EM MSICA INTERACTIVA E DESIGN DE SOM

CARACTERIZAO ACSTICA COM RECURSO A ALTIFALANTES PARAMTRICOS PARA MODELAO DE ESPAOS VIRTUAIS

Tiago Rafael Medeiros Brilhante

M 2017

FACULDADES PARTICIPANTES:

FACULDADE DE ENGENHARIA

FACULDADE DE BELAS ARTES

FACULDADE DE CINCIAS

FACULDADE DE ECONOMIA

FACULDADE DE LETRAS

Caracterizao acstica com recurso a altifalantes paramtricos para modelao

de espaos virtuais

Tiago Rafael Medeiros Brilhante

Mestrado em Multimdia da Universidade do Porto

Orientador: Doutor Rui Lus Nogueira Penha

Co-orientador: Doutor Marcelo Freitas Caetano

Julho de 2017

Tiago Rafael Medeiros Brilhante, 2017

Caracterizao acstica com recurso a altifalantes paramtricos para modelao

de espaos virtuais

Tiago Rafael Medeiros Brilhante

Mestrado em Multimdia da Universidade do Porto

Aprovado em provas pblicas pelo Jri: Presidente: Doutor Matthew E. P. Davies (Coordenador do Sound and Music Computing Group do INESC TEC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Cincia) Vogal Externo: Doutor Pedro Duarte Leal Gomes Pestana (Professor Auxiliar da Universidade Catlica Portuguesa) Orientador: Doutor Rui Lus Nogueira Penha (Professor Auxiliar Convidado da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto) Co-orientador: Doutor Marcelo Freitas Caetano (Investigador no INESC TEC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Cincia)

Aos meus pais.

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Resumo

O presente trabalho analisa parmetros acsticos, obtidos com recurso a altifalantes paramtricos, para posterior modelao de espaos virtuais. So detalhados os requisitos normativos para a caracterizao acstica de espaos, as tcnicas por norma utilizadas e os conceitos associados modelao acstica. proposta uma metodologia para o levantamento das dimenses fsicas de um espao e, atravs de respostas ao impulso, obter parmetros acsticos. Exploram-se as limitaes inerentes ao sistema utilizado, expondo um preldio para trabalhos futuros.

Palavras-chave: paramtrico; acstica; auralizao; resposta ao impulso

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Abstract

The present work analyzes acoustic parameters, acquired using parametric loudspeakers, for modeling virtual spaces. It is presented a detailed description of the normative requirements for the acoustic characterization of spaces, the standard techniques used in this field and the concepts associated with acoustic modeling. It is proposed a methodology for the survey of the physical dimensions of a space and to obtain acoustic parameters through impulse responses. The limitations inherent to the system are explored, exposing a prelude to future work.

Keywords: parametric; acoustics; auralization; impulse responses

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Agradecimentos

minha me, o meu porto seguro. Fonte de fora, inspirao, pacincia e afecto. Na imensido dos trilhos infligidos, com petiz s costas, alegrias numa mo e bagagem na outra, deixados aventura como s hoje consigo entender, com ela tudo possvel. A melhor do mundo, sempre.

Ao meu pai, por ser tutor e companheiro, pela generosidade constante e por todas as surpresas boas que tanto marcaram diferentes fases do meu percurso.

minha av Matilde, pelos ensinamentos experientes de vida e oblao famlia. Aos meus avs que j partiram, Antnio e Graa, por me mostrarem o lado humilde da

ternura e bondade humana. minha tia Nanda, por infindveis seres de pacincia e carinho. Ao meu irmo Emanuel, pela cumplicidade e ajudas incalculveis. minha tia Vitria,

pelas conversas estruturadas de emoes positivas. Ana Ldia, por todos os sonhos vividos e os que faltam viver, no tivesse ela todos os

sonhos do mundo para partilhar numa janela de luz diria. Ao Rui Penha, pela sua dedicao na remoo de barreiras atravs de palavras claras e

repletas de saber. Ao Marcelo Caetano, pelas questes, respostas e conselhos incisivos. Ao meu imenso grupo de grandes amigos, presena contnua, fontes de exemplo e

histrias, muitas. Ao Pedro Brando, pelos reparos atentos de como respirar nos ltimos meses. A todos aqueles que de alguma forma me inspiraram a ser uma pessoa melhor.

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ndice

1. Introduo ............................................................................................................................... 1 1.1 Contextualizao ................................................................................................................ 1 1.2 Objectivos e Mtodo de Investigao ................................................................................ 3 1.3 Estrutura da Dissertao .................................................................................................... 3

2. Caracterizao Acstica ........................................................................................................ 5 2.1 Reflexo e Absoro .......................................................................................................... 6 2.2 Parmetros Acsticos ....................................................................................................... 11

2.2.1 Tempo de Reverberao (T) .................................................................................... 11 2.2.2 Early Decay Time (EDT) ......................................................................................... 12 2.2.3 Tempo Central (Ts) .................................................................................................. 13 2.2.4 Clareza (C) ............................................................................................................... 14 2.2.5 Definio (D) ........................................................................................................... 14

2.3 Percepo ......................................................................................................................... 15 2.4 Mtodos de Previso de Acstica de Salas ...................................................................... 16

2.4.1 Teoria Ondulatria ................................................................................................... 18 2.4.2 Teoria Estatstica ..................................................................................................... 19 2.4.3 Teoria Geomtrica ................................................................................................... 22

2.5 Resposta ao Impulso ........................................................................................................ 24 2.5.1 Sine Sweep ............................................................................................................... 27 2.5.2 Maximum Length Sequence (MLS) ......................................................................... 29

2.6 Modelao de Espaos ..................................................................................................... 30 2.6.1 Ferramentas Tecnolgicas ....................................................................................... 33

2.7 Norma ISO 3382 .............................................................................................................. 39 2.7.1 Equipamento ............................................................................................................ 41

2.7.1.1 Fonte Sonora 41 2.7.1.2 Microfone 42

2.7.2 Metodologia ............................................................................................................. 42 2.7.2.1 ISO 3382-1 (2009) 43 2.7.2.2 ISO 3382-2 (2008) 43

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3. Altifalantes Paramtricos .................................................................................................... 45 3.1 Contexto e Evoluo ........................................................................................................ 45 3.2 Aplicaes Comerciais .................................................................................................... 49 3.3 Trabalho Relacionado ...................................................................................................... 52

3.3.1 Reflexo ................................................................................................................... 52 3.3.2 Absoro .................................................................................................................. 55

4. Implementao ..................................................................................................................... 59 4.1 Cadeia Electroacstica ..................................................................................................... 60

4.1.1 Altifalante Paramtrico ............................................................................................ 60 4.1.2 Fonte Sonora de Referncia ..................................................................................... 60 4.1.3 Microfone e Interface udio ................................................................................... 61

4.2 Aplicao de Suporte e Sinal de Teste ............................................................................. 62 4.3 Configurao .................................................................................................................... 65

4.3.1 Parmetros Acsticos .............................................................................................. 66 4.3.2 Distncias................................................................................................................. 68

4.4 Ensaios Experimentais ..................................................................................................... 71

5. Modelao de Espaos .......................