Acústica e Psico-acústica

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Acústica e Psico-acústica. Acústica. Acústica parte da física que estuda os sons, sua geração e sua interação com o ambiente Conceitos básicos absorção e reflexão reverberação eco ressonância modos de sala isolamento etc. Reflexões. Som direto e som indireto (reflexões) - PowerPoint PPT Presentation

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Acústica e Psico-acústica

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Acústica

Acústica • parte da física que estuda os sons, sua geração e sua

interação com o ambiente

Conceitos básicos• absorção e reflexão• reverberação• eco• ressonância• modos de sala• isolamento• etc.

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Reflexões

Som direto e som indireto (reflexões)• Direto: viaja diretamente da fonte ao receptor• Indireto: é refletido/absorvido nas paredes, teto, chão, etc.• Grande parte do som é indireto mas ele é mais fraco

Pode ser usado artisticamente para criar ambiência• Filmes, tv, jogos, mixagem em estúdio, etc.

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Ambiência Ambiência

• Sensação de interação com a acústica do ambiente

Pode-se ter vários efeitos de ambiência• eco, reverberação, etc.

E eles dependem do...• tempo de atraso das reflexões (tamanho da sala)• quantidade de reflexões (absorção da sala)

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Eco

Eco• Atraso significativo: repetição perceptíveis do som• em salas menores, com paredes paralelas e

perpendiculares também tem-se os flutter echos (ecos pequenos e rápidos)

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Reverberação Reverberação

• série de reflexões muito densas percebidas como um contínuo decaimento no tempo, “prolongando” o som direto (múltiplos ecos)

• dão a sensação de ambiente e de localização, senão seria “seco” e “muito perto”

• aumentam em número quando decaem• tempo de reverb. = queda de 60dB (ton de 500 Hz)

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Materiais absorventes

Absorção: cada material absorve bem numa faixa.• Materiais porosos, fibrosos, tecido => altas• Espaçamento entre material e parede => médio grave• Bass traps => baixas

Usado para modelagem física de ambientes• sound trace (equivalente a ray trace da comp. gráfica)

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MateriaisMaterial Espessura Coeficiente de aborção por faixa de

freqüência128 256 512 1024 2048 4096

Fibretex 13/16 pol 0.16 0.49 0.56 0.78 0.84 0.78Acoustex 4OR 3/4 pol 0.09 0.17 0.59 0.90 0.75 0.73Cortinas de algodão naparede

0.25 0.58 0.99 0.75 0.58 0.50

Carpete no concreto 0.09 0.08 0.21 0.26 0.27 0.37Concreto não pintado 0.010 0.012 0.016 0.019 0.023 0.035Folha de madeira 0.8 pol. 0.10 0.11 0.10 0.08 0.08 0.11Parede de tijolo pintada 0.012 0.013 0.017 0.020 0.023 0.025

Enchimento(lã de vidro)

parede

Folha de madeira (1/4´ a 1/8´)

Bass trap

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9 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE modos

Ressonância

Ressonância: • reforço de certas freqüências (em geral abaixo de

300Hz), chamadas modos da sala• isto deve-se às ondas estacionárias: ondas que

continuamente se reforçam ao refletirem nas paredes• Depende da dimensão da sala

f = (N x 565)/D• onde N é o modo

e D a dimensão (em pés)

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Ressonância Problema

• descaracteriza o timbre e altera o som em geral, reforçando freqüências particulares

Resposta em freqüência

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Acústica em Computação

Software/hardware de processamento de som• ex. síntese de som

Software criação dinâmica de ambiência• ex. jogos de computadores, realidade virtual

Software de controle físico de ambiência em salas de concerto e estúdio

• ex. sala do IRCAM

Software/hardware de espacialização de som• ex. LPE/CIC, CRCA

etc.

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Psico-acústica

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Psico-acústica Psicoacústica

• Ramo da psico-física, fundada por Helmholtz, que estuda a relação entre som, audição e psicologia

• mundo físico => percepção => compreensão

Algumas questões• Qual é a relação entre amplitude e intensidade?• Em que condições uma freqüência pode ser percebida

como tendo uma altura particular?• Qual é a relação entre espectro e timbre?• Com que acuidade percebemos altura, ritmo,

intensidade, timbre, localização espacial, etc.?• Certas reduções de dados sonoros afetam a

percepção musical?

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O ouvido

O sistema auditivo periférico divide-se em 3 partes

ouvido externo• capta e amplifica vibrações do ar

ouvido médio:• transforma estas vibrações em vibrações mecânicas

ouvido interno: • processa esta vibrações e transformando-as em sinais

elétroquímicos que seguirão pelos nervos até o cérebro

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O ouvido

4000 nerve fibers5 hair-cells/fiber

16000Hz ... 2000Hz... 62Hz

(impulses)

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Percepção de volume Volume Intensidade ou audibilidade (loudness)

• quanto maior o volume, maior a excitação dos “cílios” • mas outras coisas também influenciam a percepção de

intensidade...

A percepção de variação de intensidade depende da intensidade

• a percepção é exponencial e por isso se usa uma medida logarítmica

um pequeno incremento é perceptível só quando o som está fraco

ex. 90 p/ 91 dB (3859 vezes mais) 30 p/ 31 dB (3.86 vezes mais)

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Percepção de volume

A percepção de intensidade depende da freqüência

• ouvimos melhor a faixa 2700-3200 Hz (basta pouco para ouvirmos nas médias)

• quanto mais intenso, mais a resposta torna-se plana (ouve-se igualmente bem em todas as freqüências)

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Curvas de audiblidade

Phon = 1 dB a 1KHz (= 1000 Hz)

Limiar deaudibilidade

Limiar dadorMais plano

Maisdistorcido

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Percepção de altura

Frequência altura• cada freqüência é mapeada em um lugar particular da

cóclea em função das vibrações

Faixa audível: de 20 a 20KHz• Abaixo de 60Hz ou acima de 5 KHz, o ouvido é muito

impreciso (sequer capaz de identificar uma oitava)

O ouvido é capaz de fazer aproximações • ex. escala temperada => escala justa

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Banda crítica

Banda crítica• região mínima da membrana basilar que é o limite de

resolução para a percepção de freqüências

Relaciona-se com vários efeitos• f1 e f2 mais distantes => percebe-se cada um

isoladamente (com intensidades somadas)• f1 e f2 menos próximos => sensação de dissonância

(aspereza)• f1 e f2 próximos, não dá a impressão de somarem

suas intensidades: há fusão de f1 e f2 e houve-se uma f3 = |f1 - f2| chamada de batimento

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Bandacrítica

Banda crítica: figura

f1

f2

fusão

freqü

ênci

a

suavesuave

ásperobatimentos

Limites de discriminação

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Timbre

Percepção de timbre depende• do espectro dinâmico (sobretudo)• da ambiência

Percepção da fundamental• várias freqüências harmônicas são percebidas como

uma única freqüência: a fundamental• isto ocorre mesmo quando a fundamental não está

presente (fundamental ausente)

identificação da fonte• também é possível identificar um instrumento numa

orquestra

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Localização das fontes sonoras Estereofonia

• funciona por diferença de intensidade e de tempo de chegada da onda nos dois ouvidos

Localização pode ser recriada• panorâmico: esquerda ou direita• reverberação: longe ou perto

Nota• Home theater funciona baseado nestes princípios

reve

rber

ação

estereofonia

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Duração e ritmo

A resolução é limitada pela “integração temporal”• Sons muito próximos tendem ser percebidos como um

único som (ex. reverberação)• Resolução (banda): 20-50 ms

ex. eco x reverberação

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Mascaramento e tons subjetivos

A interação dos vários sons de uma música dá origem a vários efeitos:

• batimento, fusão, mascaramento, tons subjetivos, etc.

Mascaramento• um som “oculta” o outro• depende da relação de freqüência e de volume entre

eles

Tons subjetivos• dado f1 e f2, pode-se escutar vários outros tons

inexistentes |f1 - f2|, 2 |f1 - f2|, |2f1 - f2|, etc.

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Experimento (Wegel & Lane 1924)

- tom primário f1 fixo (1200 Hz, 80 dB SPL) e secundário f2- curva sólida: limiar de mascaramento ou audibilidade de f2- f2 mais baixo (em freq) que f1, f2 facilmente mascarado- nos batimentos o mascaramento diminui- conforme intensidade de f2: mascaramento, tom de diferença, mistura,... - harmônicos de f1: distorção devido à não linearidade do ouvido

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Referências

• Curtis Roads, The Computer Music Tutorial (Livro-texto), MIT Press. 1996. Cap 23