Percepção Auditiva
description
Transcript of Percepção Auditiva
Guido Stolfi 1/65
Percepção Auditiva
Princípios de Televisão DigitalMackenzie4 / 2008
Guido Stolfi
Guido Stolfi 2/65
Som na TV Analógica
• Modulação FM• Sub-portadora 4,5 MHz• Desvio +/- 25 kHz• Bw = 13 kHz• S/R 70 dB
Guido Stolfi 3/65
Sistema Estereofônico BTSC (Broadcast Television Systems Commitee)
L
R
L+R
L-R
p/ moduladorF.M.
Compressor
31.468 kHz 15.374 kHz
PilôtoDSB(DBX)
13.5 kHz
Pré-ênfase
75 us
Guido Stolfi 4/65
Espectro Banda Base BTSC
L+R L-R
fh 2fh
SAP (FM)
~5 fh68.67~88.67 kHz15.734 kHz 31.47 kHz
Guido Stolfi 5/65
Requisitos de Qualidade de Áudio para TV Digital
• “Qualidade CD”– 2 canais de áudio (som estereofônico)– resposta em freqüência de 20 a
20.000 Hz– relação Sinal/Ruído de 90 dB
• 2 x 44.1 kHz x 16 bits = 1.41 Mbits / s
Guido Stolfi 6/65
Requisitos de Qualidade de Áudio para TV Digital
• “Qualidade Cinema”– 5 canais de áudio de 20 a 20.000 Hz – Direito, Esquerdo, Central, Traseiro Direito e
Traseiro Esquerdo– 1 canal efeitos sonoros de 3 a 150 Hz ("Sub-
Woofer", omnidirecional)– Faixa dinâmica de 90 dB
• 5.1 x 48 kHz x 16 bits = 3.9 Mbits / s
Guido Stolfi 7/65
Percepção Auditiva
Guido Stolfi 8/65
Estrutura do Ouvido Humano
cóclea
nervo
martelo bigorna canais semicircularesjanela oval
estribotímpanojanela circular
auditivatrompa
orelha
canal auditivo
osso da têmpora
lóbulo temporal
Guido Stolfi 9/65
Representação Esquemática do Ouvido
15k 1k 60Hz2504k
~2,2 cm
~3 cm
Membrana Basilar
Janelas
canalcóclea
nervos
Órgãos de Corti
Guido Stolfi 10/65
Resposta em Freqüência do Canal Auditivo
Guido Stolfi 11/65
Estrutura da Cóclea
Guido Stolfi 12/65
A Cóclea Distendida
Guido Stolfi 13/65
Secção da Cóclea
Guido Stolfi 14/65
Secção da Cóclea
Guido Stolfi 15/65
Detalhe dos Órgãos de Corti
Guido Stolfi 16/65
Células de Corti
Guido Stolfi 17/65
Células de Corti
Internas Externas
Guido Stolfi 18/65
Atuação das Células Ciliares
Guido Stolfi 19/65
Alguns Números:
• 3.500 Células Ciliares Internas• 12.000 Células Ciliares Externas• 30.000 Fibras Nervosas Aferentes:
– 90~95% provenientes das Células Internas
• Fibras Nervosas Eferentes:– Destinadas às Células Externas
Guido Stolfi 20/65
Seletividade da Membrana Basilar
Guido Stolfi 21/65
Seletividade das Células de Corti
Guido Stolfi 22/65
Funções das Células Ciliares
• Células Ciliares Internas: – Sensores– Faixa dinâmica: ~ 20 a 60 dB
• Células Ciliares Externas:– Atuadores– Responsáveis pela extensão da faixa dinâmica
para até 120 dB– Responsáveis pelo aumento de seletividade
Guido Stolfi 23/65
Bandas Críticas da Audição Humana
Guido Stolfi 24/65
Limiar de Percepção de Freqüências
Banda Crítica
DiferençaApenas
perceptível
Guido Stolfi 25/65
Resposta Temporal das Bandas Críticas
5 ms/div
Guido Stolfi 26/65
Determinação da Largura das bandas Críticas
P=cte.
1 2 3 4 5 6
Guido Stolfi 27/65
Determinação da Largura das bandas Críticas
Largura de Banda
Niv
el S
onor
o
Bc
Guido Stolfi 28/65
Percepção de Direção (Azimute)
Baixas Freqüências:Diferença de Fase
(tempo de Percurso)
Altas Freqüências:Diferença de Intensidade
(difração)
t1
t2
a1a2
Guido Stolfi 29/65
Percepção de Ambiente: Reflexões Múltiplas
Som direto
Primeiroeco
Guido Stolfi 30/65
Percepção de Direção (Elevação)
Guido Stolfi 31/65
Um Diagrama de Blocos da Audição
Canalauditivo
Córtexauditivo
Núcleosnervosos
Membranabasilar
Células De Corti
E
D
Guido Stolfi 32/65
Pressão Sonora: Unidade de Medida
Pressão Sonora dbSPL onde Pa 20 20log ( )pp
po
o
• Limiar de Audibilidade: 20 Pa rms = 2x10-5 N/m2 @ 1 kHz (1 pw/ m2)
Guido Stolfi 33/65
Nível Sonoro: Unidade de Medida
• Volume Sonoro = grandeza subjetiva associada à percepção sensorial da intensidade de um som
• 1 Phon = 1 dB SPL @ 1 kHz
Guido Stolfi 34/65
Situações Sonoras
dB SPL dB SPLFoguete 195 Conversação 65Avião a jato 155 Restaurante 60Limiar de dor 140 Residência urbana 40Limiar de desconforto
120 = 1 W/m2 Casa de campo 30
Orquestra fortíssimo
110 Orquestra pianíssimo
30Rebitadeira 100 Estúdio de
gravação20
Fábrica 78 Folhagens na brisa 10Tráfego pesado 68 Limiar de audição 0 = 1pW/m2Escritório ruidoso 65 Ruído térmico do
ar-10 dB
Guido Stolfi 35/65
Curvas de Igual Volume Sonoro (tons senoidais)
Guido Stolfi 36/65
Faixa Dinâmica para Música e Voz
músicafala
pressão sonora
(d/cm2)
dB
frequência
Guido Stolfi 37/65
Mascaramento para Tom Senoidal
Guido Stolfi 38/65
Resposta da Membrana Basilar para 2 Tons
JanelaOval
15 kHz f2 f 1 60Hz
f2
f2 f 1
(a)
(b)
(c)
f 1
Guido Stolfi 39/65
Mascaramento para Ruído de Banda Estreita
Guido Stolfi 40/65
Curvas de Mascaramento (ex.)
Guido Stolfi 41/65
Evidências de Distorção Aural
10 dB
20 dB
Guido Stolfi 42/65
A Voz Humana e o Vocoder
Guido Stolfi 43/65
A Voz Humana
Guido Stolfi 44/65
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)
Guido Stolfi 45/65
Características das Formantes Espectrais
“a” “i” “u”
Guido Stolfi 46/65
Espectrograma (Tempo / Freqüência) da Voz
Guido Stolfi 47/65
Inteligibilidade da Fala
Guido Stolfi 48/65
Síntese de Voz (Vocoder)
freqüência
ganho
ruído
formantesvogais
Guido Stolfi 49/65
Exemplo de Compressão: 1 Minuto de Áudio
• PCM 16 bits, 44.1 kHz, estéreo:– 85 Mbits
• MPEG-1 Nível 3 (MP3) a 128 kb/s:– 8 Mbits
• LPC (Linear Predictive Coding - voz):– 400 kbits
• MIDI (Musical Instruments Digital Interface):– 250 kbits típico
Guido Stolfi 50/65
Modelamento de Sistemas Dinâmicos
Guido Stolfi 51/65
Modelamento de Sistemas Dinâmicos
• Modelo Elétrico de um Sistema Mecânico
– Corrente Velocidade– Voltagem Fôrça– Carga Deslocamento– Resistência Atrito Viscoso– Indutância Massa– Capacitância Compliância (Elasticidade-1)
Guido Stolfi 52/65
Analogias Dinâmicas
• Indutância
• Capacitância
• Resistência
• Massa
• Compliância
• Viscosidade
dtdiLe
dtdvMf
dtiCC
qv 1 dtv
CCxf
MM
1
iRe vRf M
Guido Stolfi 53/65
Modelo de um Alto-Falante
Guido Stolfi 54/65
Questões Polêmicas
Guido Stolfi 55/65
É Necessário Amostrar em 96 kHz?
fa = 44.1 kHz
fa = 96 kHz
Guido Stolfi 56/65
Vantagens da Amostragem em 96 kHz
44.1 kHz20 kHz 24.1 kHz
f
96 kHz20 kHz
76 kHz
f
Guido Stolfi 57/65
Questões Polêmicas – Audibilidade de Fase
PressãoSonora
ImpulsosNervosos
Guido Stolfi 58/65
Determinação de Direção pela Defasagem
D
E
D
E
Guido Stolfi 59/65
Fase Relativa de Harmônicas
100 Hz
100 Hz
200 Hz(+)
200 Hz
Guido Stolfi 60/65
Fase Relativa de Harmônicas
100 Hz
100 Hz
200 Hz(-)
200 Hz
Guido Stolfi 61/65
Experimento: Audibilidade de Fase
0O @ 10 Hz
2000O @ 10 kHz
0O 10-20kHz
A
B
Guido Stolfi 62/65
Condições de Audibilidade de Fase
100 Hz
200 Hz(+/-)
2a. har-mônica
aural
200 Hzresultante
Guido Stolfi 63/65
Experimento: Audibilidade Ultrassônica
0-20 kHz
20-50 kHz A
B
Guido Stolfi 64/65
Condições de Audibilidade Ultrassônica
22 kHz
24 kHz
Guido Stolfi 65/65
Audibilidade Ultrassônica: Distorção Aural
22 kHz+
24 kHz
Apósdistorção
aural
2 kHz audível