Guido Stolfi 1/65 Percepção Auditiva Princípios de Televisão Digital Mackenzie 4 / 2008 Guido Stolfi.

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1 Guido Stolfi 1/65 Percepção Auditiva Princípios de Televisão Digital Mackenzie 4 / 2008 Guido Stolfi

2 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

3 Guido Stolfi 3/65 Sistema Estereofônico BTSC ( Broadcast Television Systems Commitee )

4 Guido Stolfi 4/65 Espectro Banda Base BTSC

5 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

6 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

7 Guido Stolfi 7/65 Percepção Auditiva

8 Guido Stolfi 8/65 Estrutura do Ouvido Humano

9 Guido Stolfi 9/65 Representação Esquemática do Ouvido

10 Guido Stolfi 10/65 Resposta em Freqüência do Canal Auditivo

11 Guido Stolfi 11/65 Estrutura da Cóclea

12 Guido Stolfi 12/65 A Cóclea Distendida

13 Guido Stolfi 13/65 Secção da Cóclea

14 Guido Stolfi 14/65 Secção da Cóclea

15 Guido Stolfi 15/65 Detalhe dos Órgãos de Corti

16 Guido Stolfi 16/65 Células de Corti

17 Guido Stolfi 17/65 Células de Corti Internas Externas

18 Guido Stolfi 18/65 Atuação das Células Ciliares

19 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

20 Guido Stolfi 20/65 Seletividade da Membrana Basilar

21 Guido Stolfi 21/65 Seletividade das Células de Corti

22 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

23 Guido Stolfi 23/65 Bandas Críticas da Audição Humana

24 Guido Stolfi 24/65 Limiar de Percepção de Freqüências Banda Crítica Diferença Apenas perceptível

25 Guido Stolfi 25/65 Resposta Temporal das Bandas Críticas 5 ms/div

26 Guido Stolfi 26/65 Determinação da Largura das bandas Críticas P=cte. 123456

27 Guido Stolfi 27/65 Determinação da Largura das bandas Críticas

28 Guido Stolfi 28/65 Percepção de Direção (Azimute) Baixas Freqüências: Diferença de Fase (tempo de Percurso) Altas Freqüências: Diferença de Intensidade (difração) t1t1 t2t2 a1a1 a2a2

29 Guido Stolfi 29/65 Percepção de Ambiente: Reflexões Múltiplas Som direto Primeiro eco

30 Guido Stolfi 30/65 Percepção de Direção (Elevação)

31 Guido Stolfi 31/65 Um Diagrama de Blocos da Audição Canal auditivo Córtex auditivo Núcleos nervosos Membrana basilar Células De Corti E D

32 Guido Stolfi 32/65 Pressão Sonora: Unidade de Medida Limiar de Audibilidade: 20  Pa rms = 2x10 -5 N/m 2 @ 1 kHz (1 pw/ m 2 )

33 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

34 Guido Stolfi 34/65 Situações Sonoras dB SPL Foguete195Conversação65 Avião a jato155Restaurante60 Limiar de dor140Residência urbana40 Limiar de desconforto120 = 1 W/m2Casa de campo30 Orquestra fortíssimo110Orquestra pianíssimo30 Rebitadeira100Estúdio de gravação20 Fábrica78Folhagens na brisa10 Tráfego pesado68Limiar de audição0 = 1pW/m2 Escritório ruidoso65Ruído térmico do ar-10 dB

35 Guido Stolfi 35/65 Curvas de Igual Volume Sonoro (tons senoidais)

36 Guido Stolfi 36/65 Faixa Dinâmica para Música e Voz

37 Guido Stolfi 37/65 Mascaramento para Tom Senoidal

38 Guido Stolfi 38/65 Resposta da Membrana Basilar para 2 Tons

39 Guido Stolfi 39/65 Mascaramento para Ruído de Banda Estreita

40 Guido Stolfi 40/65 Curvas de Mascaramento (ex.)

41 Guido Stolfi 41/65 Evidências de Distorção Aural 10 dB 20 dB

42 Guido Stolfi 42/65 A Voz Humana e o Vocoder

43 Guido Stolfi 43/65 A Voz Humana

44 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)

45 Guido Stolfi 45/65 Características das Formantes Espectrais “a”“i”“u”

46 Guido Stolfi 46/65 Espectrograma (Tempo / Freqüência) da Voz

47 Guido Stolfi 47/65 Inteligibilidade da Fala

48 Guido Stolfi 48/65 Síntese de Voz (Vocoder) freqüência ganho ruído formantesvogais

49 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

50 Guido Stolfi 50/65 Modelamento de Sistemas Dinâmicos

51 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 )

52 Guido Stolfi 52/65 Analogias Dinâmicas Indutância Capacitância Resistência Massa Compliância Viscosidade

53 Guido Stolfi 53/65 Modelo de um Alto-Falante

54 Guido Stolfi 54/65 Questões Polêmicas

55 Guido Stolfi 55/65 É Necessário Amostrar em 96 kHz? f a = 44.1 kHz f a = 96 kHz

56 Guido Stolfi 56/65 Vantagens da Amostragem em 96 kHz 44.1 kHz 20 kHz24.1 kHz f 96 kHz 20 kHz 76 kHz f

57 Guido Stolfi 57/65 Questões Polêmicas – Audibilidade de Fase Pressão Sonora Impulsos Nervosos

58 Guido Stolfi 58/65 Determinação de Direção pela Defasagem D E D E

59 Guido Stolfi 59/65 Fase Relativa de Harmônicas 100 Hz 200 Hz(+) 200 Hz

60 Guido Stolfi 60/65 Fase Relativa de Harmônicas 100 Hz 200 Hz(-) 200 Hz

61 Guido Stolfi 61/65 Experimento: Audibilidade de Fase 0 O @ 10 Hz 2000 O @ 10 kHz 0 O 10-20kHz A B

62 Guido Stolfi 62/65 Condições de Audibilidade de Fase 100 Hz 200 Hz(+/-) 2a. har- mônica aural 200 Hz resultante

63 Guido Stolfi 63/65 Experimento: Audibilidade Ultrassônica 0-20 kHz 20-50 kHz A B

64 Guido Stolfi 64/65 Condições de Audibilidade Ultrassônica 22 kHz 24 kHz

65 Guido Stolfi 65/65 Audibilidade Ultrassônica: Distorção Aural 22 kHz + 24 kHz Após distorção aural 2 kHz audível