Processamento de sinais de áudio Tipos, funcionamento e uso

Processamento de Sinais de Áudio Processamento: manipulação feita em um sinal para melhorar a qualidade do sinal em algum aspecto criar efeitos especiais melhorar relação sinal-ruído, etc. Tecnologia do processamento digital (muito mais usado atualmente) analógico Dimensão do processamento um sinal: intensidade, espectro, tempo ou múltipla um ou mais sinais: mistura (mixagem), síntese, etc.

Processadores de sinais Alteração na dinâmica (amplificação/atenuação) compressores, limitadores & noise gates modelador de envelope Mudança no espectro Filtros & equalizadores (shelf, gráfico, paramétrico, ...) Efeitos de atraso de tempo delayers & reverberadores Mudança no tempo/altura Flanger, phasing, chorus Process. psicoacústico (pitch shifter, vocoder, etc.)

Modeladores de envoltória Alteração na dinâmica Amplificadores Modeladores de envoltória Limitadores Noise-gates Compressores Expansores

Amplificação/Atenuação Operação de aumento/diminuição (ênfase/de-ênfase) do volume do sinal realizada pelo amplificador cada ponto é “somado/subraído” pelo ganho do amplificador (em dB) é o processamento mais básico tempo dB 20 10 -10 tempo dB 20 10 -10 + 10dB

Modelagem de envoltória Modelagem de envoltória (envelope shaping) operação mais sofisticada onde a amplificação é variável no tempo conforme uma envoltória pode ser aplicado a um único objeto musical ou a toda uma passagem tempo dB 20 10 -10 tempo dB 20 10 -10 × tempo dB 20 10 -10 =

Compressão Compressão Amplificação cujo ganho é controlado pelo próprio sinal de entrada: diminui fortes e aumenta fracos, “compactando” o sinal tempo dB 20 10 -10 dB 20 10 -10 Compr. tempo

Compressão Uso melhorar a relação sinal-ruído na transmissão e armazenagem evitando distorção/clipping manter nível do sinal mais constante ex. compensar as variações da voz do cantor no palco devido à posição do microfone dar mais sustentação ao som ex. guitarra solo tempo dB 20 10 -10 tempo dB 20 10 -10 clipping

Compressor Parâmetros principais Algoritmo geral taxa de compressão: razão entrada-saída (E:s) tempo de ataque: quão rápida a compressão passa a atuar uma vez ultrapassado um certo limiar tempo de decaimento: quão rápida a compressão cessa depois de que o sinal volta a ficar abaixo de um certo limiar Algoritmo geral para toda amostra de entrada i o := f(i), onde é a função de transferência retorne o segundo a função de transferência pode-se simular o limitador, descompressor, etc.

Funções de transferência

Redução de ruído (noise gate) Funciona como uma chave (gatilho) para eliminar ruído assim que o sinal de áudio cai abaixo do limiar de detecção, elimina o sinal e o ruído que iria ser ouvido é uma espécie de limitador ao contrário

Função de transferência Redução de ruído Uso minimizar hiss de fitas e outros ruídos “limpar” ou “compactar” o sons percussivos Parâmetros principais Limiar de detecção de sinal (dB), tempo de ataque e de decaimento Algoritmo para toda amostra de entrada i se valor(i) < limiar L então o := 0 senão o := valor (i) retorne o Função de transferência entrada saída

Exercícios http://www.cin.ufpe.br/~musica/cmps/exemplos- wave/ Excluir ruido de welcome+noise.wav Mixar noise.wav com welcome-12db.wav de forma minimizar o ruído Normalizar (amplificar) a voz Mixar com ruído (sem mexer na potência) Reduzir tudo Processar mais (eventualmente) Ouvir

Alteração no espectro Filtros: conceitos, caracterização e tipos Equalizadores: tipos e uso Implementação de filtros

Filtros Definição (corriqueira) dispositivos que amplificam ou atenuam regiões do espectro sonoro Mede-se o efeito de um filtro nos domínios da freqüência, do tempo e da fase Antes da filtragem Depois da filtragem

Conceitos: freq. de corte e bandas Freqüência de corte (fc) ponto onde a redução atinge 0,707 (-3dB) do valor máximo Bandas de passagem (sem atenuação), de transição e de rejeição (atenuação total) passa atenua rejeição transição passagem freq. ampl. 1 freq. ampl. 1 fc fc

Conceitos: inclinação (slope) Curva de amplificação ou atenuação de um determinado Filtro (db/oitava) 3db/8 6db/8

Conceitos: Pico e Vale Pico Vale Valor máximo positivo (maior tensão ou pressão sonora) encontrado na forma de onda ou na resposta em freqüência Vale inverso do pico

Conceitos: freq. central, Q e ganho Freqüência central ponto máximo (pico) ou mínimo (vale) de um filtro passa ou rejeita banda Largura de banda Q Q = fcentral / fcalta - fcbaixa as fc estão a -3dB de fcentral quanto maior Q, mais estreito a largura do filtro Ganho quantidade de atenuação ou amplificação freq. ampl. 1 freqüência central largura ganho

Tipos de filtros Passa-baixas Passa-altas Passa-banda Rejeita-banda Shelf` Passa tudo Pente

Filtro Passa Baixas (Low Pass) Atuação permite a passagem de componentes espectrais abaixo de uma freqüência de corte, e atenua as acima dela. O mesmo que Filtro Corta-altas (High cut)

Filtro Passa Altas (High Pass) Atuação permite a passagem de componentes espectrais acima de uma freqüência de corte, e atenua as abaixo dela. O mesmo que Corta-Baixas (Low cut)

Filtro Passa Banda ou Passa Faixa (Band Pass) Atuação permite a passagem de componentes espectrais de uma determinada faixa (banda) de freqüências, e atenua (rejeita) as que ficam acima ou abaixo dela

Filtro Rejeita Banda ou Rejeita Faixa (Notch Filter) Atuação rejeita os componentes espectrais de uma determinada faixa (banda) de freqüências, e deixa passar as que ficam acima ou abaixo dela

Filtro Passa Tudo (all pass) Atuação Não provoca nenhuma rejeição das componentes espectrais, o intuito é provocar desvio de fase proporcional a freqüência da componente espectral

Equalização Equalizadores Tipos de Equalização utilização de filtros para modificar a resposta em freqüência de um sinal de áudio Tipos de Equalização Controle de Graves e Agudos Gráfica Paramétrica

Controle de Graves e Agudos Tipo mais simples de equalização Filtros do tipo Shelf Valores típicos  15 dB a 100 Hz  15 dB a 10 KHz

Equalização Gráfica Atuação: Filtros passa/rejeita faixa com ganho variável, freqüência central e largura fixas Amplifica ou atenua freqüências predeterminadas através de potenciometros deslizantes, colocados lado a lado verticalmente, dividindo o espectro em várias bandas (5 a 31) A posição espacial dos potenciometros indica graficamente a resposta de freqüência resultante

Equalização Paramétrica Atuação Filtros passa/rejeita faixa com ganho, freqüência central e largura variáveis muito versátil porém menos intuitivo freq. ampl. 1

Uso da equalização Melhorar a qualidade sonora de um instrumento ex. corte em torno de 250 Hz melhora claridade de um violão Produzir efeitos especias ex. dar som de telefone à voz Ressaltar um instrumento mascarado por outros Compensar deficiências na resposta em freqüência ex. microfones com resposta não plana Compensar posicionamento de microfones ex. efeito de proximidade Reduzir ruído e vazamento ex. rejeitando na faixa fora daquela do instrumento Compensar não-linearidade da percepção sonora ex. controle de audibilidade (loudness) etc.

Exercícios http://www.cin.ufpe.br/~musica/cmps/exemplos- wave/ Separar as senoides do arquivo 4-senoides.wav Retomar exercício 1 (reduzir ruido de welcome+noise.wav) Dica: filtrar antes Deixar só a voz de joao.mp3