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Percepção Auditiva

Percepção Auditiva . Princípios de Televisão Digital Mackenzie 4 / 2008 Guido Stolfi. Som na TV Analógica. Modulação FM Sub-portadora 4,5 MHz Desvio +/- 25 kHz Bw = 13 kHz S/R  70 dB. Sistema Estereofônico BTSC ( Broadcast Television Systems Commitee ). Espectro Banda Base BTSC.

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Percepção Auditiva

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Presentation Transcript

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

  2. Som na TV Analógica • Modulação FM • Sub-portadora 4,5 MHz • Desvio +/- 25 kHz • Bw = 13 kHz • S/R  70 dB

  3. Sistema Estereofônico BTSC (Broadcast Television Systems Commitee)

  4. Espectro Banda Base BTSC

  5. 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. 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. Percepção Auditiva

  8. Estrutura do Ouvido Humano

  9. Representação Esquemática do Ouvido

  10. Resposta em Freqüência do Canal Auditivo

  11. Estrutura da Cóclea

  12. A Cóclea Distendida

  13. Secção da Cóclea

  14. Secção da Cóclea

  15. Detalhe dos Órgãos de Corti

  16. Células de Corti

  17. Células de Corti Externas Internas

  18. Atuação das Células Ciliares

  19. 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. Seletividade da Membrana Basilar

  21. Seletividade das Células de Corti

  22. 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. Bandas Críticas da Audição Humana

  24. Limiar de Percepção de Freqüências Banda Crítica Diferença Apenas perceptível

  25. Resposta Temporal das Bandas Críticas 5 ms/div

  26. Determinação da Largura das bandas Críticas P=cte. 1 2 3 4 5 6

  27. Determinação da Largura das bandas Críticas

  28. Percepção de Direção (Azimute) t2 t1 a1 a2 Baixas Freqüências: Diferença de Fase (tempo de Percurso) Altas Freqüências: Diferença de Intensidade (difração)

  29. Percepção de Ambiente: Reflexões Múltiplas Som direto Primeiro eco

  30. Percepção de Direção (Elevação)

  31. Um Diagrama de Blocos da Audição Membrana basilar Células De Corti Núcleos nervosos Córtex auditivo Canal auditivo E D

  32. Pressão Sonora: Unidade de Medida • Limiar de Audibilidade: 20 Pa rms = 2x10-5 N/m2 @ 1 kHz (1 pw/ m2)

  33. 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. Situações Sonoras dB SPL dB SPL Foguete 195 Conversação 65 Avião a jato 155 Restaurante 60 Limiar de dor 140 Residência urbana 40 Limiar de desconforto 120 = 1 W/m2 Casa de campo 30 Orquestra fortíssimo 110 Orquestra pianíssimo 30 Rebitadeira 100 Estúdio de gravação 20 Fábrica 78 Folhagens na brisa 10 Tráfego pesado 68 Limiar de audição 0 = 1pW/m2 Escritório ruidoso 65 Ruído térmico do ar -10 dB

  35. Curvas de Igual Volume Sonoro (tons senoidais)

  36. Faixa Dinâmica para Música e Voz

  37. Mascaramento para Tom Senoidal

  38. Resposta da Membrana Basilar para 2 Tons

  39. Mascaramento para Ruído de Banda Estreita

  40. Curvas de Mascaramento (ex.)

  41. Evidências de Distorção Aural 10 dB 20 dB

  42. A Voz Humana e o Vocoder

  43. A Voz Humana

  44. Características Espectrais da Voz t f Formantes: 250-800 Hz (1) 800-2300 Hz (2) 2200-3000 Hz (3) Fundamental: 100-150 Hz (M) 200-300 Hz (F)

  45. Características das Formantes Espectrais “a” “i” “u”

  46. Espectrograma (Tempo / Freqüência) da Voz

  47. Inteligibilidade da Fala

  48. Síntese de Voz (Vocoder) freqüência ruído vogais ganho formantes

  49. 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. Modelamento de Sistemas Dinâmicos

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