Post on 18-Mar-2016
description
1 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
Acústica e Psico-acústica
2 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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.
3 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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.
4 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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)
5 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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)
6 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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)
7 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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)
8 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
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)
10 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
Ressonância Problema
• descaracteriza o timbre e altera o som em geral, reforçando freqüências particulares
Resposta em freqüência
11 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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.
12 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
Psico-acústica
13 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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?
14 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
15 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
O ouvido
4000 nerve fibers5 hair-cells/fiber
16000Hz ... 2000Hz... 62Hz
(impulses)
16 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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)
17 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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)
18 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
Curvas de audiblidade
Phon = 1 dB a 1KHz (= 1000 Hz)
Limiar deaudibilidade
Limiar dadorMais plano
Maisdistorcido
19 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
20 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
21 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
Bandacrítica
Banda crítica: figura
f1
f2
fusão
freqü
ênci
a
suavesuave
ásperobatimentos
Limites de discriminação
22 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
23 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
24 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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
25 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
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.
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
27 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE
Referências
• Curtis Roads, The Computer Music Tutorial (Livro-texto), MIT Press. 1996. Cap 23