geber ramalho & osman gioia - ufpe 1 processamento de sinais de áudio tipos, funcionamento e...

Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 1

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• extrair informações

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 envoltória

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.)


Alteração na dinâmica

AmplificadoresModeladores de envoltória

LimitadoresNoise-gates

CompressoresExpansores


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

Amplificação/Atenuação

+ 10dB

tempo

dB2010

0-10 tempo

dB

2010

0-10


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

dB2010

0-10

=

tempo

dB2010

0-10

tempo

dB2010

0-10


Compressão

Compressão• Amplificação cujo ganho é controlado pelo próprio sinal

de entrada: diminui fortes e aumenta fracos, “compactando” o sinal

tempo

dB2010

0-10 tempo

dB

2010

0-10

Compr.


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

2010

0-10

tempo

dB

2010

0-10

clipping


Parâmetros principais• 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.

Compressor


Funçõesde 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


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

Algoritmopara toda amostra de entrada ise |valor(i)| < limiar L

então o := 0 senão o := valor (i)

retorne oFunção de transferência

entrada

saíd

a


Exercícios

http://www.cin.ufpe.br/~musica/cmps/exemplos-wave/

1. Excluir ruido de welcome+noise.wav

2. Mixar noise.wav com welcome-12db.wav de forma minimizar o ruído1. Normalizar (amplificar) a voz2. Mixar com ruído (sem mexer na potência)3. Reduzir tudo4. Processar mais (eventualmente)5. Ouvir


Alteração no espectro

Filtros: conceitos, caracterização e tiposEqualizadores: tipos e usoImplementação 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)

freq.

ampl.

1

0

passa atenua

fc freq.

ampl.

1

0fc

rejeição transição passagem


Conceitos: inclinação (slope)

Curva de amplificação ou atenuação de um determinado Filtro (db/oitava)

-12-9-6

-3036

912

62,5 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Hz

dB

-12-9-6

-3036

912

62,5 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Hz

dB

3db/8

6db/8


Conceitos: Pico e Vale Pico

• Valor máximo positivo (maior tensão ou pressão sonora) encontrado na forma de onda ou na resposta em freqüência

Vale• inverso do pico

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB

Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 19freq.

ampl.

1

0

freqüênciacentral

largura

ganh

o

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


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)

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB


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)

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB


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

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB


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

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB


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

-9

-6

-3

0

3

6

9

20 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Hz

dB


Equalização

Equalizadores• 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

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


-15

-12

-9

-6

-3

0

3

6

9

12

15

Hz

dB

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.

10


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/

3. Separar as senoides do arquivo 4-senoides.wav

4. Melhorar resultado do noise-gate do exercício 1 (arquivo welcome+noise+gate.wav)• Dica: filtrar

5. Deixar só a voz de joao.wav

geber ramalho & osman gioia - ufpe 1 processamento de sinais de áudio tipos, funcionamento e...

Documents