Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων"

Ἰουλία Μαρκόπουλος
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων Διάλεξη 3: DSP for Audio Δρ. Θωµμάς Ζαρούχας Επιστηµμονικός Συνεργάτης Μεταπτυχιακό Πρόγραµμµμα: Τεχνολογίες και Συστήµματα Ευρυζωνικών Εφαρµμογών και Υπηρεσιών 1

2 Προεπισκόπηση Υποκειμενικά χαρακτηριστικά ήχου Ακουστότητα Ύψος Χροια Μη- γραμμική ευαισθησία ακουστικού συστήματος Καμπύλες ισοδύναμης ακουστότητας Ανατομία ακουστικού συστήματος Ακουστική Επικάλυψη Χωρική ακουστική

3 Υποκειμενικά Χαρακτηριστικά του ήχου Ακουστότητα συνδέεται με την ένταση Ύψος του ήχου συνδέεται με τη συχνότητα Χροιά του ήχου αφορά κυρίως σύνθετους ήχους

4 Μονάδα decibel Ορισμοί Στην ακουστική οι µονάδες που χρησιµοποιούµε είναι λογαριθµικές Μεγάλο εύρος τιµών Π.χ. Η ηχητική πίεση από 20µPa έως 10 8 Pa O άνθρωπος αντιλαµβάνεται τον ήχο «λογαριθµικά» R = klogs όπου R η αλλαγή της υποκειµενικής αντίληψης S η σχετική µεταβολή του ερεθίσµατος που την προκαλεί k µια σταθερά Ψυχοφυσικός νόµος των Weber-Fechner

5 Μονάδα decibel Ορισμοί Μονάδα bel: ο λογάριθµος µιας αδιάστατης ποσότητας k 1, k ref τιµές µε ίδιες µονάδες A(bel) = log 10 k 1 k ref Μονάδα decibel (db): το δέκατο της µονάδας bel A(dB) = 10 log 10 k 1 k ref Σχετική µέτρηση µεγεθών

6 Φάσμα ημιτόνου Γραμμική- Λογαριθμική Αναπαράσταση

7 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ο νόμος Weber 1 - Fechner 2 (1825) Μετρά την αντίδραση των ανθρώπων σε ποικίλα φυσικά ερεθίσματα. da = di k I Για να αυξάνεται το υποκειμενικό αίσθημα κατά ίσα βήματα, το αντίστοιχο ερέθισμα πρέπει να αυξάνεται κατά έναν σταθερό λόγο. 1 Γερμανός φυσιολόγος ( ) 2 Γερμανός φυσικός ( )

8 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ακουστότητα (Α) Είναι η υποκειμενική ένταση του ήχου και χρησιμοποιείται για να περιγράψει το πώς αντιλαμβάνεται ο κάθε άνθρωπος την ένταση των ήχων. Μη γραμμική αντίληψη της έντασης του ήχου di I da = k A = 10log I I0 [ db] Ι 0 κατώφλι ακουστότητας: ελάχιστη ένταση για να γίνει ο ήχος αντιληπτός σε ήσυχο περιβάλλον

9 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 10 Ι Ι 0 Κατώφλι ακουστότητας Ι 0

10 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ι 0 Ακουστότητα (db) 0 db 10 Ι Ι 0 Κατώφλι ακουστότητας Ι 0

11 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ι 0 Ακουστότητα (db) 0 db 10 Ι Ι 0 Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 0 db

12 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 0 db

13 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων 0 db 10 db

14 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 40 db Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων 0 db 10 db

15 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 40 db Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων Ανθρώπινη φωνή 0 db 10 db 40 db

16 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 40 db Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων Ανθρώπινη φωνή Θόρυβος γραφομηχανής 0 db 10 db 40 db 70 db

17 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 40 db Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων Ανθρώπινη φωνή Θόρυβος γραφομηχανής Λάλημα πετεινού 0 db 10 db 40 db 70 db 90 db

18 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 40 db Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων Ανθρώπινη φωνή Θόρυβος γραφομηχανής Λάλημα πετεινού Νight club 0 db 10 db 40 db 70 db 90 db 110 db

19 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ένταση ήχου (Watt/m 2 ) Ακουστότητα (db) Ι 0 0 db 10 Ι 0 10 db Ι 0 40 db Κατώφλι ακουστότητας Ι 0 Θρόισμα φύλλων Ανθρώπινη φωνή Θόρυβος γραφομηχανής Λάλημα πετεινού Νight club Όριο πόνου (απογείωση αεροπλάνου) 0 db 10 db 40 db 70 db 90 db 110 db 130 db

20 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Μη γραμμική ευαισθησία του αυτιού Το ανθρώπινο αυτί δεν ακούει με την ίδια ακουστότητα όλες τις συχνότητες, ειδικά σε χαμηλές εντάσεις. Μεγαλύτερη ευαισθησία έχει στις μεσαίες συχνότητες (2-3kHz) n Οµιλία...

21 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Καμπύλες Ισοδύναμης Ακουστότητας Η υποκειμενική αίσθηση της στάθμης ενός ήχου εξαρτάται από τη συχνότητα του. Η εξάρτηση είναι τυποποιημένη στις καμπύλες Fletcher- Munson. Η μονάδα ακουστότητας ορίζεται ως η ηχοστάθμη σε db στα 1000Hz και είναι το Phon.

22 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Καμπύλες Ισοδύναμης Ακουστότητας Ένα ημιτονοειδής τόνος στάθης 20 db στα 1000 Hz θα είναι ακουστός, ενώ τόνος ίσης στάθμης, αλλά στα 100 Hz, δεν θα είναι.

23 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Ύψος του ήχου Το υποκειμενικό γνώρισμα που μας επιτρέπει να διακρίνουμε μεταξύ δύο ήχων ποιος είναι ο πιο οξύς και ποιος ο πιο βαρύς. Μεταβολή συχνότητας κατά μόλις 0,3% γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο αυτί.

24 Μάτια, μύτη...

25 Υποκειμενικά xαρακτηριστικά του ήχου Χροιά του ήχου/ηχόχρωμα Το υποκειμενικό γνώρισμα που μας επιτρέπει να διακρίνουμε μεταξύ δύο ήχων με το ίδιο ύψος (π.χ. Δύο ίδιες νότες από διαφορετικά όργανα) Αφορά σύνθετους ήχους με ίδια θεμελιώδη συχνότητα και διαφορετικές αρμονικές (ακέραια πολλαπλάσια). Στην χροιά συντελούν και μη αρμονικές συχνότητες (π.χ., πιάνο)

26 Ανατομία Ακουστικού Συστήματος- 1 Περιφεριακό: Μετατροπή των ηχητικών σημάτων σε ηλεκτροχημικά σήματα. Εξωτερικό n συγκεντρώνει ενέργεια του ακουστικού κύματος προς το μέσο αυτί n Προσδιορισμό θέσης στο χώρο μιας ακουστικής πηγής Μέσο n Ακουστικό- μηχανικός μετατροπέας Εσωτερικό n Μεγαλύτερη πολυπλοκότητα n Μετατροπη μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτροχημικό σήμα n Συχνοτική ανάλυση (βασική μεμβράνη) Νευρικό: κύρια επεξεργασία του ηλεκτροχημικού σήματος και δημιουργία αισθήματος ακοής περιλαμβάνει και ανώτερα κέντρα ακοής του εγκεφάλου

27 Ανατομία Ακουστικού Συστήματος- 2 Σχηματικό διάγραμμα εξωτερικού, μέσου και εσωτερικού αυτιού

28 Ανατομία Ακουστικού Συστήματος- 3 Προσομοίωση απόκρισης συχνότητας εσωτερικού αυτιού με ζωνοδιαβατά φίλτρα

29 Σχόλιο...

30 Απόλυτο κατώφλι ακουστότητας

31 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

32 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα 600

33 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

34 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

35 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

36 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

37 Ακουστική Eπικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

38 Ακουστική Eπικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

39 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

40 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

41 Ακουστική Επικάλυψη Το κατώφλι ακουστότητας μεταβάλλεται δυναμικά Εξαρτάται από τις συχνότητες που ακούγονται ταυτόχρονα

42 Ακουστική Επικάλυψη Ταυτόχρονη επικάλυψη (simultaneous masking) Μετά- επικάλυψη (forward masking) Προ- επικάλυψη (backward masking)

43 Ακουστική Επικάλυψη Εφαρμογή Ψυχοακουστικά μοντέλα Πρότυπα κωδικοποίησης n MPEG-1

44 Βασικές Έννοιες- 1 Αντιληπτικά ή Ψυχοακουστικά Μοντέλα. Βασικές αρχές νευρο- φυσιολογίας Βασικές αρχές ψυχοακουστικής n n n Αναλυτικά Κυματομορφή σήματος Εφαρμογές Χωρική ή Αμφιωτική Ακουστική Αντίληψη. Inter- aural Ενδο- ωτική n n n στάθμη διαφοράς χρονική διαφορά συνάφεια προσέγγιση... Inter- channel Eνδο- καναλική n n n στάθμη διαφοράς χρονική διαφορά συνάφεια

45 Χωρική ακουστική- 1 Ενδο- ωτικές (inter- aural) παράμετροι Ενδο- ωτική n n χρονική διαφορά (inter- aural time difference, ITD). στάθμη διαφοράς (inter- aural level difference, ILD). ITD= d 2 - d 1 ILD=10. log 10 (a 2 /a 1 ) Διάταξη για την δημιουργία σημάτων με συγκεκριμένο ITD και ILD. Καθορισμός της θέσης του ακουστικού γεγονότος.

46 Χωρική ακουστική- 2 Ενδο- ωτικές (inter- aural) παράμετροι Ενδο- ωτική συνάφεια (inter- aural coherence)! IC = max d e 1 (n) e 2 (n + d) n=. e 2 1 (n) e 2 2 (n + d)!0 IC 1 Μεταβολή του εύρους του ακουστικού γεγονότος (Περιοχές 1-3) συναρτήσει της παραμέτρου IC. Δημιουργία δύο διακριτών ακουστικών γενονότων (Περιοχή 4).

47 Χωρική ακουστική- 3 Ενδο- καναλικές Παράμετροι Ενδο- καναλική n n n χρονική διαφορά (inter- channel time difference, ICTD) στάθμη διαφοράς (inter- channel level difference, ICLD) συνάφεια (inter- channel coherence, ICC) Καθορισμός της θέσης του ακουστικού γεγονότος με ζεύγος {ICTD, ICLD}. Μεταβολή του εύρους του ακουστικού γεγονότος (Περιοχές 1-3), με μείωση της παραμέτρου ICC.

48 Στερεοφωνικός ήχος Δημιουργείται με εκπομπή ήχου από δύο κανάλια

49 Πολυκαναλικός ήχος Δημιουργείται με εκπομπή ήχου από περισσότερα κανάλια

50 MPEG-Surround Αµφιωτική αναπαραγωγή: προσαρµογή της χωρικής πολυκαναλικής ηχητικής πληροφορίας στους ακουστικούς δέκτες

51 Ευχαριστώ! Web:

Σχετικά έγγραφα

Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων

Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων Διάλεξη 3: DSP for Audio Δρ. Θωµμάς Ζαρούχας Επιστηµμονικός Συνεργάτης Μεταπτυχιακό Πρόγραµμµμα: Τεχνολογίες και Συστήµματα Ευρυζωνικών Εφαρµμογών και Υπηρεσιών 1 Προεπισκόπηση