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EPUSP - Guido Stolfi 1 / 67
LCSEP US P
Percepção Auditiva
PTC2547 – Princípios de Televisão Digital
Guido Stolfi – 10 / 2016
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LCSEP US PTópicos Abordados
• Fisiologia do Ouvido Humano
• Acústica Física
• Mascaramento
• Voz Humana e Vocoder
• Modelamento de Sistemas Dinâmicos
• Questões Polêmicas
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LCSEP US P
Fisiologia do Ouvido Humano
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LCSEP US PEstrutura do Ouvido Humano
cóclea
nervo
martelo bigorna canais semicircularesjanela oval
estribotímpanojanela circular
auditivatrompa
orelha
canal auditivo
osso da têmpora
lóbulo temporal
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LCSEP US PRepresentação Esquemática do Ouvido
15k 1k 60Hz2504k
~2,2 cm
~3 cm
Membrana Basilar
Janelas
canal
cóclea
nervos
Órgãos de Corti
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LCSEP US PResposta em Frequência do Canal Auditivo
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LCSEP US POuvido Médio
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LCSEP US PEstrutura da Cóclea
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LCSEP US PA Cóclea Distendida
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LCSEP US PSecção da Cóclea
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LCSEP US PSecção da Cóclea
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LCSEP US PDetalhe dos Órgãos de Corti
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LCSEP US PCélulas de Corti
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LCSEP US PCélulas de Corti
Internas Externas
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LCSEP US PAtuação das Células Ciliares
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LCSEP US PAlguns Números:
• 3.500 Células Ciliares Internas
• 12.000 Células Ciliares Externas
• 30.000 Fibras Nervosas Aferentes:
– 90~95% provenientes das Células Internas
– Células Internas com até 20 sinapses
• ~500 Fibras Nervosas Eferentes:
– Destinadas às Células Externas
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LCSEP US PSeletividade da Membrana Basilar
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LCSEP US PSeletividade da Membrana Basilar
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LCSEP US PSeletividade das Células de Corti
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LCSEP US PFunções 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
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LCSEP US PEmissões Oto-acústicas Evocadas
TEOAE (Transient Evoked Oto-Acoustic Emission) - Evidências da atividade das células externas
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LCSEP US PBandas Críticas da Audição Humana
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LCSEP US PLimiar de Percepção de Frequências
Banda
Crítica
Diferença
Apenas
perceptível
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LCSEP US PResposta Temporal das Bandas Críticas
5 ms/div
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LCSEP US PDeterminação da Largura das Bandas Críticas
P=const.
1 2 3 4 5 6
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LCSEP US PDeterminação da Largura das Bandas Críticas
Largura de Banda
Niv
el S
on
oro
Bc
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LCSEP US PPós-processamento nos Gânglios Auditivos
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LCSEP US PPercepção de Direção (Azimute)
Baixas Frequências:Diferença de Fase
(tempo de Percurso)
Altas Frequências:Diferença de Intensidade
(difração)
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LCSEP US PPercepção de Ambiente: Reflexões Múltiplas
Som direto
Primeiroeco
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LCSEP US PPercepção de Direção (Elevação)
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LCSEP US PUm Diagrama de Blocos da Audição
Canalauditivo
Córtexauditivo
Núcleosnervosos
Membranabasilar
Células de Corti
E
D
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LCSEP US P
Acústica Física
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LCSEP US PPressão Sonora: Unidade de Medida
Pressão Sonora dbSPL onde Pa20 20log ( )p
pp
oo
• Limiar de Audibilidade: 20 Pa rms = 2x10-5 N/m2 @ 1 kHz (1 pw/ m2)
• ( Pressão atmosférica: ~ 100 kPa )
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LCSEP US PNível Sonoro: Unidade de Medida
• Volume Sonoro = grandeza subjetiva associada à percepção sensorial da intensidade de um som
• 1 Phon = 1 dB SPL @ 1 kHz
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LCSEP US PSituações 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=1W/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
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LCSEP US PCurvas de Igual Volume Sonoro (tons senoidais)
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LCSEP US PFaixa Dinâmica para Música e Voz
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LCSEP US P
Mascaramento
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LCSEP US PMascaramento para Tom Senoidal
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LCSEP US PResposta da Membrana Basilar para 2 Tons
Janela
Oval
15 kHzf2 f 1
60Hz
f2
f2 f 1
(a)
(b)
(c)
f 1
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LCSEP US PMascaramento para Ruído de Banda Estreita
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LCSEP US PCurvas de Mascaramento (ex.)
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LCSEP US PEvidências de Distorção Aural
10 dB
20 dB
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LCSEP US P
A Voz Humana e o Vocoder
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LCSEP US PA Voz Humana
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LCSEP US PCaracterísticas Espectrais da Voz
t
f
Fundamental:100-150 Hz (M)200-300 Hz (F)
Formantes:250-800 Hz (1)800-2300 Hz (2)2200-3000 Hz (3)
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LCSEP US PCaracterísticas das Formantes Espectrais
“a” “i” “u”
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LCSEP US PEspectrograma (Tempo / Frequência) da Voz
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LCSEP US PInteligibilidade da Fala
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LCSEP US PSíntese de Voz (Vocoder)
frequência
ganho
ruído
formantesvogais
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LCSEP US PExemplo 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
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LCSEP US P
Modelamento de Sistemas Dinâmicos
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LCSEP US PModelamento de Sistemas Dinâmicos
• Modelo Elétrico de um Sistema Mecânico
– Corrente velocidade
– Tensão fôrça
– Carga Deslocamento
– Resistência Atrito Viscoso
– Indutância Massa
– Capacitância Compliância (Elasticidade-1)
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LCSEP US PAnalogias Dinâmicas
• Indutância
• Capacitância
• Resistência
• Massa
• Compliância
• Viscosidade
dt
diLe
dt
dvMf
dtiCC
qv
1dtv
CC
xf
MM
1
iRe vRf M
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LCSEP US PModelo de um Alto-Falante
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LCSEP US P
Questões Polêmicas
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LCSEP US PÉ Necessário Amostrar em 96 kHz?
fa = 48 kHz
fa = 96 kHz
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LCSEP US PVantagens da Amostragem em 96 kHz
48 kHz20 kHz 28 kHz
f
96 kHz20 kHz 76 kHz
f
44,1kHz20 kHz 24,1 kHz
f
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LCSEP US PQuestões Polêmicas – Audibilidade de Fase
PressãoSonora
ImpulsosNervosos
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LCSEP US PDeterminação de Direção pela Defasagem
D
E
D
E
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LCSEP US PFase Relativa de Harmônicas
100 Hz
100 Hz
200 Hz(+)
200 Hz
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LCSEP US PFase Relativa de Harmônicas
100 Hz
100 Hz
200 Hz(-)
200 Hz
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LCSEP US PExperimento: Audibilidade de Fase
0O @ 10 Hz
2000O @ 10 kHz
0O 10-20kHz
A
B
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LCSEP US PCondições de Audibilidade de Fase
100 Hz
200 Hz(+/-)
2a. harmônic
a aural200 Hz
resultante
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LCSEP US PExperimento: Audibilidade Ultrassônica
0-20 kHz
20-50 kHz A
B
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LCSEP US PCondições de Audibilidade Ultrassônica
22 kHz
24 kHz
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LCSEP US PAudibilidade Ultrassônica: Distorção Aural
22 kHz+
24 kHz
Apósdistorção
aural
2 kHz audível
