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Precisão vs. Realismo: Simulando o lado "humano" na medição de áudio

29.01.2018

Você quer saber o que realmente está acontecendo ou o que é percebido está acontecendo?

 

O sistema auditivo humano está equipado com duas entradas - orelhas esquerda e direita.

 

Este sistema de processamento "binaural" nos proporciona a capacidade de localizar de onde o som está vindo, algo que um ouvinte com um único ouvido teria dificuldade em fazer.

 

Os sistemas de reprodução podem utilizar qualquer número de canais para cercar o ouvinte com som, mas dois canais são sempre suficientes para simular o ouvinte humano.

 

Os entusiastas da gravação descobriram há muito tempo os benefícios dos microfones estéreo. Embora não sejam necessariamente "semelhantes aos humanos", eles podem produzir gravações que agregam espaço e realismo ao material gravado.

 

As medições acústicas de dois canais são importantes pelo mesmo motivo - elas adicionam uma característica humana aos dados.

 

Para a nossa discussão aqui, vou usar o termo "binaural" para descrever os processos de gravação que fornecem dados para dois ouvidos - não há necessidade de distinguir entre fazer uma gravação e fazer uma medição, uma vez que ambos podem ser de interesse.

 

Vejamos algumas maneiras de obter dados binaurais. Muitas plataformas modernas de medição suportam a gravação de dois canais. Assumiremos que um deles está sendo usado, permitindo que nossa discussão seja limitada às técnicas de microfone.

 

Uma das primeiras decisões que deve ser feita pelo coletor de dados é se a precisão ou realismo é mais importante.

 

Depois de uma pequena consideração, torna-se evidente que não se pode ter ambos. Os parâmetros de configuração que fornecem uma visão mais precisa da resposta do alto-falante exigirão que os efeitos do meio ambiente sejam minimizados.

 

Por outro lado, se o efeito da sala for considerado, então a precisão precisará ser sacrificada para incluí-la.

 

A questão torna-se: "Eu quero saber o que realmente está acontecendo, ou eu quero saber se o que é percebido está acontecendo?"

 

A resposta a esta questão afetará fundamentalmente o método usado para coletar os dados.

 

É importante notar que pelo menos três respostas estão sendo reunidas na gravação - o alto-falante, o ouvinte e a sala.

 

A resposta do ouvinte é uma constante. O sistema auricular/cerebral supõe processar o som da mesma maneira em cada assento. A resposta do alto-falante pode ser dramaticamente dependente da posição, mas não precisa ser.

 

Os alto-falantes que são projetados para cobrir uma audiência de forma uniforme podem ter uma resposta semelhante em uma área ampla.

 

A sala também tem uma resposta, mas esta é única para cada posição de audição. Esta é uma das razões pelas quais não podemos corrigir os problemas acústicos da sala com a eletrônica.

 

O objetivo da medição é precisão ou realismo? Se o objetivo da medição for calibrar um equalizador ou uma rede de crossover, então a precisão deve ser considerada em primeiro lugar.

 

É desejável conhecer a verdadeira resposta acústica de um transdutor em um ponto do espaço, geralmente com a finalidade de melhorar essa resposta através do processamento de sinal.

 

Na Figura 1, você verá que um microfone estéreo em um suporte à altura da orelha pode simular o que um ouvinte vai ouvir, mas essa resposta incluirá artefatos dependentes do assento, como uma forte reflexão do chão ou outros objetos próximos.

Figura 1: Respostas dos níveis do microfone no nível da orelha e no plano do terra. 

 

Os comb filters resultantes tornarão impossível observar a resposta que é devida ao alto-falante sozinho.

 

Se alguém tentasse compensar o efeito da reflexão do chão, a compensação não seria correta para um ouvinte sentado bem perto ou bem longe. Assim sendo, é melhor ignorar completamente a reflexão do chão ao "ajustar" o sistema.

 

Além disso, essa resposta "dependente do assento" significaria que um grande número de medições fossem calculadas em média em um auditório.

 

É por isso que as técnicas de medição plano de campo e terra desempenham um papel importante no ajuste do sistema de som. 

 

Caso realista
Se quiser saber como soa um sistema de som/sala, então a precisão deve dar lugar ao realismo. O realismo requer uma técnica de gravação binaural, e deve incluir os mesmos efeitos da sala que podem afetar um ouvinte ao vivo.

 

O posicionamento de um microfone é realmente muito mais fácil quando se considera a precisão, pois o medidor simplesmente ‘ouve’ o sistema onde quer que ele/ela goste e, em seguida, substitui a cabeça pelo microfone. Veja a Figura 2 para opções de microfone, que incluem:

Figura 2: Cabeças falsas, embora caras, proporcionam estabilidade e repetibilidade. São ideais para projetos de pesquisa. Peter Mapp exibe seu arsenal de microfones de dois canais. 

Estéreo.

 

Um microfone estéreo simples pode produzir informações esquerda / direita. Dois microfones cardióides em uma configuração X/Y podem produzir um sistema de som convincente.

 

Microfones omnidirecionais espaçados são outro método popular. Isso é arte, não ciência, então realmente não há regras para quebrar. Se você gosta do que ouve, então está OK.

 

Simulação de Cabeça. 

Um elemento adicional de realismo pode ser simulado com a presença de uma cabeça humana. O "efeito principal" é chamado de função de transferência relacionada com a cabeça (HRTF). A SASS da Crown usa microfones omni espaçados nas dimensões humanas com uma massa absorvente no meio.

 

A diretividade dependente da frequência é conseguida através da colocação dos microfones em painéis pequenos e planos.

 

Simulação de Cabeça / Torso / Pinnae

Talvez o melhor microfone binaural seja a cabeça fictícia. Isso inclui o efeito da cabeça, do tronco e até mesmo da estrutura da orelha. Os principais benefícios desta técnica são a personalização e a repetibilidade.

 

A resposta pode ser modificada eletronicamente e fisicamente para o que for desejado, e as configurações podem ser recuperadas no futuro se necessário.

 

O processamento de sinal digital fornece uma maneira poderosa de modificar a resposta e com baixo custo.

Cabeças manequelas podem custar muitos milhares de dólares, mas o custo é facilmente justificável para pesquisadores que precisam dos seus benefícios.

 

Mics humanos. 

Uma maneira de fazer uma cabeça falsa do "homem pobre" é utilizar o seu próprio (sem intenção). Tudo já está no lugar, exceto os microfones. Eu vi numerosos mecanismos de posicionamento de microfones ao longo dos anos, incluindo montagens de óculos, cabos e até brincos.

 

Possivelmente, a abordagem mais inteligente e realista até hoje é a técnica pioneira de gravação In-The-Ear (ITE), por Don e Carolyn Davis no final da década de 1980.

 

Isso envolveu a colocação de microfones de medição na superfície do tambor da orelha. Esta técnica capturou a resposta da orelha externa, incluindo a ressonância do canal auditivo. A ressonância foi removida com um filtro inverso durante a reprodução.

 

Uma variação dessa técnica que sacrifica alguma precisão por praticidade consiste em colocar microfones pequenos na entrada do canal auditivo. Chamarei isso de "At-The-Ear" para distingui-lo da técnica anterior.

Figura 3: Um único microfone Countryman B6 é um excelente microfone "At-The-Ear". A inserção de espuma é de um in-near Shure E1.

 

Os microfones são mantidos pela inserção de espuma (Figura 3).

 

Os dois microfones possuem conectores macho XL que podem se conectar diretamente ao meu gravador de dados.

 

Normalmente, examino um auditório sem usar os microfones, assim determino as posições de medição e, em seguida, retorno aos lugares com os microfones e os posiciono no lugar determinado para assim coletar os dados.

 

A Figura 4 mostra uma comparação entre uma medição de campo livre e o posicionamento "At-The-Ear" tanto no domínio do tempo quanto da frequência.

Figura 4. A resposta de impulso e a magnitude da frequência do microfone B6 colocados em campo livre e At-The-Ear. A resposta de impulso da colocação At-The-Ear foi compensada por clareza. Observe o grande contraste entre precisão e realismo na coleta de dados. 

 

As respostas foram superpostas para comparação.

 

Os métodos utilizados para coletar dados são determinados pelo uso pretendido dos dados.

Isso muitas vezes requer mais de uma técnica, cada uma preservando ou aprimorando a informação, de forma a obter mais informações sobre o problema específico que está sendo resolvido.

 

Ao fazer medições, vá equipado para adquirir dados precisos e dados realistas e, em seguida, pondere os resultados para assim determinar a perspectiva preferida.

 

 

Traduzido na integra por : Douglas Barba

 

Pat & Brenda Brown lideram a SynAudCon, realizando seminários de áudio e workshops on-line e em todo o mundo. Para mais informações, visite www.prosoundtraining.com .

 

 

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