Processamento de sinais de

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Processamento de sinais de áudio

• Tipos, funcionamento e uso

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Processamento de Sinais de Áudio

• Processamento manipulação feita em um sinal para
  
• melhorar a qualidade do sinal em algum aspecto
• criar efeitos especiais
• melhorar relação sinal-ruído, etc.
• 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.

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Processadores de sinais

• Alteração na dinâmica (amplificação/atenuação)
• compressores, limitadores noise gates
• modelador de envelope
• 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.)

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Alteração na dinâmica

• Amplificadores
• Modeladores de envoltória
• Limitadores
• Noise-gates
• Compressores
• Expansores

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Amplificação/Atenuação

• 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

10dB
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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

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Compressão

• Compressão
• Amplificação cujo ganho é controlado pelo próprio
  sinal de entrada diminui fortes e aumenta
  fracos, compactando o sinal

dB
20 10 0 -10
Compr.
tempo
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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

clipping
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Compressor

• Parâmetros principais
• taxa de compressão razão entrada-saída (Es)
• 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.

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Funçõesde transferência
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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

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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
• Algoritmo
• para toda amostra de entrada i
• se valor(i) lt limiar L
• então o 0
• senão o valor (i)
• retorne o

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Exercícios

• http//www.cin.ufpe.br/musica/cmps/exemplos-wave/
  
• Excluir ruido de welcomenoise.wav
• Mixar noise.wav com welcome-12db.wav de forma
  minimizar o ruído
• Normalizar (amplificar) a voz
• Mixar com ruído (sem mexer na potência)
• Reduzir tudo
• Processar mais (eventualmente)
• Ouvir

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Alteração no espectro

• Filtros conceitos, caracterização e tipos
• Equalizadores tipos e uso
• Implementação de filtros

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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
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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)

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Conceitos inclinação (slope)

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

3db/8
6db/8
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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

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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 atenuaçãoou amplificação

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Tipos de filtros

• Passa-baixas
• Passa-altas
• Passa-banda
• Rejeita-banda
• Shelf
• Passa tudo
• Pente

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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)

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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Equalização Paramétrica

• Atuação
• Filtros passa/rejeita faixa com ganho,
  freqüência central e largura variáveis
• muito versátil porém menos intuitivo

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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.

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Exercícios

• http//www.cin.ufpe.br/musica/cmps/exemplos-wave/
  
• Separar as senoides do arquivo 4-senoides.wav
• Retomar exercício 1 (reduzir ruido de
  welcomenoise.wav)
• Dica filtrar antes
• Deixar só a voz de joao.mp3