Acústica musical, psicoacústica e auralização

Sub-Coordenação: Prof. Dr. Régis Faria
Desde 2002 temos desenvolvido projetos na área de acústica musical, especialmente no que diz respeito à acústica de ambientes. Esse foi o tema do Projeto Temático – Fapesp3 realizado anteriormente e a inclusão desta linha de pesquisa neste novo projeto justifica-se por duas razões. Em primeiro lugar, para dar suporte à investigação do fenômeno sonoro em relação à sua produção, difusão e recepção, permitindo uma trajetória de investigação que parte do âmbito físico e vai em direção ao perceptivo. Em segundo lugar, essa linha permitirá a continuação dos trabalhos desenvolvidos por nosso grupo desde 2002 na área de acústica de ambientes. Se no Projeto Temático anterior a pesquisa em acústica foi desenvolvida focando na análise do comportamento sonoro, a partir de agora essa linha de pesquisa passa a ter uma inclinação explícita para a produção e processamento sonoro. Partindo dos resultados e produtos gerados anteriormente, essa linha representa a continuidade nos trabalhos que vimos realizando com sucesso nesta área e servirá de suporte para os trabalhos nas outras linhas de pesquisa. Os principais temas a serem desenvolvidos são:

  1. Acústica de Ambientes e Projeto AcMus: dando continuidade ao trabalho de análise e medição acústica desenvolvido anteriormente, serão implementadas novas ferramentas no aplicativo AcMus. Entre as implementações previstas estão um conjunto de novos aplicativos para o módulo de ferramentas acústicas (diversos tipos de filtros e processadores de áudio), aprimoramento do modo de medição de parâmetros de espacialidade, e suporte para medição multicanal.
  2. Simulação Acústica: Essa área começou a ser desenvolvida no âmbito do projeto AcMus e permitirá a simulação acústica de ambientes a partir de sua descrição geométrica e de materiais que compõem suas superfícies. Alguns protótipos já encontram-se em teste e, a partir de seu aprimoramento, serão implementados na forma de um módulo dentro do aplicativo AcMus. Um bloco de simulação acústica de ambientes quadriláteros com saída em Ambisonics também já foi implementado no sistema OpenAUDIENCE, e o projeto de um módulo para ambientes de geometrias irregulares é previsto neste tema.
  3. Auralização: Constitui-se na aplicação de processos para construção de espaços sonoros virtuais a partir de descrições físicas e perceptuais. Múltiplos espaços podem ter coexistência física simultânea e podem ser aplicados a diferentes materiais sonoros. As aplicações de diferentes processos de auralização vão do estudo das qualidades acústicas de instrumentos musicais e salas de concerto, à criação de sistemas de espacialização e projeção sonora dentro do âmbito do sistema OpenAUDIENCE.
  4. Espacialização Sonora: Diretamente relacionada ao item anterior, a espacialização é o processo de distribuição dos sinais de áudio de modo a criar a sensação de imersão sonora, isto é, de um espaço tridimensional controlado envolvendo os ouvintes. Isso pode ser aplicado tanto em práticas como a difusão espacial de música eletroacústica quanto em sistemas audiovisuais em que se busca uma coerência entre a posição visual de uma determinada fonte sonora e sua localização espacial pelo sistema auditivo. De particular interesse são as aplicações de técnicas de Wave Field Synthesis (WFS). Para tanto, estaremos desenvolvendo um sistema de WFS no âmbito deste projeto (vide descrição adiante).
  5. Otimização: Consiste na busca automática de parâmetros de projeto de uma sala (tais como dimensões, materiais de revestimento das superfícies internas, localização de fontes sonoras e ouvintes) visando a adequação acústica do projeto ao uso específico que se vai fazer daquela sala. A busca é associada à simulação acústica de um modelo geométrico, que permite a obtenção de parâmetros acústicos (tais como tempo de reverberação, resposta em freqüência, entre muitos outros) sem a necessidade de construção de modelos reais em escala reduzida ou de intervenções no espaço real de escuta.

Os trabalhos a serem desenvolvidos nesta linha de pesquisa estarão prioritariamente voltados para as áreas de acústica de ambientes e espacialização e deve se concentrar em dar continuidade aos desenvolvimentos do programa AcMus e do projeto OpenAUDIENCE. O projeto AcMus foi iniciado no âmbito do Projeto Temático anterior3 e teve como um de seus resultados o programa AcMus. Trata-se de um aplicativo destinado ao estudo, medição e projeto de ambientes a partir de suas propriedades acústicas. Dois módulos principais encontram-se implementados: o módulo de Medição Acústica, que extrai a Resposta Impulsiva de um sala para posteriormente calcular uma série de parâmetros acústicos da mesma; e o módulo de Ferramentas, que oferece vários utilitários como calculadora de modos de ressonância de ambientes, calculadora de tempos de reverberação, projeto de difusores de Schroeder e convolução.
Neste projeto pretendemos dar continuidade aos módulos já implementados resolvendo pequenos problemas de programação e melhorando a interface de usuário. Além disso serão implementadas funções adicionais como o cálculo de parâmetros acústicos referentes à espacialidade (LF -Lateral Fraction e IACC - InterAural Cross Correlation) além da possibilidade de importação e exportação de respostas impulsivas no programa, banco de filtros (passa banda, oitavas e terço de oitavas) e gravação multicanal (atualmente o programa está limitado a dois canais). Finalmente será implementado o terceiro módulo previsto para o programa que é o de Simulação de Ambientes. Este módulo permite que se obtenha a resposta impulsiva (e a partir dela, uma série de parâmetros acústicos) de salas ainda na fase do projeto. Para isso, parte-se de uma descrição detalhada da geometria e dos materiais que compõem a sala para chegar à simulação de seu comportamento acústico. Estudos para a implementação desse módulo já estão em andamento e é o objeto do mestrado de um dos participantes deste projeto (aluno Mario Henrique Torres, com o trabalho “Simulação acústica sobre a plataforma AcMus” sob orientação do Prof. Dr. Fabio Kon).
No âmbito da imersão sonora, daremos continuidade a desenvolvimentos do projeto OpenAUDIENCE5, uma versão livre de um software para áudio-imersão, produção de cenas sonoras e auralização baseado na modularização dos principais processos na cadeia de áudio, e no uso de campos sonoros 2D e 3D reais. O software na versão atual consiste numa biblioteca para a plataforma Pure Data (Pd), que permite a produção de cenas sonoras em suporte multicanal e a reprodução espacializada e interativa, inclusive ao vivo. O autor constrói as cenas sonoras virtualmente, independente da configuração de alto-falantes utilizada na reprodução. Para sua continuidade propõe-se a construção de um módulo de gerência de camadas para o OpenAUDIENCE, que atua no sentido de monitorar a auralização e adaptar parâmetros para uma projeção de campo sonora adequada conforme programado pelo usuário. Na parte de auralização por WFS pretende-se desenvolver um módulo de codificação e outro de decodificação no OpenAUDIENCE que comande uma matriz de Wave Field Synthesis, inicialmente com uma meta de 64 alto-falantes. O objetivo é auralizar com WFS uma cena e respectivo espaço acústico criados no OpenAUDIENCE e simulados usando, por exemplo, os simuladores do aplicativo Acmus.