Aura3D

Abstract

AURA3D trata da implementação de um sistema de auralização 3D Ambisonics (em desenvolvimento) num espaço reverberante (Pequeno Auditório) para servir de demonstrador através de performance auditiva. Será feita uma avaliação acústica deste espaço, pela 1.a vez, e o desenvolvimento dos 16 filtros de de-reverberação para o sistema de auralização 3D.

Descrição

O projecto AURA3D tem 2 objetivos principais: 1°, uma avaliação o mais completa possível da qualidade acústica do Pequeno Auditório da ESML através da medição de parâmetros objetivos descritores da qualidade acústica de salas de performance e ainda através da simulação por modelação acústica em software. Trata-se da primeira vez que tal estudo é realizado no Pequeno Auditório. 2°, uma implementação de um sistema de auralização 3D de tecnologia multicanal Ambisonics num espaço reverberante, face à qualidade acústica determinada pelo objectivo 1. Para tal, terão que ser implementados adequados filtros de de-reverberação da acústica do Pequeno Auditório para cada um dos 16 canais do sistema de auralização 3D. O coordenador do projecto, investigador Diogo Alarcão, é doutorado em Engenharia Eletrotécnica e Computadores na área da Acústica de Salas pelo IST, tendo realizado inúmeros projectos ligados à acústica de espaços interiores e exteriores, particularmente ligados à Acústica Virtual. O investigador Sérgio Henriques tem uma extensa experiência em música e engenharia de áudio, áreas de domínio imprescindíveis para a boa consecução das tarefas previstas.

Revisão da literatura

O programa das medições acústicas a serem realizadas no Pequeno Auditório da ESML. será baseado. principalmente na norma portuguesa.NP ENISO 3382-1:2016  "Acústica. Medição de parâmetros de acústica de salas Parte 1: Salas de espectáculos" e em normalização internacional aplicável, bem como nas boas práticas da Engenharia Acústica. O programa de medições acústicas utilizará tecnologia mono e tecnologia multicanal, no âmbito do sistema Ambisonics implementado actualmente na ESML.
A de-reverberação a implementar por filtros digitais no sistema de auralização 3D Ambisonics oferece vários desafios de performance e de estabilidade. Os filtros a serem desenvolvidos e implementados, basear-se-ão nos sinais áudio recolhidos nas medições acústicas, podendo ser do tipo FIR ou eventualmente do tipo IIR.

Plano de trabalho:Objetivos e métodos

O primeiro objetivo é avaliar a qualidade acústica objectiva do Pequeno Auditório da ESML. Para tal serão realizadas várias medições experimentais acústicas. A obtenção dos parâmetros objetivos de qualidade acústica pode ser realizada segundo vários métodos estabelecidos no estado da arte como seja a técnica de exponential sine sweeps. Serão realizadas medições acústicas segundo captação monofónica por microfones omnidirecionais e bi-direcionais e também segundo captação binaural através de um microfone head and torso simulator (kemar - dummy head) da ESML. A captação binaural permite a obtenção de parâmetros adicionais como seja o IACC (correlação cruzada interaural). Poderá ser usado o software comercial, pertença da ESML, ARTA v.1.9.3, bem com vários scripts/funções GNU Octave/Matlab já desenvolvidos pelo coordenador do projecto. Adicionalmente será desenvolvido um modelo acústico em software estado da arte CATT Acoustics, da ESML (versão sem auralização completa), do Pequeno Auditório que incluirá a sua geometria, bem como os materiais de revestimento em termos sua absorção, dispersão e difusão individual. Com base nesta informação da qualidade acústica do Pequeno Auditório, bem como com base nas respostas ao impulso multicanal processadas, realizar-se-á o desenvolvimento e implementação dos filtros de de-reverberação para os 16 canais do sistema de auralização 3D Ambisonics.

Descrição das atividades

• Medições acústicas com sinais do tipo exponencial e sine sweeps para obtenção de resposta no Pequeno Auditório, efetuadas segundo a normalização NP EN ISO 3382-1, usando-se uma fonte sonora omnidirecional e captação mono e binaural.
• medições acústicas para obtenção das respostas derivadas a cada um dos 16 canais do sistema auralização 3D Ambisonics, usando-se as 16 colunas monitoras (8 serão adquiridas dentro deste projecto IDICA).
• Modelação acústica em software estado da arte CATT Acoustics (módulo FULL prediction, pertença da ESML).
• Simulação da auralização 3D do sistema Ambisonics no software CATT Acoustics (módulo FULL AURALIZATION, a ser adquirido para o etelto neste projecto).
• Estudo e desenvolvimento dos filtros de de-reverberação para os 16
• canais do sistema de auralização 3D Ambisonics, podendo ser do tipo FIR ou IIR, conforme o que se concluir melhor em termos de estabilidade e performance.
• Implementação do sistema completo de auralização 3D Ambisonics com os filtros implementados e a funcionar dentro do Pequeno Auditório.
• Performance auditiva/musical do sistema.
• Elaboração de artigo científico para publicação em revista internacional.
• Elaboração de comunicação escrita para publicação num congresso da especialidade

Resultados Esperados

O resultado último do projecto AURA3D é a obtenção de um sistema de auralização 3D baseado em tecnologia Ambisonics mas que possa ser instalado como demonstrador no Pequeno Auditório da ESML (espaço reverberante). Para tal, pretende-se em primeiro lugar obter a assinatura acústica fidedigna do Pequeno Auditório através da determinação dentro do estado da arte dos parâmetros objectivos de qualidade acústica do mesmo. (através de medições e através de simulação). Em segundo lugar serão obtidos os filtros inversos de de-reverberação para cada um dos 16 canais do sistema de auralização 3D.
Todos os resultados obtidos serão alvo de divulgação em revista científica internacional bem como num congresso da especialidade; prevê-se ainda a realização de demonstrações auditivas/musicais como sistema AURA3D no Pequeno Auditório da ESML.

Referências bibliográficas

NP EN ISO 3382-1: 2016 "Acústica. Medição de parâmetros de acústica de salas Parte 1: Salas de espectáculos".
D. Alarcão, O. Inácio - Determination of room acoustic parameters using spherical beamforming - the example of Lisbon's Garrett Hall, Applied Acoustics, 2021 (submitted).
D. Alarcão, P. Bello, O. Inácio - "On the Acoustics of the Vianna da Motta Auditorium in Lisbon", Euronoise 2021, 25 27 October 2021 (e-congress)
D. Alarcão, J. Santos, O. Inácio - "Acoustic assessment of the Garrett Hall of the National Theatre D. Maria Il in Lisbon", Proceedings of ACUSTICA 2020, 21 - 23 October 2020 (e-congress)
W. Zhang, P. N. Samarasinghe, H. Chen, T. D. Abhayapala - "Surround by Sound: A Review of Spatial Audio Recording and Reproduction", Appl. Sci 2017, 7, 532.
D. Alarcão, D. Santos, J. L. Bento Coelho - "Virtusound - a real time room acoustics simulation and auralization system", Invited Paper, 1st.
Euroregio 2010 Congress on Sound and Vibration, Ljubljana, Slovenia, September 2010
D: Alarcão, J. L. Bento Coelho - "Avaliação da qualidade das simulações e auralizações da
plataforma VIRTUSOUND", ACÚSTICA 2012, Évora, Portugal, October 2012