"SVILUPPO DI MODULI DI CALCOLO PER ELABORAZIONI DEL SEGNALE ACUSTICO"

Anno Accademico 1999-2000

Obiettivo
I parametri acustici calcolati
Il software sviluppato
Conclusioni e prospettive
Bibliografia

Tesi di Laurea di Nicola ROMANINI

Relatore Ing. Patrizio FAUSTI

Correlatore Dott. Nicola PRODI

fototessera
Nicola Romanini
1.OBIETTIVO
L'obiettivo principale di questa tesi è stato lo sviluppo del software finalizzato al calcolo di parametri impiegati per la caratterizzazione acustica degli ambienti d'ascolto nelle varie frequenze. A questo scopo si è predisposta un'analisi in bande d'ottava ed in terzi d'ottava dei parametri che descrivono gli attributi di riverberazione, di chiarezza e spazialità del suono.

L'intento è stato di progettare una DLL (Dinamic Linked Library), che andasse ad aggiungersi alle altre funzioni di elaborazione dei segnali acustici di un programma per Windows chiamato Cool Edit Pro (CEP). Tale programma fornisce all'utente un ambiente in cui è agevole l'elaborazione dei segnali audio e la gestione delle schede audio del sistema. Il compito che ci si è prefissi è stato, in particolare, di aggiornare e sviluppare le funzionalità del modulo di CEP chiamato "Acoustic.xfm" per l'analisi delle risposte all'impulso degli ambienti. L'ambiente di sviluppo impiegato è stato il Visual C++ 6.0.

2.I PARAMETRI ACUSTICI CALCOLATI

- esempio di risposta stereo all'impulso analizzata in Cool Edit Pro -

Dall'elaborazione della sequenza di campioni rappresentante la risposta all'impulso, si sono ottenuti 12 parametri acustici in terzi d'ottava o ottave, suddivisibili in tre gruppi fondamentali:

  • Legati alla RIVERBERAZIONE (ETS, RT20, RT30, RTUser);
  • Legati alla CHIAREZZA e DEFINIZIONE (C50, C80, D50%, TS);
  • Legati alla SPAZIALITA' (LF, IACC, Wiacc, TauIACC).
3.IL SOFTWARE SVILUPPATO
Per lo sviluppo del software oggetto di questa tesi sono stati presi come riferimento i moduli di " Aurora" presenti all'interno di CEP ed in particolare le funzionalità presenti nella libreria Acoustics.xfm. Tale modulo permetteva il calcolo di una serie di parametri effettuando preliminarmente un'analisi in bande d'ottava. Con il modulo di aggiornamento ora è possibile visualizzare in una schermata unica i valori dei parametri in tutte le bande (anche 1/3 d'ottava).

Si è cambiata la routine di filtraggio ottenendo un miglioramento sotto l'aspetto della velocità di calcolo e dell'uniformità della forma dei filtri nelle varie bande. I filtri digitali realizzati sono conformi alla normativa vigente.

La novità del modulo realizzato (Acoustics_32.xfm) sta nell'integrazione del calcolo di parametri di spazialità accanto a quelli tradizionali di chiarezza, definizione e riverberazione, il tutto valutato alle varie frequenze consentendo al ricercatore di avere in un sol colpo un più ampio ventaglio di valori.

4.CONCLUSIONI E PROSPETTIVE
Il risultato è stato soddisfacente sia per ciò che riguarda l'aspetto della facilità d'uso che per la possibilità di avere a disposizione un ampio ventaglio di parametri acustici nelle varie bande di frequenza. Le funzioni di trasferimento dei filtri impiegati nell'analisi in bande d'ottava e terzi d'ottava sono risultati rispondenti alle specifiche normative previste. Inoltre, per il loro progetto, è stato necessario impiegare un software esterno all'ambiente di sviluppo del modulo (Visual C++) quale è Matlab. Ciò ha rappresentato un'opportunità non prevista di approfondire anche la programmazione in tale ambiente nonché di scoprire un utile strumento atto alla verifica delle funzioni di trasferimento dei filtri stessi rispetto alle normative.

Dalla verifica dei risultati ottenuti con il modulo si è messo in luce il buon grado di affidabilità raggiunta in relazione ai risultati di altri programmi commerciali ("Melissa", "Aurora"). Si è potuta constatare anche la migliorata fruibilità da parte dell'utente di un più ampio quadro d'insieme dei parametri acustici per la caratterizzazione di una sala d'ascolto non consentita dai precedenti software che implementavano le stesse grandezze d'interesse.

L'apprendimento della programmazione sotto Windows ha fornito l'opportunità di conoscere nei dettagli cosa accade quando, nel nostro lavorare quotidiano con il computer, ci appaiono le ormai familiari finestre di dialogo e ha reso possibile anche l'approfondimento della programmazione in C. In particolare si è acquisita la giusta manualità per affrontare lo sviluppo di codice C con l'ausilio dell'ambiente di sviluppo integrato Visual. La comodità offerta da questo ambiente grafico lascia al programmatore un'ampia libertà di movimento anche se sono state riscontrate alcune difficoltà procedurali soprattutto in fase di modifica delle macro associate agli elementi grafici non sempre correttamente generate dal pacchetto.

La base software da cui si era partiti ha comunque influito molto sul risultato ottenuto, obbligando a scelte spesso non ottimali dal punto di vista della compattezza del codice e della rapidità di calcolo. Ciò non è avvenuto nello sviluppo di nuove parti indipendenti dal modulo originario. Si sono privilegiati comunque gli aspetti legati all'accuratezza dei calcoli piuttosto che alla ottimizzazione computazionale.

L'implementazione delle funzioni estratte da moduli realizzati da altri programmatori, ha richiesto lo studio del campo di applicazione dell'acustica per cui questi calcoli vengono impiegati. Si è reso, perciò, necessario approfondire il tema delle tecnologie per la misura della spazialità del suono in ambienti d'ascolto per capire soprattutto le esigenze dell'operatore e adattare l'interfaccia del programma.

Le prospettive future di aggiornamento del modulo sviluppato si inseriscono in quelle del pacchetto software "Aurora" realizzato da ricercatori dell'Università di Parma in collaborazione con l'Università di Ferrara. Si prevede di inserire nel modulo la possibilità di visualizzare l'integrale di Schröeder da parte dell'utente e di presentare il diagramma energetico della risposta all'impulso. Tali calcoli, infatti, non richiederebbero che la sola implementazione di routine di gestione grafica deli valori attualmente già calcolati dal modulo "Acoustics_32.xfm".

Un ulteriore ed utile parametro che si potrebbe aggiungere è il rapporto segnale rumore (S/N) secondo le modalità previste nel programma commerciale "Melissa".

Nicola Romanini