BR112017015378B1 - Método de adaptação do ganho de volume e amplificador - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE ADAPTAÇÃO DO GANHO DE VOLUME E AMPLIFICADOR. A presente invenção se refere a um método de adaptação do ganho de volume (GVolume aplicado) a ser aplicado por um amplificador a pelo menos um sinal de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a ser reproduzido, em função do ganho de volume desejado (GVolume desejado) selecionado por um usuário que inclui as etapas de calcular um nível sonoro lento total normalizado (NSLTN) a partir do ou dos sinais (SAudio 1 a SAudio N) a serem reproduzidos; calcular um ganho de volume lento máximo (GVolLentMax) e um ganho de volume lento mínimo (GVolLentMin) como o quociente do produto do ganho de volume desejado (GVolume desejado) por um ganho lento máximo (GLentMax), respectivamente por um ganho lento mínimo (GLentMin) dividido pelo nível sonoro lento total normalizado (NSLTN); determinar um primeiro mínimo entre o ganho de volume desejado (GVolume desejado) e o ganho de volume lento máximo (GVolLentMax); determinar um segundo mínimo entre o ganho de volume desejado (GVolume desejado) multiplicado por um ganho de volume máximo (GmaxVolume) e o ganho de volume lento mínimo (GvolLentMin); determinar, como ganho de volume lento (GVolume Lent), o máximo do primeiro e do segundo mínimos determinados anteriormente; calcular (...).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método de adaptação do ganho de volume a ser aplicado por um amplificador a pelo menos um sinal de áudio a ser reproduzido, em função do ganho de volume desejado selecionado pelo usuário.
[002] Os sistemas de difusão de áudio derivam de fontes de áudio muito diferentes e com conteúdos diferentes (música, discursos, sons diversos). O nível sonoro difundido por um sistema de áudio depende dos sinais de áudio que são reproduzidos pelo sistema de difusão e do ganho de volume desejado selecionado pelo usuário e regulado manualmente no amplificador. Para um ganho de volume desejado constante, de acordo com os sinais de áudio a serem difundidos, o nível sonoro percebido poderá ser bem diferente. O usuário é levado a modificar constantemente o ganho de volume desejado de maneira a manter o nível sonoro percebido dentro dos limites desejados, especialmente quando se escuta uma trilha sonora de filme com mudanças de ritmos frequentes entre as cenas de ação e as cenas de diálogos.
[003] Na literatura, os métodos sugeridos objetivam manter constante o nível sonoro médio com ganho de volume desejado constante, quaisquer que sejam os sinais de áudio a serem reproduzidos.
[004] Esses mecanismos de correção são conhecidos sob o acrônimo AVL para a expressão “auto-volume leveller” no idioma inglês.
[005] A grande maioria dos métodos do estado da técnica modificam o ganho de volume desejado pelo usuário diminuindo-se ou aumentando-se determinado grau do volume.
[006] Os documentos US5.666.430 e US6.195.438 descrevem métodos para manter praticamente constante o nível médio do som.
[007] Na literatura, são comuns relatos acerca de artefatos introduzidos pelos sistemas de ganho automático (bombeamentos, ganhos muito elevados durante os trechos de silêncio...). Esses artefatos são diminuídos pela regulagem do tempo de ataque e de liberação das ações sobre o ganho de volume desejado e a implantação de níveis mínimos específicos de difícil regulagem.
[008] No estado da técnica, os mecanismos implantados têm aptidão para manter o nível sonoro constante, o que adultera completamente o conteúdo musical de uma música ou, no caso de se escutar um filme, não mais diferencia o nível sonoro durante um diálogo tranquilo ou durante uma cena de ação.
[009] A invenção tem por objetivo sugerir um amplificador com capacidade para manter as dinâmicas próprias dos sinais de áudio, sem impor um nível sonoro médio praticamente constante, permitindo, no entanto, a progressão do nível sonoro em proporções agradáveis ao usuário.
[010] Para isso, a invenção tem por objeto um amplificador do tipo anteriormente citado, distinguido por incluir as etapas de: - calcular um nível sonoro lento total normalizado a partir do ou dos sinais a serem reproduzidos; - calcular um ganho de volume lento máximo e um ganho de volume lento mínimo como o quociente do produto do ganho de volume desejado por um ganho lento máximo, respectivamente por um ganho lento mínimo dividido pelo nível sonoro lento total normalizado; - determinar um primeiro mínimo entre o ganho de volume desejado e o ganho de volume lento máximo; - determinar um segundo mínimo entre o ganho de volume desejado multiplicado por um ganho de volume máximo e o ganho de volume lento mínimo; - determinar, como ganho de volume lento, o máximo do primeiro e do segundo mínimos determinados anteriormente; - calcular o ganho de volume aplicado em função do ganho de volume lento.
[011] A presente invenção permite, principalmente, manter o nível sonoro entre um limite baixo e um limite alto no intuito de manter a qualidade da escuta e a dinâmica principal do sinal de áudio.
[012] De acordo com os modos particulares de realização, o método de adaptação do ganho de volume a ser aplicado por um amplificador inclui uma ou várias das seguintes características: - a etapa de cálculo do nível sonoro lento total normalizado inclui, para o ou cada sinal de áudio a reproduzir, o cálculo de um nível sonoro lento próprio do sinal de áudio, como a média dos níveis do sinal de áudio de cada fonte durante um período de tempo longo; - o método inclui pelo menos dois sinais de áudio para serem reproduzidos, e o nível sonoro lento total normalizado é função de cada um dos níveis sonoros lentos; - o período de tempo longo é superior a 1 segundo; - o ganho de volume aplicado é o produto do ganho de volume lento por um ganho de volume do pico de valor menor ou igual a 1 dependendo das flutuações do nível sonoro do ou de cada sinal sonoro ao longo de um período de tempo curto rigorosamente menor que o período de tempo longo; - o cálculo do ganho de volume do pico inclui as etapas de: - calcular um nível sonoro rápido total normalizado a partir do ou dos sinais a serem reproduzidos - calcular um coeficiente de expansão igual ao quociente do produto do nível sonoro lento total normalizado por um ganho de pico máximo dividido pelo nível sonoro rápido total normalizado - calcular o ganho de volume do pico como o mínimo do coeficiente de expansão e do valor 1; - a etapa de cálculo do nível sonoro rápido total normalizado inclui, para o ou cada sinal de áudio a reproduzir, o cálculo de um nível sonoro rápido próprio de cada sinal de áudio, como a média dos níveis do sinal de áudio da fonte ao longo do período de tempo curto; - o método inclui pelo menos dois sinais de áudio a serem reproduzidos, e o nível sonoro rápido total normalizado é função de cada um dos níveis sonoros rápidos; e - o período de tempo curto é inferior a 1 segundo.
[013] Além disso, a invenção tem por objetivo um amplificador que compreende meios de adaptação do ganho de volume a pelo menos um sinal de áudio a ser reproduzido em função do ganho de volume desejado selecionado por um usuário que compreende: - meios de cálculo de um nível sonoro lento total normalizado a partir do ou dos sinais a serem reproduzidos; - meios de cálculo do ganho de volume lento máximo e um ganho de volume lento mínimo como o quociente do produto do ganho de volume desejado por um ganho lento máximo, respectivamente por um ganho lento mínimo dividido pelo nível sonoro lento total normalizado; - meios para determinar um primeiro mínimo entre o ganho de volume desejado e o ganho de volume lento máximo; - meios para determinar um segundo mínimo entre o ganho de volume desejado multiplicado por um ganho de volume máximo e o ganho de volume lento mínimo; - meios para determinar, como ganho de volume lento, o máximo do primeiro e do segundo mínimos determinados anteriormente; - meios para calcular o ganho de volume aplicado em função do ganho de volume lento.
[014] A invenção será mais bem compreendida após a leitura da descrição adiante, que é fornecida apenas a título de exemplo e em referência aos desenhos, nos quais: - A Figura 1 é uma representação esquemática de uma instalação de restituição sonora de acordo com a invenção; e - A Figura 2 é um diagrama de blocos do método, de acordo com a invenção, de cálculo do ganho de volume aplicado a partir do ganho de volume desejado e dos sinais a serem reproduzidos.
[015] A instalação de restituição sonora 10 ilustrada na Figura 1 inclui vários módulos 12.1 a 12.N de produção de N sinais de áudio, tais como as faixas distintas de uma gravação digital.
[016] Cada módulo 12.1 a 12.N de produção de um sinal de áudio é conectado a um alto-falante 14.1 a 14.N através de uma unidade 15.1 a 15.N de aplicação de um ganho de volume aplicado denominado GVolume aplicado e que tem uma saída conectada a uma unidade de amplificação própria 16.1 a 16.N.
[017] Cada unidade de aplicação do ganho de volume aplicado 15.1 a 15.N é conectada a uma unidade de controle do volume 20 para receber o mesmo ganho de volume aplicado GVolume aplicado a ser aplicado ao sinal recebido na entrada.
[018] A unidade de controle do volume 20 é conectada a um órgão de comando 26, como um potenciômetro rotativo que permite ao usuário regular um ganho de volume desejado denominado GVolume desejado para a restituição sonora.
[019] A estrutura da unidade de controle de volume 20 é detalhada sob a forma de blocos funcionais na Figura 2.
[020] A unidade de controle do volume 20 é conectada à saída das diferentes fontes 12.1 a 12.N para receber os sinais de áudio denominados SAudio 1... SAudio N.
[021] Para cada sinal de áudio, a unidade de controle de volume 20 tem um estimador de nível lento 30.1 a 30.N e um estimador de nível rápido 32.1 a 32.1.
[022] Cada estimador de nível lento 30.1 a 30.N se destina especificamente a calcular uma variável representativa do nível sonoro lento médio, formada pela média dos níveis sonoros durante um período de tempo longo de alguns segundos, tecnicamente compreendido entre 1 e 10 segundos.
[023] Por exemplo, cada estimador de nível lento 30.1 a 30.N se destina especificamente a realizar o cálculo do valor eficaz RMS (acrônimo de Root Mean Square no idioma inglês) do sinal de áudio durante o período de tempo adotado, por exemplo, de 5 segundos.
[024] Vantajosamente, cada sinal de áudio SAudio 1 a SAudio N é tratado em um filtro de ponderação adaptado em função de cada fonte, com o objetivo de homogeneizar os níveis sonoros percebidos pelo usuário. O filtro é, por exemplo, um filtro de ponderação de isossonias (ponderação A, B, C ou D) que é uma espécie de modelo psicoacústico da audição humana.
[025] O nível sonoro lento é designado por NSL i para a fonte de áudio SAudio i.
[026] Cada estimador de nível rápido 32.1 a 32.N se destina especificamente a definir um nível sonoro médio ao longo de um período de tempo curto, tecnicamente inferior a 1 segundo. Esse nível sonoro, por exemplo, é o valor eficaz do sinal ao longo de um período de tempo compreendido entre 0,1 e 1 segundo.
[027] O nível sonoro rápido é denominado NSR i para a fonte SAudio i.
[028] Um somatório 34, 36 é fornecido para garantir a soma dos níveis sonoros lento e dos níveis sonoros rápido entre si, respectivamente.
[029] O resultado desta soma é multiplicado pelo inverso de um nível de referência absoluto NiveauRefAbsolu nos blocos 38, 40, para obter um nível sonoro lento total normalizado e um nível sonoro rápido total normalizado. Esses níveis são denominados respectivamente NSLTN e NSRTN. Os mesmos satisfazem as expressões adiante:
[030] O ganho de volume desejado GVolume desejado obtido a partir do módulo de correção 26 é aumentado em um ganho de amplificação GLentMax e GLentMin nos blocos 42 e 44, respectivamente, em seguida é dividido pelo nível sonoro lento total normalizado NSLTN nos blocos de divisão 46 e 48 para obter, respectivamente, um ganho de volume lento máximo denominado GVolLentMax e um ganho de volume lento mínimo GVolLentMin. Esses ganhos de volume lento máximo e mínimo satisfazem as expressões abaixo:
[031] Paralelamente aos cálculos do ganho de volume lento máximo e do ganho de volume lento mínimo, um ganho de volume do pico denominado GVolCrête é determinado para limitar a amplitude dos picos de som durante a restituição de um som de grande amplitude, como uma explosão, por exemplo.
[032] Para seu cálculo, o nível sonoro lento total normalizado NSLTN é multiplicado por um ganho de do pico máximo GCrêteMax no bloco 50.
[033] O ganho de do pico máximo GCrêteMax é formado por um coeficiente multiplicativo selecionado, por exemplo, entre dois valores, um correspondendo a um modo noturno, no qual o ganho de do pico máximo GCrêteMax é pequeno, o que possibilita reduzir os picos sonoros, e o outro correspondendo a um nível diurno, no qual o ganho de do pico máximo GCrêteMax é grande, permitindo assim a reprodução de picos sonoros de grande amplitude.
[034] Um bloco 52 garante o cálculo de um coeficiente de expansão em amplitude dos níveis sonoros dos sinais lentos em relação ao nível dos sinais rápidos. Este coeficiente é formado pelo quociente do nível sonoro lento total normalizado NSLTN multiplicado pelo ganho de pico máximo GCrêteMax dividido pelo nível sonoro rápido total normalizado NSRTN.
[035] Na saída do bloco 54, o ganho de volume do pico GVolCrête é determinado como o mínimo entre o valor 1 e o coeficiente de expansão proveniente do bloco 52. Deste modo, o ganho de volume do pico GVolCrête satisfaz a expressão abaixo:
[036] Para o cálculo do ganho de volume aplicado GVolume aplicado, um bloco 60 garante o produto entre o ganho de volume do pico GVolCrête calculado anteriormente e um ganho de volume lento GVolume Lent calculado a partir do ganho de volume lento máximo GVolLentMax e do ganho de volume lento mínimo GVolLentMin, bem como do ganho de volume desejado GVolume desejado do órgão de comando 26.
[037] Para essa finalidade, o ganho de volume desejado GVolume desejado é multiplicado por um ganho máximo de volume denominado GmaxVolume em um bloco 72.
[038] Um primeiro bloco 74 garante a determinação do mínimo entre o ganho de volume desejado GVolume desejado e o ganho de volume lento máximo GVolLentMax.
[039] Um segundo bloco 76 garante a determinação do mínimo entre o ganho de volume desejado GVolume desejado multiplicado pelo ganho máximo de volume Gmaxvolume e o ganho de volume lento mínimo GVolLentMin.
[040] O máximo entre esses dois valores mínimos obtidos é determinado por um bloco 78 para formar um ganho de volume lento GVolume Lent. Desta maneira, o ganho de volume lento satisfaz a expressão abaixo:
[041] Por fim, o ganho de volume aplicado é fornecido na saída do bloco 60 pela seguinte expressão:
[042] Entende-se que o ganho de volume lento GVolume Lent permite manter o nível sonoro entre os limites alto e baixo desejados fixados por meio dos ganhos GLentMax e GLentMin nos blocos 42 e 44, respectivamente. Na realidade, para um nível sonoro muito alto, o ganho de volume lento GVolume Lent assume o valor dado por GVolLentMax, que é tão baixo que o nível sonoro é muito alto. Por outro lado, se o nível sonoro for muito baixo, o ganho de volume lento GVolume Lent assume o valor dado por GVolLentMin no limite do ganho dado por GmaxVolume x GVolume desejado a fim de limitar a um valor máximo desejado o ganho de volume em relação ao GVolume desejado.
Claims (10)
1. MÉTODO DE ADAPTAÇÃO DO GANHO DE VOLUME, (GVolume aplicado) a ser aplicado por um amplificador a pelo menos um sinal de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a ser reproduzido, em função do ganho de volume desejado (GVolume desejado) selecionado por um usuário, caracterizado por compreender as etapas de: - calcular um nível sonoro lento total normalizado (NSLTN) a partir do ou dos sinais (SAudio 1 a SAudio N) a serem reproduzidos; - calcular um ganho de volume lento máximo (GVolLentMax) e um ganho de volume lento mínimo (GVolLentMin) como o quociente do produto do ganho de volume desejado (GVolume desejado) por um ganho lento máximo (GLentMax), respectivamente por um ganho lento mínimo (GLentMin) dividido pelo nível sonoro lento total normalizado (NSLTN); - determinar um primeiro mínimo entre o ganho de volume desejado (Gvolume desejado) e o ganho de volume lento máximo (GVolLentMax); - determinar um segundo mínimo entre o ganho de volume desejado (GVolume desejado) multiplicado por um ganho de volume máximo (GmaxVolume) e o ganho de volume lento mínimo (GvolLentMin); - determinar, como ganho de volume lento (GVolume Lent), o máximo do primeiro e do segundo mínimos determinados anteriormente; - calcular o ganho de volume aplicado (GVolume aplicado) em função do ganho de volume lento (GVolume Lent).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de cálculo do nível sonoro lento total normalizado (NSLTN) incluir, para o ou cada sinal de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a ser reproduzido, o cálculo de um nível sonoro lento (NSL 1, ..., NSL N) próprio do sinal de áudio, como a média dos níveis do sinal de áudio de cada fonte durante um período de tempo longo.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por incluir pelo menos dois sinais de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a serem reproduzidos, e em que o nível sonoro lento total normalizado (NSLTN) é função de cada um dos níveis sonoros lentos (NSL 1, ..., NSL N).
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizado pelo período de tempo longo ser superior a 1 segundo.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo ganho de volume aplicado (GVolume aplicado) ser o produto do ganho de volume lento (GVolume Lent) por um ganho de volume do pico (GVolCrête) de valor menor ou igual a 1, dependendo das flutuações do nível sonoro do ou de cada sinal sonoro (SAudio 1 a SAudio N), ao longo de um período de tempo curto rigorosamente menor que o período de tempo longo.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo cálculo do ganho de volume do pico (GVolCrête) incluir as etapas de: - calcular um nível sonoro rápido total normalizado (NSRTN) a partir do ou dos sinais (SAudio 1 a SAudio N) a serem reproduzidos - calcular um coeficiente de expansão igual ao quociente do produto do nível sonoro lento total normalizado (NSLTN) por um ganho de pico máximo (GCrête Max) dividido pelo nível sonoro rápido total normalizado (NSRTN) - calcular o ganho de volume do pico (GVolCrête) como o mínimo do coeficiente de expansão e do valor 1.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela etapa de cálculo do nível sonoro rápido total normalizado (NSRTN) incluir, para o ou cada sinal de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a ser reproduzido, o cálculo de um nível sonoro rápido (NSR 1, ., NSR N) próprio de cada sinal de áudio, como a média dos níveis do sinal de áudio da fonte ao longo do período de tempo curto.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por incluir pelo menos dois sinais de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a serem reproduzidos, e em que o nível sonoro rápido total normalizado (NSRTN) é função de cada um dos níveis sonoros rápidos (NSR 1 a NSR N).
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo período de tempo curto ser inferior a 1 segundo.
10. AMPLIFICADOR, caracterizado por compreender meios de adaptação do ganho de volume (GVolume aplicado) a pelo menos um sinal de áudio (SAudio 1 a SAudio N) a ser reproduzido em função do ganho de volume desejado (GVolume desejado) selecionado por um usuário que compreende: - meios de cálculo de um nível sonoro lento total normalizado (NSLTN) a partir do ou dos sinais (SAudio 1 a SAudio N) a serem reproduzidos; - meios de cálculo do ganho de volume lento máximo (GVolLentMax) e um ganho de volume lento mínimo (GVolLentMin) como o quociente do produto do ganho de volume desejado (GVolume desejado) por um ganho lento máximo (GLentMax), respectivamente por um ganho lento mínimo (GLentMin) dividido pelo nível sonoro lento total normalizado (NSLTN); - meios para determinar um primeiro mínimo entre o ganho de volume desejado (Gvolume desejado) e o ganho de volume lento máximo (GVolLentMax); - meios para determinar um segundo mínimo entre o ganho de volume desejado (GVolume desejado) multiplicado por um ganho de volume máximo (GmaxVolume) e o ganho de volume lento mínimo (GvolLentMin); - meios para determinar, como ganho de volume lento (GVolume Lent), o máximo do primeiro e do segundo mínimos determinados anteriormente; - meios para calcular o ganho de volume aplicado (GVolume aplicado) em função do ganho de volume lento (GVolume Lent).
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