ITTO20000180A1 - Procedimento per l'ottimizzazione della qualita' acustica di un segnale sonoro sulla base di parametri psico-acustici. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per l'ottimizzazione della qualità acustica di un segnale sonoro sulla base di parametri psico-acustici"

TESTO DELIA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per l'ottimizzazione della qualità acustica di un segnale sonoro. Il procedimento è suscettibile in particolare di essere applicato all'ottimizzazione del suono percepito all'interno dell'abitacolo di un'autovettura in movimento, anche se naturalmente non sono affatto escluse altre applicazioni.

L'ottimizzazione della qualità sonora all'interno .dell'abitacolo di un'autovettura si è dimostrata determinante sia dal punto di vista "estetico", con conseguente influenza sulla decisione di acquisto da parte del potenziale cliente, sia dal punto di vista del comfort e della sicurezza, dato che essa consente di ridurre le componenti "stressogene" dell'interazione fra uomo e autovettura.

Lo scopo della presente invenzione è quello di consentire un sostanziale progresso nella progettazione e nella ottimizzazione della qualità acustica di un segnale sonoro.

La caratteristica principale del procedimento secondo l'invenzione è indicata nell'annessa rivendicazione 1. La specifica applicazione all'ottimizzazione del suono percepito all'interno dell'abitacolo di un'autovettura forma invece oggetto dell'annessa rivendicazione 2.

Il concetto fondamentale alla base della presente invenzione consiste nell'aver compreso che occorre passare dai metodi tradizionali di sintesi sonora, basati sul controllo delle proprietà fisiche del suono, ad un procedimento basato sul controllo diretto dei valori delle caratteristiche psicoacustiche del suono. In pratica, in aggiunta agli usuali interventi su frequenza, ampiezza, inviluppo nel tempo, secondo l'invenzione si interviene anche su parametri psico-acustici come forza (loudness), ruvidità (roughness), acutézza (sharpness), impulsività (impulsiveness) e su qualsiasi altra variabile di natura psico-acustica.

In una forma concreta di attuazione del procedimento secondo l'invenzione, ci si è concentrati sul parametro "ruvidità". Tale parametro è discusso e definito nella letteratura come ''sensazione di dissonanza" (R. Plomp, Aspects of tone sensation, Accademie Press, 1976). Sulla base di risultati sperimentali la richiedente ha individuato una serie di caratteristiche fisiche su cui occorre operare per controllare la ruvidità in uscita. In particolare sono stati selezionati algoritmi che operano su modulazioni dell'ampiezza. Il principio fondamentale della sintesi di ruvidità è basata su una particolare operazione di filtraggio che separa la zona delle frequenze interessate dalla parte residua dello spettro. Tale zona "isolata" è manipolata mediante filtraggio attivo o passivo delle componenti ruvide, sulla base di una cosiddetta "curva di ruvidità" definita da Plomp (vedi sopra).

La porzione con ruvidità incrementata o diminuita è quindi combinata di nuovo col suo complemento per ottenere il campione completo con il nuovo valore complessivo di ruvidità. I necessari algoritmi di filtraggio possono essere ottimizzati sia dal punto di vista del calcolo sia dal punto di vista della qualità di filtraggio, per ottenere una ricostruzione praticamente "perfetta" del segnale dopo la manipolazione, senza quasi alcuna distorsione di fase né "effetti al contorno" alle uscite del filtro.

Per una migliore comprensione dell'invenzione, si forniscono nel seguito alcuni dettagli sulle basi teoriche del procedimento secondo l'invenzione.

La definizione classica di "ruvidità" (considerata come un'estensione del concetto musicale di "dissonanza") è basata sulla presenza di battimenti (modulazioni di ampiezza) sovrapposti a un suono sinusoidale di sfondo (fondamentale), con una frequenza di modulazione più piccola della larghezza della banda critica a cui appartiene la fondamentale (vedere pubblicazione sopra citata). Secondo Plomp, il massimo della curva di ruvidità che può essere ottenuta mediante l'interferenza fra due suoni puri è raggiunto quando il rapporto delle loro frequenze è 0,23 volte la larghezza di banda critica della fondamentale (in termini musicali: un semitono) .

In un'opera recente (D. Pressnitzer, S. McAdams, Influence of phase effects of foughness modelling, Proceedings I.C.M.C. 97, Toessaloniki, Grecia, settembre 1997) sono stati accertati alcuni effetti delle relazioni di fase sulla percezione della ruvidità, operando con la sovrapposizione di tre suoni puri (pseudo modulazione di ampiezza), almeno sotto 8 kHz.

Attualmente, non risulta nella letteratura alcun modello percettivo soddisfacente della ruvidità di suoni complessi (suoni a banda stretta e quasi armonici).

Il procedimento secondo l'invenzione fa uso di un modulo di sintesi di ruvidità che è basato sui seguenti passi logici:

1. Estrazione di una banda di frequenza: la banda di frequenza in cui devono essere effettuate l'analisi e le operazioni di manipolazione è estratta in modo efficiente dal segnale sonoro "originale" (registrato o sintetizzato). La larghezza di banda è determinata secondo la curva di ruvidità di Plomp.

2. Analisi .delle componenti di una modulazione di fase e di una modulazione di ampiezza: questo è fatto al fine di consentire l'intervento sulle caratteristiche fisiche responsabili dei più noti effetti sulla percezione di ruvidità (come indicato sopra, attualmente non è disponibile alcuna spiegazione soddisfacente della "ruvidità di fase"). In effetti, tale suddivisione del segnale lascia aperta la possibilità di operare anche sulla modulazione di fase, una volta che la sua relazione con la percezione diventi sufficientemente chiara.

3. Estrazione della componente ruvida: la componente ruvida nella banda definita è estratta utilizzando la curva di ruvidità di Plomp come filtro.

4. Quantificazione della componente ruvida. A questo punto è relativamente semplice definire una misura corretta della "ruvidità di ampiezza", entro la banda estratta. Il rapporto fra i valori della componente ruvida da sola e dell'intero segnale può essere considerato come punto di partenza.

5. Modifica del valore di ruvidità: la ruvidità locale può quindi essere modificata ricomponendo le componenti ruvide e "non ruvide" dopo aver imposto un guadagno variabile sulla componente ruvida da sola. Tale operazione (particolarmente se ripetuta attraverso differenti bande) richiede una successiva correzione della forza (loudness) complessiva del segnale.

Il procedimento secondo l'invenzione è suscettibile di essere applicato in un primo tempo in laboratorio. Il suo impiego in questo caso prevede l'interfacciamento con sistemi per la riproduzione di suoni registrati o per la sintesi di suoni artificiali (input) e con sistemi di riproduzione acustica per la somministrazione dei suoni ottenuti dopo manipolazione alle orecchie di un ascoltatore (output).

La figura annessa mostra schematicamente il sistema utilizzato. Nella figura, il numero 1 indica il segnale sonoro di input in un elaboratore 2 mediante il quale viene effettuata l'introduzione (controllata) delle desiderate caratteristiche psico-acustiche (3), secondo i criteri sopra illustrati, a titolo di esempio, nel caso del parametro ruvidità. Il segnale sonoro 4 cosi manipolato, in uscita dall'elaboratore 2 viene sottoposto al giudizio soggettivo di una pluralità di giurie di soggetti sperimentali statisticamente rappresentativi 5. A tal fine, possono essere utilizzate cuffie stereofoniche ad altissima fedeltà, con opportuni impianti di amplificazione e condizionamento del segnale audio.

La modalità di impiego del sistema è basata sulle metodologie di test soggettivo di ascolto e valutazione del suono. In sintesi, tali metodologie prevedono l'intervista, mediante appositi questionari o altri strumenti di campionamento delle valutazioni soggettive, dei membri delle giurie a proposito degli effetti fisiologici/psicologici sperimentati durante l'ascolto dei campioni sonori riprodotti con gli strumenti prescelti. Tali dati costituiscono quindi la base per le successive elaborazioni statistiche che forniscono una descrizione di comportamenti medi, deviazioni, modelli predittivi delle reazioni soggettive, per le popolazioni prescelte. I risultati di tali indagini forniscono le informazioni necessarie alla messa a punto di specifiche di "progettazione acustica" del prodotto, finalizzate al miglioramento della sua qualità percepita. In questo ambito, dominato dalle variabilità dei comportamenti soggettivi, si rivela cruciale il ricorso a strumenti come quello sopra descritto, capaci di manipolazioni del segnale sonoro (da parte di un operatore di laboratorio o dello stesso soggetto sperimentale) effettuate direttamente su parametri concepiti per quantificare caratteristiche della percezione acustica soggettiva.

Nel caso di applicazione del procedimento secondo l'invenzione all'ottimizzazione della qualità sonora percepita all'interno dell'abitacolo di un autoveicolo, è previsto che all'interno dell'abitacolo venga installato- un elaboratore di segnale digitale (DSP) opportunamente programmato ed interfacciato, al fine di introdurre nel suono percepibile all'interno dell'abitacolo le desiderate caratteristiche psico-acustiche. Si può in tal modo utilizzare la gestione parametrica delle caratteristiche qualitative del suono per permettere all'utilizzatore di modificare il suono almeno in parte secondo i propri gusti ed esigenze, ottenendo un accesso diretto agli effetti fisiologici e psicologici dell'ambiente acustico in condizioni di guida.

I risultati così ottenuti, oltre ad avere un valore "estetico" che può influenzare la scelta di acquisto da parte del potenziale acquirente, investono anche la sfera del comfort e della sicurezza, dato che consentirebbero di ridurre le componenti stressogene dell'interazione fra uomo e autovettura.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione del procedimento possono ampiamente variare senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l'ottimizzazione della qualità acustica di un segnale sonoro, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - predisporre mezzi (1) per la riproduzione di un suono registrato o per la sintesi di un suono artificiale, - manipolare il suono così generato (2, 3) in modo da conferirgli un valore predeterminato di almeno un parametro psico-acustico come ruvidità (roughness), forza {loudness), acutezza (sharpness) o impulsività (impulsiveness), sottoporre il suono così manipolato al giudizio soggettivo di una pluralità di giurie di soggetti sperimentali statisticamente rappresentativi, elaborare le valutazioni soggettive delle giurie, in associazione ai parametri psico-acustici conferiti ai suoni oggetto della valutazione, in modo tale da individuare valori di ottimizzazione della qualità sonora percepita.
2. 2. Procedimento secondo la· rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che esso viene applicato al suono percepito all'interno dell'abitacolo di un'autovettura in movimento, e dal fatto che all'interno dell'autovettura si predispongono mezzi di elaborazione sonora atti a conferire al suono percepito i valori ottimali di uno o più parametri psico-acustici precedentemente predeterminati con il procedimento della rivendicazione 1. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.