Misura della risposta all’impulso Misura della risposta all’impulso

Misura della risposta all’impulso

Misura della risposta all’impulso

Schema di misura della risposta all’impulso

Schema del processo di misura

• Si desidera misurare la risposta impulsiva lineare h(t). Essa puo’ essere ricavata dalla conoscenza del segnale di test x(t) e del segnale misurato y(t). L’influenza della parte non lineare K e del rumore n(t) deve essere minimizzata.

Not-linear, time variant

system K[x(t)]

Noise n(t)

input x(t)

+

w(t)h(t) distorted signal

w(t)

Tempo di Riverberazione dalla Risposta Impulsiva

• Integrale inverso di Schroeder.

• E’ possibile

ricostruire sia la curva di

“carico” sia la curva di

“scarico”

integrando in avanti o

all’indietro la risposta

all’impulso.

 

g t d t

0^

' '



 

g t d t

t

2

' '



 

g t d t

t 2

0

' '



La Risposta Impulsiva

I metodi tradizionali (veri impulsi)

I metodi tradizionali (veri impulsi)

Metodi tradizionali

• Sorgenti veramente impulsive: palloni, pistole

Palloncini

• Il diametro influenza la risposta alle basse frequenze

Esempio di risposta impulsiva (pistola)

Il “clappatore”

• Ottima risposta in frequenza e riproducibilità

Il “clappatore”

• Verifica di riproducibilità

Il “clappatore”

Il “clappatore”

Il metodo MLS Il metodo MLS

(Maximum Lenght Sequence)

(Maximum Lenght Sequence)

The first MLS apparatus - MLSSA

• MLSSA was the first apparatus for measuring impulse responses with MLS

More recently - the CLIO system

• The Italian-made CLIO system has superseded MLSSA for most low-cost

electroacoustics applications (measurement of loudspeakers, quality control)

Il metodo MLS

• x(t) è un segnale periodico binario,

ottenuto mediante uno

“shift-register”, configurato per la

massima lunghezza del periodo di ripetizione

1 2

L  ^N 

N stages

XOR k stages

x’(n)

Deconvoluzione MLS

• Il segnale misurato y(i) è cross-correlato con il segnale di test x(i) mediante una trasformata veloce di Hadamard. Se il sistema in prova è lineare e tempo-invariante, il risultato è la risposta impulsiva h(i)

y 1 M

L

h 1  ^~ 

 

 In cui M è la matrice di Hadamard trasposta, ottenuta permutando la sequenza MLS originaria m(i)

 

 ^{i j 2 mod L}  ¹

m )

j ,i (

M ~    

Esempio di misura MLS

Portable PC with 4- channels sound board Original Room

SoundField Microphone

B-format 4- channels signal

(WXYZ)

Measurement of B-format Impulse Responses

MLS excitation signal

Esempio di misura MLS

Example of a MLS impulse response

Il metodo ESS (exponential sine sweep)

Il metodo ESS (exponential sine sweep)

Edirol FA-101 Firewire sound

card:

10 in / 10 out 24 bit, 192 kHz ASIO and WDM

Today’s Hardware: PC and audio interface

Hardware: loudspeaker & microphone

Dodechaedron loudspeaker

Soundfield

microphone

Aurora Plugins Generate MLS

Deconvolve MLS Generate Sweep Deconvolve Sweep Convolution

Kirkeby Inverse Filter Speech Transm. Index

The first ESS system - AURORA

• Aurora was the first measurement system based on standard sound cards and employing the Exponential Sine Sweep method

• It also works with traditional TDS and MLS methods, so the comparison can

be made employing exactly the same hardware

Il metodo Log Sine Sweep

• x(t) è un segnale sinusoidale a frequenza

variabile, con variazione esponenziale della frequenza nel tempo.

 

 







 

 









 







 









 

 











  ^{ }

 







 

1 e

ln sin T

) t (

x ¹

ln 2

T t

1

2

1

Il metodo Log Sine Sweep

• La metodica di deconvoluzione della risposta all’impulso è semplice:

supponiamo di realizzare un filtro inverso z(t) tale che:

) ideale impulso

( ) t ( )

t ( z )

t (

x   

• Se ora applichiamo tale filtro inverso al risultato della misura y(t), che altro non è che la convoluzione di x(t) con la risposta all’impulso dell’ambiente, h(t),

otteniamo:

) ( )

( )

( )

( )

( )

( t z t x t h t z t h t

y     

• Il filtro inverso z(t) è semplicemente il “time reversal” del segnale

originario x(t), con applicata una appropriata equalizzazione

Test Signal – x(t)

Stop Stop

Measured signal - y(t)

• Le armoniche sono causate dalla distorsione non lineare dell’altoparlante

Stop Stop

Inverse Filter – z(t)

Stop Stop

Deconvoluzione del Log Sine Sweep

• Viene usata la tecnica del “time reversal mirror”, cioè la convoluzione del segnale misurato con lo stesso

segnale di test, temporalmente invertito. Se il

contenuto spettrale del segnale non è piatto, occorre

una opportuna ri-equalizzazione del risultato.

Deconvoluzione = rotazione del sonogramma

• La convoluzione con il filtro inverso fa ruotare il piano tempo-frequenza in senso antiorario

Linear

Linear

2 2

order order

Risultato della deconvoluzione

The last impulse response is the linear one, the preceding are the harmonics distortion products of various orders

1°

2°

5° 3°

IR Selection

• After the sequence of impulse responses has been

obtained, it is possible to select and insulate just

one of them:

Example of an ESS impulse response

Esperimento di comparazione

Test comparativo fra diverse tecniche di misurazione Organizzato dalla AES Italian Section

(Bergamo’s Workshop 1999, 27/28 aprile 1999)

Sperimentatore Sistema di misura - Metodo Altoparlante Microfono Angelo Farina Aurora (synchronous measurement

on PC+Layla) – MLS

Dodechaedron (Look Line D1)

Soundfield MKV + binaural (Ambassador) Angelo Farina Aurora (synchronous measurement

on PC+Layla) – log sweep

Dodechaedron (Look Line D1)

Soundfield MKV + binaural (Ambassador) Angelo Farina MLSSA board – MLS Dodechaedron

(Look Line D1)

Soundfield channel W A. Ricciardi MLSSA board – MLS Directional,

custom-made

Stage Accompany omnidirectional

Walter Conti Techron TEF 20 – MLS & TDS Directional, custom-made

B&K Omnidirectional Nicola Prodi Aurora (asynchronous playback &

record through a Tascam DA38 recorder) – log sweep

Dodechaedron (Look Line D- 300)

Soundfield ST250 +

binaural (Neumann KU-

100)

Apparecchi

Mlssa sound board Layla sound board Power amplifier Ambassador pre-amp Soundfield pre-amp

Soundfield Microphone Ambassador Dummy Head

Dodechaedron Loudspeaker

Risultati

Calcolo T20 secondo norma

Misura della risposta all’impulso Misura della risposta all’impulso

Parametri Acustici Parametri Acustici

temporali e spaziali

temporali e spaziali

Informazioni estraibili dalla Risposta Impulsiva

Energia Utile Energia Dannosa

I parametri acustici (ISO 3382)

 Tempo di Riverberazione Iniziale (EDT):

estrapolato da 0 a -10 dB

 Tempo di riverberazione T ₁₀ : estrapolato da -5 a -15 dB

 Tempo di riverberazione T ₂₀ : estrapolato da -5 a -25 dB

 Tempo di riverberazione T ₃₀ :

estrapolato da -5 a -35 dB

I parametri acustici (ISO 3382)

 

  _ ^{ }

 





 

 



















 ms 80

2 ms 80

0 2

80

dτ τ

p

dτ τ

p lg

10 C

 Indice di chiarezza C ₈₀ (musica sinfonica):

 Indice di chiarezza C ₅₀ (parlato):

Valore ottimale = +/- 1 dB

 

  _ ^{ }

 





 

 



















 ms 50

2 ms 50

0 2 50

dτ τ

p

dτ τ

p lg

10

C

I parametri acustici (ISO 3382)

 Tempo baricentrico T _S :

 

  

























0 2 0

2

s

d p

d p

T

 

 

100 d

p

d p

D

0 2 ms 50

0 2





















 Indice di definizione D: 

I parametri acustici (ISO 3382)

• Strenght:

dB 31

L SPL

G   _w 

 

   

    























































d t h

d h

d t h

h t

s 2 d 2

s d

 IACC:

I parametri acustici (ISO 3382)

   

  



















 _{80 ms}

ms 0

W 2 ms

80 ms 5

W Y

d h

d h

h

 LFC: LFC

 

  







 _ms

ms W ms

ms Y

d h

d h

LF ₈₀

0

2 80

5

2









 Lateral Fraction:

Spatial analysis by directive impulse responses

• The initial approach was to use directive microphones for gathering some information about the spatial properties of the sound field “as perceived by the listener”

• Two apparently different approaches emerged: binaural dummy heads and pressure- velocity microphones:

Binaural Binaural microphone (left) microphone (left)

and and

Pressure-velocity

Pressure-velocity

microphone (right)

microphone (right)

IACC “objective” spatial parameter

• It was attempted to “quantify” the “spatiality” of a room by means of

“objective” parameters, based on 2-channels impulse responses measured with directive microphones

• The most famous “spatial” parameter is IACC (Inter Aural Cross Correlation), based on binaural IR measurements

LeftLeft

Right Right

80 ms 80 ms

p p_LL(())

p p_RR(())

 

   

   

    ^{t t}  ^{1 ms ... 1 ms} 

Max IACC

d t p

d p

d t p

p

t

ms 80

0 2R ms

80 0

2L ms 80

0

R L

















































Lateral Fraction (LF) spatial parameter

• Another “spatial” parameter is the Lateral Fraction LF

• This is defined from a 2-channels impulse response, the first channel is a standard omni microphone, the second channel is a “figure-of-eight”

microphone:

Figure Figure

of 8of 8 OmniOmni

 

  

















o2 ms 80

ms 5

82

d h

d h

LF

hh_oo(())

hh₈₈(())

Are binaural measurents reproducible?

• Experiment performed in anechoic room - same loudspeaker, same

source and receiver positions, 5 binaural dummy heads

Are IACC measurents reproducible?

• Diffuse field - huge difference among the 4 dummy heads

IACCe - random incidence

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Frequency (Hz)

IACCe B&K4100

Cortex Head Neumann

Are LF measurents reproducible?

• Experiment performed in the Auditorium of Parma - same

loudspeaker, same source and receiver positions, 4 pressure-

velocity microphones

Are LF measurents reproducible?

• At 25 m distance, the scatter is really big

Comparison LF - measure 2 - 25m distance

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Frequency (Hz)

LF

Schoeps Neumann Soundfield B&K

Il plug-in Aurora Acoustical Parameters