Acoustics on Matias Di Bernardo

Medición de parámetros acústicos en la Usina del Arte

Fri, 09 May 2025 00:00:00 +0000

Introducción

Esta medición fue parte de la materia Instrumentos y mediciónes Acústica del programa de Ingeniería de Sonido en UNTREF. Los parámetros acústicos obtenidos a partir de la respuesta al impulso son esenciales para evaluar el comportamiento de un recinto. Este informe presenta una caracterización integral del auditorio principal de la Usina del Arte, un centro cultural en Buenos Aires. El edificio, originalmente una planta generadora de energía del siglo XX con un distintivo estilo florentino-industrial, fue transformado con un diseño acústico que buscaba una calidad natural y equilibrada, sin necesidad de amplificación. Se implementó una estructura desacoplada (box-in-box) para el aislamiento y un acondicionamiento interior con materiales como madera de guatambú, superficies difusoras y un reflector acústico suspendido. El objetivo era un tiempo de reverberación de aproximadamente 2 segundos y una distribución uniforme de las reflexiones tempranas laterales para una sensación envolvente.

Medición

La caracterización se llevó a cabo el 9 de junio de 2025, donde se registraron un total de 162 respuestas al impulso monoaurales y binaurales. Se registraron datos desde 27 posiciones de micrófono y 3 de fuente. También se realizó un relevamiento del auditorio para analizar sus características constructivas y un análisis perceptivo.

Previo a las mediciones, se construyó un modelo del recinto en el software EASE 4.3, que estimó un volumen de 15,700 m³ y una frecuencia de Schroeder de 22.1 Hz. El ruido de fondo se midió en ocho posiciones para evaluar el aislamiento, confirmando una relación señal/ruido superior a 40 dB. La disposición de los micrófonos se basó en la simetría del recinto para obtener un mapeo detallado.

Mas imágenes del proceso de la medición:

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Procesamiento

Se procesaron las grabaciones para obtener las respuestas al impulso y se calcularon diversos parámetros, siguiendo la norma ISO 3382-1:

Tiempo de reverberación: $T_{20}$, $T_{30}$ y EDT.
Claridad: $C_{50}$ y $C_{80}$.
Fuerza (G): Diferencia de nivel de presión sonora entre la sala y una condición anecoica.
Fracción lateral (LF): Proporción de energía sonora percibida desde los laterales.
Relación directo/reverberante (D/R).
Inteligibilidad: Se calculó el Speech Transmission Index (STI) y el Articulation Loss of Consonants (%Alcons).
Soporte de escenario: $ST_{Early}$ y $ST_{Late}$, para evaluar las condiciones acústicas para los músicos.

Se utilizaron diferentes software comericales como el plugin Aurora Acoustical Parameters, el software EASERA, y también se calcularon otros parámetros con un scripts específicos en Python.

Resultados

Los resultados muestran que el auditorio se comporta adecuadamente para una sala de conciertos, pero con áreas de mejora:

Tiempo de reverberación: El promedio global fue de 1.92 s. Sin embargo, se observaron variaciones notables en bajas frecuencias, donde el escenario flotante actúa como un resonador.

Claridad e Inteligibilidad: Los valores de claridad para el habla están por debajo de los umbrales recomendados, y se identificaron problemas de inteligibilidad en ciertas zonas.
Factor de Nivel Sonoro (G): El nivel de fuerza sonora presenta una variación baja considerando las dimensiones del auditorio.

Fracción Lateral (LF): Los valores superan las recomendaciones, sugiriendo que la mayor parte del sonido proviene de los laterales. Esto podría estar relacionado con la gran cantidad de difusores.
Ruido de Fondo: La sala presenta un nivel de ruido superior al recomendado para un recinto sinfónico (NC-35 vs. NC-20), probablemente debido al sistema de ventilación.

Difusión Sonora: La repetición de una única secuencia de difusores disminuye su eficacia, generando un comportamiento lobular en lugar de una difusión estocástica.

Se proponen mejoras clave como reducir el ruido de fondo, optimizar la difusión sonora con secuencias no periódicas y equilibrar la respuesta espectral, corrigiendo la absorción en bajas frecuencias.

Conclusiones

Pudimos caracterizar de forma efectiva el auditorio y se aplicaron la mayoría de temas teóricos vistos en clase a una experiencia práctica. El informe completo de este trabajo con todos los resultados y detalles de la medición se puede encontrar en el siguiente informe.

Efecto de algorítmos de reducción de rudio en sistemas de TTS

Fri, 22 Nov 2024 00:00:00 +0000

Este estudio se realizó en el contexto de la clase Laboratorio de Acústica en la UNTREF. Elegí este tema porque está alineado con investigaciones que he estado desarrollando como parte del grupo Intercambios Transorgánicos. La consigna para el trabajo de clase consistió en realizar un estudio subjetivo utilizando una encuesta para explorar la relación entre variables objetivas y subjetivas.

En mi grupo de investigación, he estado investigando cómo los algoritmos de reducción de ruido afectan a los sistemas de síntesis de voz (TTS) entrenados con grabaciones de baja calidad. El enfoque está en el español rioplatense, un acento regional con datos de alta calidad limitados. En este contexto, fue natural combinar ambas tareas y realizar una prueba subjetiva sobre el impacto de los algoritmos de reducción de ruido en los sistemas TTS.

Resumen

Los puntos clave de esta investigación son:

Evaluación de tres algoritmos de reducción de ruido: Wave U-Net, HiFi-GAN y DeepFilterNet.
Uso de métricas subjetivas (CMOS) y objetivas (PESQ, STOI, MCD).
Ideas sobre el desarrollo de modelos TTS eficientes en recursos para acentos poco representados.

Metodología

Algoritmos: Wave U-Net, HiFi-GAN y DeepFilterNet evaluados con el modelo TTS FastPitch.
Conjunto de datos: Subconjunto de la colección ArchiVoz (15 minutos de audio con ruido).
Pruebas: Prueba subjetiva CMOS y métricas objetivas (PESQ, STOI, MCD).
Participantes: 24 respuestas válidas, incluyendo tanto expertos como no expertos.

Principales Hallazgos

Rendimiento de DeepFilterNet:
- Obtuvo la puntuación CMOS más alta, reflejando la mejor calidad subjetiva.
- Mostró mejoras significativas en la salida TTS a pesar de las correlaciones mixtas con las métricas objetivas.
Análisis de Métricas Objetivas:
- PESQ y MCD mostraron una correlación limitada con las preferencias subjetivas.
- Las puntuaciones STOI fueron consistentes entre los algoritmos, indicando inteligibilidad preservada.
Comparación de Algoritmos:
- DeepFilterNet: Evaluaciones subjetivas superiores, MCD moderado.
- Demucs: Comparable a DeepFilterNet en PESQ, pero con puntuaciones subjetivas inferiores.
- Wave U-Net: Bajo rendimiento tanto subjetivo como objetivo.
Experiencia de los Participantes:
- No se observaron diferencias significativas entre las evaluaciones subjetivas de expertos y no expertos.

Implicaciones

Eficiencia: Métodos avanzados de reducción de ruido como DeepFilterNet pueden mejorar los sistemas TTS sin necesidad de grabaciones de alta calidad.
Limitaciones: Las métricas objetivas como PESQ y MCD no son indicadores suficientes por sí solas de la calidad subjetiva en TTS.
Trabajo Futuro:
- Ampliar los conjuntos de datos y niveles de ruido para un análisis más robusto.
- Explorar sistemas TTS entrenados conjuntamente con algoritmos de reducción de ruido.

Conclusiones

Este trabajo concluye que el preprocesamiento con DeepFilterNet mejora significativamente el rendimiento de los sistemas TTS, con un aumento de 1.1 en la puntuación CMOS. Estos hallazgos destacan la importancia de la selección de algoritmos para optimizar sistemas TTS con pocos recursos. Además, adquirí valiosos conocimientos sobre evaluaciones subjetivas y el análisis estadístico necesario para extraer conclusiones significativas de los datos.

Toda la información de este estudio se encuentra en el informe académico (en inglés).

Construcción y diseño de un altoparlante personal

Wed, 20 Nov 2024 00:00:00 +0000

“BassAdo” un parlante hogareño semi portable de bajo costo

Este proyecto se enmarca en la materia Electroacústica II en UNTREF de la carrera Ingeniería de Sonido. La tarea era diseñar desde cero un altoparlante aplicando la teoría y conceptos explicados en clase. El trabajo se fue desarrollando durante todo el cuatrimestre con diferentes etapas a completar que se tenían que presentar con un informe. El parlante esta pensado para ser usado en un espacio grande, puede ser al aire libre, para poner música en un entorno de reunión. Se lo denomino Bassado para combinar el asado (típica comida argentina donde la gente se reune) y la palabra bass, enfatizando la característica del altoparlante.

Diseño

El objetivo es diseñar un sistema de audio hogareño con prestaciones accesibles, que permita explorar temas de interés abordados en la materia. El diseño busca lograr una predominancia en graves, característica de los sistemas comerciales, priorizando la extensión del ancho de banda en bajas frecuencias por encima de un bajo retardo de grupo y control temporal del sistema.

Con respecto a los transductores a utilizar, el equipo contaba con unidades de la marca Yharo, que se pueden clasificar como no profesionales, consumidor-aficionado, con posibles aplicaciones en automóviles y/o sistemas hogareños. Se evalúa la respuesta en impedancia de los mismos y se selecciona un Woofer de 8” para cubrir la sección de bajas frecuencias, y dos de 4” para el rango de medias/altas.

Al medir los parámetros de Thielle-Small de los altoparlantes se encuentra que tiene un Vas (Volumen Acústico Equivalente de Suspensión) muy alto, lo que requiere realizar un gabinete con mucho volumen para tener un buen control. Para solucionar este problema y dado la posibilidad de que se contaba con 2 Woofers de 8”, se decide hacer un altoparlante del tipo isobárico, colocando los 2 Woofers en serie acústicamente, para que tengan mayor control y poder hacer más chico el gabinete. Además, va a ser un gabinete ventilado para tener mejor respuesta en bajas.

La respuesta de los altoparlantes (paráemtros TS) fue obtenida en el software REW. Con esos parámetros, se simula en el software Basta! y se optimizan los parámetros para obtener la respuesta deseada. Lo principal fue sintonizar la frecuencia de resonancia del port, ya que el objetivo del altoparlante era tener una buena respuesta en bajas. El transductor tenía una fs en 45 Hz, y se busca sintonizar el port en 40 Hz controlando el largo del tubo y el volumen de aire del gabinete.

En base a estos resultados, se hace un modelo 3D del gabinete en el software SolidWorks con el que se manda a cortar las maderas para poder construir el gabinete.

El detalle de todo este proceso esta documentado en el siguiente informe de diseño.

Construcción

Se mandaron a realizar los cortes a las maderas para hacer el gabinete según el modelo 3D y se realiza el ensamblado.

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Como se puede ver en las imágenes, se agregó lana de roca para hacer de absorbente acústico. Al realizar las mediciones nos dimos cuenta de que fue demasiado (la resonancia del port quedaba muy amortiguada) pero se le pudo sacar lana de roca hasta lograr el resultado deseado.

Medición y Calibración

Se realizaron mediciones de respuesta en frecuencia y de directividad en el laboratorio de la universidad, teníamos a disposición el siguiente equipamiento:

Potencia Powersoft M50Q
Micrófono Earthworks M50
Placa de Audio RME Fireface UCX
Mesa Giratoria OUTLINE ET250-3D

Con estas prestaciones y utilizando el software Arta, se pudo caracterizar la respuesta acústica de los transductores por separado (lo cual nos va a servir para simular los filtros de cruze). También se evalúa la respuesta directiva en el eje vertical y el horizontal para poder determinar cual es la mejor disposición para utilizar el dispositivo. Se realizaron gráficos de la respuesta para los dos transductores.

Todas las respuestas y el análisis en profundidad se encuentran en el siguiente informe de medición.

Diseño de filtro de cruce

Por último, se diseña la etapa del filtro de curce. Con las mediciones realizadas previamente, se subieron los datos al software VituixCad. El objetivo del filtro de cruce es lograr una respuesta en frecuencia que suene agradable al reproducir un programa músical y que realce las bajas frecuencias. Se busca también, la mayor homogeneidad en la respuesta polar vertical.

Como se va utilizar una etapa de potencia que requiere alimentación, se va a realizar un filtro de cruce activo con la topología Sallen-Key. Se definen una cantidad de filtros según el espacio y el costo y se realizan los ajustes en el software para obtener la respuesta deseada. Por ejemplo, para los drivers de baja frecuencia se realizó el siguiente arreglo:

Donde:

F1: Pasa altos fs=30 Hz | Q=0.67
F2: Pasa bajos fs=480 Hz | Q=0.5
F3: Elimina Banda 220 Hz
F4: Elimina Banda 400 x Hz

Antes de realizar el filtro, se probó la configuración planteada con un filtro digital para evaluar de forma práctica la respuesta del sistema según el diseño planteado. Todos los detalles de esta sección estan plasmados en el siguiente informe de filtro de cruce.

Conclusiones

Con este trabajo, pudimos bajar muchos conceptos teóricos a la práctica y entender con más profundidad como es el desarrollo y los desafíos en un diseño de un sistema electroacústico.

Diseño de un auditorio

Wed, 22 Jun 2022 00:00:00 +0000

Este proyecto es el trabajo final de la clase Acústica y Psicoacústica II, donde se nos encargó rediseñar un auditorio existente. El objetivo era aplicar la teoría vista en clase para crear un auditorio optimizado desde el punto de vista acústico. Para nuestro proyecto, elegimos rediseñar el Royal Albert Hall en Londres. Esto representó un desafío particular debido a las grandes dimensiones del auditorio, lo que dificulta asegurar que el sonido llegue de manera uniforme a todos los espectadores.

Ideas Principales del Rediseño

El rediseño buscó preservar el concepto original del auditorio, incluyendo su gran volumen y capacidad de asientos, mientras se introducían cambios críticos para mejorar su acústica. Aunque el enfoque principal fue la mejora acústica, el rediseño también consideró otros factores esenciales, como las líneas de visión y una distribución adecuada de los asientos.

A pesar de la intención de mantener las dimensiones originales del auditorio, su volumen resultó ser demasiado grande para lograr un tiempo de reverberación óptimo. Para abordar este problema, el rediseño incorporó un techo intermedio para reducir el volumen del techo esférico, y se redujo el área principal de asientos. Estos cambios permitieron obtener un mejor tiempo de reverberación en la sala, como se ilustra en la sección transversal a continuación.

Detalles de Construcción y Regulaciones

Para garantizar un rediseño factible y funcional, se consideraron cuidadosamente los siguientes aspectos clave:

Distribución de asientos
Espaciado de los pasillos
Optimización de las líneas de visión
Comodidad del escenario

Tratamiento Acústico

El tratamiento acústico fue la parte más crítica de este estudio y se centró en dos aspectos principales: reflexiones y tiempo de reverberación.

Reflexiones

El análisis de las reflexiones es esencial para la experiencia acústica del público. El Royal Albert Hall original cuenta con un techo esférico que centraliza las reflexiones, creando efectos acústicos indeseables. Para mitigar esto, el rediseño incorporó un techo intermedio con una geometría específica diseñada para distribuir las reflexiones de manera uniforme entre el público.

El diseño escalonado del techo garantiza reflexiones adecuadas para todas las filas de asientos. En el balcón principal, se abordaron dos reflexiones específicas para compensar el menor nivel de presión sonora (SPL) debido a la gran distancia desde el escenario, como se muestra en la imagen a continuación.

También se optimizaron las reflexiones laterales mediante ajustes en la geometría del escenario y las paredes de los balcones laterales.

Además, el rediseño buscó minimizar el ITDG (Initial Time Delay Gap) en los diferentes puntos del público.

Materiales y Tiempo de Reverberación

El rediseño siguió las recomendaciones del libro Acoustic Absorbers and Diffusers para lograr un equilibrio entre absorción, difusión y reflexiones especulares. Se utilizaron materiales reflectantes en el techo y en partes de los balcones laterales para garantizar reflexiones especulares efectivas. Para reducir el tiempo de reverberación (RT), se aplicaron materiales con coeficientes de absorción más altos en otras superficies.

Usando los materiales seleccionados y la ecuación de Sabine, calculamos el RT estimado del auditorio. El tiempo de reverberación para las diferentes frecuencias se muestra a continuación:

El RT calculado para frecuencias medias es de 2,51 segundos. Aunque este valor está ligeramente por encima del máximo recomendado de 2,4 segundos para una acústica óptima, es aceptable dado el gran volumen del auditorio.

Modelado 3D

Renderizamos el auditorio rediseñado utilizando el software SketchUp. A continuación, se presentan algunas visualizaciones:

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Conclusiones

Rediseñar el Royal Albert Hall para mejorar su acústica mientras se preserva su esencia original presentó desafíos significativos. El proyecto requirió soluciones innovadoras para abordar los problemas acústicos sin comprometer el diseño icónico del auditorio. Aunque fueron necesarios algunos cambios, el resultado final demuestra un rediseño cuidadosamente pensado que mejora la acústica mientras mantiene el carácter histórico del Royal Albert Hall. Este proyecto también profundizó nuestra comprensión de los conceptos de acústica y diseño de auditorios.

Una descripción detallada de este proyecto está disponible en el siguiente artículo (en inglés).