Curs 2013-14
Àudio 3D
| Titulació: | Codi: | Tipus: |
| Grau en Enginyeria Informàtica | 21491 | Optativa |
| Grau en Enginyeria Telemàtica | 22593 | Optativa |
| Grau en Enginyeria en Sistemes Audiovisuals | 21628 | Optativa |
| Crèdits ECTS: | 4 | Dedicació: | 100 hores | Trimestre: | 3r |
| Departament: | Dept. de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions |
| Coordinador: | Julio Carabias |
| Professorat: | Julio Carabias, Daniel Arteaga, Davide Scaini |
| Idioma: | Anglés |
| Horari: | |
| Campus: | Campus de la Comunicació - Poblenou |
Àudio3D és una assignatura optativa del tercer curs del grau en Enginyeria de Sistemes Audiovisuals.
Aquesta assignatura ha estat dissenyada seguint una metodologia adaptada al nou Espai Europeu d’Educació Superior (EEES), altrament conegut com “Pla Bolonya”, o que pretén centrar l’aprenentatge en l’estudiant. L’objectiu d’aquest disseny és el d’implicar l’estudiant de forma contínua en el desenvolupament de l’assignatura mitjançant l’avaluació continua i l’estudi individual com complement imprescindible a les classes magistrals. La dificultat d’aquesta assignatura fa que aquest treball continu al llarg del trimestre sigui fonamental per assolir els coneixements mínims que es requereixen.
Aquest és un curs introductori a l’àudio 3D o processament del àudio espaial. L'objectiu del curs és la comprensió dels fenòmens físics bàsics que descriuen i governen el camp acústic, des de la seva generació, propagació i interacció amb els espais on es produeix, fins a la seva interacció amb l'aparell auditiu humà en les tres dimensions espaials. S'utilitzarà el llenguatge matemàtic adient per descriure la física del camp acústic en les tres dimensions, i es veuran aplicacions reals d’aquesta matemàtica. També s'estudiaran conceptes elementals de psico-acústica espaial, amb l'objectiu de comprendre l'efecte de l'aparell auditiu i nerviós en la percepció final del so que envolta.
Els elements teòrics representen la base de les classes magistrals, però un component igualment rellevant en aquesta assignatura seran els laboratoris i els seminaris, que suposaran una gran part del treball individual de l’alumne fora de l’aula, i que s’avaluaran conjuntament al acabar el s laboratoris i els seminaris. A mes diversos lliurables i activitats de grup durant el curs exigiran el desenvolupament de treball en equip, cerca d’informació i capacitat de comunicació oral i escrita.
Caldria haver cursat: Enginyeria Acústica, Càlcul i mètodes numèrics, Àlgebra lineal i matemàtica discreta, Ones i electromagnetisme, Equacions diferencials, Senyals i Sistemes.
Competències a treballar a l'assignatura segons l'indicat en el pla d'estudis del grau.
| Competències transversals | Competències específiques |
|---|---|
|
Instrumentals G1. Capacitat d'anàlisi i síntesi G2. Capacitat d'organització i planificació G3. Capacitat per aplicar els coneixements a l'anàlisi de situacions i la resolució de problemes G4. Habilitat en la cerca i la gestió de la informació G5. Habilitat en la presa de decisions G7. Capacitat de comunicar-se en contextos acadèmics i professionals de forma oral i escrita en anglès, tant davant audiències expertes com a inexpertes Interpersonals G8. Capacitat de treball en equip
Sistèmiques G11. Capacitat d'aplicar amb flexibilitat i creativitat els coneixements adquirits i d'adaptar-los a contextos i situacions noves G12. Capacitat per progressar en els processos de formació i aprenentatge de manera autònoma i contínua |
Competències Específiques de Formació Bàsica B4-INF. Capacitat per analitzar funcions de variable complexa. B7-INF. Conèixer les transformades de Fourier per a senyals analògics i digitals i els elements bàsics de la teoria del mostreig de senyals. B8-INF. Capacitat per resoldre sistemes lineals i invariants i les funcions i transformades relacionades. B3-A. Utilitzar i resoldre equacions diferencials i equacions diferencials en derivades parcials. B5-A. Capacitat per comprendre i utilitzar l'anàlisi vectorial i numèric. B9-A. Adquirir els coneixements bàsics de la física de la propagació del so i la seva relació amb els mètodes de processament de l'assenyalis àudio.
Competències de tecnologia específica: Sistemes Audiovisuals AU23. Saber decidir que sistema de codificació d'àudio i música ha d'utilitzar-se per a una determinada aplicació. AU8. Saber realitzar projectes de locals i instal•lacions destinats a la producció i enregistrament de senyals d'àudio i vídeo. AU34. Conèixer les tècniques i procediments d'enregistrament, generació i producció de continguts d'àudio i música. Aplicació pràctica dels coneixements d'acústica, de processament de senyal i de sistemes multimèdia en la electroacústics; Sistemes de mesura, anàlisi i control de soroll i vibracions; Acústica mediambiental; Sistemes d'acústica submarina. AU10. Comprendre els problemes relacionats amb la reproducció de so en una sala i el disseny acústic d'espais arquitectònics. U11. Adquirir el coneixement de les lleis que permeten la producció de so surround, des de la fase de captació fins a la d'exhibició, passant per la de postproducció. AU12. Adquirir coneixements sobre la cadena de producció, post-producció i exhibició en projectes audiovisuals. AU14. Adquirir els coneixements bàsics sobre mètodes numèrics d'optimització de problemes lineals i no lineals sense i amb restriccions. Tenir un coneixement de les aplicacions d'aquests mètodes en l'enginyeria i en particular,en l'enginyeria de la comunicació audiovisual. AU22. Entendre i conèixer els principis matemàtics en els quals es basen els sistemes de codificació d'àudio i música. Entendre i conèixer els avantatges i inconvenients de cadascun d'aquests sistemes de codificació d'àudio i música.
|
L’avaluació es fa per a cada una de les tres activitats que constitueixen l’assignatura: classes de teoria, seminaris i laboratoris. Essent:
● T: l’avaluació de la teoria mitjançant un examen final i un control de coneixements al mig del trimestre. L’examen final avalua tota la matèria de l’assignatura i ha de ser qualificat amb com a mínim un 5/10 per tal de aprovar l’assignatura.
● L: l’avaluació dels laboratoris amb la participació en aquests i l’entrega de les memòries de pràctiques. En els laboratoris es realitzen un sèrie de pràctiques que posen a prova la capacitat dels alumnes de resoldre problemes pràctics i d’implementar algorismes en forma de programes en un ordinador. Les pràctiques s’han d’entregar individualment abans de la pràctica següent. L’avaluació es fa a partir del seguiment realitzat a classe pel professor i de la correcció de les memòries de pràctiques. Aquesta avaluació també és obligatòria i ha de ser qualificada com a mínim amb un 5/10 per tal de aprovar l’assignatura.
● S: l’avaluació dels seminaris amb la participació en aquests i l’entrega dels exercicis proposats. Abans de cada seminari s’entrega una sèrie d’activitats als alumnes, com a una preparació prèvia al seminari.
Aquestes activitats corresponen a conceptes o coneixements tractats a classe de teoria i posats a la pràctica en els laboratoris. Durant el seminari tots els estudiants han de participar en la resolució de les activitats. La nota final s’obté fent la mitjana ponderada de la següent manera:
Nota Final = 0,5*T + 0,3*L + 0,2*S
| ELEMENTS | Pes | Recuperable | |
|---|---|---|---|
| Proves escrites |
Prova escrita Condició: >=5 a cadascuns dels elements d’avaluació (excepte seminaris) |
50% |
Recuperable |
| Productes escrits |
Control Lliuraments de seminari |
20% |
No Recuperable |
| Proves d'execució |
Pràctiques (amb informe) (participació en un mínim de 4 pràctiques) |
30% |
No Recuperable |
| Proves de validació d'execució |
En casos “límits” a les pràctiques, prova de validació |
||
Notes:
(1) La part de seminaris es divideix en dues parts que tenen el mateix pes de ponderació, entregables i control (examen parcial)
(2) L’examen parcial no lliura matèira per l ́examen f inal
(3) Les pràctiques s’han d’aprovar per tal d’aprovar l’a ssignatura i s’ha de participar com a mínim a 4 de les 5 pràctiques
En aquesta assignatura es volen introduir els conceptes fonamentals per l’anàlisi i el disseny de sistemes d’Audio3D. Mes concretament es pretén aconseguir els objectius següents:
● Entendre les Magnituds físiques necessàries per a la captació de so envoltant (surround).
● Conèixer micròfons i tècniques per a l'adquisició de so envoltant.
● Adquirir conceptes sobre la Reverberació en so envoltant: extensions de la funció de Green.
● Entendre com fer la síntesi d'una font mono en so envoltant així com poder Manipular del so envoltant: rotacions, inver sions, zooms. Exhibició.
● Adquirir coneixements de psicoacústica de la direccionalitat del so.
● Conèixer els tipus de sistemes d'exhibició de so en voltant (plans, 3D i Wave-Field Synthesis).
● Entendre el concepte de descodificació d'àudio per a formats de so envoltant. Descodificadors bàsics: la llei d'estèreo, la llei d'estèreo en 3D, descodificació ambisònics. Ser capaç de realitzar exhibició de so 3D per a auriculars: concepte de “Head Related Transfer Functions (HRTF)".
● El disseny de l’assignatura d’Audio3D esta constituït per 7 temes teòrics. Aquestes sessions corresponen a una lògica disciplinar i curricular.
1. Introduction and Acoustic Fundamentals
2. Physics and Psychophysics of 3D acoustics
3. Stereo and multiloudspeaker reproduction
4. Binaural Reproduction using headphones and stereo loudspearkers
5. Multiloudspeaker 1: Ambisonics
6. Multiloudspeaker 2: Wave Field Synthesis
7. Sound Source Separation.
El procés habitual d’aprenentatge per cada un dels blocs de continguts està compost per una sessió de teoria, un seminari i una part d’una sessió de laboratori. Cada bloc comença amb una sessió de teoria en la que es presenten certs fonaments teorico-pràctics. Aquesta activitat es realitza en grup gran. L’estudiant ha de complementar aquesta activitat amb una lectura detinguda dels seus propis apunts i del material addicional que el professor hagi proporcionat. Per exemple, una sessió de teoria de 2 hores, convenientment aprofitades, requerirà un treball addicional fora de l’aula d’1 hora per part de l’estudiant.
Posteriorment es realitzarà un seminari centrat en la resolució d’exercicis o problemes per posar en pràctica els conceptes i tècniques presentades a la sessió de teoria. Per als primers exercicis de la sessió es proporcionaran les solucions, però per a la resta no. L’objectiu és que l’estudiant consolidi els fonaments per tal que posteriorment pugi resoldre problemes de major complexitat. Aquesta activitat es realitza en grups petits de seminari on tots els estudiant han de participar activament en la resolució dels problemes.
El següent pas en el procés d’aprenentatge és el laboratori o sessió de pràctiques. En ell es proposen uns problemes pràctics que requereixen un disseny previ de la solució a implementar i que han d’integrar diferents conceptes i tècniques. Aquesta activitat es pot realitzar per parelles, i es pressuposa que continua fora de l’aula.
L’últim pas en el procés d’aprenentatge de cada bloc de continguts és el de la realització de l’examen final de teoria i de la prova oral de pràctiques per comprovar si l’estudiant ha adquirit les competències demanades
| Hores a l'aula | Hores fora de l'aula | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Blocs de contingut |
Grup gran (2h) |
Grup mitjà (2h) |
Grup petit (1h) | ||
|
1 |
1 |
|
1 |
4 |
|
|
2 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
|
3 |
1 |
|
1 |
7 |
|
|
4 |
1 |
1 |
2 |
7 |
|
|
5 |
2 |
1 |
1 |
9 |
|
|
6 |
1 |
1 |
1 |
7 |
|
|
7 |
2 |
1 |
1 |
9 |
|
|
Recapitulació |
|
|
|
8 |
|
|
Preparació de l'examen final |
|
8 |
|||
|
Total: |
18 |
10 |
8 |
64 |
Total: 100 |
Teoria: 18 hores (9 sessions de 2 hores).
1) Introduction and Fundamentals of Acoustics
2) Physics and Psychophysics in 3D Audio
3) Stereo and multiloudspeaker reproduction
4) Binaural reproduction using headphones and stereo
loudspearkers
5) Multiloudspeaker reproduction 1: Ambisonics
6) Multiloudspeaker reproduction 2: Wave Field Synthesis
7) Sound Source Separation
Seminaris: 8 sessions de 1 hora.
Seminari 1: Fonaments d’Acústica (Activitat en grups)
Seminari 2: Física de l’acústica 3D.
Seminari 3: Reproducció amb auriculars.
Seminari 4: Reproducció amb altaveus.
Seminari 5: Control
Seminari 6: Ambisonics
Seminari 7: Wave Field Synthesis
Seminari 8: Sound Source Separation
Laboratoris: 5 sessions de 2 hores.
Laboratori 1: Stereo, 5:1, Examples ITD and ILDS, Panning.
Laboratori 2: HRTF reproduction with headphones.
Laboratori 3: Loudspeaker reproduction (cross talk cancellation) and VBAP
Laboratori 4: VBAP and Ambisonics
Laboratori 5: Sound Source Separation
Bibliografia bàsica
[1] Francis Rumsey: "Spatial Audio", ISBN 0 240 51623 0, 2001
[2] Brian Moore: "An Introduction to the Psychology of Hearing". Emerald Group Publishing Ltd; 5 edition (January 24, 2003)
[3] Jeroen Breebart and Christof Faller: "Spatial Audio Processing: MPEG Surround and Other Applications", ISBN: 978-0-470-03350-0, 2007.
[4] DAFX: Digital Audio Effects, Publicher: Wiley May 2002, ISBN-10: 0471490784
[5] D. Kostadinov, J. D. Reiss: "Spatial Audio Matlab Toolbox".
[6] L. Kinsler et al: Fundamentals of Acoustics. John Wiley and Sons. Fourth Edition
Bibliografia complementària
[7] Jens Ahrens: "Analytic Methods of Sound Field Synthesis". Springer; 2012 edition (January 26, 2012)
[8] Bruce Bartlett, Jenny Bartlett "On Location Recording Techniques". Focal Press; 1 edition (May 18, 1999)
[9] Stanley A. Gelfand "An introduction to psychological and physiological acoustics" 5ed.,Informa Healthcare, (2010).
[10] Jens Blaubert: "Spatial Hearing - Revised Edition: The Psychophysics of Human Sound Localization". The MIT Press; revised edition edition (October 2, 1996)
[11] William A. Yost "Fundamentals of Hearing, Fifth Edition: An Introduction". Emerald Group Publishing Limited; 5 edition (October 2, 2006)
Material docent de l’assignatura
● Per a cada sessió de teoria hi ha disponible uns ap unts a la Web de l’assignatura.
● Per a cada sessió de seminari hi ha disponible una col·lecció d’activitats a la Web de l’assignatura.
● Per a cada sessió de pràctiques hi ha disponible el enunciat de la pràctica a la Web de l’assignatura.
Programari
• Octave http://www.gnu.org/software/octave/
• MATLAB