Curso 2013-14

Audio 3D

Titulación: Código: Tipo:
Grado en Ingeniería Informática 21491 Optativa
Grado en Ingeniería Telemática 22593 Optativa
Grado en Ingeniería en Sistemas Audiovisuales 21628 Optativa

 

Créditos ECTS: 4 Dedicación: 100 horas Trimestre: 3º

 

Departamento: Dpto. de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Coordinador: Julio Carabias
Profesorado:

Julio Carabias, Daniel Arteaga, Davide Scaini
Idioma:

Inglés
Horario:
Campus: Campus de la Comunicación - Poblenou

 

Presentación de la assignatura

Audio 3D es una asignatura optativa del tercer curso del grado en Ingeniería de Sistemas Audiovisuales.

Esta asignatura ha sido diseñada siguiendo una metodología adaptada al nuevo Espacio Europeo de Educación Superior (EEES), también conocido como "Plan Bolonia", o que pretende centrar el aprendizaje en el estudiante. El objetivo de este diseño es el de implicar al estudiante de forma continua en el desarrollo de la asignatura mediante la evaluación continua y el estudio individual como complemento imprescindible a las clases magistrales. La dificultad de esta asignatura hace que este trabajo continuo a lo largo del trimestre sea fundamental para alcanzar los conocimientos mínimos que se requieren.

Este es un curso introductorio al audio 3D o procesamiento del audio espacial. El objetivo del curso es la comprensión de los fenómenos físicos básicos que describen y gobiernan el campo acústico, desde su generación, propagación e interacción con los espacios donde se produce, hasta su interacción con el aparato auditivo humano en las tres dimensiones espaciales. Se utilizará el lenguaje matemático adecuado para describir la física del campo acústico en las tres dimensiones , y se verán aplicaciones reales de esta matemática. También se estudiarán conceptos elementales de psico-acústica espacial, con el objetivo de comprender el efecto del aparato auditivo y nervioso en la percepción final del sonido que rodea.

Los elementos teóricos representan la base de las clases magistrales, pero un componente igualmente relevante en esta asignatura serán los laboratorios y los seminarios , que supondrán una gran parte del trabajo individual del alumno fuera del aula, y que se evaluarán conjuntamente al terminar el siglo laboratorios y los seminarios. Además varios entregables y actividades de grupo durante el curso exigirán el desarrollo de trabajo en equipo, búsqueda de información y capacidad de comunicación oral y escrita.

 

Prerequisitos

Se recomienda haber cursado: Ingeniería Acústica, Cálculo y métodos numéricos, Álgebra lineal i matemática discreta, Ondas y electromagnetismos, Ecuaciones diferenciales, Señales y Sistemas.

 

Competencias

Competencias a trabajar en la asignatura según lo indicado en el plan de estudios del grado.

Competencias transversalesCompetencias específicas

Instrumentales

G1. Capacidad de análisis y síntesis

G2. Capacidad de organización y planificación

G3. Capacidad para aplicar los conocimientos al análisis de situaciones y la resolución de problemas

G4. Habilidad en la búsqueda y la gestión de la información

G5. Habilidad en la toma de decisiones

G7. Capacidad de comunicarse en contextos académicos y profesionales de forma oral y escrita en inglés, tanto ante audiencias expertas como inexpertas Interpersonales

G8. Capacidad de trabajo en equipo



Sistémicas

G11. Capacidad de aplicar con flexibilidad y creatividad los conocimientos adquiridos y de adaptarlos a contextos y situaciones nuevas

G12. Capacidad para progresar en los procesos de formación y aprendizaje de manera autónoma y continua
 

Competencias Específicas de Formación Básica

B4 -INF. Capacidad para analizar funciones de variable compleja.

B7 -INF. Conocer las transformadas de Fourier para señales analógicas y digitales y los elementos básicos de la teoría del muestreo de señales.

B8 -INF. Capacidad para resolver sistemas lineales e invariantes y las funciones y transformadas relacionadas.

B3 -A. Utilizar y resolver ecuaciones diferenciales y ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

B5 -A. Capacidad para comprender y utilizar el análisis vectorial y numérico.

B9 -A. Adquirir los conocimientos básicos de la física de la propagación del sonido y su relación con los métodos de procesamiento de la señales audio.

Competencias de tecnología específica : Sistemas Audiovisuales

AU23. Saber decidir que sistema de codificación de audio y música debe utilizarse para una determinada aplicación.

AU8. Saber realizar proyectos de locales e instalaciones destinados a la producción y grabación de señales de audio y vídeo.

AU34. Conocer las técnicas y procedimientos de grabación, generación y producción de contenidos de audio y música. Aplicación práctica de los conocimientos de acústica, de procesamiento de señal y de sistemas multimedia en la electroacústicos; Sistemas de medida, análisis y control de ruido y vibraciones; Acústica medioambiental; Sistemas de acústica submarina.

AU10. Comprender los problemas relacionados con la reproducción de sonido en una sala y el diseño acústico de espacios arquitectónicos.

U11. Adquirir el conocimiento de las leyes que permiten la producción de sonido surround, desde la fase de captación hasta la de exhibición, pasando por la de postproducción.

AU12. Adquirir conocimientos sobre la cadena de producción, post-producción y exhibición en proyectos audiovisuales.

AU14. Adquirir los conocimientos básicos sobre métodos numéricos de optimización de problemas lineales y no lineales sin y con restricciones. Tener un conocimiento de las aplicaciones de estos métodos en la ingeniería y en particular, en la ingeniería de la comunicación audiovisual.

AU22. Entender y conocer los principios matemáticos en los que se basan los sistemas de codificación de audio y música. Entender y conocer las ventajas e inconvenientes de cada uno de estos sistemas de codificación de audio y música.

 

Evaluación

La evaluación se realiza para cada una de las tres actividades que constituyen la asignatura : clases de teoría , seminarios y laboratorios . siendo:

● T : la evaluación de la teoría mediante un examen final y un control de conocimientos en medio del trimestre. El examen final evalúa toda la materia de la asignatura y debe ser calificado con al menos un 5/10 para aprobar la asignatura.

● L: la evaluación de los laboratorios con la participación en estos y la entrega de las memorias de prácticas . En los laboratorios se realizan una serie de prácticas que ponen a prueba la capacidad de los alumnos para resolver problemas prácticos y de implementar algoritmos en forma de programas en un ordenador . Las prácticas se deben entregar individualmente antes de la práctica siguiente . La evaluación se realiza a partir del seguimiento realizado en clase por el profesor y de la corrección de las memorias de prácticas . Esta evaluación también es obligatoria y debe ser calificada como mínimo con un 5/10 para aprobar la asignatura.

● S: la evaluación de los seminarios con la participación en estos y la entrega de los ejercicios propuestos . Antes de cada seminario se entrega una serie de actividades a los alumnos, como una preparación previa al seminario.

Estas actividades corresponden a conceptos o conocimientos tratados en clase de teoría y puestos en práctica en los laboratorios . Durante el seminario todos los estudiantes deben participar en la resolución de las actividades . La nota final se obtiene haciendo la media ponderada de la siguiente manera:

Nota Final = 0,5 * T + 0,3* L + 0,2*S

 

 ELEMENTOSPesoRecuperable
Pruebas escritas

Prueba escrita Condición: >=5 a cada uno de los elementos de evaluación (excepto seminaris)

 50%

Recuperable
Productos escritos

Midterm Control y Entregas de seminario

 20%

No Recuperable
Pruebas de ejecución

Prácticas (con informe) (participación en un mínimo de 4 prácticas)

 30%

No Recuperable
Pruebas de validación de ejecución

En casos “límites” en las prácticas, prueba de validación

Notas:

(1) La parte de seminarios se divide en dos partes que tienen el mismo peso de ponderación, entregables y (control examen parcial)

(2) El examen parcial no elimina materia por examen final

(3) Las prácticas deben aprobarse para aprobar la a ssignatura y debe participar como mínimo en 4 de las 5 prácticas  

 

Contenidos

En esta asignatura se quieren introducir los conceptos fundamentales para el análisis y el diseño de sistemas de Audio3D. Más concretamente se pretende conseguir los siguientes objetivos:

● Entender las magnitudes físicas necesarias para la captación de sonido envolvente (surround) .

● Conocer micrófonos y técnicas para la adquisición de sonido envolvente .

● Adquirir conceptos sobre la Reverberación en sonido envolvente: extensiones de la función de Green.

● Entender cómo hacer la síntesis de una fuente mono en sonido envolvente así como poder Manipular del sonido envolvente: rotaciones, inversiones siones, zooms. Exhibición.

● Adquirir conocimientos de psicoacústica de la direccionalidad del sonido.

● Conocer los tipos de sistemas de exhibición de sonido en torno (planos, 3D y Wave-Field Synthesis).

● Entender el concepto de decodificación de audio para formatos de sonido envolvente. Decodificadores básicos: la ley de estéreo, la ley de estéreo en 3D , descodificación Ambisonics. Ser capaz de realizar exhibición de sonido 3D para auriculares: concepto de "Head Related Transfer Functions (HRTF)".

● El diseño de la asignatura de Audio3D está constituido por 7 temas teóricos. Estas sesiones corresponden a una lógica disciplinar y 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.

 

Metodología

El proceso habitual de aprendizaje para cada uno de los bloques de contenidos está compuesto por una sesión de teoría, un seminario y una parte de una sesión de laboratorio. Cada bloque comienza con una sesión de teoría en la que se presentan ciertos fundamentos teórico-prácticos. Esta actividad se realiza en grupo grande. El estudiante debe complementar esta actividad con una lectura detenida de sus propios apuntes y del material adicional que el profesor haya proporcionado. Por ejemplo, una sesión de teoría de 2 horas, convenientemente aprovechadas, requerirá un trabajo adicional fuera del aula de 1 hora por parte del estudiante.

Posteriormente se realizará un seminario centrado en la resolución de ejercicios o problemas para poner en práctica los conceptos y técnicas presentadas en la sesión de teoría. Para los primeros ejercicios de la sesión se proporcionarán las soluciones, pero para el resto no. El objetivo es que el estudiante consolide los fundamentos para que posteriormente pueda resolver problemas de mayor complejidad. Esta actividad se realiza en grupos pequeños de seminario donde todos los estudiante deben participar activamente en la resolución de los problemas.

El siguiente paso en el proceso de aprendizaje es el laboratorio o sesión de prácticas. En él se proponen unos problemas prácticos que requieren un diseño previo de la solución a implementar y que han de integrar diferentes conceptos y técnicas. Esta actividad se puede realizar por parejas, y se presupone que continúa fuera del aula.

El último paso en el proceso de aprendizaje de cada bloque de contenidos es el de la realización del examen final de teoría y de la prueba oral de prácticas para comprobar si el estudiante ha adquirido las competencias pedidas.
 
 Horas en el aulaHoras fuera del aula 
Bloques de contenido

Grupo grande

(2h)

Grupo mediano

(2h)

Grupo pequeño

(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

Recapitulación

 

 

 

8

Preparación del examen final

 

    

8

Total:

18

10

8

64

Total: 100

Teoría: 18 horas (9 sesiones de 2 horas).

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

Seminarios: 8 sesiones de 1 hora.

Seminario 1: Fonaments d’Acústica (Activitat en grups)
Seminario 2: Física de l’acústica 3D.
Seminario 3: Reproducció amb auriculars.
Seminario 4: Reproducció amb altaveus.
Seminario 5: Control
Seminario 6: Ambisonics
Seminario 7: Wave Field Synthesis
Seminario 8: Sound Source Separation

Laboratorios: 5 sessions de 2 hores.

Laboratorio 1: Stereo, 5:1, Examples ITD and ILDS, Panning.
Laboratorio 2: HRTF reproduction with headphones.
Laboratorio 3: Loudspeaker reproduction (cross talk cancellation) and VBAP
Laboratorio 4: VBAP and Ambisonics
Laboratorio 5: Sound Source Separation

 

Recursos

Bibliografia básica

[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 complementaria

[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)

 

Recursos didácticos. Material docente de la asignatura

● Para cada sesión de teoría hay disponibles unos apuntes en la Web de la asignatura.

● Para cada sesión de seminario hay disponible una colección de actividades en la Web de la asignatura.

● Para cada sesión de pràctiques hi ha disponible el enunciat de la pràctica en la Web de la asignatura.

 

Programas

• Octave http://www.gnu.org/software/octave/

• MATLAB