Equalização de sistemas sonoros baseada em filtros inversos: metodologia de projeto e implementação em tempo real em plataforma DSP.

• Autor(a) principal: Conceição, Felipe Cirne
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-20032020-101305/
• topic: Audio equalization; Audio systems; Digital filters; Digital signal processing; Embedded systems; Equalização; Filtros digitais; Processamento digital de sinais; Projeto de sistemas de áudio; Sistemas embutidos

Sistemas sonoros reais tais como caixas e equipamentos de som requerem correções. Para atenuar os efeitos causados pelo sistema sonoro, equalizadores de áudio são aplicados com a finalidade de compensar distorções harmônicas, não linearidades dos sistemas, bem como compensar o efeito da acústica do ambiente. Com o aumento da capacidade dos sistemas dedicados para realizar processamento digital de sinais em tempo real, torna-se possível embarcar as soluções de filtragem e equalização nos próprios sistemas sonoros, descentralizando o processamento e aumentando a complexidade dos sistemas acústicos. Diversas empresas e trabalhos acadêmicos apresentam soluções para mitigar as imperfeições de sistemas sonoros. Contudo poucos trabalhos apresentam uma plataforma flexível e de baixo custo capaz de implementar as correções em tempo real utilizando processadores digitais de sinais (DSPs). Este trabalho apresenta o projeto e o desenvolvimento de uma caixa acústica e de um sistema que combina filtros divisores de frequências (crossover) e equalizadores de áudio utilizando microprocessadores de baixo custo e alta capacidade de processamento de sinais. O trabalho apresenta uma descrição dos principais algoritmos e técnicas de equalização, dos tipos de caixa acústica e algumas recomendações encontradas na literatura para o seu projeto e caracterização. Além disso, são descritas as plataformas de desenvolvimento, em especial, o kit STM32F7 Discovery que possui núcleo ARM® Cortex®-M7. A metodologia de caracterização da resposta em frequência da caixa acústica com e sem equalização é descrita e os métodos para extração das principais características acústicas são detalhados. A caracterização acústica foi feita em uma sala pequena e com mobiliário, típico cenário encontrado em salas de apresentação e pequenos auditórios. Os resultados demonstram a viabilidade de desenvolvimento de equalizadores baseados em filtros inversos utilizando estruturas de filtros digitais FIR (Finite Impulse Response) e IIR (Infinite Impulse Response). Os equalizadores projetados garantiram variação máxima de magnitude de, aproximadamente, ±5 dB na banda de frequências entre 100 Hz e 20 kHz. Para as estruturas de filtros discretos propostos foram também avaliados os desempenhos em termos de tempo de execução do algoritmo crossover e equalizador. O melhor resultado foi obtido utilizado a estrutura IIR que possui tempo de execução de 1,6114 ms para a implementação proposta. Desta forma, o trabalho apresenta uma metodologia para o projeto de sistemas de equalização em tempo real além de demonstrar a viabilidade do uso do DSP proposto para aplicações em equalizadores embarcados.