Curs 2015-16

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:

Daniel Arteaga, Davide Scaini, Gerard Erruz, Andrés Pérez

Idioma:

Anglès

Horari:
Campus: Campus de la Comunicació - Poblenou

 

Presentació de l'assignatura

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.

 

Prerequisits

Caldria haver cursat: Enginyeria Acústica, Càlcul i mètodes numèrics, Àlgebra lineal i matemàtica discreta, Ones i electromagnetisme, Equacions diferencials, Senyals i Sistemes, Processament de la Parla, Sistemes de Codificaciò de Veu i Àudio.

 

Competències

Competències a treballar a l'assignatura segons l'indicat en el pla d'estudis del grau.

Competències transversalsCompetències 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.

 

 

Avaluació

L'avaluació està dividit entre les tres activitats principals del curs: conceptes teòrics (T), seminaris (S) i laboratoris (L) de la següent manera:

 

 DescripcióTimingRecuperable
Examen

Examen final (50pts de T, S i L): l'examen final inclou tota la matèria conceptual curs, incloses les qüestions relacionades amb els laboratoris.

Fi de trimestre

Si

Productes escrits

Prova parcial (10pts de T, S i L): prova parcial dels conceptes, incloses les qüestions relacionades amb els laboratoris.

Meitat trimestre

No

Les activitats del seminari (10pts de S)

Al llarg del trimestre

No

Labs

Labs (L): presentació dels informes de laboratori (30pts de L) (individualment o en parelles)

Al llarg del trimestre

No

 Notes:

(1) Al llarg del curs hi haurà diverses tasques a fer (qüestionaris, entregables i altres activitats), corresponents tant a teoria, a seminaris com a laboratoris. Apareixeran a l'Aula Global i la seva realització és obligatòria.

(2) En particular, hi haurà un qüestionari d'autoavaluació després de cada sessió de teoria. No tindrà pes en la nota final, però la seva realització és obligatòria.

(3) L'examen parcial compta el 10% del total i no elimina el material per a l'examen final.

(4) Per aprovar l'assignatura és obligatori assistir presencialment a tots els laboratoris i aprovar aquesta part de l'avaluació.

(5) L'assistència a les altres parts de l'assignatura és voluntària (encara que altament recomanable).

 

Continguts

En aquesta assignatura es volen introduir els conceptes fonamentals de l'àudio espacial i entendre la seva aplicació pràctica.. Mes concretament es pretén aconseguir els objectius següents:

● Entendre les magnituds físiques necessàries per a l'estudi del so juntament amb la seva dimensió espacial.

● Adquirir coneixements de psicoacústica de la direccionalitat del so.

● Conèixer els micròfons i tècniques per a l'adquisició del so en l'espai (estèreo, binaural, Ambisonics)

● Entendre com fer la síntesi d'una font mono en un punt de l'espai (estèreo, binaural, Ambisonics, Wave Field Synthesis)

● Saber com reproduïr un so surround mitjançant auriculars (binaural) o altaveus (transaural, Ambisonics, Wave Field Synthesis).

● Entendre els conceptes d'indepenència del sistema de reproducció i d'àudio basat en objectes.

● Conèixer amb un cert detall els tipus de sistemes de gravació, transmissió i d'exhibició de so en l'espai (lleis de panning, binaural, Ambisonics, Wave-Field Synthesis). Entendre els avantatges i inconvenients de cada sistema.

● Conèixer l'aplicació pràctica de la tecnologia d'àudio 3D en els diferents àmbits del món audiovisual.

El disseny de l’assignatura d’Audio3D esta constituït per 7 temes teòrics. Aquestes sessions corresponen a una lògica disciplinar i curricular.

1. Spatial Acoustics

2. Spatial Hearing

3. Spatial Audio Basics: Stereo and Surround

4. Binaural Audio

5. Ambisonics

6. Wave Field Synthesis

7. Sound Source Separation and Beamforming

 

Metodologia

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'aulaHores fora de l'aula 
Blocs de contingut

Grup gran

(2h)

Grup petit

(1h)

Lab

(2h)

1

1

1

 

5

2

1

 

 

4

3

1,5

1

1,5

9

4

1,5

1

1,5

9

5

2

1

1

9

6

1

1

1

7

7

1

1

 

4

Recapitulació

 

 

 

8

Preparació de l'examen final

 

   

8

Total:

18

8

10

64

Total: 100

 

Theory: 18 hours (9 sessions of 2 hours).

  1. Spatial Acoustics
  2. Spatial Hearing
  3. Spatial Audio Basics: Stereo and Surround
  4. Binaural Audio
  5. Ambisonics
  6. Wave Field Synthesis
  7. Sound Source Separation and Beamforming


Seminars: 8 sessions of 1 hour.

  1. Introduction to Audio 3D
  2. Exercises on Acoustics
  3. Binaural Audio
  4. Vector-base Amplitude Panning
  5. Mid-term exam
  6. Ambisonics
  7. Wave Field Synthesis
  8. Sound Source Separation and Beamforming

Labs: 5 sessions, 2 hours

  1. 3D Audio Demo. Stereo and Surround.
  2. HRTF Recording
  3. Transaural Audio and VBAP
  4. Ambisonics
  5. Wave Field Synthesis

 

Recursos

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 addicional

[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)

[12] A. Cichocki, R. Zdunek, A. Phan, S. Amari: "Nonnegative Matrix and Tensor Factorizations: Applications to Exploratory Multi-way Data Analysis and Blind Source Separation". September 2009

 

Material didàctic

 

Programes