Caracterização de dispositivos móveis como instrumentos de medição acústica utilizando método da comparação sequencial e varredura de amplitude em câmara semi-anecoica

Characterization of mobile devices as instruments of acoustic measurement using sequential comparison method and amplitude sweep in semi-anechoic chamber

Brum, R.
Silva, L. C.
Silveira, H. A.
Martins, G.
Lopes, C.
Pinheiro, C.

Resumo

Com a contínua evolução da capacidade de processamento, os dispositivos móveis estão agregando funções que vão além da sua proposta inicial, a comunicação. Uma funcionalidade é a utilização desses dispositivos como instrumentos de medição, visto que eles embarcam vários sensores. No contexto da acústica, alguns trabalhos sobre sua acurácia de medição já foram desenvolvidos. Nesta pesquisa, curvas de sensibilidade foram obtidas utilizando o método de comparação sequencial em campo livre. O campo acústico foi excitado com varredura exponencial em frequência e aferido com microfone de referência de campo livre 1⁄2'. A sensibilidade foi obtida pelo método da resposta impulsiva (Soares, 2006), com cinco diferentes níveis energéticos espaçados em 10 dB para realizar a excitação do campo acústico. Os resultados mostraram que a sensibilidade é reduzida com o aumento da pressão sonora incidente no dispositivo, o que sugere a presença de um controle de ganho automático (CGA) nos dispositivos. Constatou-se uma variação de aproximadamente 15 dB na sensibilidade com uma diferença de 40 dB na pressão sonora incidente. Para investigar melhor esse fenômeno, foi utilizado o método de varredura em amplitude proposto por Müller (2007): sinais tonais com envoltória em amplitude ascendente foram utilizados para excitar o campo acústico com portadoras nas frequências centrais das bandas de oitava entre 60 Hz e 4 kHz. Os resultados desse experimento mostraram uma relação não proporcional entre amplitude do sinal de excitação e resposta do sistema, o que corrobora com a presença do CGA. A partir dos resultados, conclui-se que é necessário desabilitar ou compensar a função de CGA do dispositivo para obter medições de alta acurácia. Outra opção seria processar o sinal para compensar a função CGA, o que pode ser computacionalmente custoso e inacurado.

Palavras-chaves:  
Medições acústicas
,
Dispositivoes móveis
,
Calibração.

Abstract

With the continuous increasing of the processing power, the mobile devices are adding more functions every time, being the applications going belong the communication, the principal objective of a cellphone. One of this functions is the use of the mobile devices as measurement instruments, since there are a lot of sensors embedded in smartphones and tablets. In acoustic's context, some works were developed about measurement accuracy. In this work, sensitivity curves were obtained using the sequential comparison method in free field. The acoustic field was excited with an exponential sweep signal and gauged a reference microphone of 1/2'. The sensitivity obtained using the impulsive response method (Soares, 2007) with five different levels spaced in 10 dB to excite the acoustic field. The results showed a reduction of the sensitivity when the incident sound pressure in the microphone increase. It was observed a variation of 15 dB in the sensitivity in a range of 40 dB in the excitation of the acoustic field. To investigate better this effect, the sweep level method purposed by Müller (2007) was used: tonal signals with ascending amplitude envelope and carrier frequencies tuned in the central octave bands between 60 Hz and 4 kHz. The results of this experiment allows to conclude witch is need to compensate or disable the CGA function for high performance measurements. Another option can be processing the recorded signal with a inverse filter to compensate CGA, however it generate large computer processing and inaccurate results.

Keywords:  
Acoustic measurements
,
mobile devices
,
calibration.

Referências

[1] ANSI S1.4-1983 (R2006)/ANSI S1.4a-1985 (R2006)- American National Standard Specification for Sound Level Meters, . Disponível em: https://webstore.ansi. org/Standards/ASA/ansis11983r20064a1985.
[2] IEC 61672-1:2013- Electroacoustics- Sound level meters- Part 1: Specifications, . Disponível em: https: //standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/10e2b6665ae8-49a3-ba15-d327c765c18a/iec-61672-1-2013.
[3] Kardous, Chucri A e Shaw, Peter B. Evaluation of smartphone sound measurement applications. The Journal of the Acoustical Society of America, 135(4): EL186–EL192, 2014.
[4] Kardous, Chucri A e Shaw, Peter B. Evaluation of smartphone sound measurement applications (apps) using external microphones—a follow-up study. The Journal of the acoustical society of America, 140(4): EL327–EL333, 2016.
[5] Soares, Zemar Martins Defilippo et al. Calibração de microfones com resposta impulsiva. 2006.
[6] Müller, Swen e Soares, Zemar. Caracterização de microfones de medição. 11a Convenção Nacional da AESBrasil, São Paulo, 2013.
[7] Silva, Lúcia. Caracterização de microfones mems analógicos. trabalho de conclusão de curso. 07 2018. doi: 10.13140/RG.2.2.25995.64808.
[8] Brum, Ricardo. Estudo da influência de diferentes técnicas de auralização na avaliação da qualidade sonora de produtos, 2020. Disponível em: https: //repositorio.ufsc.br/handle/123456789/220398.
[9] Müller, Swen e Massarani, Paulo. Transfer-function measurement with sweeps. Journal of the Audio Engineering Society, 49(6):443–471, 2001. ISSN 1549-4950. Disponível em: http://www.aes.org/e lib/browse.cfm?elib=10189.
[10] Kirkeby, Ole e Nelson, Philip A. Digital filter design for inversion problems in sound reproduction. Journal of the Audio Engineering Society, 47(7/8):583–595, 1999.
[11] Faber, Benjamin M. Acoustical measurements with smartphones: Possibilities and limitations. Acoust. Today, 13(2):10–17, 2017.
[12] Zölzer, Udo. Dafx. 2a ed. Hoboken, NJ: Wiley Blackwell, Março 2011.
[13] Müller, Swen e Espírito Santo, Nelson Melo. Fast distortion vs. level measurements with smoothly in creasing signal amplitudes. 11a Convenção Nacional da AES Brasil, São Paulo, 2007.
Publicado em:
01/09/2022