Desenvolvimento e avaliação de um sistema para modelagem e emulação de amplificadores de áudio

Abstract

Amplificadores de áudio são dispositivos eletrônicos utilizados em diversos setores. No cenário da musica, eles compõem a cadeia do sinal de áudio produzido por uma guitarra elétrica. Com o avanço da tecnologia e a popularidade dos instrumentos musicais digitais, foram surgindo novas soluções para substituir os amplificadores analógicos em aplicações como apresentações ao vivo e até gravações em estúdio, devido `a facilidade e versatilidade dos equipamentos. Por se tratar de um mercado altamente competitivo, a maioria dos equipamentos possuem soluções fechadas, sem revelar como ´e feito o processamento de sinais internamente. Dessa forma, esse trabalho apresenta uma metodologia para realizar a modelagem de amplificadores de áudio utilizando a teoria de processamento de sinais e modelagem de sistemas lineares e invariantes no tempo. São mostrados os métodos utilizados para obtenção dos modelos de resposta ao impulso finita (FIR) e resposta ao impulso infinita (IIR), a partir da definição de um dispositivo capaz de adquirir as amostras aplicadas na entrada e geradas na saída do sistema de forma simultânea. Os modelos são obtidos a partir da análise da amplitude e fase entre os sinais adquiridos calculados por um algoritmo matemático. Logo após, são apresentados resultados dos modelos obtidos para 12 sistemas distintos, utilizando dois equipamentos diferentes. Em geral, a relação sinal-ruído para os modelos FIR foi acima de 24.8 dB, e o valor do erro médio quadrático na ordem de 10−7 , já para os modelos IIR, houveram resultados de 6.5 dB de SNR e outros valores que mostram uma alta potência do erro em relação `a potência do sinal. O MSE para o caso IIR foi na ordem de 10−4 . Para emulação, ´e feita uma análise e comparação entre os tempos de execução da função responsável por realizar a emulação dos modelos de resposta ao impulso finita em dois ambientes computacionais diferentes. Os valores de latência obtidos, em média, foram próximos da 5 milissegundos, para o hardware com menor poder de processamento. Por fim, ´e feita uma conclusão dos resultados obtidos com objetivo de propor melhorias para trabalhos futuros, em que é efetizado uma reavaliação da obtenção dos modelos IIR, por meio da obtenção de mais medidas. Também são apresentadas explicações detalhadas sobre as principais funções desenvolvidas para os algoritmos de modelagem e emulação, destacando as funções para estimação da relação entre as amplitudes e fases dos sinais de entrada e saída do sistema, e o procedimento utilizado para convolução durante a emulação.