UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CÂMPUS CURITIBA CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CÂMPUS CURITIBA CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO ALEXANDRE PINTO DE LARA CARLA EDUARDA ORLANDO DE MORAES DESENVOLVIMENTO DE EQUIPAMENTO DE CAPTURA DE ÁUDIO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CURITIBA 2014

2 ALEXANDRE PINTO DE LARA CARLA EDUARDA ORLANDO DE MORAES DESENVOLVIMENTO DE EQUIPAMENTO DE CAPTURA DE ÁUDIO Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação, apresentado à disciplina de Metodologia aplicada ao TCC, do curso de Engenharia de Controle e Automação do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro de Controle e Automação. Orientador: Prof. Dr. Marcelo de Oliveira Rosa CURITIBA 2014

3 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO PROBLEMAS E PREMISSAS OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos JUSTIFICATIVAS PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS CRONOGRAMA...8 REFERÊNCIAS...10

4 4 1 INTRODUÇÃO 1.1 MOTIVAÇÃO Com a evolução dos sistemas de telecomunicações e os avanços na busca por conhecimento sobre a aquisição e tratamento de áudio, se faz necessário o desenvolvimento de tecnologias que ofereçam suporte a estas atividades, uma vez que as placas dos computadores usuais são de qualidade insuficiente para estas aplicações profissionais, cria-se a necessidade do desenvolvimento de um equipamento de captura de áudio com qualidade. A técnica de microphone array (Matriz de microfones) e reconhecimento de voz fazem parte das diversas aplicações que este equipamento pode ser empregado. O microphone array consiste em múltiplos microfones que funcionam como uma antena acústica. Usando os princípios da propagação do som, as principais fontes de som no ambiente podem ser localizadas espacialmente e distinguidas uma das outras, aproveitando o fato de que uma onda acústica é recebida em cada um dos microfones em um momento ligeiramente diferente, nesse método são aplicadas filtragens e combinações dos microfones presentes na matriz (MCCOWAN, 2010). Esta técnica utilizada em aplicações militares e de alta fidelidade de gravações originais. Outra possibilidade para o equipamento de captura de áudio trata-se da replicação deste para uso em mesas de som. Mesas de som oferecem a possibilidade de lidar com dois ou mais sinais para a mixagem destes, esta aplicação é muito utilizada em estúdios de gravações, onde se faz necessário o uso de mesas com vários canais para realização da mixagem de sinais de vários instrumentos e vozes. 1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS

5 5 Ao se tratar de captura de áudio, temos inúmeras barreiras a serem transpostas. Alguns dos equipamentos de captura presentes no mercado não possuem informações importantes para que se possa investigá-los a fundo, como a impedância de saída em seus terminais, deixando a pesquisa acerca destes instrumentos limitada. Fazer a conversão de um sinal analógico para um sinal digital, sem distorções é um grande desafio, ainda mais se tratando de áudio, onde dentre outros fatores, temos uma frequência de amostragem e uma resolução bastante altas. Para um áudio de boa qualidade, temos uma frequência de amostragem de no mínimo 40kHz, portanto irá se trabalhar com uma frequência padrão de 48kHz e uma resolução de 16 bits. Os dois itens são muito importantes para o desenvolvimento de um bom equipamento de captura de áudio, entretanto o investimento feito em cada item, principalmente na resolução, precisa ser levado em conta tendo que o preço de um componente com alta resolução é muito alto, pois o preço não é linear comparado ao número de bits, ou seja, um conversor analógico digital com resolução de 16 bits não custa o dobro de um conversor de 8 bits mas sim pode chegar até dez vezes o valor do mesmo(o'shaughnessy, 1999, p. 367). Para a conexão do equipamento com o computador, será utilizada a conexão USB, que é de fácil utilização, pois alguns componentes que serão utilizados no desenvolvimento do equipamento de captura de áudio já possuem protocolos de comunicação com o barramento universal, como o microcontrolador que já possui este interfaceamento. Além disso, será tratada a replicação do equipamento com o intuito de formar uma mesa de som com vários canais, através da conexão em paralelo de vários equipamentos de áudio que será desenvolvido. 1.3 OBJETIVOS Objetivo Geral

6 6 Desenvolver um equipamento de captura de áudio que possa ser replicado, este usará conversor A/D externo. Este equipamento operará com áudio de 16 bits e frequência de 48 khz que são os padrões em processamento de áudio. Além disso, o equipamento será conectado ao computador via USB para realizar a comunicação entre estes. Para o desenvolvimento deste equipamento será necessário analisar o microcontrolador que melhor se ajuste a necessidade do problema, além de aplicar teste unitário ao conversor A/D e testar parte a parte do circuito a fim de no final obter o resultado desejado. O esquemático a seguir ilustra a composição do equipamento bem como seus componentes. Figura 1 Esquemático de funcionamento do equipamento Fonte: Autoria própria Objetivos Específicos Revisar conceitos de Sistemas Microcontrolados, Conversão Analógica-Digital e Eletrônica; Realizar testes entre microcontrolador e conversor analógico-digital; Realizar testes entre microcontrolador e USB do computador; Realizar programação do microcontrolador; Interligação dos sistemas especificados acima; Implementação do sistema completo;

7 7 Aplicar sinais conhecidos ao equipamento, como senóides, ondas quadradas e outros sinais utilizados para testes deste gênero, para avaliação das distorções produzidas pelo equipamento. Conclusão a partir dos dados. 1.4 JUSTIFICATIVAS Desenvolver novas tecnologias que sejam acessíveis faz parte da missão de cada engenheiro, sendo assim no desenvolvimento deste projeto poderá aprofundar nosso conhecimento na área de microcontroladores, processamento de sinais e circuitos elétricos, além da síntese de todo esse processo. Para que se obtenha evoluções na área de processamento de áudio a captura deste se torna essencial, sendo assim o desenvolvimento de um equipamento que trabalhe com faixas de resolução e frequências com qualidade profissional é fundamental. Neste contexto desenvolver essa tecnologia significa alcançar uma realização para as aplicações citadas anteriormente. O reconhecimento de voz é uma destas aplicações, que em um futuro próximo pode se tornar um grande aliado da engenharia forense, já o microphone array também tem várias aplicações que ajudariam no desenvolvimento dos sistemas de processamento digital de sinais(seltzer, 2002, p.897). O processamento de sinal de voz ainda necessita de muita pesquisa e evolução, sendo assim vemos como extremamente necessária a busca pelo desenvolvimento desta área. Além disso, o desenvolvimento deste equipamento nos permitirá o entendimento da aplicação dos conceitos teóricos aprendidos ao longo do curso em um projeto construtivo. Uma vez que a construção do equipamento for realizada, este poderá servir de base para futuros aprimoramentos dentro da UTFPR. 1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

8 8 A revisão de literaturas é fundamental para a execução do projeto, assim como a especificação dos materiais para a construção do equipamento e testes para verificar o comportamento do circuito com os materiais escolhidos, conforme descrito nas etapas abaixo. 1ª Etapa: Revisão bibliográfica Nesta etapa serão realizadas pesquisas de materiais a respeito dos temas levantados em livros, artigos, teses e dissertações. Também serão revisados sistemas microcontrolados, sinais e sistemas, estatísica, circuitos elétricos e programação, para desenvolvimento de um software. 2ª Etapa: Determinação de materiais Nesta etapa será feita a determinação de todos os componentes eletrônicos necessários para a fomentação do projeto, como conversor analógico-digital, microcontrolador, conector XLR para microfone, assim como as ferramentas para seu desenvolvimento. 3ª Etapa: Testes e Desenvolvimento Para esta etapa serão realizados testes de cada parte do circuito utilizando um display de cristal líquido, desde a comunicação do microfone com o sistema microcontrolado quanto à conversação da placa de circuito com o computador a fim de ter o maior aproveitamento do sistema. Após definidos os equipamentos será montado um protótipo e será desenvolvido um software supervisório para coleta de dados do sistema. 1.6 CRONOGRAMA Tabela 1 ATIVIDADES Pesquisa Bibliográfica Preliminar Estudo da teoria para

9 9 desenvolvimento do projeto Determinação de equipamentos Realização da parte teórica do TCC 1 Realização de testes entre os componentes Montagem do protótipo Aquisição de dados e testes finais Realização da parte teórica do TCC 2 Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca

10 10 REFERÊNCIAS MCCOWAN, I. Disponível em: < Acesso em: 11 nov O'SHAUGHNESSY, Douglas. Speech Communications: Human and Machine. 2ed. New Jersey: Wiley-IEEE Press, SELTZER, Michael L. Speech recognizer-based microphone array processing for robust hands-free speech recognition. Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), 2002 IEEE International Conference on, Orlando, USA. mai Disponível em: < >. Acesso em 13 nov