Nuevas métricas de evaluación de la calidad acústica de salas: la incorporación de los modelos perceptivos

Abstract

[EN] Qualitative analysis of systems has gained importance in recent years, by incorporating new approaching perspectives to assessment problems, which often include the user's point of view. Traditionally, in the field of acoustics and sound, qualitative evaluation of sound events has been a task entrusted to the classical psychoacoustic techniques. Statistical analysis of the results produced by these techniques has offered a standard response or reference to a particular problem. Moreover, also in the acoustic science, the study of systems by establishing physical models designed to describe the phenomenology that takes place in them, has been the source of a lot of metrics. Historically, these models and measurement techniques have been originated by the demands of specific industries and these procedures have been subsequently adapted to scopes of application sometimes very different from the original for which they were conceived. The magnitudes offered by these metrics, in addition to quantify a given variable of the model, are often related to qualitative aspects of the systems themselves. The establishment of a correlation between the results offered by these metrics and qualitative assessments made by psychoacoustics experimentation has not always been as satisfactory than could be expected, leading sometimes to a dichotomy between the objective and the subjective metrics, regarding phenomenological and qualitative description respectively. In the last decades, the knowledge generated through psychoacoustic experimentation has been used, along with the improvement of signal processing techniques, in order to model the human auditory system. Such work has led to the development of perceptual models. The main applicant of these qualitative assessment techniques was, firstly, the mobile phone industry and subsequently those related to audio-visual content broadcasting through new digital transmission channels. The need to reduce the transmission bit rate with the least possible qualitative degradation, first led to the development of compression codecs, based on perceptual aspects. These compression techniques are constantly evolving. But another consequence of this perceptive approach is the establishment of signal degradation and service monitoring measurement techniques also based on perceptual models. Thus, a change of perspective is produced: modelling of transmission channel is replaced by perceptual modelling, in order to establish an assessment that, in principle, could be more directly related to the most relevant aspects of the perception process, and consequently, to the system's qualitative assessment. We will see that historically, exchanges of techniques between different application areas has been a usual practice in the context of models and methods for quality assessing. With this, this study aims to assess the application of a perceptual model to a different scope of those initially foreseen for these models. Typically, perceptual models are applied to signals transmitted through a digital channel, in order to establish a comparison between the original signal -or the reference- and the transmitted one. The differences between the two signals are evaluated by the model, in order to obtain a quantification of the assessment. In the case of this work we try to expand the scope of a perceptual model to continuous systems, as are an electroacoustic transducer or a room where an acoustic event propagates. Both, transducers and rooms, can be considered as transmission channels, although the signal degradations introduced by them will be well differentiated. In fact, their study has been approached from very different perspectives over time. The aim of this study is to investigate to what extent a perceptual model can be used to assess signal degradation introduced by transmission channels so different to those initially dealt with perceptual techniques.

[ES] El análisis cualitativo de sistemas ha cobrado relevancia en los últimos años, incorporando nuevas perspectivas de aproximación a los problemas de evaluación, que incluyen en muchas ocasiones el punto de vista del usuario. Tradicionalmente, en el ámbito de la acústica y el sonido, la evaluación cualitativa de eventos sonoros ha sido tarea encomendada a las técnicas psicoacústicas clásicas. El análisis estadístico de los resultados arrojados por estas técnicas ha ofrecido una respuesta estándar o de referencia. Por otra parte, también en el ámbito acústico, el estudio de sistemas mediante el establecimiento de modelos físicos orientados a la descripción de la fenomenología que tiene lugar en éstos, ha sido fuente de una gran cantidad de métricas. Estos modelos y técnicas de medición, históricamente han sido originados por las demandas de unas industrias específicas y sus procedimientos se han ido adaptando posteriormente a diferentes ámbitos de aplicación, en ocasiones, muy diferentes del original para el que fueron concebidos. Las magnitudes ofrecidas por estas métricas, además de cuantificar una determinada variable del modelo, se han relacionado frecuentemente con aspectos cualitativos de los propios sistemas. El establecimiento de una correlación entre los resultados ofrecidos por estas métricas y las valoraciones cualitativas realizadas mediante experimentación psicoacústica no siempre ha sido todo lo satisfactoria que cabría esperar, dando lugar en ocasiones a una dicotomía entre lo objetivo y lo subjetivo, referente a la descripción fenomenológica y a la cualitativa respectivamente. En las últimas décadas, mucha de la información generada mediante experimentación psicoacústica ha sido utilizada, junto con el desarrollo de técnicas de procesado, con la finalidad de establecer modelados del sistema auditivo humano, dando lugar a los conocidos como modelos perceptuales. Los principales demandantes de técnicas de evaluación cualitativa desde el punto de vista perceptivo han sido las industrias de la telefonía móvil en un primer momento y posteriormente las de difusión de contenidos principalmente audiovisuales a través de los nuevos canales de transmisión. De esta manera, se produce un cambio del foco de atención sobre el objeto de estudio: el modelado del canal se sustituye por el modelado perceptivo, con la finalidad de establecer una evaluación, en principio, con mayor consideración de los aspectos relevantes en el proceso de percepción y, consecuentemente, con la valoración cualitativa del sistema. Veremos que históricamente, el intercambio de técnicas entre diferentes ámbitos de aplicación ha sido un denominador común de los modelos, métodos y técnicas de evaluación de la calidad. Con ello, este trabajo pretende evaluar la viabilidad de un modelo perceptual en un ámbito de aplicación distinto del inicialmente previsto para estos modelos. Generalmente, los modelos perceptuales se aplican a señales que han pasado por un canal de transmisión digital, con la finalidad de establecer una comparación entre la señal original o de referencia y la señal transmitida. Las diferencias entre ambas señales son evaluadas por el modelo perceptual, cuantificándose esta evaluación en la salida del modelo. En el caso de este trabajo intentaremos extender el ámbito de aplicación de un modelo perceptual a sistemas continuos, como son un transductor electroacústico o un recinto en el que se propaga un evento sonoro. Tanto un transductor como una sala pueden considerarse como canales de transmisión, si bien las degradaciones de la señal introducidas por éstos serán de naturaleza bien diferenciada y de hecho, su estudio se ha abordado desde perspectivas muy diferentes a lo largo del tiempo. El objetivo de este trabajo es indagar en qué medida puede responder un modelo perceptual a la degradación de señal introducida por canales de transmisión tan diferenciado

[CA] L'anàlisi qualitativa de sistemes ha augmentat la seua rellevància en els darrers anys amb la incorporació de noves perspectives d'aproximació als problemes d'avaluació, que en moltes ocasions inclouen el punt de vista de l'usuari. Tradicionalment, en l'àmbit de l'acústica i el so, l'avaluació qualitativa d'esdeveniments sonors ha estat una tasca encomanada a les tècniques psicoacústiques clàssiques. D'altra banda, també en l'àmbit de l'acústica, l'estudi de sistemes mitjançant models físics, establerts amb la finalitat de descriure la fenomenologia que hi ocorre, ha estat una font inesgotable de mètriques. Aquests models i tècniques de mesura han estat, històricament, originats per les demandes d'unes indústries específiques i els seus procediments han anat adaptant-se posteriorment a diferents àmbits d'aplicació, moltes vegades diferents d'aquells per als quals van ser dissenyats originàriament. Les magnituds resultants d'aquestes mètriques, a més de quantificar una determinada variable del model, s'han relacionat sovint amb aspectes qualitatius dels propis sistemes. L'establiment d'una correlació entre els resultats oferts per aquestes mètriques i les valoracions qualitatives realitzades mitjançant experimentació psicoacústica no sempre han resultat ser tan satisfactòries com cabria esperar, de forma que de vegades es produeix una dicotomia entre mètriques objectives i subjectives, on les primeres fan referència a la descripció fenomenològica mentre que les segones a la descripció qualitativa. En les darreres dècades, molta de la informació generada a partir de l'experimentació psicoacústica ha estat emprada, junt amb el desenvolupament de tècniques de processat del senyal, amb la finalitat d'establir models del sistema auditiu humà, els anomenats models perceptius. Els principals demandants de tècniques d'avaluació qualitativa des del punt de vista perceptiu han estat les indústries de la telefonia mòbil en un primer moment i posteriorment les de difusió de continguts majoritàriament audiovisuals mitjançant els nous canals de transmissió. D'aquesta manera es produeix un canvi de perspectiva: el modelat del canal de transmissió es substitueix pel modelat perceptiu, amb la finalitat d'establir una avaluació que, en principi, estarà més directament relacionada amb els aspectes més rellevants del procés de percepció - dels esdeveniments sonors en el nostre cas - i conseqüentment, amb la valoració qualitativa del sistema. Veurem que històricament, l'intercanvi de tècniques entre diferents àmbits d'aplicació ha estat una constant dels models, mètodes i tècniques d'avaluació de la qualitat. Amb això, aquest treball pretén avaluar l'aplicació d'un model perceptiu a un àmbit diferent d'aquells inicialment previstos per aquests models. Normalment, els models perceptius s'apliquen a senyals transmeses mitjançant un canal digital, amb la finalitat d'establir una comparació entre el senyal original o de referència i el senyal transmès. Les diferències entre ambdós senyals són avaluades pel model perceptiu, de tal manera que a l'eixida del model es quantifica aquesta avaluació. En el cas d'aquest treball hom intentarà ampliar l'àmbit d'aplicació d'un model perceptiu a sistemes continus, com ho són un transductor electroacústic o un recinte on s'hi propaga un esdeveniment acústic. Un dispositiu de transducció o una sala poden considerar-se canals de transmissió, encara que les degradacions del senyal introduïdes seran de naturalesa diferenciada. De fet, el seu estudi s'ha plantejat al llarg del temps des de perspectives ben diferents. L'objectiu d'aquest treball és indagar en quina mesura pot respondre un model perceptiu a la degradació del senyal introduïda per canals de transmissió tan diferents als inicialment estudiats amb tècniques perceptives.