Dispositivo rastreador de movimentos da cabeça baseado em Arduino: construção e utilização em acústica

Autores

DOI:

https://doi.org/10.55753/aev.v33e50.82

Palavras-chave:

tecnologia biauricular, acústica virtual, auralização, rastreamento de movimentos

Resumo

Dispositivos de rastreamento são geralmente instrumentos que fornecem informação de rotação e/ou translação de uma determinada pessoa (ou objeto), podendo esse dado ser utilizado em diversas aplicações. Especificamente associados aos movimentos da cabeça, tais dispositivos são denominados headtrackers. Eles são extremamente úteis no contexto de acústica virtual (e auralização), em que o conhecimento da orientação do receptor é de grande importância para medições e processamento. Com base no instrumento desenvolvido no projeto Mr. Head Tracker, de concepção original na Universidade de Graz, na Áustria, cujo o intuito era criar um dispositivo de rastreamento de baixo custo, foi concebido e montado um protótipo funcional utilizando hardware e software na Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Nesta implementação, utilizando Arduino, foram projetadas uma cadeia de reprodução e uma cadeia de medição/gravação biauriculares. A verificação do funcionamento de tais cadeias foi realizada a partir de procedimentos experimentais, sendo eles testes subjetivos e medições acústicas. Com isso, o objetivo deste artigo é apresentar os passos dessa nova proposta de construção, constando alterações em relação ao projeto original e elaborando detalhes. São apresentados também os resultados de sua aplicação (assim como sua metodologia), compostos de três testes realizados com a cadeia de reprodução proposta, a fim de aclarar seu comportamento e suas limitações. Os resultados demonstram que o dispositivo funcionou de maneira adequada com os códigos computacionais desenvolvidos, apresentando acordo com a teoria e expectativas.

Referências

BLAUERT, Jens. Communication Acoustics. Berlin: Springer-Verlag, 2005. ISBN 9783540221623. doi: 10.1007/b139075 DOI: https://doi.org/10.1007/b139075

VORLÄNDER, Michael. Auralization: Fundamentals of Acoustics, Modelling, Simulation, Algorithms and Acoustic Virtual Reality. 1. ed. Berlin, Germany: Springer, 2007. 355 p. ISBN 978-3540488293. doi: 10.1007/978-3-540-48830-9 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-48830-9

XIE, Bosun. Head-related transfer function and virtual auditory display. Second edition. [S.l.]: J. Ross Publishing, 2013. ISBN 978-1604270709.

BLAUERT, Jens. Spatial Hearing - Revised Edition: The Psychophysics of Human Sound Localization. Revised. [S.l.]: The MIT Press, 1997. 508 p. ISBN 9780262024136. DOI: https://doi.org/10.7551/mitpress/6391.001.0001

GUERIN, Robert. MIDI power. Boston, MA: Thomson Course Technology, 2006. c.

RATTON, Miguel. MIDI Total - Fundamentos e Aplicações. [S.l.]: Editora Música & Tecnologia, 2005. ISBN 978-8589402057.

RUDRICH, Daniel; ZAUNSCHIRM, Markus; ROMANOV, Michael. MrHeadTracker Wiki/Git. git.iem.at/DIY/MrHeadTracker/wikis. Acessado em dez. 2018.

ROMANOV, Michael; BERGHOLD, Paul; FRANK, Matthias; RUDRICH, Daniel; ZAUNSCHIRM, Markus; ZOTTER, Franz. Implementation and Evaluation of a Low-Cost Headtracker for Binaural Synthesis. In: Audio Engineering Society Convention 142. [s.n.], 2017. Disponível em: http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=18567.

MONK, Simon. Programming Arduino: getting started with Sketches. New York: McGraw-Hill, 2016. ISBN 978-1259641633.

JANTUNEN, Tommi; MESCH, Johanna; PUUPPONEN, Anna; LAAKSONEN, Jorma. On the rhythm of head movements in finnish and swedish sign language sentences. In: Speech Prosody 2016: Proceedings of the 8th International Conference on Speech Prosody, Boston University, USA, 31 May-3 June 2016. [S.l.: s.n.], 2016. p. 850–853. doi: 10.21437/SpeechProsody.2016-174 DOI: https://doi.org/10.21437/SpeechProsody.2016-174

COOK, Mike. Arduino music and audio projects. Berkeley, CA New York, NY: Apress/Springer, 2015. ISBN 978-1484217207. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4842-1721-4

TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal; MOSS, Greg. Digital systems : principles and applications. [S.l.]: Prentice Hall, 2011. ISBN 978-0135103821.

PERROTT, David R.; SABERI, Kourosh. Minimum audible angle thresholds for sources varying in both elevation and azimuth. The Journal of the Acoustical Society of America, v. 87, n. 4, p. 1728–1731, 1990. doi: 10.1121/1.399421 DOI: https://doi.org/10.1121/1.399421

BRÜEL & KJÆR. HATS Tipo 4128-C - Simulador de cabeça e tronco. www.bksv.com. Acessado em dez. 2018.

DIAKOPOULOS, Dimitri. HIDUINO GitHub. github.com/ddiakopoulos/hiduino. Acessado em dez. 2018.

DIAKOPOULOS, Dimitri; KAPUR, Ajay. HIDUINO: A firmware for building driverless USB-MIDI devices using the Arduino microcontroller. In: New Interfaces for Musical Expression (NIME) 2011. Oslo, Norway: [s.n.], 2011. p.405–408. doi: 10.5281/zenodo.1177995

GUADALUPI, Arturo. MIDIUSB Library for Arduino. github.com/arduino-libraries/MIDIUSB. Acessado em dez. 2018.

SENSORTEC, Bosch. Datasheet: BNO055 - Intelligent 9-axis absolute orientation sensor. 2014.

Arduino. Borad Comparison and Specs. www.arduino.cc/en/products/compare. Acessado em dez. 2018.

STOFFREGEN, Paul. Teensy Project. www.pjrc.com/teensy. Acessado em dez. 2018.

KRONLACHNER, Matthias. AmbiX v0.2.8 - Ambisonic plug-in suite (website). www.matthiaskronlachner.com. Acessado em dez. 2018.

KRONLACHNER, Matthias. AmbiX GitHub. github.com/kronihias/ambix. Acessado em dez. 2018.

NACHBAR, Christian; ZOTTER, Franz; DELEFLIE, Etienne; SONTACCHI, Alois. AmbiX - A Suggested Ambisonics Format. In: Ambisonics Symposium 2011. Lexington, Kentucky, US: [s.n.], 2011. Disponível em: https://iaem.at/ambisonics/proceedings-of-the-ambisonics-symposium-2011.

Spatial Audio Real-time Applications (SPARTA). An open-source VST audio plug-in suite for spatial audio production, reproduction and visualisation (website). http://research.spa.aalto.fi/projects/sparta_vsts/. Acessado em dez. 2018.

MCCORMACK, Leo; POLITIS, Archontis. SPARTA & COMPASS: Real-time implementations of linear and parametric spatial audio reproduction and processing methods. In: AES Conference on Immersive and Interactive Audio. York, UK: [s.n.], 2019. Disponível em: http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=20417.

MathWorks. Matlab. www.mathworks.com. Acessado em jun. 2018.

LAND, Bruce. Arduino Oscilloscope: 688000 samples/sec. hackaday.io/project/425-arduino-oscilloscope-688000-samplessec. Acessado em dez. 2018.

ZORZO, Arthur; FONSECA, William D’A. Estudo da técnica de identificação de sistemas implementada em microcontroladores Arduino Due e Teensy 3.6. Acústica e Vibrações, v. 32, n. 49, p. 5–14, dez. 2017. ISSN 2764-3611, 1983-442X. DOI: https://doi.org/10.55753/aev.v32e49.91

IGOE, Tom. The Inter-IC Sound (I2S) Protocol. tigoe.github.io/SoundExamples/i2s.html. Acessado em dez. 2018.

ADAFRUIT. www.adafruit.com. Acessado em dez. 2018.

SPARKFUN. www.sparkfun.com. Acessado em dez. 2018.

Future Technology Devices International Ltd (FTDI). FT232RL Datasheet, Drivers, FAQ & Application Note. www.ftdichip.com/Products/ICs/FT232R.htm. Acessado em dez. 2018.

Hairless MIDI to Serial Bridge. projectgus.github.io/hairless-midiserial. Acessado em nov. 2018.

Pure Data (Pd). puredata.info. Acessado em out. 2018.

SCHMITT, Daniel. Nerds.de - Audio & MIDI Particles - LoopBe30 and LoopBe1. www.nerds.de/en/loopbe30.html. Acessado em fev. 2018.

BOM, Enzo. Desenvolvimento de cadeia de medição e reprodução biauricular utilizando dispositivo de rastreamento da cabeça. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso) — Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil, 2018.

BRINKMANN, Fabian; LINDAU, Alexander; WEINZIERL, Stefan; GEISSLER, Gunnar; PAR, Steven; MÜLLER-TRAPET, Markus; OPDAM, Rob; VORLÄNDER, Michael. The FABIAN head-related transfer function data base, Manual/Tech. Report, Technische Universität Berlin,. [S.l.], 2017. doi: 10.14279/depositonce-5718.2

LINDAU, Alexander; WEINZIERL, Stefan; MAEMPEL, H. J. FABIAN - An instrument for software-based measurement of binaural room impulse responses in multiple degrees of freedom. 24. Tonmeistertagung - VDT International Convention, 2006. Disponível em: https://bit.ly/FABIAN-BRIR.

DIETRICH, P.; MASIERO, B.; MÜLLER-TRAPET, M.; POLLOW, M.; SCHARRER, R. Matlab Toolbox for the Comprehension of Acoustic Measurement and Signal Processing. In: German Congress on Acoustics – DAGA. Berlin, Alemanha: [s.n.], 2010. p. 517–518. ISBN 978-3-9808659-8-2. Disponível em: http://www.ita-toolbox.org/.

PAIXÃO, Dinara Xavier da; FONSECA, William D’Andrea. A experiência do ensino de graduação em Engenharia Acústica no Brasil. In: FIA 2018 - XI Congreso Iberoamericano de Acústica; X Congreso Ibérico de Acústica; 49ºCongreso Español de Acústica - TecniaAcustica’18. Cadiz, Espanha: [s.n.], 2018. Disponível em: http://www.sea-acustica.es/fileadmin/Cadiz18/ENA-0_001.pdf.

MØLLER, Henrik. Fundamentals of binaural technology. Applied Acoustics, v. 36, p. 171–218, 1992. doi: 10.1016/0003-682X(92)90046-U. DOI: https://doi.org/10.1016/0003-682X(92)90046-U

PULKKI, Ville; KARJALAINEN, Matti. Communication acoustics: an introduction to speech, audio and psychoacoustics. [S.l.]: John Wiley & Sons, 2015. ISBN 978-1-118-86654-2. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119825449

DANIEL, Adrien. Spatial Auditory Blurring and Applications to Multichannel Audio Coding. Tese (Doutorado) — Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, Paris, França, 2011. Disponível em: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00623670/.

PETTITT, A. N. Testing the Normality of Several Independent Samples Using the Anderson-Darling Statistic. Journal of the Royal Statistical Society: Series C (Applied Statistics), v. 26, n. 2, p. 156–161, 1977. doi: 10.2307/2347023 DOI: https://doi.org/10.2307/2347023

LILLIEFORS, Hubert W. On the Kolmogorov-Smirnov Test for Normality with Mean and Variance Unknown. Journal of the American Statistical Association, Taylor & Francis, v. 62, n. 318, p. 399–402, 1967.doi: 10.1080/01621459.1967.10482916 DOI: https://doi.org/10.1080/01621459.1967.10482916

JARQUE, Carlos M.; BERA, Anil K. A Test for Normality of Observations and Regression Residuals. International Statistical Review / Revue Internationale de Statistique, [Wiley, International Statistical Institute (ISI)], v. 55, n. 2, p.163–172, 1987. ISSN 03067734, 17515823. doi: 10.2307/1403192 DOI: https://doi.org/10.2307/1403192

ROYSTON, J. P. An Extension of Shapiro and Wilk’s W Test for Normality to Large Samples. Journal of the Royal Statistical Society: Series C (Applied Statistics), v. 31, n. 2, p. 115–124, 1982. doi: 10.2307/2347973 DOI: https://doi.org/10.2307/2347973

BOMHARDT, Ramona. Anthropometric Individualization of Head-Related Transfer Functions Analysis and Modeling. Tese (Doutorado) — RWTH Aachen University, Aachen, Alemanha, 2017. ISBN: 978-3-8325-4543-7. Disponível em: http://publications.rwth-aachen.de/record/699551.

MASIERO, B.; DIETRICH, P.; POLLOW, M.; FELS, J.; VORLÄNDER, M. Design of a Fast Individual HRTF Measurement System. In: German Congress on Acoustics – DAGA. Darmstadt, Alemanha: [s.n.], 2012. Disponível em: http://pub.dega-akustik.de/DAGA_2012.

RICHTER, Jan-Gerrit. Fast measurement of individual Head-Related Transfer Functions. Tese (Doutorado) — RWTH Aachen University, Alemanha, 2019. doi: 10.18154/RWTH-2019-04006 DOI: https://doi.org/10.30819/4906

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Publicado

28/dez/2018

Como Citar

B. BOM, E.; D’ANDREA FONSECA, W.; BRANDÃO, E.; HENRIQUE MAREZE, P. Dispositivo rastreador de movimentos da cabeça baseado em Arduino: construção e utilização em acústica. Acústica e Vibrações, [S. l.], v. 33, n. 50, p. 5–24, 2018. DOI: 10.55753/aev.v33e50.82. Disponível em: https://acustica.emnuvens.com.br/acustica/article/view/aev50_arduino. Acesso em: 15 nov. 2024.