Técnicas de aquisição e reprodução biauricular para avaliação de qualidade sonora de sistemas de refrigeração domésticos

Abstract

Este trabalho apresenta uma investigação sobre técnicas de aquisição e reprodução biauricular aplicadas à avaliação de qualidade sonora em sistemas de refrigeração domésticos. O estudo teve como principal objetivo desenvolver e validar um método capaz de quantificar diferenças perceptíveis entre sinais gravados por microfones convencionais e por simuladores de cabeça e torso (HATS). Inicialmente, foram conduzidos experimentos em câmara semi-anecoica com o objetivo de caracterizar a variabilidade dos sinais acústicos provenientes de fontes mecânicas e eletroacústicas sob diferentes condições operacionais e de reposicionamento dos receptores. As métricas psicoacústicas de loudness, sharpness e roughness foram analisadas de forma a quantificar a estabilidade espectral e a sensibilidade dessas grandezas às variações de montagem e funcionamento dos equipamentos. Os resultados mostraram que, dentro da faixa de operação típica, as diferenças observadas para essas métricas permanecem abaixo dos limiares diferenciais reportados na literatura, indicando que as variações introduzidas por reposicionamento ou regime de operação não são significativas e que os sinais mantêm consistência espectral suficiente para uso em análises comparativas posteriores. Na etapa seguinte, foi implementado um método de correção espectral ponderada, no qual o fator de ajuste (a) foi controlado por meio do método PEST (Estimativa de Parâmetros por Teste Sequencial) para determinar o fator crítico (acrit), associado ao limiar de discriminação de cada sujeito. A partir desses valores críticos, calcularam-se as diferenças entre o sinal corrigido e o sinal de referência para as métricas de loudness (?N), sharpness (?S) e roughness (?R), bem como para a MCD (Mel Cepstral Distance). Esta última, por se tratar de uma métrica de comparação espectral, permitiu estimar uma Diferença de Limiar Observável (DLO) e definir uma zona de confusão associada ao limite de discriminação perceptível entre os sinais. Em seguida, foi conduzido um teste MUSHRA (Múltiplos Estímulos com Referência Oculta e Âncora) a fim de validar experimentalmente a correspondência entre as métricas objetivas e as respostas perceptivas do júri. Os resultados indicaram forte correlação entre os escores subjetivos e os valores de MCD, com coeficiente mínimo de determinação R² = 0,96, confirmando a robustez da métrica como estimador perceptivo de diferença espectral. Por fim, as medições em ambiente típico permitiram avaliar o comportamento dos diferentes HATS e dos critérios de equalização dos fones de ouvido em condições de escuta mais realistas. Verificou-se que a simetria da fonte sonora e o tipo de acoplamento dos fones exercem influência direta sobre a reprodutibilidade das medições e sobre a estabilidade espectral obtida. Conclui-se que a metodologia desenvolvida constitui uma ferramenta eficaz para quantificação e correção de diferenças perceptivas entre sinais sonoros, podendo contribuir significativamente para o avanço das padronizações de medição e reprodução biauricular aplicadas à avaliação de qualidade sonora.

Abstract: This work presents an investigation on binaural acquisition and reproduction techniques applied to the evaluation of sound quality in household refrigeration systems. The main objective of the study was to develop and validate a method capable of quantifying perceptible differences between signals recorded using conventional microphones and Head and Torso Simulators (HATS). Initially, experiments were carried out in a semi-anechoic chamber to characterize the variability of acoustic signals emitted by mechanical and electroacoustic sources under different operating conditions and receiver repositioning configurations. The psychoacoustic metrics of loudness, sharpness, and roughness were analyzed to quantify spectral stability and the sensitivity of these quantities to variations in setup and equipment operation. The results showed that, within the typical operating range, the observed differences for these metrics remained below the differential thresholds reported in the literature, indicating that the variations introduced by repositioning or operating regime were not perceptually significant and that the signals preserved sufficient spectral consistency for use in subsequent comparative analyses. In the following stage, a weighted spectral correction method was implemented, in which the adjustment factor (acrit) was controlled through the PEST method (Parameter Estimation by Sequential Testing) to determine the critical factor (acrit) associated with the discrimination threshold of each subject. From these critical values, the differences between the corrected and reference signals were calculated for the loudness (?N), sharpness (?S), and roughness (?R) metrics, as well as for the Mel Cepstral Distance (MCD). The latter, being a spectral comparison metric, allowed for the estimation of a Detectable Limit of Observation (DLO) and the definition of a confusion zone associated with the perceptual discrimination limit between the signals. Subsequently, a MUSHRA test (Multiple Stimuli with Hidden Reference and Anchor) was conducted to experimentally validate the correspondence between objective metrics and the perceptual responses of the jury. The results indicated a strong correlation between subjective scores and MCD values, with a minimum determination coefficient of R² = 0.96, confirming the robustness of this metric as a perceptual estimator of spectral difference. Finally, measurements in a typical acoustic environment made it possible to assess the behavior of different HATS and headphone equalization criteria under more realistic listening conditions. It was found that the symmetry of the sound source and the type of headphone coupling exert a direct influence on the reproducibility of the measurements and on the spectral stability obtained. It is concluded that the methodology developed constitutes an effective tool for the quantification and correction of perceptual differences between sound signals and may contribute significantly to the advancement of measurement and binaural reproduction standardization applied to sound quality evaluation.