Filtragem de sinais de áudio – Carlos Alexandre, José Padilha

Escrito por: Carlos Alexandre e José Padilha

A qualidade do sinal de áudio pode ser degradada devido a várias razões, como produção de voz de baixa qualidade, interferência de fundo, etc. para melhorar a qualidade do som podem ser empregadas as seguintes técnicas:

Controle de tom
O método do controle de tom disponibiliza uma maneira simples e rápida de ajustar o som ao gosto dos ouvintes. Os aparelhos de áudio têm normalmente dois botões de controle designados como baixo e agudos. Cada um desses botões controla um tipo especial de filtro designado como shelving filter. O botão de baixo controla um filtro de shelving passa-baixa enquanto o outro botão (treble) controla um filtro de shelving passa-alta.

Equalizador Gráfico
Os equalizadores gráficos são mais sofisticados que os de controle de tom. O sinal de entrada é passado tipicamente através de um banco de 5-7 filtros passa-faixa. A saída dos filtros é ponderada pelos fatores de ganho correspondentes e adicionados para reconstruir o sinal. Os filtros são caracterizados pelas frequências de corte normalizadas. Por este fato, os mesmos filtros funcionam com frequências de amostragem diferentes.

Técnicas para Melhoramento
Subtração Espectral: esta técnica suprime o ruído subtraindo um ruído estimado durante os períodos de silêncio.
Filtro de Wiener: minimiza o erro médio quadrático no processo de filtragem inversa e “suavização” do ruído. Requer o conhecimento prévio das estatísticas de ruído e da voz.
Cancelamento adaptativo de ruído: este método utiliza um filtro adaptativo que atua num sinal de referência para produzir uma estimativa do ruído. O ruído é então subtraído do sinal de entrada. Os pesos do filtro são ajustados para minimizar o quadrado da energia média da saída global.

Método de Subtração Espectral (SSM)
Se o componente de ruído tem uma banda espectral grande, uma simples filtragem de supressão de banda pode não ser apropriada. O Método de subtração espectral (SSM) é uma abordagem simples e eficaz para suprimir ruído de fundo estacionário. Este método é baseado no conceito de que o espectro do sinal é expresso como a soma do espectro de voz e espectro do ruído. O processamento é feito inteiramente no domínio da freqüência.
Se o espectro de ruído (amplitude e fase) é conhecido com precisão, então o sinal livre de ruído pode ser obtido simplesmente subtraindo-o do sinal com ruído. Contudo, na prática, apenas se dispõe duma estimativa da amplitude do espectro de ruído.
O espectro de ruído é estimado quando o orador está em silêncio, assumindo que o espectro de ruído não mude rapidamente. O espectro de ruído é então subtraído do espectro de amplitude do sinal de entrada com ruído. Usando este novo espectro de amplitude, e espectro de fase do sinal com ruído original, o sinal de áudio no domínio de tempo é calculado usando a transformada inversa de Fourier.
Exemplo:

Duração no tempo = 2.7 segundos
Freqüência de amostragem = 22.050 Hz.
Há “buracos” na forma de onda da fala, que indica períodos de silêncio em que o ruído pode ser ouvido. O ruído é representada por uma gama “larga” de componentes de frequência.