Simulação da resposta acústica ao impulso em ambientes tridimensionais utilizando computação paralela

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Main Author: Zanetti, Giovanni Luiz
Publication Date: 2021
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
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Summary: The acoustic characterization of environments is an important factor for project development and construction of acoustically better environments, such as concerts, classrooms, theaters, and even houses. The obtained acoustic parameters can be valued as reverberation time or even the room impulse response (RIR), which describes how the energy decays in the environment, as a function of time. These obtained parameters are related to elements like speech intelligibility in the environment. The goal of this work is to provide a program able to perform computations to calculate this impulse response, considering that the energy absorption is dependent on sound frequency, using parallel computing and a high-level programming language. For this, it was developed a program with Python language, using libraries like NumPy and SciPy for performing general mathematical operations, and the framework Apache Spark for performing the algorithm parallelization. It used Fourier transform properties for energy absorption and final response calculation. The environment geometry and parameters, as well as to object positions, are given to the algorithm through input files, making simple environment customization. The developed algorithm enables the obtainment of the impulse response of any three-dimensional environment, in parallel, consequently faster than non-parallel methods, besides demonstrating that this response is similar to the analytical base response.
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spelling Simulação da resposta acústica ao impulso em ambientes tridimensionais utilizando computação paralelaAcoustic impulse response simulation in three-dimensional environments using parallel computingEngenharia acústicaProgramação paralela (Computação)Simulação (Computadores)Acoustical engineeringParallel programming (Computer science)Computer simulationCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOThe acoustic characterization of environments is an important factor for project development and construction of acoustically better environments, such as concerts, classrooms, theaters, and even houses. The obtained acoustic parameters can be valued as reverberation time or even the room impulse response (RIR), which describes how the energy decays in the environment, as a function of time. These obtained parameters are related to elements like speech intelligibility in the environment. The goal of this work is to provide a program able to perform computations to calculate this impulse response, considering that the energy absorption is dependent on sound frequency, using parallel computing and a high-level programming language. For this, it was developed a program with Python language, using libraries like NumPy and SciPy for performing general mathematical operations, and the framework Apache Spark for performing the algorithm parallelization. It used Fourier transform properties for energy absorption and final response calculation. The environment geometry and parameters, as well as to object positions, are given to the algorithm through input files, making simple environment customization. The developed algorithm enables the obtainment of the impulse response of any three-dimensional environment, in parallel, consequently faster than non-parallel methods, besides demonstrating that this response is similar to the analytical base response.A caracterização acústica de ambientes é um fator importante para a projeção e construção de ambientes acusticamente melhores, como salas de concerto, salas de aula, teatros e até mesmo em casas. Os parâmetros acústicos obtidos podem ser valores como o tempo de reverberação, ou até mesmo a resposta ao impulso da sala (RIR - Room Impulse Response), que descreve como a energia sonora se atenua nesse ambiente, em função do tempo. Esses parâmetros obtidos estão relacionados com fatores como a inteligibilidade da fala no ambiente. O objetivo desse trabalho é fornecer um programa capaz de realizar as computações de cálculo dessa resposta ao impulso, considerando absorção de energia dependente da frequência sonora, de forma paralelizada e em linguagem de programação de alto nível. Para isso, foi desenvolvido um programa na linguagem Python com o uso de bibliotecas auxiliares como NumPy e SciPy para realização de operações matemáticas gerais, e do framework Apache Spark para realizar a paralelização do algoritmo. Foram utilizadas propriedades da transformada de Fourier para cálculos de absorção de energia e resposta final. A geometria e os parâmetros do ambiente, bem como as posições dos objetos, são indicados ao algoritmo através de arquivos de entrada, tornando simples a customização de um ambiente. O algoritmo desenvolvido possibilita a obtenção da resposta ao impulso de um ambiente tridimensional qualquer, de forma paralelizada, por consequência mais rápida do que a de métodos não paralelizados, além de demonstrar que essa resposta é similar à resposta analítica de base.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilBacharelado em Engenharia de ComputaçãoUTFPRRosa, Marcelo de OliveiraGomes, Marcio Henrique de AvelarBrante, Glauber Gomes de OliveiraRosa, Marcelo de OliveiraZanetti, Giovanni Luiz2022-07-04T17:28:04Z2022-07-04T17:28:04Z2021-10-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfZANETTI, Giovanni Luiz. Simulação da resposta acústica ao impulso em ambientes tridimensionais utilizando computação paralela. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia da Computação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28985porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2022-07-05T06:06:40Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/28985Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2022-07-05T06:06:40Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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