Modelli a poli comuni per sistemi acustici multicanale

Questa tesi raccoglie i più rilevanti risultati del lavoro svolto dall'autore nel quadro del XXI ciclo del Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell'Informazione e della Comunicazione nel triennio accademico 2005-2008 presso la Facoltà di Ingegneria della Sapienza di Roma. L'argomento centrale, e insieme il filo conduttore del materiale presentato, è un metodo numerico di rappresentazione di funzioni di trasferimento acustiche detto a Poli Acustici Comuni, e abbreviato nel seguito con l'acronimo CAP (dall'inglese Common Acoustical Poles ), originariamente introdotto nel 1992 [1]. Tale metodo, già usato con successo in questo dipartimento [2] promette di rappresentare gran parte delle proprietà acustiche di un ambiente con nato per mezzo di una componente ricorsiva comune a tutti i canali acustici entro l'ambiente scelto(ovvero ad ogni accoppiamento lineare tra una sorgente e un sensore) . Una simile prospettiva riveste notevole interesse per tutte quelle applicazioni, in ambiti come le Telecomunicazioni, la Multimedialità e l'Intrattenimento, che sfruttano interfacce acustiche, mobili o multicanale, per la riproduzione o la cattura di contenuti sonori. Il riferimento va in particolare a quella classe detta di interfacce acustiche intelligenti [3], che incorpora complessi sistemi di elaborazione del segnale per compiti quali lo speech enhancement, l'inversione acustica, la cancellazione d'eco e di rumore, la separazione di sorgenti o la localizzazione sonora. Sebbene dal momento della sua introduzione la modellazione basata su CAP non abbia trovato frequentissima applicazione, l'avvicinamento al problema all'inizio di questo lavoro ha suggerito che numerose implicazioni dietro l'idea originale fossero ancora inesplorate. In accordo con tali convincimenti, la presente tesi si articola intorno a quattro principali contributi originali, raggiunti in seguito a una nuova e migliore comprensione del signi cato della modellazione basata su CAP: l'introduzione di un nuovo metodo per la selezione dell'ordine di modellazione [4], l'uso dei CAP nella cancellazione d'eco stereofonica [5], la derivazione di espressioni semi-analitiche per modelli basati su CAP in sistemi 3-D, e la proposta di un nuovo metodo di stima. Proprio attorno a questi risultati è organizzata la divisione del materiale presentato. Il capitolo 1 introduce la modellazione basata su CAP e i relativivi metodi di stima, ne fornisce una motivazione teorica e, dopo aver trattato il problema della scelta dell'ordine di modellazione in questo contesto, propone un nuovo criterio per la sua selezione. La trattazione è seguita dalla descrizione delle simulazioni usate nella validazione del metodo proposto. Il capitolo 2 si occupa dell'applicazione della modellazione basata su CAP al problema della cancellazione d'eco stereofonica. Il paragrafo 2.1 e parte del 2.2 forniscono una panoramica sui sulle particolari problematiche connesse a questa particolare applicazione, nel quadro della più generica cancellazione d'eco adattativa. Una nuova architettura basata su CAP è proposta nel paragrafo 2.2.3, e lì confrontata sperimentalmente con il corrispondente sistema allo stato dell'arte in letteratura. Il capitolo 3 prende le mosse dall'approfondimento della teoria dietro l'idea dei CAP. A dispetto delle di coltà ricordate nel capitolo 1 sulla derivazione di espressioni analitiche di funzioni di trasferimento acustiche per sistemi 3-D, il lavoro qui presentato ottiene su questo fronte dei risultati nel caso 1-D, e li estende a una particolare con gurazione per ambienti a 3-D. Ciò permette di derivare nuove espressioni analitiche per modelli basati su CAP, da una parte allargando la conoscenza del problema in sé, e dall'altra aprendo nuove potenzialit à per la valutazione quantitativa dei metodi di stima esistenti. Nel capitolo 4 è proposto un nuovo metodo di stima dei parametri invarianti nella modellazione CAP, nell'ottica di rispondere ad esigenze non soddisfatte dai metodi di stima attualmente esistenti. I risultati descritti nel capitolo 3 sono qui usati per confrontare sperimentalmente le prestazioni del metodo proposto con quelle del più accreditato metodo esistente. In primo luogo, le prove presentate mostrano che la nuova tecnica permette di raggiungere un grado di accuratezza largamente superiore. In secondo luogo, essendo le prove eseguite di per sé innovative, esse hanno permesso di mettere in luce importanti debolezze nel più citato tra i metodi in letteratura