3ª Reunião do projecto Ciência Viva P-IV-1994
“Acções Integradas sobre o Sentido da Audição”
Local: Gabinete I325 da FEUP
Data: 29 de Junho de 2001
Participantes:
Aníbal
Ferreira (coordenador, INESC Porto / FEUP)
Gabriel
Fernandes (INESC Porto)
António
M. L. Silva Pereira (E.S. Fontes Pereira de Melo)
Guilherme
E. O. Resende Silva (Colégio Internato Carvalhos)
Angelo
da Costa Cabral (Colégio Internato Carvalhos)
Introdução
A reunião foi convocada pelo coordenador com o
objectivo de discutir os seguintes tópicos:
· informação sobre visita efectuada ao 5º fórum Ciência Viva,
·
ponto da situação relativamente ao projecto do
demonstrador físico da hidromecânica da cóclea,
·
ponto da situação relativamente ao projecto do
sonómetro,
·
informação sobre aplicação em PC a ser desenvolvida
ilustrando, de forma interactiva, a análise espectral de sinais de voz e sua
caracterização nomeadamente em termos de tonalidade e formantes.
Discussão
O coordenador começou por relatar aos parceiros a
visita que realizou ao 5º Fórum Ciência Viva, que teve lugar no Parque das
Nações, entre os dias 11 e 12 de Maio de 2001. Com a ajuda de algumas
fotografias que captou no local, ilustrou o tipo de realizações em exibição e
deu uma panorâmica sobre a organização do evento. Esta informação, juntamente
com outra disponível no portal http://www.cienciaviva.mct.pt/concurso/forum/, é importante
para o projecto tendo em vista a nossa participação no próximo fórum (6º Fórum
Ciência Viva).
Posteriormente, o coordenador realizou uma visita
ao “Imaginarium”, na Vila da Feira, para registar nesse espaço de
experimentação didáctico-científica, a forma com é tratado o sentido da audição
e como são ilustrados os aspectos relativos à natureza do som. Foram captadas
também algumas fotografias que serão divulgadas aos parceiros na próxima
reunião de projecto.
Na sequência deste relatório, faz-se referência aos
restantes aspectos abordados na reunião pelos parceiros e relativos
especificamente a cada uma das actividades previstas no projecto.
Actividade
A
(projecto e construção do demonstrador ilustrativo dos princípios de funcionamento da região periférica do sistema auditivo humano, INESC Porto, ESFPM)
Foi mostrado um novo modelo de demonstrador da
hidromecânica da cóclea, totalmente construído pela ESFPM. Apesar de algo
inspirado no modelo anterior, este novo modelo tem a vantagem de ser bastante
flexível, permitindo reformular a sua estrutura, o que facilita sobremaneira a
sua adaptação para um formato que evidencie o efeito desejado de selectividade
em frequência. O coordenador conseguiu também um sistema eléctrico-mecânico que
induz as oscilações pretendidas no líquido no interior do modelo. Este sistema
é capaz de induzir oscilações com frequências desde cerca de 3 Hertz até cerca
de 50 Hertz. A construção actual do demonstrador ilustra-se na figura seguinte.
As microválvulas destinam-se a forçar uma
constrição ajustável em cada um dos vasos comunicantes, de modo a estudar a sua
influência.
A experimentação do demonstrador revelou que a
ideia de forçar em cada um dos vasos comunicantes um diferente volume de água e
de ar, não é suficiente para obter, para diferentes frequências de excitação do
líquido, uma característica diferenciada de ressonância. Recorda-se aqui que o
objectivo pretendido é uma réplica do princípio físico que no interior da
cóclea humana permite decompor um sinal em frequência. Concretamente, para
frequências de excitação baixas, deverá oscilar predominantemente o nível de
líquido no vaso mais afastado do ponto de excitação. Inversamente, para
frequências mais altas, deverá oscilar predominantemente o nível de líquido no
vaso mais próximo do ponto de excitação. O que o demonstrador evidencia é que
para frequências baixas, o nível de líquido em todos os vasos varia mais ou
menos em função da constrição neles forçada. Só é realmente notório o
(desejado) efeito de se visualizar, à medida que a frequência de excitação
aumenta, que a oscilação nos vasos mais distantes do ponto de excitação é cada
vez menor.
Porém, o outro efeito pretendido de só se
visualizar uma oscilação relevante nos vasos mais afastados do ponto de excitação, à medida que a frequência de
excitação diminui, não se conseguiu demonstrar.
Concluiu-se também que dado que o ar é
compressível, para frequências elevadas, a turbulência do movimento de ar e
água é tal que não permite a apreciação de um efeito revelador. Surgiu então a
ideia, a tentar mais tarde, de não permitir a existência de ar no interior do
demonstrador e de substituir as pequenas ligações em que se situam as
micro-válvulas, por estruturas que imponham uma barreira elástica entre os
vasos da parte de frente e da parte de tráz, da mesma forma que a membrana
basilar (e a de Reissener) separa, no interior da cóclea humana, a rampa
vestibular da rampa timpânica.
Posteriormente e com este objectivo, o coordenador
construiu três pequenos sistemas, formados por pequenos tudos, caixas de rolos
de fotografias e membranas de balão. A diferenciá-los estava o maior ou menor
grau com que a membrana elástica estava esticada em cada um dos sistema. O
objectivo era conseguir diferentes características ressonantes tal como
acontece na membrana basilar (ao longo do seu comprimento) no interior da
cóclea humana. A estrutura de cada sistema ilustra-se na figura seguinte.
Inseriu-se um sistema no meio da estrutura, outro
no início e outro no fim. Os restantes vasos intermédios foram bloqueados. O
sistema foi preenchido com água (operação que se revelou muito difícil) e foi
ensaiado, tendo-se também conseguido arranjar uma solução para visualizar bem o
movimento do líquido em cada um dos vasos. Concluiu-se que a selectividade
pretendida às baixas frequências não era evidenciada, possivelmente devido a
dificuldades no ajuste da rigidez da membrana em cada um dos vasos. Além disso,
o sistema começou a ter fugas (absorvendo ar) através dos vasos intermédios,
que não estariam bloqueados de forma efectiva. Face a este fracasso, espera-se
por novas ideias de reformulação do demonstrador, pela oportunidade da próxima
reunião.
Actividade
B
(projecto e
implementação de um dispositivo compacto e apelativo para a monitorização de
níveis e exposições sonoros, INESC Porto, CIC)
Na sequência do deliberado na última reunião sobre
este ponto, foi feito o ponto da situação sobre o desenvolvimento da versão
mais complexa do sonómetro, foi feita uma demonstração (embora com base numa plataforma
em DSP diferente da prevista para o sistema final) do algoritmo de análise
espectral e de medida de intensidade sonora em dBs, e os parceiros do CIC
apresentaram um protótipo da versão mais compacta do sonómetro. Este sistema
tem como principal vantagem a sua simplicidade e baixo custo. Foi comprovado o
seu funcionamento e foi apontada a conveniência de se dispôr de mais LEDs
(desejavelmente sete) do que os quatro da versão actual. Desta forma ter-se-á
um sistema com melhor resolução na indicação das intensidades sonoras, e por
isso mais apelativo.
Espera-se que a versão em DSP do sonómetro seja
capaz de abarcar a gama dos 40 dBs até aos 120 dBs. Os componentes fundamentais
desta versão já foram encomendados, a programação do DSP já se encontra em fase
adiantada (constitui o trabalho de fim de curso de um aluno da LEEC) e dela
espera poder-se fazer já uma demonstração pela oportunidade da próxima reunião
de projecto. O projecto em hardware da parte mais crítica envolvendo DSP,
conversor A/D e sistema LCD já se encontra em curso.
Actividade
D
(projecto,
construção e manutenção de uma página na “Internet” sobre o projecto, suas
realizações tecnológicas inovadoras e acções integradas de formação,
demonstração tecnológica e sensibilização, todos os parceiros)
Foi dado a conhecer aos parceiros no âmbito desta
actividade que se desenvolverá uma aplicação interactiva para PC, sobre a
análise de sinais áudio. Concretamente, a aplicação visará a análise de sinais
de voz, representando-os quer no tempo, quer na frequência. Porém, esta última
representação será complementada com informação de análise espectral como seja
por exemplo, a tonalidade da voz e a localização dos três primeiros formantes.
Esta aplicação encontra-se num estado adiantado de desenvolvimento (é motivo de
trabalho de fim-de-curso de um aluno da LEEC) e pretende-se ainda valorizá-la
com características que potenciem as suas valências interactivas como seja a
identificação (limitada) do orador e o reconhecimento de vogais. Na próxima
reunião de projecto será feita uma demonstração desta aplicação.
Actividades
E e F
(planeamento,
preparação e condução das acções pedagógicas incluindo as componentes de
demonstração/experimentação, apresentações/debate e testes audiométricos, todos
os parceiros)
Não houve discussão sobre estas actividades.
Relembra-se por último que os parceiros podem
efectuar pequenas despesas (as “grandes” deverão ser feitas pelo próprio INESC
Porto) havendo lugar a posterior reembolso. Deverão para este efeito solicitar factura
da despesa, em nome do INESC Porto, e mencionando o seu nº de contribuinte:
504441361.