Course detail

Digital Audio Signal Processing

FEKT-MPC-CASAcad. year: 2025/2026

Acoustic signal and its essential characteristics, auditory masking, approaches to implementation of discrete and digital systems for sound processing, essential and advanced methods and structures for sound processing, time-invariant and –variant systems and their optimized simulation and implementation, implementation of frequently used tools for sound processing and musical effects, non-linear systems for sound processing and their implementation, sound panning systems, simulation of sound propagation in enclosed space and ways of its implementation, restoration of damaged audio recordings.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

6

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

Ing. Miroslav Balík, Ph.D.

Department

Department of Telecommunications (UTKO)

Entry knowledge

The subject knowledge on the Bachelor degree level is required.

Rules for evaluation and completion of the course

Evaluation of study results follows the Rules for Studies and Examinations of BUT and the corresponding norm of FEEC. Up to 20 points are given for each of two tests in computer exercises. Up to 60 points are given for the final written examination.
It is obligatory to do all computer exercises and tests to complete the course. Other forms of checked instruction are specified by a regulation issued by the guarantor of the course and updated for every academic year.

Aims

The aim of the course is to provide students with information about essential simulation methods and implementation procedures in the area of digital audio signal processing. Considerable attention is devoted to the present trends in the area of general audio signal with focus on musical signals.
Students get a detailed overview of procedures of analysis and digital signal processing of acoustic signals. They will gain experience of discrete and digital system simulation with the help of modern simulation tools. They will be able to design and simulate algorithms for acoustic signal processing, which are directly designed for the CPU of a computer system or for signal processor.

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

Ifeachor, E.C. Jervis, B.W. Digital Signal Processing - A practical Approach, 2nd ed. USA: Pearson Education Limited, 2002, ISBN 0201596199. (CS)
Zolzer, U. DAFX - Digital Audio Effects. Chichester: John Willey & Sons Ltd., 2005, ISBN 0471490784. (CS)

Recommended reading

Not applicable.

Classification of course in study plans

  • Programme MPC-AUD Master's

    specialization AUDM-TECH , 2 year of study, winter semester, compulsory-optional
    specialization AUDM-ZVUK , 2 year of study, winter semester, compulsory-optional

  • Programme MPC-EKT Master's 0 year of study, winter semester, elective
  • Programme MPC-TIT Master's 2 year of study, winter semester, compulsory-optional

  • Programme MITAI Master's

    specialization NSPE , 0 year of study, winter semester, elective

Type of course unit

 

Lecture

26 hod., optionally

Teacher / Lecturer

Ing. Miroslav Balík, Ph.D.

Syllabus

1. Zvuk a jeho základní vlastnosti, objektivní a subjektivní rovina 2. Směrové slyšení, HRTF, maskování zvuku, v časové a kmitočtové oblasti, binaurální maskování, 3. Diskrétní signály a systémy, základní pojmy a rozdělení, přístupy k realizaci diskrétního systému, 4. Specifika číslicových systémů, číselné reprezentace, kvantovaní chyby, doporučení pro implementaci diskrétního systému, 5. Základní prostředky pro realizaci diskrétních systémů, zpožďovací zásobníky, formy a struktury, 6. Systémy s nekonečnou impulsovou odezvou, LTI a LTV, Wah-wah, All-pass Phaser, 7. Systémy s konečnou impulsovou odezvou, LTI a LTV, vCOLA, 8. Hudební efekty založené na zpoždění signálu, Echo, Phaser, Chorus, Flanger, 9. Systémy pro úpravu dynamiky signálu, limiter, kompresor, expander, šumová brána, DRC, Maximizer, De-esser, 10. Nelineárních diskrétní systémy, modely a jejich implementace, měkké a tvrdé ořezávače, simulace elektronkového zesilovače, kmitočtově závislé a nezávislé zkreslovače, 11. Diskrétní systémy pro simulaci poslechového prostoru, přístupy k simulaci, typy simulace, prvotní, následné a mnohonásobné odrazy, implementace na základě FDN, 12. Restaurace akustických signálů, potlačování širokopásmového šumu, potlačování impulsního rušení v akustickém signálu.

Laboratory exercise

39 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

Ing. Miroslav Balík, Ph.D.

Syllabus

1. Praktické ukázky implementace systémů pro zpracování akustických signálů, zásuvné moduly, 2. Opakování základů Matlabu, zobrazování výsledků analýz v Matlabu, časová analýza signálu, kmitočtová analýza periodických a aperiodických signálů, 3. Implementace IIR a FIR systémů v časové oblasti přímou formou a pomocí kanonických forem, 4. Kombinace systémů a základních struktur, pokročilé zpožďovací struktury, 5. Časově invariantní parametrické IIR filtry, realizace v Matlabu pomocí kombinace systémů, 6. Úvod k pokročilým simulacím systému v Simulinku, procesy na popředí a pozadí, první test z počítačových cvičení, 7. Přechod od časově invariantních k variantním systémům, způsoby jejich analýzy v Matlabu a Simulinku, generátory LFO v Simulinku, 8. Časově variantní systém se změnou středního nebo mezního kmitočtu (WahWah), se změnou dopředných a zpětných vazeb (All-pass Phaser), 9. Časově variantní systém se změnou délky zpožďovacího zásobníku (Chorus, Flanger, Phaser), detektor špičkové a efektivní hodnoty, diskrétní integrátor signálu, 10. Optimalizovaná implementace FIR systému vyššího řádu, optimalizovaná implementace současné FIR filtrace dvou signálů, implementace časově variantního FIR systému, 11. Systémy pro úpravu dynamiky signálu, systém DRC, maximizer, 12. Základní nelinearity a nelineární systémy, kmitočtově závislé nelineární systémy (Exciter), obecný kmitočtově závislý zkreslovač (Enhancer), 13. Struktury pro simulaci poslechového prostoru, simulace prvotních odrazů, násobných odrazů a mnohonásobných odrazů v uzavřeném akustickém prostoru, druhý test z počítačových cvičení.