Sonido envolvente

Cuando se habla de sonido envolvente muchos somos los que pensamos en un equipo de cine en casa,
o una buena sala de cine con infinidad de surrounds en las paredes laterales.Pues bien, la holofonía,
técnica inventada por Hugo Zuccarelli, permite escuchar un sonido cualquiera como si se estuviera
oyendo en un entorno 3D, es decir podría emular la procedencia del sonido, tal y como lo perciben
nuestras orejas, con un par de auriculares.

Para tratar de entender un poco esto,quizá sea necesario tener una idea básica de como funciona nuestro
oído en lo referente a la sensación tridimensional. En principio, el sonido llega a nuestras orejas
y es procesado por el cerebro teniendo en cuenta la amplitud y fase que llega a cada una de ellas, así como
el retardo entre ambas señales. Los estudios realizados sobre retardos, reberveración y ecos, tienen
mucho que ver con el efecto Haas, y en lo referente a lo que esta entrada trata, viene a decir que para que
una oreja no pueda localizar la procedencia de un sonido, la segunda señal recibida del mismo sonido debe ser de mayor volumen que la primera, en caso contrario y siempre que el retardo sea inferior a los 50 ms, el cerebro podrá localizar de una forma u otra la fuente de sonido.

Para conseguir este realismo, se debe realizar una grabación holofónica del sonido, que básicamente consiste en utilizar un maniquí con un par de micrófonos omnidireccionales en cada oído, registrando el sonido. La idea de partida parece muy convincente,ya que dimensionando un maniquí con unas dimensiones de cabeza más o menos estándar (dummy head) se podría hacer una captación más realista, teniendo en cuenta el espaciado existente entre las orejas, y la teoría básica comentada anteriormente. La recombinación se realiza con el algoritmo de Cetera, siendo la salida final monoaural.

Hay grabaciones holofónicas en youtube, así que podemos pasar un buen rato jugando con la imaginación,
ya que el cerebro tiene un papel fundamental en este fenómeno, teniendo en cuenta que el efecto Haas comentado se basa en la percepción cerebral. Podemos hacer un ejercicio simple, cerramos los ojos y tratamos de imaginar por qué lado se mueven las personas que dialogan en alguna grabación de las que hay,si se acercan,si se alejan, a que distancia se producen los golpes de puertas y otros ruidos, etc etc etc...

Juzguen ustedes, recordad usar cascos y elevar el volumen, y a ver que os parece:

A mi personalmente la parte que más me impresiona, es la del ruido de las tijeras (min 3:04), se aprecia bastante bien como cambian rápidamente de posición  entorno a la nuca y la parte posterior de la cabeza,con el movimiento del barbero, e incluso los pequeños cambios de distancia. Imagino que un oído bien entrenado disfrutaría bastante con estas grabaciones.

Por último una apreciación simplemente personal,y animo al lector que sea a que escriba un comentario
aclarandome una duda que tengo sobre esta tecnologia.Yo realmente no tengo ni idea de como se hará el proceso de recombinación de la señal final, pero ¿ Porqué no se tiene en cuenta el canal derecho (R)? No aprecio ningún sonido en el canal derecho , entiendo que es porque la señal es monoaural, pero lo que no entiendo es que segun la teoria de localizacion del sonido, el oido que capta el primer estimulo es el estimulo que usa el cerebro para localizar la fuente. Si esto es asi, si ese primer impulso se oyera en el oido
derecho,por ejemplo, porque alguien nos estuviese susurrando por ese oído, deberíamos oírlo por dicho oído,no??? al fin y al cabo en estas grabaciones se usan dos micrófonos.

En fin, es una duda que tengo, en parte por mi ignorancia acerca del procesado o del algoritmo de recombinación que se usa, o quizá por la imprecisión y limitado de mis conocimientos acerca del sistema de localización del oído.

Pureza de la señal de audio

Cada vez son más los equipos electrónicos presentes en cualquier lugar de nuestro entorno,
constituyendo cada uno de ellos una fuente interferente para los diversos sistemas audiovisuales
que dispongamos. Como no podía ser de otra manera, en los equipos de audio el problema de las
interferencias EMI esta muy presente y en la medida que se adopten soluciones para ello obtendremos
una mayor calidad de sonido.

Un papel muy importante para ello lo desempeñan el propio cableado y las diversas conexiones
de la instalación de sonido que hagamos. El cable en si mismo juega un papel tan importante
incluso como los propios instrumentos. Más allá de que el conector sea de oro o no, lo que realmente
importa es si el cable esta apantallado y el esquema de captación de señal utilizado hacia los amplificadores
de sonido.

Cuanto mayor sea el grado de apantallamiento mejor, es decir podríamos tener una malla para el vivo
y otra para el retorno de corriente. Una conexión no balanceada de esta manera , en la cual la malla
solo este llevada a masa en uno de los extremos, y el hecho de que las distancias de cableado suelen
superar los 5 metros pueden dar lugar a fuentes de ruido en nuestra señal de audio importantes.

Por ello es importante que la conexión sea balanceada y que se rompa el bucle de corriente generado
por masas diferentes,esto se logra conectando la malla de los cables de audio a masa, en ambos extremos,
siendo la fuente de sonido,por ejemplo un micrófono, y el otro extremo el correspondiente a la entrada del amplificador.

Aunque el apantallamiento es una medida que ayuda a limpiar nuestra señal de audio, no es la solución
definitiva ya que las interferencias de origen magnético no se pueden eliminar y constituyen otra
fuente de ruido.

Si nuestro grado de obsesión por la pureza de sonido es muy alto, siempre podremos utilizar
cableado optico multimodo donde sea posible. Las ventajas de la fibra óptica en compatibilidad electromagnética sobre cualquier otro coaxial son de sobra conocidas en el mundo de las comunicaciones, al ser la conexión por luz, no existirá acoplamiento electromagnético por ninguna fuente de ruido.

Otra opción empleada en mundo del audio digital, es la utilización de amplificadores de sonido en base
a válvulas, en lugar de amplificadores de transistores, una ventaja en este caso es la eliminación
del ruido térmico asociado al proceso de amplificación. En cambio, la distorsión de sonido que producen
los amplificadores de válvulas debido a la necesidad de transformadores, es prácticamente inapreciable
para el oído. De ahí que tengan buena fama entre los músicos.

     

De todas formas, no deja de ser en realidad una obsesión de los músicos por los componentes antiguos,ya que en realidad los amplificadores operacionales basados en transistores se siguen empleando con muy buenos resultados en gran parte del procesado del audio, tales como en las tarjetas de sonido para pcs, dando buenos resultados en la creación musical o formando parte de un estudio de grabación. Hasta existen foros, donde se debate que amplificadores operacionales pueden reemplazarse para influir en la calidad de sonido. 

Acústica de salas

Varios son los factores que influyen en la acústica de sonidos que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñar una sala de orquestas, un aula de clase, escenarios de actos... Efectos como el tiempo de
reverberación y la ganancia de la sala, son fundamentales, de ahí que en primer lugar debamos tener en
cuenta la geometría del recinto,un recinto rectangular de paredes duras o poco absorbentes con
dimensiones grandes puede dar lugar a ecos indeseados,en cambio unas dimensiones mas reducidas pueden lograr una sensación mayor de intimidad. Lo mismo podría decirse del techo,podemos tener el típico techo plano, o bien con el techo inclinado en modo rampa o cuesta, desde el escenario,la idea en estos casos es proporcionar mayor superficie de techo para un área concreta alejada del escenario de actuación. Apoyarse en paredes, plataformas flotantes da mucho juego a los diseñadores, por ello es habitual ver salas de orquesta situando a los oyentes en diversas alturas.

La verdad es que muchas de las ideas que se tienen en cuenta a la hora de diseñar una sala acústica
se basan únicamente en la reflexión de sonido. Una solución planteada en muchos salas de orquesta es adornar el techo con material difusor, así como los laterales con infinidad de ornamentos, cuyo objetivo va más allá del puramente estético. Una estructura de los elementos difusoras es para el sonido como una lente divergente es para la luz, es decir su misión es expandir las ondas de sonido por todo el recinto.Por este motivo, estas estructuras suelen adoptar formas convexas.

El fenómeno de la resonancia, comentado en una entrada anterior, ayuda también a expandir el sonido, de la misma forma que es utilizado en muchos instrumentos de cuerda o cajas acústicas. Habrá cierto espectro de frecuencias que se vean reforzados por diversos elementos del recinto, de manera que entren en resonancia y cada uno de ellos actué como un amplificador de sonido.

El tiempo de reverberación es muy importante, y se puede calcular con la fórmula de Wallace Clement Sabine, aunque en la práctica lo que suele hacerse es medirse, generando un ruido impulsivo y observando el tiempo que pasa en dejar de oírse, teóricamente con un nivel de 60 dB por debajo del nivel original.

Dependiendo de la funcionalidad que se quiera dar a la sala, dicho tiempo deberá ser mayor o menor. Si lo que se desea es un sonido más natural e inteligible, por ejemplo en el caso de aulas de clase, se requerirá un tiempo de reverberación pequeño para lograr que no se entremezclen fonemas. Un tiempo mayor puede ayudar en algún concierto o en la percepción de sonidos musicales al dotar al sonido de mayor continuidad y profundidad.

En instalaciones al aire libre o recintos abiertos no existe el problema de la reverberación, y ademas de los ecos y demás posibles reflexiones, existen otros factores como el viento, la temperatura,humedad e incluso la capacidad del recinto o concentración de personas en el evento que afectan a la propagación del sonido.

El viento puede favorecer a un sector de los espectadores en perjuicio de otros, desplazando las ondas de sonido, ya que refracta dichas ondas cambiando su dirección.La temperatura igualmente produce refracción hacia arriba, ya que siempre hay mayor temperatura en las masas de aire cercanas al suelo. Las personas somos un buen material absorbente, y por lo tanto eso afecta a la atenuación del sonido, dificultando el alcance hacia las zonas mas alejadas. Esto ya lo sabían los romanos, y en las gradas de los anfiteatros romanos se situaba cada fila ligeramente por encima de la anterior. Esto daba lugar a una menor absorción y poder recibir mayor número de reflexiones del escenario, además lógicamente de una optima visualización.

Micrófonos espía

Los hemos visto en películas de espías,detectives,en tiendas e incluso en algunos videojuegos,
también son fuentes de problemas diplomáticos actualmente entre EEUU y diversos países europeos, estando en boca de los principales noticieros del mundo. Su finalidad es pasar inadvertido a los ojos de la victima gracias a su reducido tamaño y logrado camuflaje, para así grabar la voz, enviando la conversación captada a larga distancia, en este sentido tenemos micrófonos que envían la señal por radiofrecuencia hacia un receptor UHF o via GSM.

Los micrófonos GSM en especial también tienen otra aplicación más legal, por ejemplo a la hora de monitorizar el estado de algún lugar, una casa,habitaciones,etc... en ausencia del dueño. Basta con hacer una llamada al numero de la tarjeta SIM integrada para poder escuchar todo lo que ocurre en su casa desde su móvil. Aunque hoy en día es más factible realizar esta operación mediante internet, en concreto esta idea esta en pleno auge en lo que se denomina internet de las cosas.

Sin embargo estos micrófonos ya están muy vistos y solamente pueden mejorarse en su aspecto externo,
lográndose una mayor ocultación. De hecho cualquiera podría construirse uno fácilmente mediante un transmisor FM y un micrófono electret: http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/10124193/Microfono-espia.html

Si bien es cierto que el diseño puede mejorarse aun más (sobretodo el aspecto fisico y tamaño) y hacerse todo lo complejo que se quiera, de hecho algunos hasta tienen un detector de sonido o
movimiento para ahorrar alimentación, todo ello bien enmascarado, con la apariencia de una inocente calculadora de oficina.

También están los inadvertidos micrófonos que se acoplan a la linea telefónica y que se alimentan
a través de ella, gracias a que el conector telefónico rj-11 dispone de un terminal de
alimentación dotándoles de mayor autonomía, y posibilitando así grabar conversaciones telefónicas
durante mucho más tiempo. Todos ellos tienen un precio bastante elevado,de alrededor de los 300 euros.

Pero entre todos los tipos, el que mas me llama la atención es el micrófono láser que vi por primera vez jugando al videojuego de Tom Clamcy Splinter Cell (del NSA), donde en una de las misiones había que grabar una conversación secreta entre un pirata informático y un tal Grinko, apuntando con un transmisor láser a la cristalera del ascensor en donde ambos conversan; en el vídeo que adjunto aparece en uso en el minuto 4:50 en adelante...

Lo que se hace con este micrófono es apuntar con un puntero láser a una superficie donde se registre la vibración sonora de la conversación a captar, el mismo principio que en un estotoscopio, en micrófonos por sonda,de pared. La superficie debe ser suave, para un mejor funcionamiento del micrófono, de manera que con un receptor se pueda leer correctamente el rayo láser reflejado.Este micrófono es real, y se vende comercialmente,y como se deprende de lo anterior consta de dos partes diferenciadas e independientes, por un lado tenemos el láser emisor y por otro el sistema receptor, ambos dispuestos en sendos trípodes. También disponen de un amplificador de audio y  opcionalmente de una grabadora. El sistema receptor suele ser un diodo pin y debe disponer de un filtro para eliminar el ruido interferente debido a las reflexiones externas e internas de las ondas de sonido. Por otra parte la transmisión debe poder ajustarse mediante alguna variación en el tono modulado o bien moviendo simplemente el receptor, hasta conseguir una adecuada recepción.

Instalación de altavoces

Cuando se tiene la intención de sonorizar un escenario o habitación, son varios los aspectos
que tenemos que ver en cuanto a la prueba/mantenimiento y disposición de los altavoces.

El primer punto consiste en verificar el correcto funcionamiento de los altavoces, siendo
importante respetar la polaridad de todos ellos, pues se debe cumplir la condición de fase,
todos los conos deben estar en sincronía para evitar cancelaciones de sonido, y dar mayor rendimiento
a la potencia eléctrica que se consume. Por lo tanto es importante tener en cuenta las impedancias de los altavoces, realizando las conexiones paralelo/serie que logren la adaptación mas adecuada con las impedancias de salida de los amplificadores. El fin es siempre el mismo, no desperdiciar
potencia eléctrica y maximizar el rendimiento sonoro.

Si la polaridad es la correcta (polo positivo de la alimentación con el polo positivo del altavoz)
el cono deberá empujarse hacia fuera, moviéndose en sentido contrario cuando se invierten los polos.
Por ello es importante que todos los altavoces dispuestos sobre una columna o por ejemplo en altavoces
de varias vías, se respete la polaridad, de manera que todos ellos hagan el mismo movimiento en cada
momento.

También se puede probar a mover el cono, verificando la posibilidad de obstrucción de este con el entrehierro. Una mala alineación entre el entrehierro y la bobina, o la presencia de algún pequeño obstáculo, puede provocar distorsión en el sonido o una defectuosa transducción. Esto es importante para los tonos graves, pues conllevan un gran desplazamiento de aire.Otra medida de utilidad es comprobar la impedancia del altavoz, que oscilara entre los 2 /16 ohmios,esta medida puede realizarse con un polímetro, de manera que si se detecta un circuito abierto es que el altavoz directamente no funciona.

En cuanto a la instalación física de los altavoces, dependerá del tipo de altavoz, diferenciándose unos de otros por la frecuencias a las que trabajan, así tenemos altavoces de tipo woofer, squawker y tweeters, correspondientes a tonos graves,intermedios y agudos,respectivamente.

En la figura se ve cada uno de ellos montados posiblemente en una sola caja de 3 vías,
cada vía dispone de su malla de componentes RLC, que no es mas que una red de filtrado
analógico para cada vía, dicha red podrá ser sencilla o compleja dependiendo del afinamiento del
filtrado. Por ejemplo para el tweeter, debería ser una red de filtrado de tipo paso-alto,
para dejar pasar solo las altas frecuencias.

Podemos dispersar los altavoces mediante pies de caja acústicas, soportes murales universales, columnas o
fijándolas en el techo. Un altavoz de graves es omnidireccional y por lo tanto su ubicación puede ser
en cualquier lugar, si bien si la sala es de reducidas dimensiones conviene colocarla cerca de la pared
para hacer que rebote hacia el centro de la sala. Personalmente suelo colocar el subwoofer (20/80Hz)
un poco por delante del televisor, a baja altura ligeramente descentrado, con intención de que ese rebote
llegue al sofá. Pero eso es una sola una manía, en realidad el subwoofer se puede colocar donde se quiera,
debido a su omnidireccionalidad.

En altavoces colgados en el techo, se tiene en cuenta el tamaño del cono, cuanto mas pulgadas, mayor
direccionalidad se obtiene, siendo óptimos para techos altos. Existen esquemas de distribución de
estos altavoces que tienen en cuenta la altura media del oido humano, establecido en 1.5 m, así como
la propia altura del techo. Básicamente establecen la separación entre cada altavoz en el techo,
cubriendo el área a sonorizar.El esquema mas obvio seria cubrir con una matriz de puntos respetando
dicha separación todo el área, representando cada punto el altavoz.

La disposición de los altavoces en columna, mejora la direccionabilidad ya que permite que se logre sonorizar mayor recorrido del escenario, así cuanto mas altavoces pongas en la columna (cuanto mas proximos unos de otros mejor) más lejos se podrá emitir sonido,evitando la posible cancelación debida a rebotes.

Si lo que se pretende es mejorar la direccionabilidad horizontal, la disposición en abanico de los altavoces
seria la mas adecuada.Estando los altavoces en distinto nivel.

Para un sistema de cine en casa, recomiendo ver el siguiente enlace:
http://www.xataka.com/altavoces/como-debemos-colocar-los-altavoces-de-nuestro-home-cinema

Potencia del sonido

Una de las experiencias de la fisica que mas me impresionaba cuando estudiaba en la ESO
era el estallido de copas o rotura de cristales con sonido... yo me preguntaba
por que eso era posible, es cierto preveer que cuanto mas volumen le dabas al tono, más
energia llevaba la onda y por lo tanto de algun modo eso magicamente se transformaba en un
golpe seco y potente al vaso,la cubeta o lo que fuera...pero resulta que eso por si solo no bastaba.
La frecuencia del tono debia coincidir con la frecuencia de resonancia del cristal del vaso , ya que es a
dicha frecuencia en la cual hay una mayor conversion entre el sonido y el movimiento
de la copa.

Puede ser una experiencia divertida, de hecho hay videos de gente rompiendo los parabrisas
del coche con un potente equipo de sonido a bordo a puro MegaBass, ya que por lo visto con
tonos del orden de 51 Hz puede reventar los cristales del auto con niveles de 150/160 dBs dependiendo
del cristal. Para no sufrir los efectos, puesto que a esos niveles se supera el umbral de dolor,
puedes probar esta misma experiencia destruyendo copas, no hay
mas que seguir las instrucciones que se deducen del siguiente video:

Lo mas interesante esta en el minuto 2:25, donde el que sujeta la copa le da un golpe que es
captado de cerca por un microfono, el cual envia la señal correspondiente al PC. Mediante
un software (para este fin podria utilizarse Matlab) se determina cual es la frecuencia de oscilacion
natural del cristal de la copa,correspondiendo con el mayor de los picos de la imagen (ver 2:41).En
definitiva lo que se ha hecho es un analisis en el dominio de la frecuencia de la señal captada.
Todo lo que hay que hacer ahora es emitir un tono a esa frecuencia e ir subiendo el volumen hasta que
se destruya la copa.

Esta experiencia da idea del peligro que entraña para nuestros oidos despreciar los
efectos de la sonoridad. Conversaciones diarias entorno a los 40 dBs de intensidad de sonido son los
recomendables. Una exposicion prolongada entorno a los 80 dBs o más son perjudiciales.

La siguiente ilustracion muestra los niveles tipicos de intensidades de sonido respecto al umbral de audicion a los que estamos sometidos de una u otra forma en la vida cotidiana: ruido de trafico, perforadoras, electrodomesticos...

Como se puede observar en el grafico, es normal que con el paso del tiempo el umbral de audicion evolucione para mal,reduciendo nuestra capacidad auditiva para determinadas frecuencias, de podir oir en un espectro entre 20Hz/20 KHz a no percibir tonos superiores a los 12 KHz cuando se tiene 60 años.

Fuente: http://www.cochlea.eu/es/exploracion-funcional/metodos-subjetivos

Aspectos musicales.

Quiero empezar este blog hablando un poco de la respuesta del cerebro a los sonidos musicales. No voy a dar aquí nociones de psicologia ni argumentacion pseudo-científica acerca de los estímulos cerebrales, ya que no soy un experto en el tema. Simplemente la música en sí tiene un poder increíble a la hora de afectar en el día a día de las personas, pudiendo cambiar el estado de ánimo de la gente, de estar totalmente apagado o angustiado a estar más animado, a motivar a hacer algo, a superar algo, a relajarse...

En este sentido para mí el heavy metal es un claro ejemplo de ello. Basta poner cualquiera de las canciones del grupo Sabaton o cualquier canción de Rammstein para querer ir a escalar una montaña o tirarte en paracaídas. Está claro que hay música que te cambia el día y te estimula a emprender cosas, por supuesto las sensaciones que se evocan son puramente subjetivas y dependen de cada persona, por ejemplo la temática de los álbums de Sabaton suele ser belicista, algunos de ellos hacen referencia a la segunda guerra mundial, pero mi cerebro no tiene en cuenta esto, simplemente sus acordes de guitarra electrónica y su elevado tempo me transmiten la energía dinámica para empezar el día, ya sea escuchándola en el coche o tumbado con el iphone en la cama...

Subid los altavoces, y seguro que cada uno de vosotros se trasladará a mundos diferentes:

Queda claro que la música evoca situaciones,vivencias, sentimientos, sensaciones, lugares, imágenes diferentes según quién lo perciba; e incluso se utiliza con fines terapéuticos o musicoterapia para realizar tratamientos sobre pacientes en el campo de la salud mental. Y es que las personas y nuestros pensamientos son algo muy complejo de analizar; para hacerse a la idea de esto, existe otra curiosidad musical llamada Pareidolia, fenómeno psicológico en el cual una persona tiende a confundir las cosas, dotándolas de un significado radicalmente distinto a lo que objetivamente son. En lo relativo a los aspectos musicales se suele manifestar cuando una canción se escucha al revés, entonces es cuando mucha gente busca mensajes satánicos o de otra índole, como mensajes ocultos o subliminales:

Este vídeo del Opening de Oliver y Benji es un claro ejemplo de la predisposición de la gente a ver cosas donde no las hay, a imaginarse cosas. Algunas de las frases tienes que reproducirlas más de una vez para poder llegar a ponerse en la mente de quien hizo el vídeo.

Todas estas cosas pueden parecer obvias, pero actualmente dan pie a una serie de estudios neurocientíficos importante. Aquí os dejo con un estudio realizado por Daniel J Levitin, obsesionado con desentrañar cerebros musicales; incluyendo el del cantautor Sting.