viernes, 20 de noviembre de 2009

UNIDAD IV (Conceptos básicos de Acústica Musical) Quinta Clase

18. Direccionalidad y espacialidad del sonido.

¨ Direccionalidad. Es la capacidad auditiva que permite localizar la procedencia del sonido. Existen dos fenómenos que se vinculan a la direccionalidad; el primero de ellos consiste en "la diferencia de tiempos que hay entre la percepción de un sonido con el oído derecho y con el oído izquierdo"[63]. Esto se debe a que la onda sonora recorre diferentes distancias desde la fuente hasta llegar a cada uno de los oídos.

El segundo fenómeno es la diferencia de la presión sonora o intensidad con que llega el sonido a ambos oídos, no solo por la diferencia de distancias sino por las barreras que puedan existir en el recorrido del sonido.

[63] MIYARA, Federico. Control de ruido. 1999. Capítulo 1, p. 1-34.


La siguiente gráfica[64] muestra estos dos fenómenos.

[64] Ibid. P. 1-35.



En esta figura se observa que el sonido llega más rápidamente al oído derecho que al izquierdo debido a que el recorrido es menor. Además, la presión sonora es menor en el oído izquierdo, no solo porque el recorrido es mayor sino también debido a que la cabeza hace de barrera entre la fuente y las ondas del sonido.

¨ Espacialidad. Es la capacidad auditiva que permite asociar el sonido al espacio en el cual se propaga. La espacialidad depende de la distancia que hay entre la fuente y el sonido, de las reflexiones tempranas generadas por las paredes u obstáculos que impiden que la onda se aleje de la fuente, de la reverberación producida por las reflexiones tardías del sonido y por último, del movimiento de la fuente.

Si la fuente sonora es conocida, se puede identificar si ésta se encuentra cerca o lejos, de esta manera, se puede calcular la distancia de la fuente. Es importante resaltar que cuando la fuente es desconocida, el cerebro la asocia con alguna fuente que le sea familiar.

Las reflexiones tempranas son las "primeras reflexiones del sonido en las superficies de un local, antes de que las reflexiones sucesivas se vuelvan demasiado próximas en el tiempo"[65]. Emilio Sáez Soro las define así: "Cuando la fuente sonora está rodeada por varias superficies (piso, paredes, techo) un oyente recibirá el sonido directo, y además el sonido reflejado en cada pared. Las primeras reflexiones recibidas, que se encuentran bastante separadas en el tiempo, se denominan reflexiones tempranas"[66].

En un campo abierto, la "onda sonora generada por una fuente se aleja indefinidamente atenuándose hasta volverse inaudible"[67]. En un recinto cerrado, la onda sonora se refleja en las diferentes paredes, generando las denominadas reflexiones tempranas, y en ocasiones, los efectos de eco y reverberación.

El eco "consistente en una única reflexión que retorna al punto donde se encuentra la fuente unos 100 ms (o más) después de emitido el sonido"[68]. Antonio Calvo define el eco como "el fenómeno consistente en escuchar un sonido después de haberse extinguido la sensación producida por la onda sonora"[69].

El tiempo de persistencia[70] para los sonidos musicales es de 1/10 de segundo y para los sonidos secos es de 1/15 de segundo. El eco se aprecia después de que el oído ha captado el sonido directo y han pasado los tiempos de persistencia respectivos, pues cuando ya se ha extinguido el sonido directo, le llega al oído una nueva sensación con las mismas características del sonido original.

Para que el oído perciba el eco, debe haber una distancia determinada entre la fuente sonora y el obstáculo o pared que haga reflejar el sonido.

Si la velocidad es igual a espacio dividido por el tiempo, entonces espacio es igual a velocidad por el tiempo. Matemáticamente los espacios para que exista eco de acuerdo con las persistencias ya descritas son:

e = vt, en donde velocidad es igual a 340 m/s y tiempo de persistencia para los sonidos secos es 1/15.

Entonces:

e = 340 m/s x 1/15 s = 22,67 metros. Recorrido de ida y vuelta que debe hacer el sonido desde que sale de la fuente hasta que se refleja en la pared y regresa al punto de emisión. Lo que significa que la distancia entre la fuente sonora y la pared debe ser 11,34 metros para los sonidos secos.

Empleando la misma fórmula para los sonidos musicales, se obtiene que la distancia total es: e = 340 m/s x 1/10 s = 34 metros, y que por tanto, la distancia entre la fuente y la pared es de 17 metros.

La reverberación es producida por las reflexiones tardías, es decir por las reflexiones de las reflexiones. La reverberación se define como la permanencia del sonido producido por las ondas reflejadas y que el oyente percibe antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor a las persistencias acústicas ya descritas.

De acuerdo con los estudios realizados por Wallace Clemente Sabine (1868-1919), el Tiempo de Reverberación es "el tiempo que transcurre para que la intensidad del sonido quede reducida a una millonésima de su valor inicial. A esta intensidad prácticamente el sonido deja de percibirse"[71]. Esto quiere decir que un sonido deja de escucharse cuando ha perdido 60 dB en su intensidad.

En el artículo, El campo acústico en el medio industrial[72], explican los parámetros del tiempo sonoro y las respectivas fórmulas, tema que realmente no compete a este curso, pero que el lector puede estar interesado en profundizar. En dicho artículo, se encuentra la siguiente gráfica que muestra la variación del tiempo de reverberación con el volumen a frecuencias medias para diferentes recintos dependiendo de su uso. Considero importante escribir la explicación correspondiente realizada por los autores del artículo ya mencionado[73].


El tiempo de reverberación es el principal criterio para evaluar el comportamiento acústico de un recinto, aunque no es el único. En función del empleo que tenga un local, deberá ser el valor de su tiempo de reverberación, así como su variación en función de la frecuencia, considerando que las curvas de la siguiente figura corresponden a recintos con buena acústica, a frecuencias: (1) música religiosa, (2) salas de concierto para música orquestal, (3) salas de concierto para música ligera, (4) estudios de concierto, (5) salas de baile, (6) teatros de ópera, (7) auditorios para la palabra, (8) cines y salas de conferencias, (9) estudios de televisión y (10) estudios de radio.

[65] Diccionario. Acústica Web. [Online]. [Citado el 15 de noviembre de 2009]. Disponible en Internet: http://acusticaweb.com/index.php?option=com_glossary&func=view&Itemid=91&catid=59&term=Reflexiones+tempranas>

[66] Emilio Sáez Soro. Tecnología del sonido. El canal radiofónico. [Online]. [Citado el 15 de noviembre de 2009]. Disponible en Internet: http://apolo.uji.es/radio/RADIO1.HTM#anchor24>

[67] MIYARA, Federico. Control de ruido. 1999. Capítulo 1, p. 1-35.

[68] Emilio Sáez Soro. Tecnología del sonido. El canal radiofónico. [Online]. [Citado el 15 de noviembre de 2009]. Disponible en Internet: http://apolo.uji.es/radio/RADIO1.HTM#anchor24>

[69] CALVO-MANZA, Antonio. Acústica físico-musical. Madrid : Real Musical, 1991. P. 159.

[70] Ibid. P. 159-160.

[71] Ibid. P. 161.

[73] Ibid.



Variación del tiempo de reverberación con el volumen a frecuencias medias


Los siguientes ejemplos de reverberación, se encuentran en el artículo Reverberation in a Small Room, del Doctor Dan Russell.

¨ Hand Clap (room empty).

¨ Hand Clap (with carpet).

¨ Speech (room empty).

¨ Speech (with carpet).

Al lector interesado en profundizar en los temas de acústica, se le recomienda ingresar a la siguiente página: Acoustics and Vibration Animations del Doctor Dan Russell.

¨ Efecto de precedencia del sonido o efecto Haas. (En honor al médico alemán Helmut Haas). Consiste en que el cerebro fusiona los sonidos que llegan retardados a no más de 50 milisegundos de tiempo. Federico Miyara[74], en su texto Control de ruido, explica el efecto de la siguiente manera:


Un experimento interesante consiste en alimentar unos auriculares estereofónicos con dos señales iguales, una de las cuales se encuentra ligeramente retardada respecto a la otra (figura 1.28). Si se va aumentando el retardo desde 0 a 0,6 ms, se crea la sensación de una fuente virtual (es decir aparente) que parece desplazarse desde el frente hacia el lado que no experimenta retardo. Después de los 0,6 ms y hasta los 35 ms de retardo, la fuente virtual permanece más o menos fija, pero parece ensancharse cada vez más. Para retardos mayores de 35 ms la fuente virtual se divide en dos, percibiéndose separadamente ambos canales, como provenientes de fuentes diferentes. A medida que el retardo se va haciendo mayor, el segundo sonido aparece como un eco del primero. Este experimento ilustra el denominado efecto de precedencia, o también efecto Haas (en honor al investigador que estudió sus consecuencias para la inteligibilidad de la palabra), que se utiliza para controlar de un modo más realista la ubicación aparente de una fuente en la imagen estereofónica.

[74] MIYARA, Federico. Control de ruido. 1999. Capítulo 1, p. 1-36.




Figura 1.28. Efecto Haas, o efecto de precedencia. Se envía por medio de auriculares un sonido corto a ambos oídos, estando el correspondiente al oído izquierdo retrasado respecto al del oído derecho. En la figura se muestran las imágenes auditivas ante diferentes retardos: (a) La señal llega a ambos oídos simultáneamente (sin retardo). (b) La señal llega al oído izquierdo 0,3 ms después que al oído derecho: la fuente virtual se desplaza hacia la derecha. (c) La señal llega al oído izquierdo 0,6 ms después que al oído derecho: la fuente virtual deja de moverse. (d) La señal llega al oído izquierdo 20 ms después que al oído derecho: la fuente virtual parece ensancharse. (e) La señal llega al oído izquierdo 35 ms después que al oído derecho: por primera vez se crea la sensación de dos fuentes virtuales.

19. Localización auditiva. Es la capacidad del individuo para determinar la ubicación de la fuente sonora. Esto es posible únicamente por la audición binaural, es decir, el sonido llega al cerebro por ambos oídos.

La representación visual de la imagen consiste en que si una persona se sitúa al frente de dos altoparlantes (speakers) que a su vez están equidistantes, escucha un sonido que se localiza entre dichos altoparlantes y se imagina una ubicación aparente entre ellos. Esto se llama imagen porque no es más que el producto de nuestra imaginación. Las personas relacionan el sonido de dos formas: en la primera, se siente y se oyen las ondas sonoras, pues el cuerpo es quien las recibe; la segunda es la imagen percibida.

Existen tres parámetros fundamentales que intervienen en la creación de la imagen sonora, los cuales son: el volumen, las frecuencias de los sonidos y el campo del estéreo producido por el paneo del sonido (izquierda, derecha).

El volumen nos da la impresión de que el sonido está más cerca o más lejos de nosotros, es decir, el sonido se ubica al frente (adelante) o atrás. En un recinto cerrado, las frecuencias bajas se ubican cerca del piso, las altas cerca del techo y obviamente, las medias, en medio de ambos extremos. Por último, el paneo está representado por la ubicación del sonido que se presenta entre los dos altoparlantes, ya sea hacia la izquierda o hacia la derecha.

La siguiente figura[75], muestra las tres dimensiones de una imagen del sonido producido entre dos altoparlantes.




[75] GIBSON, David. The art of mixing. A visual guide to recording engineering and production.Michigan : MixBooks. 1997. Capítulo 2, p. 9. (A la imagen se le adicionaron los tres nombres en español por Beatriz Helena García Uribe)



¿Cómo localizamos el sonido? El mecanismo del cerebro humano es muy efectivo al momento de localizar una fuente sonora. Los procesos empleados son muy complejos y parcialmente entendidos. Pero se pueden exponer algunos aspectos ya investigados que nos pueden dar la noción de cómo el oído localiza el sonido.

¨ Las guías más confiables son aquellas obtenidas por la comparación de los sonidos cuando llegan a los oídos.

Si una persona se encuentra en frente de dos altoparlantes colocados de manera equidistante, y solamente se emite el sonido por el parlante izquierdo, el oyente recibe la información y es capaz de localizar la fuente sonora en su lado izquierdo debido a la diferencia de nivel detectada por ambos oídos.

Si se sienta de tal manera que el oído izquierdo apunta directamente al altoparlante izquierdo, el sonido que llega al oído derecha debe recorrer un camino un poco más largo debido a que la cabeza es una barrera sólida para el sonido. Hay que tener en cuenta, que si las ondas sonoras de altas frecuencias, la cabeza hará una sombra acústica del sonido en el oído derecho; pero si las frecuencias son bajas, el sonido se difracta alrededor de la cabeza y se forma un efecto de una muy pequeña sombra.

¨ Otra guía utilizada por el sistema auditivo para localizar las fuentes del sonido está basada en el tiempo de llegada del sonido a los dos oídos. Si una fuente sonora está ubicada exactamente al frente de la cabeza, o detrás o por encima de ella, ambos oídos reciben la misma información desde el punto de vista de la intensidad y de la relación del tiempo.

Las diferencias de intensidad están dadas por las diferentes distancias que deben recorrer las ondas para llegar a cada uno de los oídos y por la sombra acústica producida por la cabeza.

Las diferencias de tiempo están dadas por la diferencia de fase entre las señales. Los impulsos eléctricos enviados al cerebro son clasificados y analizados y esas diferencias de fases son interpretadas desde el punto de vista de la dirección del sonido.

En conclusión, se requieren ambos oídos para comparar los niveles de intensidad o los tiempos de llegada del sonido. Sin embargo, también es posible localizar la fuente de los sonidos con un solo oído, lo cual se conoce como audición monoaural.

¨ Otro factor importante, que no se debe pasar por alto, es el papel que juega el oído externo en la habilidad de la escucha. Los pliegues del pabellón de la oreja reflejan el sonido hacia el canal auditivo.

Si el lector desea profundizar un poco más sobre este tema, se le recomienda leer y escuchar la lección 7 del libro Auditory Perception de F. Alton Everest.

También, podrá ingresar a la siguiente dirección electrónica: http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/loc.html, del docente Daniel Maggiolo, en donde se trata el tema específico de la localización, o a su página principal Acústica Musical en la siguiente dirección: http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/, en donde encontrará sitios de apoyo en línea para diversos temas de acústica, psicoacústica, temas de teoría de la música, acústica arquitectónica y ecología acústica.

20. Efectos procesados. Son las modificaciones que se le hacen a las señales de audio mediante los dispositivos electrónicos denominados procesadores de efectos. En este proceso, el dispositivo recibe la señal de audio, la procesa y la devuelve al sistema con el efecto ya procesado.

Existen dispositivos que producen un solo efecto tal como los pedales, generalmente utilizadas para las guitarras, y dispositivos multiefectos que son los que contienen diversos efectos preprogramados para ser utilizados.

El siguiente gráfico muestra la clasificación de efectos más comunes utilizados en la etapa de procesamiento del sonido.



Elaboración: Beatriz Helena García Uribe (20/11/2009)

Efectos de tiempo.

¨ Reverberación. Consiste en enriquecer el sonido de un espacio acústico determinado.

¨ Eco. Consiste en escuchar una réplica del sonido original una vez que éste se ha extinguido.

Efectos de modulación.

¨ Flanger (rebordeador). Se aplica principalmente en las guitarras eléctricas y se obtiene mediante la variación lenta y periódica de los retardos entre la señal directa y las retrasadas.

¨ Chorus (coro). Se aplica principalmente a las cuerdas y los teclados y se produce mediante la variación del retardo entre dos señales idénticas. Da un efecto de coro con el fin de engrandecer el sonido.

¨ Phaser (matizador, también denominado Phasing). Versión suave del Flanger y se obtiene mediante una pequeña variación de fase entre el sonido directo y el retrasado. Esta variación se ajusta con el Low Frequency Oscillator (LFO) Oscilador de Baja Frecuencia.

Efectos de nivel.

¨ Expander (expansores). "Amplifican la señal de entrada cuando ésta supera un cierto nivel umbral superior (nivel de expansión) y la atenúa cuando es menor"[76].

¨ Noise gate (puertas de ruido). "Permiten eliminar señales cuya intensidad no supere un cierto valor umbral, mientras que el resto no sufre ninguna alteración. Así, los ruidos de fondo no podrán sobrepasar el procesador de efectos con lo que la señal resultante será mucho más limpia"[77].

El umbral se denomina Threshold Level (nivel de umbral) que es "el valor mínimo de intensidad sonora que ha de tener la señal para poder superar la puerta"[78].

¨ Compressor (compresores). Son aquellos que comprimen la señal, es decir, cuando la señal supera el umbral, el compresor la comprime a la salida.

Efectos de tonalidad.

¨ Pitch change (cambio de tonalidad). Permiten ajustar la tonalidad y corregir la afinación.

Efectos de panorámica.

¨ Ping-pong. Desplazan la señal a ambos lados del estéreo. Consiste en rotar la señal, no solo hacia los lados, sino también hacia adelante y hacia atrás.

Efectos de timbre.

¨ Distortion (distorsión). También se le denomina overdrive (fatigar por exceso). "Producen una saturación del sonido haciéndolo más agresivo y potente. Le quitan al sonido la suavidad"[79]. Se usa principalmente en las guitarras eléctricas mediante los pedales.

¨ Exciter (excitador). Adicionan armónicos a la frecuencia de la señal recibida con el fin de obtener mayor brillantez. Se emplea para la voz.

Efectos combinados.

¨ Efectos duales. Combinación de algunos de los efectos ya descritos. Por lo general se combinan los efectos de compresión, distorsión, eco, reverberación, chorus y exciter, los cuales serán controlados por sus propios parámetros. A estos efectos también se les puede adicionar el efecto de estéreo.

Se le recomienda al lector ingresar a http://bc.inter.edu/facultad/epintado/SONIDO/PARTE%20VIII%20PATCH%20BAY%20Y%20LA%20CONSOLA%20SEPT%202009.pdf para observar los diversos dispositivos de grabación y algunas definiciones.

[76] CUENCA DAVID, Ignasi y GÓMEZ JUAN, Eduard. 5 ed. España : Paraninfo, 2002. P. 67.

[77] Ibid., p. 68.

[78] Ibid., p. 68.

[79] Ibid., p. 72.


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