Adéntrate en las dimensiones del sonido
2008/09/01 Urruzola Arrate, Manex - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Precisamente, la separación de los oídos a ambos lados de la cabeza permite al cerebro determinar el origen del sonido. La sensación tridimensional del sistema auditivo depende de la diferencia de tiempo y amplitud de la onda sonora que recibe cada oído. Es decir, mediante el procesamiento individual de la información de cada oído y la comparación entre niveles y fases de ambas señales se obtiene la localización espacial del origen de los sonidos. Así, el mismo sonido producido por una sola fuente sonora nunca será el mismo para ambas orejas, ya que las ondas sonoras hacen un recorrido más largo que el que está más cerca de la fuente.
En concreto, la diferencia entre las señales de ambos oídos es de 0,6 milisegundos: la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s y la distancia media entre orejas es de unos 20 cm. El cerebro registra este retraso temporal y explica en qué parte del rostro se ha producido el sonido. Además, el estudio de los niveles acústicos, las diferencias de intensidad y amplitud de las ondas sonoras que se recogen en ambos oídos facilita al cerebro una localización exacta del origen de la fuente sonora en el espacio.
Sonido estereofónico
Está claro que el objetivo de los sonidos reproducidos es que sean cada vez más parecidos a los sonidos reales. A lo largo de los años se han ido desarrollando sistemas de audio tecnológicos que simulan esta sensación de realismo para el oído humano. Por ejemplo, en 1881 se diseñó el primer sistema estereofónico para teatros. En el mundo de la música, la primera grabación estereofónica entró en los discos de venta en 1957. Hasta entonces las grabaciones eran monoaurales, es decir, monocanales. Estos sistemas mono producen un sonido similar al escuchado con un solo oído y no dan la sensación espacial que ofrece el estéreo. La mejora fue evidente.
El estéreo es el primer sistema básico que reproduce la ubicación de las fuentes sonoras grabadas. El objetivo es conseguir una mayor naturalidad en la escucha de los sonidos grabados. Actualmente, los discos compactos de audio, la mayoría de estaciones de radio FM y algunos canales de televisión emiten señales de audio en estéreo. Aunque el sonido estéreo puede tener dos canales monos independientes, las señales de ambos canales suelen estar relacionadas.
El sonido estereofónico se basa en la diferencia de amplitud o intensidad de la señal que llega a ambos oídos. Se calculan las amplitudes o intensidades relativas de las fuentes acústicas reales para simular la representación espacial de la fuente virtual en una determinada ubicación. Por ejemplo, el caso más simple de un sistema estéreo sería el de un sonido que se oye en el centro de dos fuentes: en este caso, la señal debería aparecer en ambos canales con la misma intensidad. Si por el contrario se desea que la fuente de un sonido aparezca a un lado, la intensidad del canal en ese lado debería ser mayor.
Multicanal
El método estereofónico es el más utilizado para representar sonidos en el espacio, pero también el más básico. De hecho, con sólo dos canales, la sensación dimensional del sistema auditivo es muy limitada. Los sistemas sonoros multicanal generaron importantes mejoras respecto al estéreo. El diseño de la pista de audio consta de tres o más canales en estos sistemas, por lo que el equipo de música necesita al menos tres altavoces para poder reproducir cada pista.
El sonido multicanal incluye varios sistemas dependiendo del número de pistas y altavoces. Pero todos tienen la misma estructura. De hecho, todos los sistemas cuentan con un altavoz a la izquierda y a la derecha, así como otro altavoz para bajos o bajos, conocido como subwoofer. Subwoofer tiene como misión hacer oír las frecuencias de audio más bajas que no pueden reproducir los altavoces tradicionales. A partir de ahí se pueden instalar más canales especializados en función del sistema. Por ejemplo, el sistema de sonido multicanal 2.1 consta únicamente de tres altavoces: dos canales a la izquierda y a la derecha y el canal de los bajos. De ahí el nombre del sistema, 2.1: un altavoz de dos altavoces principales y bajos. En el sistema 3.1, por el contrario, se añade un altavoz central que emite simultáneamente los canales izquierdo y derecho, por lo que 3.1: un altavoz de tres altavoces principales y bajos.
Sistema 5.1: Sonido surround
El más conocido de los sonidos multicanales es, sin duda, el sistema 5.1 conocido como sonido surround. Se trata de un sistema de cines comerciales y también de la Home Cinema o de las instalaciones de cine para el hogar.
La distribución de los canales sonoros se realiza de la misma manera en todas las salas: altavoz central en la parte delantera, sobre todo para las voces; otros dos altavoces delanteros a la izquierda y a la derecha, para la música y el sonido ambiente delantero; y los altavoces traseros a la izquierda y a la derecha, para el sonido ambiente posterior. Estos dos últimos son los canales surround o los que producen el sonido de cerco. Es decir, en total hay 5 altavoces principales, tal y como indica el nombre del sistema. A estos cinco se suma el altavoz o subwoofer de los bajos. Esta última lleva una referencia 0.1 en todos los sistemas y emite frecuencias del rango 20-80Hz para resaltar los componentes de frecuencia más bajos del resto de altavoces.
El conocido concepto de sonido surround fue desarrollado por los Laboratorios Dolby en 1982. Fue el primer sistema de sonido envolvente para el cine, pionero en crear una percepción psicoacústica tridimensional. Actualmente esta tecnología está muy extendida y se utiliza también para videojuegos.
Existen otros sonidos multicanales como los sistemas 6.1 o 7.1. Proceden del sistema 5.1 y se obtienen añadiendo uno o dos nuevos altavoces en el reverso, respectivamente. Pero no son tan conocidos, y hasta ahora esa tecnología se ha extendido muy poco.
Holofonía
La holofonía para el oído es lo que significa un holograma para la visión: un simulacro auditivo tridimensional. En los oídos se utiliza un cabezal con micrófonos omnidireccionales para grabar holofónicas simulando las condiciones auditivas de la mente humana. El objetivo es que al escuchar el cerebro sea capaz de detectar la posición de la fuente sonora.
El cabezal de grabación procesa la diferencia de tiempo y amplitud de la onda sonora que recibe cada oído, recogiendo así la sensación tridimensional del sonido.
El resultado es apasionante. Prueba de ello son las holofas que se pueden escuchar en diferentes sitios web de Internet. Sólo hace falta tener los auriculares a mano para sumergirse en la profundidad de las tres dimensiones del sonido. Pero esta es la principal desventaja de la holofonía. La razón principal del escaso éxito comercial del sonido holofónico es que sólo se puede detectar con auriculares. Y ante esta barrera, el sistema 5.1 surround ha resultado mucho más competitivo.
Tecnología vasca e innovadora
La empresa donostiarra Auralia ha desarrollado un novedoso concepto de audio: eSC. Este producto reproduce la experiencia auditiva que se siente en una sala de cine en unos auriculares habituales. Con el éxito y la difusión del sistema 5.1, Auralia pretende ofrecer nuevas oportunidades a la tecnología de la casa audiovisual mediante una sencilla adaptación.
El sonido de envolvente obtenido en salas comerciales o como Home Cinema requiere un total de seis altavoces bien ubicados. Pero el efecto envolvente del audio se pierde totalmente cuando se quiere ver una película fuera de estos soportes. En el caso de la televisión doméstica o el ordenador, por ejemplo, se puede escuchar como máximo en estéreo, aunque los actuales DVDs comerciales conservan el sistema 5.1.
eSC es un sistema de software que se adapta a cualquier televisor, videojuego, iPod u ordenador. Este novedoso software adapta las 6 señales de audio independientes que contiene el DVD a las dos salidas, creando al oyente la sensación de estar sumergido en el centro de los seis altavoces que contiene el sistema 5.1 a través de los auriculares convencionales. Es decir, se produce un efecto envolvente total con dos señales de audio simples para cada oído. Para ello se utilizan técnicas de síntesis sonora virtual.
Los fenómenos auditivos que se producen en la transmisión, transmisión y recepción del sonido se regeneran mediante ordenadores en la síntesis sonora virtual. Como el oído humano sólo tiene dos canales, para cada canal se forma un modelo híbrido con una ubicación virtual optimizada.
Estos fenómenos se adaptan posteriormente a las características espaciales. Es decir, al modelo anterior se añaden características al espacio virtual anterior y posterior del oyente mediante un tratamiento geométrico independiente. Es un proceso complejo conseguir una sensación de contorno a través de los auriculares convencionales, pero el resultado merece la pena. Con un sencillo adaptador, sin necesidad de cambiar el televisor o el ordenador de casa, pronto podremos sumergirnos en las tres dimensiones del sonido.
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