Implementación del efecto Hass en técnicas de grabación para emular dimensiones y profundidad en recintos absorbentes

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INTRODUCCIÓN

A medida que se profundiza en las técnicas de la grabación y reproducción estereo envolvente, generalmente muchos ingenieros de sonido manipulan los instrumentos mono en ubicaciones separadas, y después añaden múltiples procesos de reverberación estereofónicos, con el fin de crear espacio y profundidad en sus grabaciones.

Sin embargo los resultados son pobres en la calidez, dimensiones, profundidad, y ubicación del sonido de los instrumentos musicales en las grabaciones multipista, realizadas en salas “sordas” con tiempos de reverberación bajos, pequeñas dimensiones y mucha absorción. Lo más utilizado hace algunos años para conseguir profundidad fue realizar grabaciones "naturalistas" de dos canales, aprovechándose de la acústica de la sala.

Con el avance de la ingeniería de sonido también es posible utilizar medios artificiales para crear una auténtica sensación de profundidad en salas con acústica pobre, desarrollando técnicas de grabación que utilizan el efecto Haas, implementado de modo binaural.

En una habitación, la energía reflejada que llega al oído dentro de los primeros 50 ms, es integrada en conjunto con el sonido directo y percibida como parte de él. Entre de los 50 a 100 milisegundos, se percibirán reflexiones tempranas que ofrecen información de dimensión y profundidad sonora. Más allá de los 100 milisegundos se percibirán ecos discretos.

En el caso de sistemas de altavoces estéreo, al ser emitido un sonido a través de ambos altavoces con el mismo nivel, se crea una imagen fantasma de la ubicación de la fuente productora del sonido, siendo ésta, la mitad de la distancia entre los dos altavoces el punto del cual aparentemente se produce el sonido. Si se varía el nivel de una de las señales de los altavoces, el

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cerebro tiende a posicionar a las fuentes sonoras en ubicaciones más próximas al altavoz con mayor nivel. En esto consiste el Efecto Hass.

Para lograr aprovechar dicho efecto en las técnicas de grabación, se debe establecer su relación con la escucha binaural del sistema auditivo humano, el cual es el gran responsable de la percepción de la profundidad y el espacio debido a su capacidad para decodificar las diferentes reflexiones de sonido, producidas por los muros cercanos o superficies reflejantes de la sala de grabación.

Por lo anterior también es necesario realizar un estudio del comportamiento del sonido en la misma, que debido a sus características de alta absorción y tamaño reducido, presentará problemas acústicos relacionados con la espacialidad sonora, la cual se compone de dimensiones y profundidad, y también problemas de coloraciones en baja frecuencia.

Finalmente se espera que la implementación de reflectores móviles, alteraciones de fase, técnicas de microfonía estereo adecuadas para la captura de reflexiones y unidades de ecualización espacial, permitan sobrepasar la simple manipulación mono, y lograr grabaciones que emulen una autentica sensación de dimensión y profundidad sonora, con una imagen definida, mayor ganancia y una mejor ubicación de los instrumentos musicales en el espacio estereo.

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1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES

Helmut Hass publicó un estudio en 1951 donde se describía una serie de experimentos, que demostraban cómo se comportaba la percepción humana a señales retardadas en el tiempo y demás reverberaciones. En sus experimentos, a uno de los oyentes se le colocó entre los dos altavoces a 3 metros de distancia de ambos; otro a 45º a la derecha y otro a 45º a la izquierda. Cuando el mismo programa sonoro se reprodujo al mismo tiempo a través de los 2 altavoces, uno de los oyentes percibió la imagen acústica (la dirección desde donde se cree proviene el sonido) justo en el centro.

Cuando Hass retardó la señal de uno de los altavoces entre 5 y 50 milisegundos, el oyente percibió un cambio en la imagen acústica procedente del altavoz sin retardo. Aun cuando el altavoz con retardo no contribuye con la aparente dirección del sonido, se sabe que contribuye a que el sonido se perciba más lleno.

Hass demostró con sus experimentos que se debe incrementar la sonoridad de la señal retardada entre 8 y 10 dB (unas 2 veces la sonoridad percibida) para que la imagen acústica quede desplazada a la posición central. El hecho de incrementar la sonoridad más de está cantidad, o bien incrementar el delay más allá de los 35 milisegundos ya provoca lo que se conoce como eco, es decir, se perciben como 2 señales completamente independientes.

El fenómeno que describe cómo la imagen acústica sigue a la señal que primero escuchamos se le conoce como ‘efecto de precedencia’, mientras que el fenómeno que provoca que 2 sonidos con menos de 50 milisegundos de diferencia se escuchen como uno sólo es el “efecto Hass”. Sin embargo, en la

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industria del audio profesional es muy común que se confundan ambos términos

Los laboratorios Dolby implementaron la teoría del Efecto Hass en sus sistemas de Audio Envolvente y encontraron un efecto que llamaron el mágico envolvente, en donde la reverberación natural era extraída hacia altavoces traseros cuando se les aplicaba un retardo. Dolby utiliza también una matriz Izquierdo menos Derecho para potenciar más la separación del campo estereo. Cuanto más ancho sea el ancho de banda del sistema envolvente y más difuso sea su carácter, más efectiva es la extracción psicoacústica del ambiente hacia los altavoces envolventes.

Proyecto de Grado 2005, Universidad San Buenaventura Autor: Castro Corvalán, Francisco

Titulo: Análisis comparativo de 4 configuraciones de microfonía estereofónicas

En este proyecto se propone el análisis 4 configuraciones de microfonía para grabación estereo: O.R.T.F, M-S, BLUMLEIN, X-Y, partiendo de la base de la fuente musical y su imagen estereo, con el fin de comparar los resultados y desarrollar mejores soluciones de grabación.

De esta forma se unifican criterios de imagen, micrófonos, y configuraciones de microfonía para grabación estereo, con relación a las necesidades y a las capacidades de una sala o un recinto para grabación.

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Las técnicas estándar de grabación de música en sistemas de grabación multipista y las salas pobres en reverberación (muy absorbentes) de pequeñas dimensiones, dificulta a los ingenieros de sonido obtener profundidad y dimensiones en sus grabaciones. La música sin un efecto

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envolvente que emule espacios para cada instrumento dentro de la imagen estereo, suena pobre, confusa, sin profundidad y dimensión.

Por lo tanto es necesario desarrollar técnicas de grabación, que logren emular una mayor profundidad y dimensiones sonoras que son características propias de salas de grabación con buena acústica, teniendo en cuenta que es muy común encontrarse con salas muy absorbentes y de pequeñas dimensiones.

¿Cómo conseguir emular la dimensión y profundidad sonora en un recinto de pequeñas dimensiones y muy absorbente, a partir de la teoría del Efecto Hass aplicada al procedimiento de grabación de instrumentos musicales, en la sala de grabación del estudio digital de la Universidad San Buenaventura?

1.3 JUSTIFICACIÓN

Los sonidos de instrumentos musicales que se generan en una sala de grabación provienen de distintas direcciones y distancias que somos capaces de percibir; la suma de todos los sonidos de este entorno, crean en nuestra mente una imagen sonora en tres dimensiones y si la sala posee una buena acústica, se obtiene un sonido con una rica textura y espacialidad sonora que se traduce en buena profundidad y dimensión.

Sin embargo generalmente no es posible contar con una sala adecuada para grabar cada uno de los diferentes tipos de instrumentos musicales, y es muy común encontrar salas con una pobre acústica, a lo cual se le suma el uso de múltiples micrófonos utilizados para capturar un mismo instrumento.

Entonces aparecen problemas de enmascaramiento, cancelaciones de fase, pérdida de profundidad, calidez, dimensión, ubicación y presencia erróneas de cada instrumento en las grabaciones multipista. El resultado de esto es música confusa, sin ganancia y carente un efecto envolvente que aproveche adecuadamente el espacio estéreo.

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El sistema estéreo hizo que con dos bafles se pudiese tener la sensación de estar ante una orquesta y poder distinguir la posición de los instrumentos, a través de dos altavoces.

El sistema de altavoces es el elemento fundamental para la buena reproducción de un sistema estereofónico de audio. Un sistema de altavoces de alta calidad, con emisores para todas las frecuencias (alta, media y baja) reproduce un espectro auditivo virtualmente completo. Debido a esta conveniente característica, el oyente percibirá una reproducción espacial del sonido. A este efecto se le conoce como “imagen sonora estéreo".

Con el fin de aprovechar esta característica del estéreo se implementará el efecto Hass en las técnicas de grabación, con lo cual se pretende eliminar la falta de dimensión y profundidad sonora que surgen en las salas muy absorbentes, por lo tanto con bajos tiempos de reverberación y pequeñas dimensiones, utilizando las teorías acústicas para determinar el comportamiento del sonido en la sala de grabación e implementando técnicas de microfonía adecuadas para capturar las reflexiones tempranas de muros cercanos y de superficies móviles reflejantes.

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1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Emular dimensión y profundidad en la imagen sonora de instrumentos musicales, capturados en un recinto muy absorbente, a partir de la teoría del Efecto Hass aplicada al procedimiento de grabación.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la relación de la teoría del Efecto Hass, con la percepción sonora y la escucha binaural del sistema auditivo humano.

Determinar las características acústicas que no permiten obtener grabaciones con dimensión y profundidad sonora, en la sala de grabación del estudio digital de la Universidad San Buenaventura.

Implementar la teoría del Efecto Hass en las técnicas de grabación para generar información de espacialidad sonora, en una sala de grabación muy absorbente y de pequeñas dimensiones.

Comprobar la efectividad de la implementación del Efecto Hass en las técnicas de grabación, para emular dimensión y profundidad sonora.

Elaborar una plataforma multimedia que ilustre los procedimientos realizados, los resultados obtenidos y la comprobación de la efectividad de las técnicas utilizadas.

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1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

1.5.1 ALCANCES

Este proyecto pretende realizar una investigación sobre espacialidad sonora enfocada a la producción de espacios sonoros virtuales por medio de sistemas estereofónicos, para desarrollar técnicas de grabación que logren emular mayor profundidad y dimensiones sonoras, en el estudio digital de la USB.

1.5.2 LIMITACIONES

Problemas acústicos no relacionados con la profundidad y dimensión del espacio acústico de la sala de grabación del estudio digital de la USB.

La ubicación de los micrófonos será variable debido a que no se va lograr la posición exactamente a la calculada y así mismo los resultados van a ser determinados por las marcas y referencias con las que cuenta el estudio digital de la USB.

Contar con la disponibilidad los músicos y del estudio de grabación en el mismo horario, es complejo debido a la ocupación y programación de cada uno de ellos.

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2 MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO CONCEPTUAL

En este proyecto los conceptos relevantes para la investigación serán presentados partiendo de algunos conceptos básicos de sonido, seguidamente se presentan los conceptos de percepción sonora y acústica arquitectónica, y finalmente se encuentran los conceptos relacionados con micrófonos y grabación digital.

2.1.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE SONIDO

· Definición de sonido

El sonido se puede definir de formas muy diversas. De todas ellas, la más habitual y adecuada para la investigación es la siguiente:

Vibración mecánica que se propaga a través de un medio material elástico y denso (habitualmente el aire), y que es capaz de producir una sensación auditiva. De dicha definición se desprende que, a diferencia de la luz, el sonido no se propaga a través del vacío y, además, se asocia con el concepto de estímulo físico¹.

· Definición de Frecuencia (f)

El número de oscilaciones por segundo de la presión sonora (P)^* se denomina frecuencia (f) del sonido y se mide en hertzios (Hz) o ciclos por segundo (c/s).

Lógicamente, la frecuencia del sonido coincide con la frecuencia de la

1 CARRIÓN ISBERT, Antoni. Diseño Acústico de espacios Arquitectónicos. Primera Edición, Editions UPC, 1998. p.27.

* La presión sonora (P), es definida como la diferencia de presión instantánea cuando la onda sonora alcanza al oído y la presión atmosférica estática.

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vibración mecánica que lo ha generado (Por ejemplo la frecuencia de oscilación de la membrana de un tambor)².

t osc f = nº

Ecuación 1: Frecuencia

En la figura 1 se observan dos ejemplos de presión sonora P asociada a oscilaciones de diferente frecuencia.

Figura 1: Ejemplos de oscilaciones de frecuencias 1 y 10Hz

· Definición Nivel de Presión Sonora (SPL-Sound Pressure Level)

Es un nivel que determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora. Para medir el nivel de presión sonora no se suele utilizar el Pascal, por el amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil (entre 20 Pa y 20 μPa).

Normalmente se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibelio. Como el decibelio es adimensional y relativo, para medir valores absolutos se necesita especificar a que unidades está referida. En el caso del nivel de presión sonora el dBSPL toma como unidad de referencia 20 μPa.

La expresión matemática que representa el nivel de presión sonora es:

] [ log 20

0 1

dBSPL

P Lp= ´ P =

Ecuación 2: Nivel de presión sonora En donde:

2 Ibid., p.28.

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P1 es la presión sonora instantánea.

P0 es la presión de referencia y se toma como referencia la presión sonora en el umbral de audición, que son 20 microPa.

Es decir, el nivel de presión acústica se expresa como 20 veces el logaritmo decimal de la relación entre una presión acústica y una de presión de referencia determinada³.

· Definición de Espectro Frecuencial

La gran mayoría de los sonidos que se perciben no constan únicamente de una sola frecuencia, sino que están constituidos por múltiples frecuencias superpuestas.

Incluso cada uno de los sonidos generados por un instrumento musical están formados por más de una frecuencia.

Se puede conocer qué frecuencias componen un sonido observando el denominado espectro frecuencial (o simplemente espectro) del mismo, entendiendo por tal la representación gráfica de las frecuencias que lo integran junto con su correspondiente nivel de presión sonora⁴.

· Banda de frecuencias

Las notas inferior y superior de un piano de 88 teclas tienen unas frecuencias fundamentales de 27,5Hz y 4.400Hz, respectivamente. La primera corresponde a un sonido muy grave, mientras que la segunda va asociada a uno muy agudo. Por consiguiente, un sonido grave está caracterizado por una frecuencia baja, en tanto que uno agudo lo está por una frecuencia alta.

El conjunto de frecuencias situado entre ambos extremos se denomina banda o margen de frecuencias del piano. Dicha definición es válida para cualquier fuente sonora. En la figura 2 se muestran las bandas de frecuencias asociadas a diversos instrumentos musicales y a la voz humana⁵.

3 RUFFA, Francisco. Presentaciones de cátedra. Acústica Aplicada, Ecuaciones Fundamentales.

Bogotá, 2006. Cap3.

5 Ibid., p.32.

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Figura 2: Bandas de frecuencias de instrumentos musicales y de la voz

En el caso de la audición humana, la banda de frecuencias audibles para una persona joven y sana se extiende, aproximadamente, de 20Hz a 20.000Hz (o bien 20kHz). Las frecuencias inferiores a 20Hz se llaman subsónicas y las superiores a 20kHz ultrasónicas, dando lugar a los infrasonidos y ultrasonidos, respectivamente⁶.

Figura 3: Espectro audible de frecuencias

6 RUFFA, Francisco. . Presentaciones de cátedra. Acústica Aplicada, Oído. Bogotá, 2006. Cap.2.

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· Clasificación de los sonidos

Los sonidos se dividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden representar siempre mediante una expresión matemática que indica la forma en que varía la correspondiente presión sonora en función del tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibraciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden describir mediante parámetros estadísticos.

A continuación se definen los sonidos más representativos pertenecientes a cada grupo⁷.

· Sonidos deterministas

Sonido periódico simple (tono puro): Es el tipo más simple de sonido existente en la naturaleza. Se compone de una única frecuencia (f0) constante, por lo que su espectro está constituido por una sola raya (figura 4). El sonido producido por un diapasón es de este tipo.

Figura 4: Tono puro y su espectro frecuencial

Sonido periódico complejo: caracterizado por una frecuencia origen, denominada fundamental o primer armónico, y un conjunto finito (y a veces infinito) de frecuencias múltiplos de ésta, denominados armónicos. Por regla general, la frecuencia fundamental es la que lleva asociada más potencia sonora. La mayoría de instrumentos musicales producen este tipo de sonidos.

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En la figura 5 se representa un sonido de este tipo formado por una frecuencia fundamental o primer armónico (f⁰) y su tercer armónico (3f⁰).

Figura 5:Sonido periódico complejo y su espectro frecuencial

Sonido transitorio: resultante de la brusca liberación de energía bajo la forma, por ejemplo, de explosiones o impactos. Es de aparición repentina y tiene una duración breve. A diferencia de los sonidos periódicos comentados anteriormente, contiene un gran número de componentes frecuenciales que no guardan una relación armónica entre sí, sino que forman un espectro continuo. Una palmada constituye un ejemplo de este tipo de sonidos.

En la figura 6 se representa un sonido transitorio denominado pulso rectangular, así como su espectro frecuencial.

Figura 6: Pulso rectangular y su espectro frecuencial

· Sonidos aleatorios (Ruido Blanco y Ruido Rosa)

Los sonidos aleatorios están formados por muchas frecuencias de valor impredecible. Habitualmente reciben el nombre de ruidos (ruido = sonido no deseado). En este caso, en lugar de utilizar el espectro frecuencial, se hace

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uso de la llamada densidad espectral de potencia, es decir, de la potencia sonora por unidad de frecuencia.

Los tres tipos de sonidos aleatorios característicos más importantes para el desarrollo de este proyecto son:

El Ruido Blanco: se define como aquel ruido que presenta una densidad espectral de potencia constante. Esto significa que la señal contiene todas las frecuencias y todas ellas tienen la misma potencia. Igual fenómeno ocurre con la luz blanca, lo que motiva la denominación. Un ejemplo de este tipo de ruido es el generado por una cascada de agua.

El Ruido Rosa: es un ruido aleatorio cuya densidad espectral de potencia es proporcional al recíproco de su frecuencia. Por lo tanto su contenido de energía por frecuencia disminuye en 3dB por octava. Esto hace que cada banda de frecuencias de igual anchura (en octavas) contenga la misma energía total.

MLS (Maxim Length Sequence)⁸: es un ruido seudo aleatorio conocido como secuencia de máximo largo o MLS. Su característica principal es que la magnitud del espectro es plana, mientras que la fase está mezclada, sin ser realmente aleatoria. Su densidad espectral es determinística y repetible tal como el de un pulso, por lo que se necesita solo un canal. Adicionalmente, la MLS tiene la propiedad de que su auto correlación produce una señal impulsiva y la correlación cruzada (cross correlation) es función de la respuesta del sistema a una MLS donde la MLS de por sí es la respuesta del sistema al impulso.

8 RUFFA, Francisco. Presentaciones de cátedra. Acústica Aplicada, Secuencia de Máximo Largo.

Bogotá, 2006.

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En la figura 7 se aprecia la evolución temporal de un sonido aleatorio y su correspondiente densidad espectral de potencia.

Figura 7: Sonido aleatorio y correspondiente densidad espectral de potencia

· Concepto de velocidad de propagación del sonido (c)

La velocidad de propagación del sonido (c) es función de la elasticidad y densidad del medio de propagación. Debido a que, en el aire, ambas magnitudes dependen de la presión atmosférica estática Po y de la temperatura, resulta que, considerando las condiciones normales de 1 atmósfera de presión y 22°C de temperatura, la velocidad de propagación del sonido es de, aproximadamente, 345 m/s. La expresión matemática que representa la velocidad del sonido en el aire es:

) (º 273

20 t C

c= +

Ecuación 3: Velocidad de propagación del sonido en el aire

Donde t (ºC) es la temperatura ambiente.

Si bien el aire constituye el medio habitual de propagación de las ondas sonoras, conviene tener presente que el sonido puede propagarse a través de cualquier otro medio elástico y denso. Cuanto más denso y menos elástico sea el medio, mayor será la velocidad del sonido a su través. En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases⁹.

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o La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 340 m/s (1.224 km/h)

o En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s.

o En el agua es de 1.600 m/s o En la madera es de 3.900 m/s o En el acero es de 5.100 m/s

· Fenómenos físicos que afectan la propagación del sonido

Absorción: ocurre cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía se refleja, pero un porcentaje de ésta es absorbida por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de energía que propagan, ninguno es completamente opaco.

En relación con la absorción se debe tener en cuenta:

o El coeficiente de absorción^* que indica la cantidad de sonido que absorbe una superficie en relación con la incidente.

o La frecuencia crítica es la frecuencia a partir de la cual una pared rígida empieza a absorber parte de la energía de las ondas incidentes.

La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo. Es un valor que varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida)

* El coeficiente de absorción o de atenuación se define como el cociente entre la energía incidente y la energía absorbida por una superficie o sustancia. Normalmente, se expresa en Sabines dentro de una escala de 0 a 1.

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Reflexión: Es la propiedad característica del sonido que tiene mayor relevancia en este proyecto debido a su relación con el efecto hass. Algunas veces es la reflexión del sonido es llamada eco. El eco se produce cuando un sonido se refleja en un medio más denso y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundos, respecto del sonido que recibe directamente de la fuente sonora.

Una onda se refleja (rebota al medio del cual proviene) cuando topa con un obstáculo que no puede traspasar ni rodear.

Figura 8: Fenómeno de reflexión del sonido

El tamaño del obstáculo y la longitud de onda determinan si una onda rodea el obstáculo o se refleja en la dirección de la que provenía. Si el obstáculo es pequeño en relación con la longitud de onda, el sonido lo rodeara (difracción), en cambio, si sucede lo contrario, el sonido se refleja (reflexión).

Si la onda se refleja, el ángulo de la onda reflejada es igual al ángulo de la onda incidente, de modo que si una onda sonora incide perpendicularmente sobre la superficie reflejante, vuelve sobre sí misma. La reflexión no actúa igual sobre las altas frecuencias que sobre las bajas. Lo que se debe a que la longitud de onda de las bajas frecuencias es muy grande (pueden alcanzar los 18 metros), por lo que son capaces de rodear la mayoría de obstacúlos.

En el desarrollo del proyecto esta propiedad será aprovechada para dirigir el sonido hacia el micrófono receptor mediante placas reflectoras (reflectores planos).

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Figura 9: La línea amarilla es el sonido directo, las otras líneas son algunas de las primeras reflexiones.

· Fenómenos relacionados con la reflexión:

Ondas estacionarias: una onda estacionaria se produce por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje. Dependiendo cómo coincidan las fases de la onda incidente y de la reflejada, se producirán modificaciones en el sonido (aumenta la amplitud o disminuye), por lo que el sonido resultante puede resultar desagradable. En determinadas circunstancias, la onda estacionaria puede hacer que la sala entre en resonancia.

El eco: la señal acústica original se ha extinguido, pero aún no es devuelto el sonido en forma de onda reflejada. El eco se explica por que la onda reflejada nos llega en un tiempo superior al de la persistencia acústica^**.

La reverberación: Se produce reverberación cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica^** del oído.

Transmisión: la velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plasticina, que no lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad.

**Ver, Marco de Referencia, Marco Conceptual Persistencia Acústica. p.39

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Refracción: Cuando un sonido pasa de un medio a otro, se produce refracción. La desviación de la onda se relaciona con la rapidez de propagación en el medio. El sonido se propaga más rápidamente en el aire caliente que en el aire frío. Es la desviación que sufren las ondas en la dirección de su propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. La refracción se debe a que al cambiar de medio, cambia la velocidad de propagación del sonido.

Difracción o dispersión: Si el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de propagación, es capaz de rodearlo y seguir propagándose.

La persona B puede escuchar a la persona A, en virtud de que las ondas sonoras emitidas por A rodean el muro y llegan al oído de B.

La difracción se puede producir por dos motivos diferentes:

o Porque una onda sonora encuentra a su paso un pequeño obstáculo y lo rodea. Las bajas frecuencias son más capaces de rodear los obstáculos que las altas. Esto es posible porque las longitudes de onda en el espectro audible están entre 3 cm y 12 m, por lo que son lo suficientemente grandes para superar la mayor parte de los obstáculos que encuentran.

o Porque una onda sonora topa con un pequeño agujero y lo atraviesa.

La cantidad de difracción estará dada en función del tamaño de la propia abertura y de la longitud de onda. Si una abertura es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño. La onda se propaga en líneas rectas o rayos, como la luz. Cuando el tamaño de la abertura es considerable en comparación con la longitud de onda, los efectos

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de la difracción son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura¹⁰.

Figura 10: Representación visual de fenómenos que afectan la propagación del sonido; la línea azul representa la difracción; la verde, la reflexión y la marrón,

refracción.

· Longitud de onda (l)

Una vez definidos los conceptos fundamentales de frecuencia y velocidad de propagación del sonido, es preciso definir otro concepto básico que guarda una estrecha relación con ambos la longitud de onda del sonido (l ).

Se define como la distancia entre dos puntos consecutivos del campo sonoro que se hallan en el mismo estado de vibración en cualquier instante de tiempo. Por ejemplo, si en un instante dado se seleccionan dos puntos consecutivos del espacio donde los valores de presión son máximos, la longitud de onda es precisamente la distancia entre ambos puntos (figura).

10 Enciclopedia en línea Wikipedia. Mecánica Ondulatoria, Propagación del sonido.

http://es.wikipedia.org/. 2007.

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Figura 11: Longitud de onda (l) del sonido

La relación entre las tres magnitudes: frecuencia (f), velocidad de propagación (c) y longitud de onda (l ), viene dada por la siguiente expresión:

f

= c l

Ecuación 4: Longitud de onda

Según se observa, para cada frecuencia, la longitud de onda depende del medio de propagación, ya que es proporcional a la velocidad, y ésta varía para cada medio. Por otro lado, se puede ver que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, es decir, cuanto mayor es f menor es l , y viceversa¹¹.

· Factor de directividad de una fuente sonora (Q)

Es la medida del grado en que la energía sonora se concentra en una determinada dirección del espacio. Se define como la relación existente entre la presión sonora cuadrática media existente a una distancia dada de la fuente y en una dirección determinada, y la presión sonora cuadrática media en el mismo punto pero considerando la onda esférica.

Ecuación 5: Factor de directividad (Q) de una fuente sonora

Si la fuente sonora está suspendida en el espacio abierto, sin reflexiones, radiará su energía en todas las direcciones. Así, su directividad esférica es total y Q=1.

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Si está en el suelo, todo el ruido se radiará a través de una semiesfera (sin considerar la energía absorbida por el suelo), con lo que la densidad de energía acústica será del doble, y Q=2.

Igualmente, si la fuente sonora está contra una pared, Q=4, y si está en una esquina será Q=8.

Figura 12: Factor de directividad de una fuente sonora según su ubicación

2.1.2 CONCEPTOS DE PERCEPCIÓN SONORA, EFECTO HASS Y SISTEMA ESTEREO

Teniendo en cuenta que el sistema auditivo humano se divide en dos etapas:

la etapa fisiológica, (captación del sonido) de la que se encarga el sistema auditivo periférico y la psicológica (percepción) de la que se encarga el sistema auditivo central, se define la Percepción Sonora como el resultado de los procesos psicológicos que tienen lugar en el sistema auditivo central y permiten interpretar los sonidos recibidos.

· Sistema auditivo periférico

Es el responsable de los procesos fisiológicos de la audición. Estos procesos que permiten captar el sonido y transformarlo en impulsos eléctricos susceptibles de ser enviados al cerebro a través de los nervios auditivos. El sistema auditivo periférico esta constituido por el oído.

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· El Oído Humano

Es el órgano responsable de la audición y el equilibrio. Se divide en tres zonas: externa, media e interna (figura 13). La mayor parte del oído interno está rodeada por el hueso temporal. Es determinante entonces para el desempeño diario atender al cuidado del oído.

Figura 13: Estructura del oído humano

· Sistema Auditivo Central

Está formado por las 30.000 neuronas que conforman el nervio auditivo^* y se encargan de transmitir los impulsos eléctricos al cerebro para su procesamiento, y por los sectores de nuestro cerebro dedicados a la audición.

A través de los nervios acústicos, el cerebro recibe patrones que contienen la información característica de cada sonido y los compara con otros almacenados en la memoria (la experiencia pasada) para poder identificarlos.

Aunque la información recibida no se corresponda con la información que la memoria tiene almacenada, el cerebro intentará igualmente adaptarla a algún patrón que le sea conocido, al que considere que más se le parece.

Si es imposible encontrar algún patrón que se asemeje a la información recibida, el cerebro tiene dos opciones: lo desecha o lo almacena. Si lo almacena, lo convierte en un nuevo patrón susceptible de ser comparado. El cerebro procesa la información en función de tres escalones:

* Es el octavo, de los doce nervios craneales, que conecta el oído al tallo cerebral, transmitiendo los impulsos nerviosos desde las células pilosas en el oído interno hasta el cerebro, donde se realiza realmente la percepción auditiva.

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En un primer nivel, el cerebro identifica el lugar de procedencia del sonido (su localización), para ello tiene en cuenta la escucha binaural humana, es decir, el hecho de que el hombre recibe dos señales simultáneas y diferentes de un mismo sonido.

En un segundo nivel, el cerebro identifica el sonido propiamente dicho, es decir, sus características tímbricas.

En un tercer nivel, se determinarían las propiedades temporales de los sonidos. Su relevancia en función de los sonidos que lo suceden o anteceden (Efecto Haas, enmascaramiento sonoro y otros procesos psicoacústicos que afectan a la forma en que es percibido el sonido)¹².

· La Psicoacústica

Es la ciencia encargada de estudiar la percepción del sonido desde la psicología (percepción sonora subjetiva) y describe la forma en que son percibidas de las cualidades (características) del sonido, la percepción del espacio a través del sonido escucha binaural y el fenómeno del enmascaramiento, entre otras cosas.

Definiéndola de forma más general la Psicoacústica se ocupa de entender cómo oye el ser humano. A partir de ella se han hecho avances muy importantes como el Stereo, el Dolby Pro Logic, el Dolby digital y el formato de compresión MPEG layer 3.

Se debe tener en cuenta que no todos los fenómenos preceptúales auditivos están relacionados directamente con un fenómeno físico sino que reflejan un

12 MIYARA, Federico. Introducción a la Psicoacústica. Tercera Edición. UNR Editora.

1999.p.7.

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conjunto muy complejo de relaciones que, para poder ser descritos, requieren de calificativos subjetivos de difícil repetibilidad entre observadores¹³.

· Cualidades del sonido

o Intensidad: se define como la cantidad de energía (potencia acústica) que atraviesa por segundo una superficie que contiene un sonido.

o Tono: es la propiedad de los sonidos que los caracteriza como más agudos o más graves, en función de su frecuencia.

o Timbre: se trata del matiz característico de un sonido, que puede ser agudo o grave según la altura de la frecuencia que corresponde a su resonador predominante o frecuencia central.

Estas cualidades o características del sonido vienen determinadas por los propios parámetros del sonido, principalmente, frecuencia y amplitud.

· Parámetros Psicoacústicos del sonido

o Sonoridad. Percepción subjetiva de la intensidad (amplitud).

o Volumen. Percepción subjetiva de la potencia acústica.

o Altura está ligada a la percepción del tono (en concreto, con la frecuencia fundamental de la señal sonora). Es decir define lo grave o agudo que se percibe el sonido.

o Timbre: Es la capacidad que nos permite diferenciar los sonidos. El timbre está caracterizado por la forma de la onda, es decir, por su componente armónico.

Debido a la sensibilidad (eficiencia de la respuesta en frecuencia) del oído humano, estos términos en el contexto de la psicoacústica no son totalmente

13 MILES HUBER, David. Modern Recording Techniques. Sexta Edición; Focal Press, 2005.

p.58.

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independientes. Los tres se influyen mutuamente. Modificando un parámetro, cambian los otros y la percepción del sonido cambia. Por ejemplo, si se modifica la intensidad de un sonido (su sonoridad) esto afecta a la percepción de la altura y del timbre, etc.

· Escucha Binaural

La audición es un proceso complejo. El cerebro humano, para interpretar un sonido, ha de conjugar la información que le llega de ambos oídos.

La información que el cerebro recibe de cada uno de los oídos es diferente salvo cuando están equidistantes de la fuente, porque ambos oídos están físicamente separados entre sí por la cabeza. Esta diferencia en la situación de los oídos es la que le permite al cerebro localizar la fuente sonora.

En el sistema auditivo la sensación de espacialidad está relacionada con la diferencia de amplitud y tiempo que recibe cada oído. Es decir, la localización de los sonidos en el espacio se consigue con el procesamiento por separado de la información de cada oreja y con la posterior comparación de fase y nivel entre ambas señales.

Para determinar la dirección del sonido el cerebro tiene en cuenta 3 factores que interactúan¹⁴:

o El retardo temporal o El efecto Haas

o El enmascaramiento.

14 Enciclopedia en línea Wikipedia. Sistema Auditivo, Escucha Binaural.

http://es.wikipedia.org/. 2007.

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· Retardo Temporal

El retardo temporal se debe a que un mismo sonido producido por la misma fuente sonora casi nunca es igual para un oído que para el otro. Físicamente nuestros oídos están separados por la cabeza. Esto provoca que las ondas sonoras recorran un trayecto algo más largo antes de alcanzar un oído (el más alejado de la fuente), que el otro (el más próximo). El cerebro registra el retardo temporal e informa que el sonido se ha originado a un lado o al otro de la cara.

El retardo temporal es más evidente cuando se ha producido un sonido por impulso, por ejemplo, un clic o una explosión.

· Efecto Hass¹⁵

También se conoce como efecto de precedencia o efecto de prioridad. El efecto Hass afecta a la percepción humana del sonido.

En el sistema auditivo la sensación tridimensional está relacionada con la diferencia de amplitud y tiempo que recibe cada oído. El efecto Hass describe cómo, si el sonido proviene de diversas fuentes, el cerebro únicamente toma en cuenta el sonido que proviene de de la fuente más cercana. Este fenómeno fue descrito por el médico alemán Helmut Hass, a quien debe el nombre. (De hecho, este efecto fue el tema que utilizó en su tesis doctoral de 1949).

A nivel de percepción el efecto Hass describe, si varios sonidos independientes llegan al cerebro en una ventana temporal inferior 50ms (milisegundos), éste los fusiona y los interpreta como uno sólo.

Esta interpretación el cerebro la hace de dos modos distintos:

15RUFFA, Francisco. Presentaciones de cátedra. Acústica Aplicada, Oído. Bogotá, 2006. Cap.2.

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o Si el retardo llega en un intervalo inferior a 5 ms, el cerebro localiza al sonido en función de la dirección que tuviera el primer estímulo, aunque los otros provengan de direcciones diametralmente opuestas.

o Si el retardo está entre los 5 y los 50 ms, el oyente escucha un único sonido, pero de intensidad doble y localiza a la fuente a medio camino entre todas.

El efecto Hass se evidencia siempre que el sonido retardado alcance al oyente con un delay no superior a 50ms. Por encima de este tiempo, los sonidos retardados se perciben de forma independiente y, en consecuencia, no se produce una confusión con el sonido inicial. En la zona temporal comprendida entre 30 y 50ms, conocida por "zona de fusión", la energía sonora directa y la energía reflejada (o retardada) se funden para dar lugar a un sonido más fuerte y más amplio.

Esto se debe a que el cerebro deja de percibir la dirección y entiende los sonidos posteriores a los 50ms como un eco o reverberación del primero.

Para que el retardo (efecto Hass) no determine en el cerebro la dirección del sonido (es decir, para se perciba el sonido como proveniente de un punto central), la señal retrasada debe tener mayor nivel que la primera.

La llamada curva de Hass indica la intensidad (expresada en dB) necesaria para lograr una equivalencia en cuanto al retardo en milisegundos entre dos señales. Esta curva de Hass se utiliza en acústica, entre otras cosas, para mantener el estéreo en recintos.

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Figura 14: Curva de Haas

· Enmascaramiento Sonoro¹⁶

El enmascaramiento sonoro puede definirse como el proceso en el cual el umbral de audibilidad correspondiente a un sonido se eleva, debido a la presencia de otro sonido. Es decir cuando el oído está expuesto a dos o más tonos puros de frecuencias diferentes, existe la posibilidad de que uno de ellos enmascare los demás y, por tanto, evite su percepción de forma parcial o total. Del mismo modo, es evidente la dificultad que entraña entender una conversación en presencia de ruido.

El fenómeno del enmascaramiento se explica de una manera simplificada considerando la forma en que la denominada membrana basilar es excitada por tonos puros de diferente frecuencia. La membrana basilar se extiende a lo largo de la cóclea (conducto en forma de caracol de sección prácticamente circular alojado en el interior del oído interno), desde la llamada ventana oval (zona de separación entre el oído medio y el oído interno) hasta el extremo superior de aquélla.

En la figura 15 se muestra la amplitud relativa del desplazamiento de la membrana basilar en función de la distancia a la ventana oval, para cuatro tonos de frecuencia diferente.

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Figura 15: Amplitud relativa del desplazamiento de la membrana basilar para diferentes tonos puros

Se observa que los tonos de alta frecuencia producen un desplazamiento máximo en la zona próxima a la ventana oval y que, a medida que la frecuencia disminuye, dicho máximo se va desplazando hacia puntos más alejados de la misma.

Por otra parte, la excitación es asimétrica puesto que presenta una cola que se extiende hacia la ventana oval (zona de frecuencias altas), mientras que por el lado contrario (frecuencias bajas) sufre una brusca atenuación.

La consecuencia de tal asimetría es que un tono de baja frecuencia puede enmascarar otro de frecuencia más elevada, tanto más, cuanto mayor sea su nivel de presión sonora. Ello es debido a que la zona de frecuencias cubierta por su cola será más extensa. En cambio, al considerar la situación inversa, el grado de enmascaramiento es claramente inferior.

La figura 16 muestra el efecto de enmascaramiento entre dos tonos puros A y B en cuatro situaciones distintas, por lo que a frecuencias y niveles asociados se refiere.

o La frecuencia del tono A es mayor que la del tono B y los niveles son semejantes, enmascaramiento inapreciable.

o La frecuencia del tono A es ligeramente mayor que la del tono B y los niveles son semejantes el tono B, enmascara parcialmente el A.

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o La frecuencia del tono A es mayor que la del tono B, mientras que su nivel es bastante inferior, se produce un enmascaramiento prácticamente total.

o La frecuencia y el nivel del tono A son superiores a las del tono B, el enmascaramiento producido es mínimo.

Figura 16: Respuesta de la membrana basilar a diferentes combinaciones de tonos puros

· Persistencia acústica

El oído puede percibir por separado sonidos que estén por encima de 0,1 s para sonidos musicales y 0,07 s para sonidos secos (palabra). Estas magnitudes están directamente relacionadas con la velocidad de propagación del sonido. Si el obstáculo está a 17 m, entonces para recibir el sonido reflejado debe recorrer 34 m (ida y vuelta), lo que equivale a 1/10 parte de 340 m/s que es la velocidad del sonido en el aire.

Ahora bien, dependiendo de si el sonido reflejado llega por encima o por debajo de este límite se producirá reverberación o eco. Por encima de una décima de segundo o de 17 m, tenemos eco, por que el oído capta el sonido original y el sonido reflejado como dos sonidos distintos. Por debajo de una décima de segundo o de 17 m, tenemos reverberación.

Reverberación y eco pueden coexistir si hay varios obstáculos a diferentes distancias.

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· Concepto de Sistema Estereo e Imagen estereo

Uno de los pilares de la psicoacústica es que una sensación sonora perfectamente realista está creada por infinitos puntos emisores de sonido.

Esto es completamente imposible.

El sistema Estereo hizo que con dos bafles se pudiese tener la sensación de estar ante una orquesta y poder distinguir la posición de los instrumentos, aunque sólo halla dos altavoces (imagen estereo).

Su funcionamiento se basa también en la forma de oír del ser humano.

Cuando dos sonidos iguales llegan a los oídos en el mismo instante, se percibe que la fuente emisora del sonido está justo en el punto medio entre los dos altavoces, aunque esos altavoces estén en las esquinas de la habitación. Dependiendo de la cantidad de sonido que llega cada oído, se puede hacer que varíe el punto de percepción del foco emisor, hacia la izquierda o hacia la derecha.

Aunque todos los equipos son estéreo, no mucha gente conoce la sensación estéreo. Para el Ingeniero de Sonido dedicado a la grabación, mezcla y masterización de audio se conoce que si se colocan los altavoces en los vértices del triángulo equilátero y la cabeza mirando al centro, por detrás del vértice sin altavoz, se tiene la sensación de que el cantante está en frente, y que los demás instrumentos suenan en diferentes lugares.

Figura 17: Ubicación correcta de altavoces para conseguir una imagen estereo

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2.1.3 DEFINICIÓN DE PROFUNDIDAD SONORA

La profundidad de una fuente sonora es la característica que relaciona el tiempo de reverberación del recinto con la configuración de grabación, debido a que en el primer paquete de reflexiones del recinto se puede ubicar la mayor o menor profundidad frontal de la fuente, entendiendo por la profundidad frontal de la fuente la proyección hacia atrás de la misma (eje z)¹⁷.

2.1.4 DEFINICIÓN DE DIMENSIÓN SONORA

Es una propiedad presente en los sistemas estereofónicos que permite crear espacios tridimensionales, por medio de variaciones en timbre, intensidad y duración, del sonido que recibe nuestro oído, alterando la ubicación de las fuentes sonoras (ejes x, y)¹⁸.

Figura 18: Representación visual de la Profundidad y la Dimensión Sonora

17 GIBSON, David. The Art of Mixing. Primera Edición; Artist Pro, 1997.

18 GIBSON, David. The Art of Mixing. Primera Edición, Artist Pro, 1997.

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2.1.5 CONCEPTOS DE ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA

La Acústica Arquitectónica estudia los fenómenos vinculados con una propagación adecuada, fiel y funcional del sonido en un recinto, en este caso para la implementación del efecto hass en las técnicas de grabación nos interesa aplicar los conceptos de: campos sonoros, tiempo de reverberación y los índices que dependen del RT.

Las habitaciones o salas dedicadas a una aplicación determinada (por ejemplo para la grabación de música, para conferencias o para conciertos) deben tener cualidades acústicas adecuadas para dicha aplicación. Por cualidades acústicas de un recinto se entiende una serie de propiedades relacionadas con el comportamiento del sonido en el recinto, entre las cuales se encuentran las reflexiones tempranas, la reverberación, la existencia o no de ecos y resonancias, la cobertura sonora de las fuentes, etc. En este proyecto se estudiará una sala de grabación cuyas cualidades acústicas más importantes son su corto tiempo de reverberación (presencia de mucha absorción) y sus pequeñas dimensiones¹⁹.

· Campos Sonoros

Por campo sonoro se entiende el valor que adquiere la presión sonora en cada punto del espacio. A los efectos del análisis, el campo sonoro se divide en dos componentes: el campo directo y el campo reverberante.

El campo directo: contiene la parte del sonido que acaba de ser emitido por la fuente, y que por lo tanto aún no experimentó ninguna reflexión.

El campo reverberante: en cambio, incluye el sonido después de la primera reflexión.

19 CARRIÓN ISBERT, Antoni. Diseño Acústico de espacios Arquitectónicos. Primera Edición, Editions UPC, 1998.

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Estas dos componentes tienen comportamientos muy diferentes. El campo directo disminuye con la distancia a la fuente, y lo hace a razón de 6 dB por cada duplicación de la distancia. Así, si a 1 m de una fuente sonora se mide un nivel de presión sonora de 80 dB, a 2 m (el doble de 1 m) tendremos 74 dB; a 4 m (el doble de 2 m) habrá 68 dB; a 8 m (el doble de 4 m) existirá un campo directo de 62 dB, y así sucesivamente.

El campo reverberante, en cambio, es constante en los ambientes cerrados, como habitaciones, salas y otros recintos. Esto se debe a que el sonido sufre multitud de reflexiones, y todas ellas se superponen entre sí, resultando una distribución prácticamente uniforme del sonido.

En el campo libre, donde el sonido puede propagarse libremente sin que se produzcan reflexiones, sólo existe la componente de campo directo. Por esta razón, el nivel de presión sonora disminuye rápidamente con la distancia. Así, una persona hablando normalmente a 50 m se escuchará sólo muy débilmente. En un ambiente cerrado, en cambio, si bien muy cerca de la fuente predomina el campo directo, a cierta distancia predomina el campo reverberante. En la figura 21 se ilustran ambas componentes de la presión sonora y el campo sonoro resultante de la superposición de ambas²⁰.

· Distancia crítica

Es la distancia que limita las regiones en las que predomina uno u otro campo sonoro. Para distancias menores que la distancia crítica, predomina el campo directo, y para distancias mayores, predomina el campo reverberante. Por esta razón se suele denominar también campo cercano y campo lejano a las componentes directa y reverberante.

(37)

La definición matemática indica que la distancia para la cual el nivel de campo directo (L^D) se iguala con el nivel de campo reverberante (L^R) se denomina distancia crítica (Dc), y se puede calcular así:

QR Dc=0.14

Ecuación 6: Distancia crítica Donde:

Q = factor de directividad de la fuente sonora en la dirección considerada R = constante de la sala^* =

) 1 ( 161 . 0

60 m

RT

V a -

´

S^t= superficie total de la sala (en m²) = S₁ +S₂ +S₃ +...+S_n a = coeficiente medio de absorción de la sala =

St Atot. Donde: Atot=α₁S₁+α₂S₂ +...+α_nS_n.

En la figura 19 se muestra la evolución del nivel relativo total de presión sonora en función de la distancia a la fuente, normalizada con respecto a la distancia crítica Dc.

Figura 19: Evolución del nivel relativo total de presión sonora en función de la distancia a la fuente sonora normalizada con respecto a la distancia crítica (Dc)

Por otra parte, se puede demostrar que cuanto mayor sea el grado de absorción de un recinto a una determinada frecuencia, mayor será el valor de la constante de la sala R (aumento de la distancia crítica Dc) y menor el nivel de presión sonora de campo reverberante LR.

* La constante R mide la capacidad de absorción sonora de un recinto.

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En la figura 20, por ejemplo, se representan tres gráficas de niveles relativos totales de presión sonora correspondientes a una sala “viva” (poco absorbente), a una sala intermedia y a una sala “apagada” (muy absorbente), en función de la distancia a la fuente sonora. Se puede observar que, efectivamente: LR1> LR2> LR3²¹

Figura 20: Gráficas de niveles relativos totales de presión sonora correspondientes a una sala “viva”, a una sala intermedia y a una sala “apagada”

· Nivel Total de Presión Sonora

El campo reverberante permite explicar por qué dentro de una habitación los sonidos se perciben con mayor sonoridad que en un ámbito abierto. En éste último sólo existe el campo directo. En una habitación el sonido se ve reforzado por el campo reverberante, que acumula la energía sonora que no es absorbida en las reflexiones. En el descampado, al no haber reflexiones, la energía sonora simplemente se aleja continuamente de la fuente, sin posibilidad de acumularse.

Figura 21: Campo directo y campo reverberante. Se indica también la distancia crítica, que limita las regiones donde predomina una u otra componente del campo

sonoro.

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De la discusión anterior se desprende que el campo reverberante será tanto mayor cuanto más reflectoras del sonido sean las superficies de un ambiente (o, lo que es lo mismo, cuanto menor sea el coeficiente de absorción), ya que en ese caso será mayor la energía acumulada. Como también el tiempo de reverberación aumenta cuando aumenta la reflexión, resulta que a mayor tiempo de reverberación, mayor campo reverberante.

Esto explica por qué en los ambientes con paredes duras, como los gimnasios, a igualdad de la fuente el nivel sonoro es tan alto. A esto se agrega el hecho de que el campo reverberante tiende a enmascarar el habla, por lo que la gente inconscientemente sube la voz para aumentar el campo directo, y poder comunicarse por lo menos con las personas más próximas.

Esto a su vez incrementa el campo reverberante, pues significa más energía sonora para acumular en el ambiente²².

· Directividad de los campos sonoros

Una característica del campo directo es que es bastante direccional, mientras que el campo reverberante es difuso, es decir adireccional. Por esta razón, en un teatro, cerca del escenario se percibe claramente la procedencia de los sonidos, pero más lejos no tanto (aunque por efecto Hass, el sonido directo, que llega siempre primero, permite percibir la dirección del sonido aún con un importante campo reverberante)²³.

· Tiempo de reverberación (RT)

El concepto de reverberación se haya vinculado a la percepción subjetiva de la voz humana y de la música dentro de un recinto; Por lo tanto es necesario cuantificar la reverberación de un recinto por medio de el tiempo de reverberación (de forma abreviada RT).

23 Ibid.

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El RT esta definido para una frecuencia determinada como el tiempo (en segundos) que transcurre desde que una fuente sonora se detiene, hasta el momento en que el nivel de presión sonora SPL cae 60 dB con respecto a su valor inicial (RT 60).

Un recinto con un RT grande se denomina “vivo” (nave industrial, iglesia, etc.), mientras que si el RT es pequeño recibe el nombre de recinto “apagado”

o “sordo” (locutorio, estudio de grabación, etc.). Ambas denominaciones coinciden con las de campos sonoros, lo cual es lógico habida cuenta de que el nivel de campo reverberante aumenta con el tiempo de reverberación.

Por lo general, el RT varía con la frecuencia, tendiendo a disminuir a medida que ésta aumenta. Ello es debido, en parte, a las características de mayor absorción con la frecuencia de los materiales comúnmente empleados como revestimientos, así como a la absorción del aire, especialmente manifiesta en recintos grandes y a altas frecuencias.

A partir de este término se desprenden otros conceptos dependientes del RT, que influyen de manera significativa en la percepción sonora, estos son:

RT10, RT20, RT30, S/N (relación Señal/Ruido), EDT (Early Decay Time), IDTG (inicial Time Delay Gap), Brillo, Calidez, Intimidad Acústica, Sonoridad, Claridad, Correlación cruzada interaural IACC, Fracción lateral (LF), y Espacialidad Sonora²⁴.

· RT10

Corresponde a un intervalo de 20dB: entre 5 y 10 dB por debajo del nivel estacionario. Indica el tiempo en que demora un sonido en disminuir 10 dB después de apagada la fuente sonora.

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· RT 20

Corresponde a un intervalo de 20dB: entre 5 y 25 dB por debajo del nivel estacionario. Indica el tiempo en que demora un sonido en disminuir 20 dB después de apagada la fuente sonora.

· RT 30

Corresponde a un intervalo de 30dB: entre 5 y 35 dB por debajo del nivel estacionario. Indica el tiempo en que demora un sonido en disminuir 30 dB después de apagada la fuente sonora²⁵.

Figura 22: Curvas de decaimiento para RT10, RT20 y RT30

· S/N (Relación Señal/Ruido)

Es la diferencia que existe entre la señal de ruido de fondo, y la señal que sobrepasa a esta. Al obtener una alta diferencia de S/N, la medición será mas precisa.

· EDT (Early Decay Time)

Es seis veces el tiempo que transcurre desde que el emisor deja de irradiar energía, hasta que el nivel de presión sonora cae 10dB. Si la sala posee una perfecta difusión, el EDT es igual al RTmid²⁶.

25 RUFFA, Francisco. Presentaciones de cátedra. Acústica Aplicada, Reverberación. Bogotá, 2006.

Cap.5.

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Figura 23: Curva de decaimiento del EDT

· IDTG (Initial Time Delay Gap)

Es la diferencia de tiempo entre la llegada del sonido directo y la primera reflexión significativa, y es el parámetro que otorga la impresión subjetiva de intimidad acústica²⁷.

Figura 24: Curva de decaimiento energético destacando la llegada del sonido directo y la primera reflexión significativa.

· Intimidad Acústica

Está directamente relacionada con el inicial time delay gap (ITDG) según el acústico Barron: “la intimidad de un recinto se denomina como el grado de conexión entre el oyente y la orquesta, es decir si el oyente se siente inmerso en la orquesta o distante de la música que esta escuchando”²⁸.

27 Ibid.

28 BARRON, Michael. Auditorium Acoustics and Architectural Design. Primer Edicion, E & FN Spon, 1993.

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La sensación de intimidad implica proximidad entre los músicos y el público.

Uno de las más importantes características de la proximidad es que el sonido directo aparenta dominar sobre el campo reverberante²⁹.

· Indices de claridad C50 y C80 (Clarity)

Estos Índices se expresan como la relación en dB, entre la energía útil recibida en los primeros 0 a 50 ó 0 a 80 ms y la energía perjudicial recibida después de dichos tiempos (50 a infinito u 80 ms a infinito), por lo que su valor indica el grado de calidad del sonido dentro del recinto.

Si bien la percepción de la música ejecutada por una orquesta debe contener un determinado grado de mezcla, es deseable poder distinguir nota a nota la interpretación de un instrumento solista ejecutado en tiempo rápido, una opera o una conferencia, por lo que vinculamos mayor claridad con una mejor inteligibilidad.

Esto se produce cuando el recinto tiene una alta relación entre la energía temprana y la energía tardía recibida dentro del mismo, para varias posiciones.

El índice que tendrá mayor relevancia en el desarrollo del proyecto será el C80, que se expresa por:

C80 = 10 log. [(E^{0-80 ms}) / (E ^80-¥ ms)]

Ecuación 7: Índice de claridad para la música

Este valor es fuertemente dependiente de la frecuencia, por lo que el C80 fue desarrollado promediando los mismos para tres bandas de octava centradas

Cap.5.

(44)

en 500, 1000 y 2000 Hz. En general, los valores aceptables para una sala de concierto se encuentran entre + 1 y - 4 dB.

Se deduce que una mejora en la claridad significará incrementar la energía temprana respecto a la tardía, junto con un aumento de la absorción en superficies lejanas a la fuente³⁰.

· Correlación cruzada interaural IACC (Interaural cross correlation)

Este parámetro mide la diferencia de llegada del sonido a ambos oídos.

Proviene de una medición biaural de la respuesta al impulso^* (IRM), en la que dos respuestas impulsivas son detectadas a través de cada micrófono ubicado en una cabeza artificial dirigida hacia la fuente.

Si las 2 señales que llegan a ambos oídos son iguales el IACC valdrá 1 mientras que si las señales son señales aleatorias independientes el IACC será 0.

IACC temprana (IACCE3): (sin unidades) es el máximo valor normalizado de la función de correlación cruzada, computada para +/- 1ms, dentro de los primeros 80ms de las dos respuestas aurales al impulso, medidos en las bandas de 500, 1000 y 2000 Hz. Evalúa la espacialidad, es decir el ancho aparente de la fuente.

IACC tardía (IACCL3): La IACCL (sin unidades), mide el sonido entre los 80 y los 750 ms de las dos respuestas aurales al impulso, en las bandas de 500, 1000 y 2000 Hz y los promedia. Evalúa la sensación de envolvimiento³¹.

30 RUFFA, Francisco. Presentaciones de cátedra. Acústica Aplicada, Reverberación. Bogotá, 2006. Cap.5.

* La respuesta al Impulso h(t) de un sistema H, describe su respuesta en amplitud en el dominio del tiempo y puede ser conceptuada como la respuesta del sistema a una señal impulsiva. Es aplicada con precisión para efectuar Mediciones de parámetros acústicos.

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· LF: lateral fraction (fracción de energía lateral)

Mide la relación de energía entre el sonido que llega de las paredes laterales y el total. Es la relación entre la salida de un micrófono del tipo figura de ocho, con la zona de mínima sensibilidad del patrón polar direccionado hacia la fuente, y la salida de un micrófono omnidireccional en el mismo punto.

Fracción de energía lateral temprana (LFE4): se observa que el tiempo de integración del micrófono de figura de ocho va de 5 ms. a 80 ms., mientras que el omnidireccional va de 0 a 80 ms., por lo que la diferencia de 5 ms.

sirve para eliminar el sonido directo. No tiene unidad y las bandas de integración son las de 125, 250, 500 y 1000 Hz. Evalúa el sentido de espacialidad, es decir el ancho aparente de la fuente.

Fracción de energía lateral tardía (LFL4): No tiene unidad, mide el sonido desde 80 milisegundos hasta infinito y las bandas de integración son las de 125, 250, 500 y 1000 Hz. Evalúa la sensación de envolvimiento³².

· Eco

Es una repetición del sonido, producido por la reflexión del sonido en un objeto. El intervalo de tiempo entre la emisión y la repetición del sonido corresponde al tiempo que tardan las ondas en llegar al obstáculo y volver.

Generalmente el eco es de representación débil porque no toda la energía del sonido original se refleja.

Los ecos escuchados en las montañas se producen cuando las ondas sonoras rebotan en grandes superficies alejadas más de 30 m de la fuente.

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· Cálculo del tiempo de reverberación

En un recinto, es prácticamente imposible hacer un cálculo exacto del comportamiento de cada material y su reacción frente al campo incidente. Sin embargo, se han desarrollado fórmulas de cálculo del tiempo de reverberación las cuales están basadas en modelos matemáticos estadísticos.

La ecuación que será de interés para este proyecto es la de Norrys y Eyring, quienes a partir de la teoría de Sabine desarrollaron una formula para calcular el RT en recintos de gran absorción, tal es el caso de los estudios de grabación.

) 1 ln(

163 . 0 s m

T V

a -

= -

Ecuación 8: Cálculo de tiempo de reverberación según Norris y Eyring para recintos absorbentes

Donde:

T: tiempo de reverberación, en s.

V: volumen del recinto, en m³. s: superficie total del recinto, en m².

a^m: coeficiente de absorción medio del recinto.

· Valores recomendados de tiempos de reverberación

Habitualmente, cuando se establece un único valor recomendado de RT para un recinto dado, se suele hacer referencia al obtenido como media aritmética de los valores correspondientes a las bandas de 500 Hz y 1kHz. Se representa por RT^mid.

En general, el valor más adecuado de RTmiddepende tanto del volumen del recinto como de la actividad a la que se haya previsto destinarlo. Por ejemplo, cuando se trata de salas destinadas a la palabra, es conveniente que los valores de RT sean bajos, con objeto de conseguir una buena inteligibilidad, mientras que en el caso de salas de conciertos son recomendables unos

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valores apreciablemente más elevados a fin de que la audición musical resulte óptima³³.

En la tabla 1 se dan los márgenes de valores recomendados de RTmid para diferentes tipos de salas en el supuesto de que estén ocupadas.

Tabla 1: Márgenes de valores recomendados de RTmid en función del tipo de sala (recintos ocupados)

Para cualquier recinto lo ideal sería obtener una curva de respuesta plana de reverberación en función de la frecuencia. Esto es prácticamente imposible, debido a que en frecuencias muy bajas, la energía no se distribuye en forma pareja, aún luego de haberlo tratado acústicamente, por lo que se acepta una curva que se incremente ligeramente en bajas frecuencias.

Los estudios de percepción subjetiva de la reverberación y los análisis de comportamiento de innumerables recintos, han permitido formular criterios y tablas, que sugieren tiempos de reverberación para cada aplicación.

En el caso de los estudios de grabación lo habitual es grabar los instrumentos en forma separada para mezclarlos posteriormente. En este caso, deberán estar ubicados en espacios con bajos tiempos, a fin de obtener buena separación acústica entre pistas. Además, cada instrumento, los músicos y el