Normalmente no somos conscientes de la gran cantidad de energía que proviene de las reflexiones. Incluso en el exterior, una cantidad apreciable proviene de reflexiones del suelo, de las estructuras que nos rodean y de la vegetación. Nosotros sólo nos damos cuenta de estas reflexiones cuando el retardo es mayor que 30 o 50 ms , e n ese tiempo , somos conscientes de este retardo .
El ECO.
En la mitología griega, eco significa ninfa de la montaña. El dios supremo Zeus, la persuadió de entretener a su mujer, Hera, con una charla incesante, para que ésta no pudiese espiarlo. Irritada, Hera le quitó a Eco el poder de hablar, dejándole sólo la facultad de repetir la última sílaba de cada palabra que oyera. Un amor no correspondido por el bello Narciso, que amaba a su propia imagen reflejada, hizo que Eco languideciera hasta que sólo quedó de ella su voz.
Las ondas sonoras sufren una reflexión parcial al chocar con la superficie de un medio cualquiera de distinta densidad a la del medio en que se propagaban. Esta es la causa de una pérdida de energía vibrante y en, consecuencia de amplitud; al disminuir ésta, la intensidad del sonido se hace menor. Las reflexiones sucesivas del sonido en capas atmosféricas de densidad diversa hacen que se amortigüe y se limite extraordinariamente su radio de percepción.
Al reflejarse el sonido en un sólido, por ejemplo un muro, la energía de la onda reflejada es la misma que la incidente y la pérdida de intensidad es la que corresponde al aumento de distancia.
Cuando la onda incidente y la reflejada impresionan el oído del mismo observador con intermitencia suficiente para la percepción de los dos sonidos, se produce el fenómeno llamado ECO .
El intervalo de tiempo mínimo para que nuestro oído perciba sonidos musicales es 0 . 1 segundos y 0.07 segundos para sonidos secos (palabras) . Si consideramos como velocidad del sonido a la temperatura de 20ºC uno 340 m/s el espacio que debe recorrer la onda en su ida y vuelta del oído al obstáculo es: s = 0 . 1 x 340 = 34m para sonidos musicales, en el caso de sonidos secos (palabras) el espacio que debe recorrer la onda en su ida y vuelta del oído al obstáculo en las mismas condiciones es: s = 0 .07 x 340 = 23.8 m.
La distancia mínima entre el oído y la superficie reflectora debe ser alrededor de 17 m. para que se produzca eco.
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Fig.2. Existe Eco. |
Fig.1. No existe eco. |
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El eco puede presentarse como un problema cuando se superponen los sonidos incidentes y los reflejados en las paredes dando una interferencia especial a la que se denomina reverberación , y, en consecuencia, se oye mal.
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LA REVERBERACIÓN.
La reverberación es el fenómeno de sucesivas reflexiones del sonido en distintas superficies. 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 sonido. Este fenómeno es de suma importancia, ya que se produce en cualquier recinto en el que se propaga una onda sonora. El oyente no sólo percibe la onda directa, sino las sucesivas reflexiones que la misma produce en las distintas superficies del recinto. Controlando adecuadamente este efecto, se contribuye a mejorar las condiciones acústicas de los locales tales como teatros, salas de concierto y, en general, todo tipo de salas. La característica que define la reverberación de un local se denomina tiempo de reverberación. Se define como el tiempo que transcurre hasta que la intensidad del sonido queda reducida a una millonésima de su valor inicial.
Este tiempo de reverberación no debe ser demasiado largo, por los inconvenientes antes nombrados. Tampoco debe ser demasiado corto pues, entonces, en una gran sala de espectáculos, por ejemplo, no captaría los sonidos el auditorio entero. El tiempo de reverberación óptimo es de 1 a 2 segundos. En fábricas, talleres, etc., conviene, para evitar molestias auditivas, un tiempo de reverberación muy corto.
Se evita tal fenómeno por medio de cuerpos absorbentes del sonido, que, reflejándose en ellos, pierde un tanto por ciento determinado de su intensidad en cada reflexión.
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CÁMARA ANECOICA.
Existen habitaciones llamadas anecoic a (Fig.3.) que tienen un recubrimiento especial que absorbe toda la energía proveniente de las reflexiones (cámaras sin eco) , así sólo escuchamos el sonido tal y como se produce, la mayoría de las personas, se quedan sorprendidas de lo seco que son los sonidos en estas cámaras.
Esta cámara está diseñada para minimizar los efectos de los sonidos y el ruido externo. El sonido externo se evita mediante el aislamiento físico de la estructura, filtros acústicos en los conductos de ventilación y los anchos muros.
Las superficies superiores están cubiertas de material absorbente del sonido - como fibra de cristal o lana mineral - tanto en planchas como en cubos verticales y horizontales. El techo y el suelo están rellenos de forma similar; con una estrecha malla metálica justo por encima del suelo, que proporciona una superficie óptima para poder andar. La reflexión del sonido se puede reducir de uno a 1000 en esta habitación, simulando las condiciones acústicas de espacio libre no obstruido
Fig.3. Cámara anecoica.
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LOCALIZACIÓN DEL SONIDO.
Puesto que el sonido reflejado es tan común, cabe preguntarnos por qué estas reflexiones no interfieren con nuestra habilidad de localizar el sonido. La respuesta viene en que nos adaptamos rápidamente a los nuevos entornos y nuestros sistema auditivo usa mecanismos para suprimirlos. El hecho de localiza r en base a qué oreja percibe antes el sonido se conoce como el efecto de procedencia ( precedente effect ) o la ley del primer frente de onda (" law of the first Wavefront "). Esto no quiere decir que no tomamos información inconscientemente para estimar lo lejos que está el sonido. Aunque a menos que la reverberación es muy pronunciada, las reflexiones tiene poco peso a la h ora de localizar el sonido.
Las primeras teorías de localización provienen de la clásica "teoría dúplex" ( Teoría de Rayleigh ), la cual enfatiza el rol de dos componentes fundamentales de la señal de audio que llega nuestros oídos: la diferencia interaural en tiempo (ITD) y la diferencia interaural de intensidad (IID) ( F ig. 4. ). Esta teoría resulta incompleta, pues no tiene en cuenta la habilidad que poseen las personas de localizar sonidos sobre el plano medio vertical (sobre sus cabezas), en frente o detrás, donde las diferencias interaurales son mínimas para estas posiciones .
Fig. 4. Componentes fundamentales de la señal de audio que llega a los oídos (Teoría de Rayleigh).
Similarmente , cuando una persona escucha un estímulo con auriculares en los que solo están incluidas las diferencias interaurales en tiempo y amplitud, el sonido resultante aparece como si estuvieran dentro de la cabeza del oyente y no en el espacio. Inclusive existe una pérdida de la sensación de elevación, y notable confusión de atrás-adelante de la fuente sonora presentada. Así, la simulación teniendo como parámetro este modelo es deficiente.
Muchos estudios sugieren que esta deficiencia en la teoría dúplex reflejan la importante contribución en la localización que produce el filtrado dependiente de la dirección que ocurre cuando un sonido arriba al oído externo o pabellón de la oreja. Un sonido se propaga desde una fuente generadora hasta los oídos del receptor, pero las reflexiones y refracciones impuestas por la morfología física de la cabeza tienden a alterar el sonido de manera sutil. Estos efectos son dependientes de la frecuencia de la fuente sonora. Este filtrado tambi é n varia en función de la posición del espacio de la fuente.
Experimentos muestran que la respuesta del pabellón de la oreja es altamente dependiente de la dirección del sonido [1] y que la ausencia del pabellón degrada la capacidad de localización y externalización (fuera de la cabeza) del sonido. Así, la forma y tamaño de la oreja, inclusive la cabeza y el torso, imponen un complejo efecto en las señales de audio, atenuando y cambiando la fase selectivamente para cada frecuencia y cada posición del espacio. La adición de un procesamiento que imponga todas estas modificaciones en una señal de audio, puede lograr un sentido mas amplio de espacialización.
Existen muchos efectos acumulativos desde que el sonido sale de la fuente hasta que este arriba al tímpano, pero todos ellos pueden ser expresados en una sola operación de filtrado, parcialmente similar a la que realiza un ecualizador gráfico de audio. Se han realizado varias mediciones sobre personas reales y maniquíes con morfología humana de estas características de filtrado, básicamente poniendo pequeños micrófonos tan cerca como fuera posible del tímpano. Bajo las condiciones de una cámara anecoica, una señal analítica o un impulso brevísimo es emitido de una posición determinada del espacio y este impulso es grabado con los micrófonos. Un pulso posee componentes frecuenciales en casi todo el espectro útil, así que el resultado obtenido en la grabación contendrá la función de transferencia impuesta por el oído , r ealizando la transformada de Fourier se pueden cuantificar estos valores.
Así en esta grabación realizada simultáneamente en ambos oídos , se l a s denomina grabaciones binaurales , esta inmersa la información de diferencia de intensidad, retardo en tiempo, atenuación frecuencial y cambio de fase para la posición del espacio de la fuente emisora, como si fuera una huella dactilar de las características físicas del oído del usuario sometido a la grabación. La representación en el dominio del tiempo de estas características asociadas al oído es llamada genéricamente filtro FIR (Finite Impulse Response) y la representación en el dominio frecuencial de estas funciones de transferencia del oído o huella dactilar acústica es conocida como HRTF (Head Related Transfer Functions).
Fig .5. Representación de las variables percibidas en la localización espacial de una fuente de sonido desde la perspectiva del oyente.
Así filtrando un sonido arbitrario con estos filtros HRTF, se puede imponer una característica espacial al sonido de tal manera que al ser presentado este con auriculares, parece emanar de la posición deseada en el espacio ( F ig .5. ). La localización depende de otros factores tal como:
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contenido espectral de la fuente original,
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ancho de banda de la fuente,
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diferencias entre la HRTF del usuario destino y de la persona de la cual se tomaron las mediciones, etc.
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Vamos a mostrar a continuación algún ejemplo de códigos csound y su resultado del estudio de reverberacion :
[1] Blauert ,J. 1983, Spatial Hearing: the Psychophysics of Human Sound Localization, Cambridge, MA, MIT Press
