The Post War Dream (ciclo: Sonido en 3D)

Prefacio
Hoy inicio un nuevo "ciclo", por llamarlo de alguna manera. En los próximo 2 posts voy a exponeros el trabajo que el pasado junio finalizara sobre el "sonido en 3D" y que me valdría para conseguir la única matricula de honor que luce en mi expediente.
Aunque de lenguaje preciso, creo que es más o menos comprensible incluso para aquellos poco o nada familiarizados con la ciencia. A mi ver, y creo que para todos aquellos con tendencia al antropocentrismo, es una exposición de lo más interesante.

PARTE 1: LOCALIZACIÓN DE FUENTES SONORAS
Introducción
El sistema auditivo usa una serie de pistas para determinar la ubicación de las fuentes sonoras en el espacio. Estas derivan del hecho de que tenemos dos oídos que poseen sendos pabellones auriculares y que, además, están separados una distancia significativa por un medio acústicamente opaco.

En los diversos estudios y experimentos realizados para estudiar la localización por parte del ser humano se usan con frecuencia tres planos característicos que se muestran en la figura.

La localización se realiza a partir de la determinación de una dirección y una distancia.

Dirección
Lateralización

Teoría Dúplex:
Fue expuesta por Lord Rayleigh en 1907 y establece que en la lateralización influyen 2 hechos.

- Diferencias Interaurales de Intensidad (DII):
Rayleigh observó que cuando un sonido llega a un oyente desde una posición distinta del plano medio se producen diferencias entre los sonidos que llegan a cada oído. El oído mas alejado de la fuente sonora queda oculto tras la cabeza, que produce una sombra acústica, por lo que el sonido que le llega tiene menor intensidad.
También notó que éste efecto es insignificante para frecuencias menores a 1kHz, debido al fenómeno de la difracción de las ondas.

- Diferencias Interaurales de Tiempo (DIT):
Rayleigh también observó que el oyente humano es sensible a diferencias de fase para bajas frecuencias entre los dos oídos. Este desfase se debe a un retraso temporal en la llegada del sonido a un oído respecto del otro, que a su vez se debe a la mayor distancia que el sonido debe recorrer para alcanzar el oído mas alejado.
Las DIT oscilan entre 0s para fuentes sonoras con un ángulo de 0º (exactamente delante del sujeto), hasta unos 0.69ms para fuentes sonoras con un ángulo de 90º (justo delante de uno de los oídos).

La teoría dúplex explica bastante bien la localización lateral de sonidos senoidales, sin embargo no es capaz de explicar la localización de sonidos complejos.

Sonidos complejos:
Sonido complejo: Los sonidos que ocurren en situaciones reales tienen fases de ataque y caída, transitorios y características espectrales particulares, y sufren cambios de intensidad y de su característica espectral en el tiempo.

Se realizaron varios experimentos para determinar o aproxima la localización de los sonidos complejos. Los resultados desvelaron que factores como la energía de cada banda de octava y la duración del sonido influyen favorablemente en dicha localización.
Tambien se descubrió un efecto cuando se usan señales de banda limitada denominado "inversión". En esos casos, aunque la fuente sonora está situada delante del sujeto, éste la percibe como ubicada detrás de él. Esto se da en casos extremos como confundir 0º con 180º, pero también puede darse para pasos intermedios. Una fuente sonora situada en un ángulo lateral de 20º puede percibirse como situada a 160º.

Localización en el plano medio*: (observar primera imagen)
En el plano medio ambas ondas sonoras llegan a la vez y con la misma intensidad a los dos oídos, por los que no existen DII ni DIT. En éste caso son la cabeza y, sobre todo, los pabellones auriculares los que ayudan a la localización.

Experimentos en éste campo concluyeron que la cabeza y el pabellón auricular modifican el espectro de los sonidos en relación al ángulo de incidencia del sonido con respecto a la cabeza. Esto dio lugar a las HRTF (Head-Related Tranfer Functions) o funciones de transferencia relativas a la cabeza.

Una vez más, los sonidos de banda limitada vuelven a presentar problemas. Con frecuencias centrales de 300Hz o 3kHz la imagen sonora siempre se formará delante del sujeto. Si la frecuencia central es de 8kHz la imagen estará siempre arriba. Y si la frecuencia central es de 1kHz o 10kHz la imagen se formará siempre detrás.

Efecto Haas:
También llamado efecto de precedencia o efecto de prioridad, fue descubierto por el médico alemán Helmut Haas en 1949.
Describe como, cuando dos sonidos independientes llegan con una diferencia de tiempo muy corta son percibidos como uno solo. El tiempo de retardo varía dependiendo de las características de cada sonido variando desde 5ms para sonidos impulsivos hasta unos 40ms-50ms para sonidos complejos (p.e. música o el habla). Esto se debe a que el cerebro deja de percibir la dirección y entiende los sonidos posteriores como un eco o reverberación del primero.

El efecto de precedencia sólo se produce en sonidos con carácter transitorio y disminuye si el retardo entre los dos sonido es igual o menor que 1ms. También se da cuando el primer y segundo sonido tienen diferentes espectros, siempre que la envolvente temporal de ambos sea similar.
Sin embargo, si el sonido retardado es suficientemente más intenso que el primero (10 - 15 dB) se cancela el efecto de precedencia.

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Mañana... más!

Puede que muchos os esteis preguntado qué es el sonido en 3D. Bien, ésto tiene fácil solución. Ante todo debéis seguir una única regla: HAY QUE USAR AURICULARES, si son de botón, mejor.
La explicación de ésto la veréis o intuiréis en el próximo post. Ahora solo puedo deciros que disfruteis de ésta rareza musical.


Pink Floyd "The Post War Dream"

Es posible que en éste clip no lleguéis a apreciar el autentico efecto de ésta técnica, pero tranquilos, en el próximo post prometo poner un clip que no dejará indiferente a nadie. ;)

(Y si alguien ya conoce la tecnica, callense hasta el proximo post)