20 de diciembre de 2008

Procesadores de Espacio y Tiempo - Parte II

Procesadores de Espacio y Tiempo - Parte II

Reverberación y Ecos
Una vez visto el efecto de Delay simple, se podría pensar en repetir sucesivamente los retardos para crear ecos. Los ecos son producidos realimentando una porción de la señal de salida retardada. Poniendo una etapa multiplicadora en este lazo, es posible controlar la cantidad de ganancia que va a ser realimentada, y de ésta forma controlar el nivel y el número de repeticiones.

Aunque la reverberación podría ser tratada en una categoría separada, no es más que una serie de ecos muy cercanamente espaciados. La reverberación acústica puede ser dividida en tres componentes: Señal Directa, Primeras Reflexiones y Campo Reverberante.

La señal directa es oída cuando la onda sonora original viaja directamente desde la fuente al oyente. Las primeras reflexiones (Early Reflections) se refieren a las primeras reflexiones del sonido original provenientes de las paredes de la sala. Generalmente, éstas reflexiones son las que dan al cerebro del oyente la información necesaria para la percepción del tamaño y espacio. El último grupo de reflexiones constituyen el campo reverberante. Estas señales pueden ser divididas en muchas reflexiones que viajan de pared a pared dentro de la sala, y están tan cercanamente separadas en tiempo, que el cerebro es incapaz de discernir cada reflexión individual y las percibe como una señal que decae.

En las salas de concierto, algunas frecuencias son absorbidas más que otras en cada reflexión; ahora, si después de múltiples reflexiones algunas bandas de frecuencias se mantienen mientras que otras se extinguen, el resultado es coloración. La coloración ocurre en la reverberación natural y en la artificial. En el caso de la reverberación natural, el desarrollo del sonido reverberante depende de un sistema tridimensional de reflexiones y decaimientos, que enriquecen el sonido al punto de que la coloración sea muy severa. En algunas oportunidades la acústica natural es insatisfactoria o insuficiente; en el peor caso, la reverberación artificial disponible para mejorarla puede justificarse como que es “mejor que nada “, y en el mejor caso puede no distinguirse de la reverberación natural. A veces puede proporcionar un efecto diferente, pero satisfactorio.

Diseñando un sistema que utilice un número de líneas de Delay cuidadosamente controladas en amplitud y tiempo, es posible crear un número casi infinito de características de reverberación. La señal directa es la primera en llegar al oyente. De esta manera, puede ser representada como una simple línea de información que es ingresada a cada etapa y pasando directamente de la entrada a la salida. En esta primera etapa de procesamiento se encuentra un número de líneas de retardo ajustables individualmente. Ajustando estos módulos a diferentes tiempos entre 10 ms y más de un segundo, pueden ser simuladas las primeras reflexiones (ER).

Siguiendo ésta sección, se encuentran una o más líneas de retardo con lazos de realimentación, diseñados para producir repeticiones a alta velocidad. Los ecos decaerán en un tiempo predeterminado. Una reverberación como ésta puede resultar un poco cruda, debido a que su simpleza podría limitar severamente la calidad y el tipo de sonidos que pueda ofrecer. Sumando más etapas y poniendo los controles de ganancia bajo el comando del microprocesador -utilizando los algoritmos definidos por el usuario- puede crearse una gran librería de sonidos de alta calidad.

En la grabación de audio profesional, la reverberación natural es una herramienta muy importante para el realce de la música y la producción del sonido. Un estudio bien diseñado desde el punto de vista acústico, agrega un grado de calidad y de profundidad natural al sonido grabado. En aquellas situaciones donde se necesita agregar un ambiente, se pueden utilizar aparatos de reverberación digital de alta calidad, con control sobre los parámetros específicos que definen las formas y proporciones de la sala.

La reverberación es un patrón de múltiples ecos cercanamente espaciados que son reflejados de una pared a otra dentro de un espacio determinado (Fig.1). Este efecto resulta en una información perceptible del tamaño, densidad y naturaleza del espacio en cuestión.

Figura1 . Gráfico de nivel de intensidad sonora vs. tiempo de reverberación

+ Tiempo de reverberación (RT60): Es definido como el tiempo que demora la señal aplicada a una sala en decaer 60 dB. En la práctica se mide la caída hasta los 20 dB y se interpolan los valores hasta una caída de 60 dB.

+ Pre-Delay: Es el tiempo que existe entre el sonido directo y el campo reverberante.

Existen otros parámetros de las reverb digitales que definen las características acústicas de la sala que se desea recrear. Algunas de ellas son:

Intensidad del sonido directo y las primeras reflexiones (Early Reflections)
Distancia del oyente a las paredes.

Diferencia temporal entre el sonido directo y las primeras reflexiones
Tamaño de la sala.

Forma de evolución de la reverberación (Difusión)
Materiales de construcción.

Cámara de eco
Históricamente, la primera forma de mejorar la reverberación fue usar una habitación separada, denominada Echo chamber o cámara de eco. Esta cámara tiene la ventaja de la acústica natural real, aunque usualmente en un volumen reducido. Sus paredes son reflectantes, con algunos materiales esparcidos en forma aleatoria para cortar las reflexiones y el exceso de reverberación en el rango medio de frecuencias. Algunas suelen tener una pared en el medio, de manera que el sonido siga una forma de “U” , para retardar la primera reflexión. El micrófono puede ser direccional para discriminar el sonido del parlante y las resonancias provocadas por la estructura de la sala.

Como ocupan mucho lugar en el edificio, normalmente cerca de los 100m3, tienen como resultado una gran coloración debida a las resonancias de la sala en el rango de frecuencias medias-bajas. Una característica es que necesita aislación de estructura para evitar los ruidos producidos por vibración. Otra desventaja es que una vez construida, el tiempo de reverberación es fijo.

Reverberación de placa
El principal avance sustancial desde la cámara de eco, es la reverberación de placa o reverberation plate. Este tipo de reverberación recibe el nombre de reverberación simulada, ya que se produce como consecuencia de un proceso que genera reflexiones parecidas a las de una sala.

Esta reverberación consiste en un transductor electromecánico que transmite las vibraciones a una placa sostenida mediante un sistema de suspensión. En el otro extremo de la placa hay un transductor mecánico-eléctrico, que actúa como micrófono de contacto, y recoge las vibraciones introducidas en la placa transformándolas en una señal de salida. Esta respuesta depende de las consideraciones mecánicas de la placa, y es función de la amortiguación. Para reducir la cualidad metálica de la resonancia se combina un tamaño mínimo de 2 m2 con un espesor máximo de 0,5 mm. dando un resultado óptimo de vibraciones transversales.

Para obtener una salida estéreo se ubican dos micrófonos de contacto piezoeléctricos en la placa en forma asimétrica. Las características de frecuencia de la placa misma, los dos transductores y sus amplificadores son arreglados para dar una respuesta que tiene su máxima duración en frecuencias medias, con algo de corte en baja frecuencia y más corte en alta frecuencia (15 dB a 10 Khz), para simular la absorción de alta frecuencia del aire en una sala de tamaño moderado. Para alcanzar esto se aplica un poco de amortiguación, ya que sino, la respuesta de la placa subiría a muy altos valores en el extremo bajo de frecuencias.

Para producir este amortiguamiento y para controlar el tiempo de reverberación, se sostiene firmemente una chapa rígida, delgada y porosa a una distancia variable de la placa: típicamente se utiliza 0,8 mm de fibra de vidrio comprimida. Con la separación más amplia de la placa amortiguadora (120 mm) se obtiene un tiempo de reverberación de 5,3 seg a 500 Hz, cayendo a 1,5 seg a 10 Khz, como en una catedral. La menor separación entre las placas es de 3 mm; esto da una reverberación nominal de 0,3 seg.

Las placas de amortiguación pueden ser operadas en forma mecánica o motorizada, con un control de movimiento y un indicador de tiempo de reverberación ubicado cerca de la consola, permitiendo variar los tiempos y escuchar los cambios. La estructura bidimensional de la placa permite a la onda producir reflexiones que arriban en número creciente a medida que la reverberación continúa y se extingue. Es un efecto natural aunque no es tan marcado como en la reverberación tridimensional. Las placas varían en la calidad de la lámina y en la tensión que se le aplica al construirla. Cada placa tiene su propia respuesta característica. Con una placa es inevitable tener una distancia corta entre los transductores, entonces para simular una sala grande se requiere aplicar un retardo de tiempo a la reverberación.

Generalmente suele haber dificultades para encontrar un lugar donde instalar la placa. Necesita mantenerse bastante quieta, ya que toma ruido del aire. En particular no puede ser ubicada en la sala de control, ya que con el nivel de monitoreo de la sala puede aparecer componentes de 200 Hz. A veces se coloca en el lobby del estudio o en una habitación separada.
Un tercer medio para crear reverberación simulada emplea los que son descriptos como resortes. Aunque se ven igual que un resorte, trabajan de manera muy distinta: la entrada acústica es aplicada en forma torsional a un extremo del resorte, y tomado de la misma manera del otro extremo.

El metal es grabado y dentado en forma distinta a lo largo de su superficie, de manera tal que sus características de transmisión varíen, con el efecto de que en cada discontinuidad del metal exista un desacople, y parte del sonido es reflejado. Cada reflexión a su vez produce una nueva familia de ecos subsecuentes del resto de las discontinuidades y se produce la característica de reverberación

Para obtener una reverberación en estéreo (A y B) se necesitan dos resortes que procesen cada canal en forma independiente o las entradas pueden combinarse de forma que A+B alimenten ambos resortes.
PROXIMAMENTE
PROCESADORES DE ESPACIO Y TIEMPO
TERCERA Y ULTIMA PARTE
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