4.6. IMPLEMENTACIÓN

SIMULACIÓN EN LOS ORDENADORES.[1]

En primer lugar, es importante discernir entre en qué ambiente se encuentra nuestra fuente acústica (como por ejemplo en una iglesia) y por otro, en qué punto del espacio se encuentra nuestra fuente. La técnica más utilizada para hacer esto último, se hace creando fuentes de sonido falsas, simulando así ecos, reflexiones… Las técnicas de procesado digital de señal que involucran estos procedimientos, toman en cuenta la energía, el tiempo y la información espectral.

1. Energía . Es posible calcular la energía que recibida de un punto en concreto dado un punto en el espacio determinado para la fuente, para el que escucha, el número de canales, la localización de los altavoces y las características direccionales de la fuente, para así cambiar la ganancia y la fase de la señal a la salida. Este procedimiento se llama ‘intensity panning '. Aunque ha sido muy utilizado, también ha sido muy criticado, pues es efectivo para un pequeño grupo de espectadores localizados en el centro de una habitación. A parte de estos inconvenientes, se añaden otros, como la reutilización, es decir, una vez modificado las señales para os distintos altavoces, si tenemos una distribución diferente, no nos será posible (o al menos, no debería) reproducir el sonido en otra configuración distinta. Además existen problemas de información redundante, pues la misma información llega a ambos oídos del espectador. Michael Gerzon y otros ingenieros de sonido, crearon una técnica llamada Ambisonic (registrada por Trademark of Nimbus Communications Internacional), que es muy usada en la actualidad. Esta técnica intenta reparar las limitaciones antes comentadas, codificando la señal de la misma manera que un micrófono especial llamado Calrec Soundifield .  Éste registra información de la energía emitida por una fuente de sonido localizada en un campo de tres dimensiones usando cuatro señales (hay otros formas de codificación que utilizan más de cuatro señales). Estas cuatro señales son tres apuntando a los ejes cartesianos y una señal onmidireccional , de tal manera que se registraría como si pusiéramos un micrófono en cada uno de los 8 altavoces más uno onmidireccional que fuéramos a utilizar. La ventaja de esto obviamente es que podemos decodificar para el equipo de altavoces que queramos.,

2. Tiempo . Líneas de retardo. Para similar la información temporal, sabemos la manera de calcular el tiempo que tarda una señal en llegar a un punto especificado. Esto es, por ejemplo, calcular la diferencia de tiempo en que el sonido tarda en llegar a un oído y otro. (simulación del ITD), o calcular la diferencia tiempo entre los distintos altavoces. Para la simulación de estas líneas de retardo, se utilizan procesos de interpolación para calcular valores aproximados medios. Cabe comentar, que si el espectador no está situado justamente en el punto ideal, se obtienen resultados completamente distorsionados.

3. Información espectral . Filtrado HTRF. Para similar esto, se registran una serio de respuestas al impulto utilizando un muñeco con micrófonos binaurales . Estas grabaciones son utilizadas para filtrar la señal, bien por convolución ( FIR filtres) o bien para diseña filtros IIR dinámicos. Como la información registrada es discreta, se utilizan complejos métodos para obtener valores medios aproximados del espacio real. Sin embargo, está todavía en discusión si esto da una precisión adecuada en la localización. Parece ser que depende mucho de la forma de la cabeza, cuerpo de cada uno, no todas las HTRF's incluso las universales, sirven para todos de igual manera De cualquier modo, el resultado no es demasiado fidedigno si utilizamos altavoces, llegando a unos resultados bastante aceptables utilizando auriculares.

Simulación de las características de una habitación.

Hay dos métodos que se usan muy a menudo para simular las características de una habitación: la convolución rápida y las redes de filtros IIR.

Es posible capturar la respuesta al impulso de una habitación, grabando un sonido como una explosión de un globo, una pistola, dentro de la habitación. Esto nos da información de la reverberación de la habitación sobre la localización de la fuente y del receptor. Así la respuesta obtenida se usa para convolucionarla con cualquier sonido de tal manera que simulamos la producción del sonido en la habitación. Sin embargo esto requiere mucho cálculo computacional.

Otra aproximación es simular la reverberación a través de una red de filtros ( comb , lowpass y allpass ) conectados en paralelo y series. Este resultado sin embargo nos da un resultado artificial, pero es más controlable por ordenador, y requiere mucho menos costo computacional.

Vistazo general de un sistema de  espacialización e importantes advertencias.

Como hemos visto, para producir una buena simulación, no solo son necesarios unos procedimientos DSP apropiados, sino que también tenemos que tener en cuenta de la posición de los espectadores y el sistema de reproducción que se utilizará posteriormente.

Así nuestro sistema deberá tener información sobre:

1. Localización de la fuente y/o movimiento.

2. Características direccionales ( omnidirecional , cardioide , etc ).

3. Orientación de la fuente (si la radiación de la fuente no es omnidireccional ).

4. Propiedades de la sala: tamaño, geometría, difusión, equilibrio espectral.

5. Localización del espectador.

Para obtener unos buenos resultados en la simulación espacial, la señal a ser procesada debería seguir las siguientes condiciones:

1. Debería ser grabado sin ningún tipo de reverberación, o distorsión.

2. Suficiente energía en la banda de frecuencias usada para la simulación. Por ejemplo, un seno de 200 Hz no es una buena idea, a no ser que estés usando un ITD.

3. Si se quiere simular la localización del sonido muy cerca del espectador, la señal de entrada tiene que tener energía suficiente.

4. Cuando se simulan fuentes que se mueven, debe tener suficiente energía media en toda su longitud.

5. Cuando se simulan fuentes que se mueven, debería tener algunos cambios espectrales durante su evolución.

6. Evitar cualquier cambio abrupto de la señal. ( clicks ). La reverberación no lo arreglará, y se hará más evidente y claro.

Si tenemos en mente, movimientos de la fuente:

1. Evitar movimientos muy rápidos.

2. Parar el movimiento en un punto, y mantener en ese punto poco tiempo, para dar la oportunidad al sistema del auditorio para seguir su localización .

3. Evitar movimientos imposibles. Las fuentes naturales de sonido no alcanzan máxima velocidad instantáneamente, y tampoco paran instantáneamente.

4. No colocar la fuente de sonido exactamente en el mismo lugar que otra fuente. El sistema auditorio creerá que sólo es una fuente (la ley del ‘common fate ').

Con respecto al sistema de reproducción

1. Los altavoces deben de tener una respuesta plana a lo largo de la banda frecuencial del sonido a reproducir, al menos más de un ángulo de 60 grados.

2. Los altavoces deben de tener la respuesta de fase debidamente sincronizada.

3. Si la señal fue procesada, considerando una distancia y unos ángulos determinados, la situación de los altavoces debe situarse igual. En este sentido se pueden hacer ciertas modificaciones, pero a costa de la reducción del espacio audible.

[1] Spatial listening and its computer simulation on electronic Music. http://musica.unq.edu.ar/personales/odiliscia/papers/spatial-listening.htm

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