Conceptos básicos de sonido

Transcripción

1 Conceptos básicos de sonido Generación de un sonido Cuando se produce una perturbación periódica en el aire, se originan ondas sonoras longitudinales. El oído, que actúa como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido. Sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico (por ejemplo el aire). Al vibrar u oscilar un elemento vibratorio (cuerda de guitarra, cuerdas vocales, diapasón, etc) se propagan a través del aire una serie de ondas sonoras longitudinales periódicas que se alejan de la fuente. Las moléculas de aire que colindan con el elemento vibratorio, se comprimen y se expanden alternativamente, transmitiendo una onda. Las regiones densas en las que gran número de moléculas se agrupan acercándose mucho entre sí se llaman compresiones. Las regiones que tienen relativamente pocas moléculas se conocen como rarefacciones. Las compresiones y rarefacciones se alternan a través del medio en la misma forma que las partículas de aire individuales oscilan de un lado a otro en la dirección de la propagación de la onda. Puesto que una compresión corresponde a una región de alta presión y una rarefacción corresponde a una región de baja presión, una onda sonora también puede representarse trazando en una gráfica el cambio de presión P como una función de la distancia x. La distancia entre dos compresiones o rarefacciones sucesivas es la longitud de onda. (a) Compresiones y rarefacciones de una onda sonora en el aire en un instante determinado. (b) Variación sinusoidal de la presión como función del desplazamiento. La velocidad del sonido. Cualquier persona que haya visto a cierta distancia cómo se dispara un proyectil ha observado el fogonazo del arma antes de escuchar la detonación. Ocurre algo similar al observar el relámpago de un rayo antes de oír el trueno. Aunque tanto la luz como el sonido viajan a velocidades finitas, la velocidad de la luz es tan grande en comparación con la del sonido que pueden considerarse instantánea. La velocidad del sonido se puede medir directamente determinando el tiempo que tardan las ondas en moverse a través de una distancia conocida. En el aire el sonido viaja a una velocidad de unos 340 m/s. Página 1 de 8

2 Parámetros de un sonido Efectos sensoriales Intensidad acústica (Volumen) Tono Timbre (Calidad) Propiedad física Intensidad Frecuencia Forma de la onda Frecuencia. La frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Aplicada al sonido, se puede definir como el número de vibraciones que se producen por segundo, que da origen al sonido analógico. El espectro de un sonido se caracteriza por su rango de frecuencias. Ésta se mide en Hertzios (Hz). El oído humano capta sólo aquellos sonidos comprendidos entre los 20 Hz y Hz. Las frecuencias bajas corresponden a sonidos graves, mientras que las frecuencias próximas a los Hz, corresponden a sonidos agudos. Espectro de frecuencias. Es la representación gráfica del conjunto de ondas que se transmiten a través del aire. Se denomina periodo al tiempo que tarda una señal en volver a repetirse, se mide en segundos y es la inversa de la frecuencia. En la siguiente figura se pueden observar estos parámetros: Página 2 de 8

3 Decibelio. Unidad de medida del volumen o intensidad de un sonido. El silencio o ausencia de sonido se cuantifica como 0 db y el umbral del dolor para el oído humano se sitúa en torno a los db. Captación de un sonido analógico. El dispositivo que capta una onda sonora y la convierte una señal eléctrica es el micrófono. Se basa en el principio del electromagnetismo según el cual al mover conductor eléctrico dentro de un campo magnético se produce una corriente eléctrica proporcional al movimiento del conductor. en un Si acoplamos una bobina (conductor eléctrico) a una membrana estando dentro de un campo magnético creado por un imán, cuando lleguen las ondas sonoras moverán ligeramente la membrana y la bobina, creando esta una pequeña corriente eléctrica que posteriormente será amplificada. en Emisión de un sonido analógico El dispositivo que a partir de una señal eléctrica es capaz de generar un sonido se denomina altavoz. El principio de funcionamiento es el mismo que el del micrófono sólo que al contrario, es decir, en este caso es la señal eléctrica que pasa por la bobina la que genera el movimiento de la membrana y ésta al vibrar, emite ondas acústicas proporcionales a la señal eléctrica que mueve la bobina Propagación del sonido. La propagación del sonido se da siempre en todas direcciones y está determinada por el espacio en el que se realiza. Si se trata de espacios abiertos, el sonido sufrirá grandes atenuaciones con las distancias, de tal manera que para espectáculos en la calle y con mucho público se va a necesitar un potente equipo de sonido. En espacios cerrados, la distancia no va a ser un gran problema, pero aparecerá un nuevo inconveniente que es la inteligibilidad, es decir, puede ocurrir que no se entienda el mensaje que se transmite. Para resolver este problema, es necesario conocer algunos conceptos, como son: Página 3 de 8

4 La reverberación.- Cuando se transmite un sonido en un espacio cerrado, éste se propaga en todas las direcciones y parte de él irá al oyente, pero el resto se irá hacia las pareces y techo del recinto. Dependiendo del material del que están recubiertas estas superficies, se reflejará o será absorbido en mayor o menor medida (en general las superficies lisas y pulidas reflejarán bien el sonido y las superficies rugosas, lo absorberán). Cuando nuestro oído, recibe por un lado el sonido directo e instantes después el sonido reflejado, puede suceder que no se interprete bien el mensaje. A este fenómeno se le llama reverberación. El cerebro, cuando recibe un sonido directo y su reflexión con una diferencia entre ellos superior a 50 ms, lo interpreta como dos sonidos diferentes. A este fenómeno se le denomina eco. Para solucionar el problema de la reverberación, se suele trabajar con los materiales que recubren las paredes y techo de los locales cerrados. La resonancia.- Es el fenómeno por el cual un cuerpo entra en vibración ante la proximidad de la producción de un sonido de frecuencia igual a la que dicho cuerpo puede producir. Si escuchamos el sonido de una guitarra eléctrica sin amplificador y una guitarra acústica, la diferencia de sonido es notable. Esta diferencia es debido al fenómeno de resonancia que se produce en el cajón de la guitarra acústica, haciendo que las cuerdas sigan vibrando durante más tiempo y por tanto se oirá su sonido con mayor amplitud. En algunos locales pequeños, éstos funcionan como si fuesen cajas de resonancia, sobre todo con las frecuencias graves, haciendo que el sonido en el local, esté descompensado y al oírse mucho más las frecuencias graves, éstas anulan las demás, haciendo que no se entienda el mensaje de una forma limpia. Para evitar este fenómeno, se recurre a instalar en el local elementos que absorban esas frecuencias, o se recurre a los ecualizadores que podrán eliminar dichas frecuencias. El equipo de sonido. Altavoces PA Monitor de escenario L R Amplificador Entradas Salidas Amplificador Ganancia Ecualizador Envíos Efectos Faders (volumenes de canales) Master Página 4 de 8

5 Todo equipo de sonido contará con una parte dedicada a generar la señal eléctrica que vamos a manejar. Esta señal puede partir de fuentes acústicas (voces, percusión, instrumentos, etc) o directamente de fuentes eléctricas, tanto de instrumentos (guitarra eléctrica, teclado, etc) como de equipos reproductores de sonido (mp3, móvil, ordenador, etc.). En el caso de las fuentes acústicas, el encargado de convertir la señal a eléctrica es el micrófono. Todas estas señales son de bajo voltaje (1V aprox), y se introducen en un equipo denominado mesa de mezclas, la cual se encargará de hacer que por sus salidas salgan los sonidos correspondientes a la mezcla que nosotros deseemos de las señales que tiene a su entrada. La señal de salida de la mesa de mezclas también es una señal de bajo voltaje, por lo que necesita ser aumentado su valor; esta función la realiza el amplificador, el cual aumenta el valor de la señal que tiene a su entrada, por lo que a su salida tendremos la misma forma de onda de la señal de entrada, pero con un valor de amplitud bastante superior (en torno a los 70 v), la cual ya puede conectarse a unos altavoces y hacer que el sonido salga a través de ellos, convirtiendo la señal eléctrica nuevamente en acústica, pero con un volumen muy superior. Una mesa de mezclas en realidad se compone de dos mesas, una que regula los sonidos que salen de los altavoces de salida que van al público (denominados PA) y otra para la salida hacia los altavoces que van al escenario (monitores). Sonido analógico y sonido digital. Sonido analógico es aquel que se produce en el medio natural y que se transmite a través de ondas acústicas en un medio físico como es el aire en todas las direcciones. Esta onda acústica está compuesta de múltiples frecuencias que luego son recogidas por nuestros oídos e interpretadas de una forma inteligente por nuestro cerebro. Si estas ondas acústicas son proyectadas sobre un transductor llamado micrófono, la onda acústica, se convierte en una señal eléctrica, que tiene la forma equivalente a la señal acústica emitida. Esta señal eléctrica sería también de tipo analógico, Ya que por cada valor del tiempo, se obtiene un valor de voltaje diferente. Si a esta señal analógica, le tomamos muestras, cada cierto tiempo, obtendremos un valor numérico de lo que vale la señal en cada periodo muestreado, y si ese valor numérico lo convertimos al sistema binario (ceros y unos), obtenemos una información digital (de ceros y unos), equivalente a la señal analógica. Esta función la realiza un circuito electrónico llamado conversor analógico-digital (A-D), que normalmente lo contiene la tarjeta de sonido de cualquier ordenador. Cuantas más muestras hagamos de la señal analógica, mejor será la señal digital obtenida. Una vez tenemos la señal en formato digital, las ventajas que obtenemos frente a la señal analógica son muchas: Se puede manipular y transformar la señal de manera sencilla a través de un programa de edición de sonido digital que instalemos en el ordenador. Se puede realizar una copia exacta del archivo original. Página 5 de 8

6 Se puede transmitir la información de manera muy sencilla. Etc.. Una vez que hemos realizado las operaciones que queramos en la señal digital, nuevamente tenemos que pasarla a analógica para que nuestros oídos puedan escucharla. Esta función la realiza un circuito electrónico llamado conversor digital- analógico (D-A), que también está en la tarjeta de sonido de cualquier ordenador. Por último esta señal eléctrica analógica, es convertida a señal acústica mediante un nuevo transductor, llamado altavoz. Este proceso se puede observar en el siguiente gráfico: Onda Eléctrica (guitarra, teclado,etc) MIC Onda Acústica (voz) Onda Acústica ALTAVOZ Señal Eléctrica analógica Señal Eléctrica analógica D/A Conversor Digital-Analógico A/D Conversor Analógico- Digital Señal Eléctrica digital Señal Eléctrica digital ORDENADOR (Transformación de la señal) Conceptos básicos de sonido digital Tasa de muestreo (sample rate). Un audio digital es una secuencia de ceros y unos que se obtiene del muestreo de la señal analógica. La tasa de muestreo o sample rate define cada cuánto tiempo se tomará el valor de la señal analógica para generar el audio digital. Esta tasa se mide en Hertzios (Hz). Por ejemplo: Hz. nos indica que en un segundo se tomaron muestras de la señal analógica de audio para crear el audio digital correspondiente. Un audio tendrá más calidad cuanto mayor sea su tasa de muestreo. Algunas frecuencias estándares son Hz., Hz., y Hz. Resolución (bit resolution) Es el número de bits utilizados para almacenar cada muestra de la señal analógica. Una resolución de 8-bits proporciona 256 (2 8 ) niveles de amplitud, mientras que una resolución de 16-bits alcanza (2 16 ). Un audio digital tendrá más calidad cuanto mayor sea su resolución. Ejemplo: El audio de calidad CD suele ser un sonido de Hz 16 bits estéreo. Página 6 de 8

7 Velocidad de transmisión (bitrate) El bitrate define la cantidad de espacio físico (en bits) que ocupa un segundo de duración de ese audio. Por ejemplo, 3 minutos de audio MP3 a 128kBit/sg, ocupa 2,81 Mb de espacio físico (3min x 60 seg/min x 128 kbit/seg = kbits -> kbits x 1024 bits/kbit : 8 bits/bytes : 1024 bytes/kbytes : 1024 Kbytes/Mbytes = 2,81 MBytes ó Mb). Por ejemplo en los audios en formato MP3 se suele trabajar con bitrates de 128 kbps (kilobits por segundo). El audio tendrá más calidad cuanto mayor sea su bitrate y el archivo que lo contiene tendrá mayor peso. Esta magnitud se utiliza sobre todo en el formato MP3 de audio más destinado a la descarga por Internet. Códec Acrónimo de "codificación/decodificación". Un códec es un algoritmo especial que reduce el número de bytes que ocupa un archivo de audio. Los archivos codificados con un codec específico requieren el mismo códec para ser decodificados y reproducidos. El códec más utilizado en audio es el MP3. Formatos de audio Los audios digitales se pueden guardar en distintos formatos. Cada uno se corresponde con una extensión específica del archivo que lo contiene. Existen muchos tipos de formatos de audio y no todos se pueden escuchar utilizando un mismo reproductor: Windows Media Player, QuickTime, WinAmp, Real Player, etc. Aquí trataremos los formatos más utilizados y universales: WAV, MP3 y OGG. Formato WAV El formato WAV (WaveForm Audio File) es un archivo que desarrolló originalmente Microsoft para guardar audio. Los archivos tienen extensión *.wav Es ideal para guardar audios originales a partir de los cuales se puede comprimir y guardar en distintos tamaños de muestreo para publicar en la web. Es un formato de excelente calidad de audio. Sin embargo produce archivos de un peso enorme. Una canción extraída de un CD (16 bytes, Hz y estéreo) puede ocupar entre 20 y 30 Mb. Compresión: Los archivos WAV se pueden guardar con distintos tipos de compresión para reducir su tamaño. No obstante incluso definiendo un sistema de compresión, con un audio de cierta duración se genera un archivo excesivamente pesado. Formato MP3 El formato MP3 (MPEG 1 Layer 3) fue creado por el Instituto Fraunhofer y por su extraordinario grado de compresión y alta calidad está prácticamente monopolizando el mundo del audio digital y no es de código libre, es decir para su uso se necesita comprar el codec. Es ideal para publicar audios en la web. Se puede escuchar desde la mayoría de reproductores. Página 7 de 8

8 Tiene un enorme nivel de compresión respecto al WAV. En igualdad del resto de condiciones reduciría el tamaño del archivo de un fragmento musical con un factor entre 1/10 y 1/12. Formato OGG El formato OGG ha sido desarrollado por la Fundación Xiph.org. Es el formato más reciente y surgió como alternativa libre y de código abierto (a diferencia del formato MP3). Muestra un grado de compresión similar al MP3 pero según los expertos en música la calidad de reproducción es ligeramente superior. El formato OGG puede contener audio y vídeo. Mención especial merece el formato MIDI. No es un formato de audio propiamente dicho por lo que se comentan aparte sus características. Formato MIDI El formato MIDI (Musical Instrument Digital Interface = Interface Digital para Instrumentos Digitales) en realidad no resulta de un proceso de digitalización de un sonido analógico. Un archivo de extensión *.mid almacena secuencias de dispositivos MIDI (sintetizadores) donde se recoge qué instrumento interviene, en qué forma lo hace y cuándo. Los archivos MIDI se pueden editar y manipular mediante programas especiales y distintos de los empleados para editar formatos WAV, MP3, etc. El manejo de estos programas suele conllevar ciertos conocimientos musicales. Los archivos MIDI permiten audios de cierta duración con un reducido peso. Esto es debido a que no guardan el sonido sino la información o partitura necesaria para que el ordenador la componga y reproduzca a través de la tarjeta de sonido. Optimización de archivos de audio Para optimizar el peso del archivo de audio será necesario utilizar un editor para reducir alguno o algunos de los siguientes parámetros: 1. Tasa de muestreo. Definir valores inferiores: Hz., Hz., Hz, etc. 2. Resolución. Establecer resoluciones más pequeñas: 32-bits, 16-bits, 8-bits, 4-bits, etc. 3. Calidad estéreo/mono. La reducción a calidad mono reduce considerablemente el peso del archivo. Por otro lado la calidad de reproducción mono para la mayoría de audios y de público es apenas perceptible. 4. Formato. Es preferible utilizar el formato MP3 u OGG en lugar del WAV por su potente factor de compresión y su aceptable calidad de audio. En los siguientes capítulos de este documento se describirán los procedimientos necesarios para realizar estas tareas sobre un audio original utilizando el editor Audacity. Página 8 de 8