Cabeza artificial
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Sonido 3D y HRTF
La cabeza artificial Claudia Rivel
Roger Andreu. Barcelona.


Introducción a la cabeza artificial y HRTF
El término cabeza artificial, en el mundo del sonido, designa al conjunto de dos micrófonos especiales, los cuales, insertados en los correspondientes canales auditivos de una cabeza sintética, recogerán la función de transferencia HRTF de forma natural, tal como ocurre con los humanos, sin necesidad de recurrir a la implementación digital de esta compleja función.
La recreación de espacios sonoros (sonido 3D) utilizando cabezas artificiales son alternativas electroacústicas conocidas desde hace mucho tiempo. Concretamente, a partir de 1940, después de los estudios pioneros de De Boer, varias empresas, tanto americanas, como alemanas y, posteriormente japonesas, se dedicaron a fabricar cabezas artificiales para realizar grabaciones musicales, clásica sobre todo. Posteriormente, en los años sesenta, muy popular se hizo la cabeza artificial japonesa "Hiraga", la cual, fue utilizada para realizar grabaciones de música clásica. También, en USA y Alemania se presentaron excelentes grabaciones con esta técnica de grabación realizadas en salas de concierto. Ahora, con la cabeza Claudia Rivel y similares, también en España podemos realizar grabaciones 3D con nuestros propios sistemas.

Finalmente, hay que señalar que, si bien las grabaciones binaurales con cabeza artificial, el llamado sonido 3D, pueden aportar un realismo sorprendente, también adolecen de algunos inconvenientes. Por esta razón, pensamos que, en el presente, la mejor alternativa es aprovechar la capacidad de procesamiento digital de los sistemas electrónicos para implementar la función de transferencia de la cabeza humana (HRTF) y emular, de esta manera, el comportamiento del oído en lo que respecta a la localización de una fuente sonora.
En cualquier caso, la audición de estas grabaciones se realiza, casi siempre, con auriculares, a excepción de algunos sistemas de sonido, en los cuales, se elimina la diafonía entre altavoces. (En los sistemas estéreo tradicionales, el oído izquierdo, también recibe sonido destinado al derecho y viceversa, lo cual hace que el efecto tridimensional se esfume).

La función HRTF

La cabeza humana natural y artificial
En el desarrollo de aplicaciones acústicas avanzadas, la cabeza humana es un elemento imprescindible para la realización de medidas e implementación de HRTF. Las magnitudes físicas asociadas a los parámetros vistos hasta el momento están condicionados por la forma y tamaño de la cabeza. Todo lo cual no deja de ser un inconveniente. Por lo tanto, para la realización de las medidas acústicas y grabaciones musicales es aconsejable realizarlas en base a una cabeza humana de tipo medio, la cual, nos servirá para proyectar un modelo sintético o una implementación software con las mismas propiedades acústicas que el modelo de referencia.
Como la función HRTF está condicionada por la fisonomía de la cabeza, todas las personas que se salgan del marco establecido, en cuanto a las medidas seleccionadas, tendrán más dificultades para experimentar la música en 3D realizada con la implementación HRTF y/o cabeza artificial.
Dejando a un lado la calidad de los micrófonos utilizados en la cabeza artificial, los cuales, tendrían que situarse en el mismo nivel de comportamiento que el sistema de audición oído-cerebro, (actualmente es prácticamente imposible), las propiedades fisico-acústicas de "superficie" de la cabeza artificial son, básicamente, las mismas en el original (cabeza humana) y la copia (cabeza artificial).


Las curvas de Sivian y White
Ralizadas a mediados de los años cuarenta del siglo XX, representan un primer indicio del comportamiento, tanto de una cabeza humana natural como, también, de un modelo sintétíco y nos sirven para extraer importantes conclusiones relacionadas, en este caso, con la amplitud de la onda y el timbre, demostrando que el oído izquierdo no recibe la misma presión sonora que el derecho (excepto en frecuencias muy bajas o cuando la fuente de sonido se encuentra justamente en el plano de simetría de la cabeza. Estas curvas podemos considerarlas como el primer paso en la creación de la función HRTF actual.

Este comportamiento, reflejado en las curvas presentadas, son una función de la frecuencia y la posición, por lo tanto, dado que las señales musicales o la palabra son ondas mecánicas complejas, a medida que la fuente se mueve alredededor de la cabeza cambia el timbre percibido. También, sucede lo mismo cuando dicha fuente se mueve de arriba a abajo o viceversa. Las variaciones de amplitud (presión sonora), timbre y, finalmente, tiempo de llegada son, pues, los parámetros que una función HRTF completa debería recoger en sus algoritmos.

En síntesis, para localizar la dirección de procedencia de un sonido, podemos hacerlo en base a las diferencias de presión sonora, a las diferencias de tiempo o ambas conjuntamente. También, las diferencias de timbre detectadas por el cerebro afianzarán, aún más, las percepciones anteriores.
Finalmente, añadiendo la interactividad (en un futuro próximo), conseguiremos emular, prácticamente de forma completa, el comportamiento del oído en cuanto a la percepción del espacio sonoro, aunque, este caso, tal como puede comprenderse, es el más complejo desde el punto de vista de la implementación tecnológica.

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Rivel. Acústica Musical. Música. Barcelona
Cabeza artificial Claudia Rivel. Sonido 3D, HRTF, Sonido binaural. Roger Andreu.