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Técnicas de grabación binaural

14 de febrero de 2020

La técnica de grabación binaural se basa en el principio de colocar micrófonos en la cabeza de un humano, o una cabeza artificial. La posición de los micrófonos está justo afuera de cada canal auditivo o en la parte inferior del canal auditivo cerca del tímpano. Cuando reproduce la grabación y la escucha con auriculares, la imagen es muy similar a “estar allí”. Este artículo explica el uso de auriculares binaurales (en lugar de una solución de cabeza artificial), por lo que la grabación de sonido binaural se realiza a la entrada del canal auditivo de una persona real.

La cabeza afecta cómo escuchamos

Expresamos la influencia física de la cabeza por la llamada Función de transferencia relacionada con la cabeza o HRTF para abreviar. Esta función de transferencia expresa cómo la cabeza, los oídos (y también el torso) afectan la transmisión de una señal acústica desde una fuente de sonido a los tímpanos. El tamaño y la forma de la cabeza, el tamaño y la forma de las orejas y la distancia entre las orejas contribuyen a filtrar la señal acústica antes de que llegue a los tímpanos.

Cuando el sonido proviene de delante de una persona, la influencia es simétrica, lo que significa que el sonido es el mismo en ambos oídos. Sin embargo, tan pronto como el sonido se mueve hacia uno de los lados, el sonido se vuelve diferente a medida que llega a cada oído. El nivel, la respuesta de frecuencia y el tiempo de llegada difieren. El lado de la cabeza más cercano a la fuente de sonido proporciona una reflexión que provoca una acumulación de presión en el rango de frecuencias medias. En el lado opuesto de la cabeza, se produce algún efecto de sombreado en el mismo rango de frecuencia.

HRTF está estrechamente relacionado con la forma individual de la cabeza humana. Por lo tanto, las grabaciones binaurales suenan mejor si se graban utilizando su HRTF personal. Sin embargo, en general, todos experimentan una envoltura mucho más alta del sonido circundante, aunque el HRTF no es el suyo. Es por esto que vale la pena considerar la técnica de grabación binaural para muchos propósitos.

Se han realizado muchas investigaciones sobre el sonido binaural durante los últimos 30 años. Los investigadores de la Universidad de Aalborg, Dinamarca, llevaron a cabo estudios exhaustivos en los años 90 [1].

En la siguiente figura, puede ver dos conjuntos de curvas (HRTF). Cada curva representa un promedio en muchas materias. Las curvas de la izquierda se miden con un canal auditivo abierto. Las curvas a la derecha muestran los HRTF de sujetos con el canal auditivo bloqueado.


Figura 1 HRTF de sujetos humanos, canal auditivo abierto y cerrado.

El uso de un auricular binaural está muy cerca del HRTF medido con un canal auditivo bloqueado (a la derecha).

Sonidos de la obra: Bueno para nada

Esta obra fue desarrollada por estudiantes de la Escuela Nacional de Artes Escénicas de Dinamarca. Nanna-Karina Schleimann creó diseño de sonido y composiciones musicales.

En la obra, el público se mueve entre los actores. Todo el espacio del teatro funciona como escenario y pequeños “incidentes” tienen lugar aquí y allá. Nanna eligió usar micrófonos binaurales para varios de los actores y transmitir las señales a la audiencia mediante el uso de receptores estéreo y auriculares. De esta manera, el público participa de la manera más íntima.

Mezcla ascendente del sonido binaural

La técnica binaural está diseñada para la reproducción con auriculares. Si el sonido binaural grabado se reproduce por los altavoces, se necesita alguna corrección. La corrección es básicamente un HRTF inverso. A medida que el HRTF cambia con la dirección, es complicado diseñar esta función invertida. Sin embargo, un filtro simple se aproxima a la corrección ideal. La función del filtro es recrear el equilibrio tímbrico para que coincida con el timbre del sonido reproducido en los auriculares.

Figura 2 Curva de filtro propuesta para la mezcla ascendente de grabaciones binaurales para la reproducción de altavoces.

En la figura 2, la curva de filtro que se muestra se crea aplicando el ecualizador paramétrico de Adobe Audition. La mayoría de los ecualizadores paramétricos pueden crear una curva como esta, o cerrar.

Configuraciones:   
480 Hz Estante bajo, ganancia = +2 dB
Campana de 4 kHz, ganancia = -11 dB, Q = 1
Campana de 8 kHz, ganancia = +8 dB, Q = 2
Ganancia maestra = 0 dB

Por lo tanto, cuando se realiza una grabación binaural, simplemente agregue la ecualización a ambos canales. Entonces la grabación está mejor adaptada para la reproducción de altavoces.

HRTF son tan individual que puede que tenga que utilizar otras compensaciones de filtro al que se muestra arriba.

Debajo de la curva se registra en un espacio muy reverberante por lo que el campo de sonido es más bien difusa. La fuente de sonido es ruido rosa reproducido por un altavoz. Un micrófono omnidireccional (DPA 4060) está grabando el sonido difuso en un punto durante un minuto. Luego, el micrófono omnidireccional es sustituido por una persona que usa un DPA 4560 y el sonido se graba (en dos canales) durante un minuto. Se lleva a cabo un análisis FFT (tamaño FFT = 8K). Los espectros izquierdo y derecho de la grabación de auriculares binaurales se promedian. Los datos espectrales medidos del omni se restan de los datos espectrales promediados de la grabación binaural. La curva muestra, más o menos, el efecto de la cabeza (en cuanto a frecuencia) cuando se encuentra en un campo de sonido difuso.

Poner el auricular en otra persona proporcionará un resultado ligeramente diferente.

Si está trabajando con la adquisición de efectos de sonido, puede dejar la señal sin ecualizar hasta que la ponga en la mezcla, para mantener la señal lo más limpia posible durante el mayor tiempo posible. O puede aplicar una ecualización “menos agresiva” como estanterías.

Esta es una curva de compensación “moderada”, una plataforma de -6 dB desde 2.2 kHz.

Aplicaciones

Hay muchas aplicaciones, donde la técnica binaural puede ofrecer nuevas experiencias de sonido interesantes. Aquí hay algunos:

  • Podcasting
    Hablar o entrevistarse mientras usa los auriculares binaurales agrega una dimensión completamente nueva a los podcasts. El oyente experimentará el mundo circundante desde la perspectiva (acústica) del podcaster. Las discusiones grupales proporcionarán mucha más resolución espacial e inteligibilidad en comparación con otras técnicas.
  • Adquisición de efectos de sonido
    Los diseñadores de sonido siempre están buscando sonidos emocionantes. En situaciones donde el acto de grabación debe ser discreto (no se debe ver el micrófono), se puede utilizar una solución de auriculares binaurales. Una vez grabado, puede corregir el timbre para cumplir con el propósito. La grabación binaural es lo más cercano que podemos llegar a lo real: experimentar lo que los oídos realmente escuchan.
  • Manos libres, grabación activa
    ¿Qué tal grabar mientras bailas en el desfile de carnaval brasileño? ¿O grabar la cascada de Gullfoss en Islandia mientras siente el poder del agua que cae a su alrededor? Estos tipos de grabaciones orientadas a la acción son fáciles de hacer con auriculares binaurales. Permite a los usuarios capturar audio realista en prácticamente cualquier situación y lo hace discretamente.
  • Analizando paisajes sonoros
    Desde una perspectiva científica, los paisajes sonoros de ciudades, calles, parques, parques infantiles, mercados, etc. están sujetos a análisis. En un contexto ambiental, el paisaje sonoro nos ayuda a comprender la ecología acústica de un lugar. Podemos comenzar a entender cómo los sonidos interactúan entre sí. La aplicación de técnicas binaurales puede proporcionar una dimensión emocional a este tipo de análisis.
  • Sonido para la industria del juego.
    La mayoría de los jugadores usan auriculares, lo que hace que esta sea la aplicación perfecta para grabaciones binaurales. Las grabaciones de escenas reales realizadas de esta manera se mezclan en la mezcla final, lo que brinda una experiencia de audio muy realista a través de auriculares.
  • Sonido para AR / VR
    El sonido para realidad virtual y realidad aumentada se basa en audio binaural. El sonido se capta usando la cabeza para los auriculares o quizás colocando los auriculares en un maniquí o cabeza artificial.
  • Obras de teatro que incluyen narración binaural
    El teatro moderno busca presentar obras de teatro al público de muchas maneras, a veces involucrando nuevas tecnologías desafiantes. Cada vez más auriculares, dispositivos móviles, Bluetooth, Wi-Fi, captura de movimiento, sistemas de audio 3D, etc. encuentran su camino en el cine para proporcionar experiencias aumentadas.
    Al equipar a los actores con auriculares binaurales y al público con auriculares, transportas la experiencia del público directamente al escenario. Se añaden nuevas dimensiones y puede convertirse en una experiencia muy íntima.
  • Documentación de sistemas de sonido.
    Los diseñadores de sonido, los ingenieros de sonido y los ingenieros de sistemas pueden beneficiarse al documentar el rendimiento de un sistema utilizando grabaciones binaurales. Al usar música de referencia (o ruido rosa) en su sistema PA / SR, un usuario puede moverse de una posición a otra, comentando su posición y experiencia mientras graba toda la sesión.
    Esto proporciona la opción de evaluar el rendimiento de un sistema de sonido dado en diferentes lugares.
  • Evaluación acústica de salas de conciertos y música en vivo.
    Al igual que probar el diseño de sonido de un lugar, los eventos que tienen lugar allí se pueden grabar de forma binaural. Una vez más, escuchar diferentes posiciones en una sala o en un estadio puede proporcionar muestras de sonido para la evaluación, y mejorar su recuerdo del evento.
  • Grabando una banda
    Los músicos pueden grabar la banda para tener una idea muy precisa de la sensación del conjunto, de cómo actúas y cómo te posicionas en la mezcla.
  • Experimentos psicoacústicos
    En la investigación psicoacústica, la aplicación de técnicas binaurales es bastante común. Las grabaciones binaurales pueden proporcionar muchos más detalles que otras técnicas.
  • Exposición al sonido de los auriculares.
    Las comparaciones de los auriculares (sobre el oído) se pueden hacer usando los micrófonos binaurales debajo de los cojines de los auriculares.

DPA’s 4560 CORE Micrófono de auriculares binaural

El micrófono de auriculares binaurales 4560 CORE es, en esencia, un par seleccionado de micrófonos omnidireccionales miniatura 4060 CORE que se montan en dos ganchos para las orejas (como se conoce por el tipo de auriculares 4266 Flex). Los micrófonos son un par estéreo; dos 4060 seleccionados a mano, seleccionados en sensibilidad dentro de ± 1.5 dB. El auricular real está diseñado ergonómicamente para adaptarse cómodamente y fácilmente. Se ajusta para adaptarse a cualquier tamaño de oreja y forma de cabeza, mientras que al mismo tiempo se monta de forma segura y apenas es visible. Los parabrisas de espuma se suministran con los micrófonos para asegurar la posición en el oído y ofrecer cierta amortiguación del ruido del viento.

Para algunos propósitos (más científicos), es una práctica común calibrar los micrófonos aplicados en los auriculares binaurales. El procedimiento más fácil es usar un calibrador acústico que produce una frecuencia conocida y SPL, típicamente 1000 Hz / 94 dB SPL. O use un teléfono de pistón (típicamente 250 Hz / 114 dB SPL).

DPA ofrece un inserto especial que se adapta a todos los calibradores con una abertura de 1 “: insertos de calibrador DWA4060 para 4060 (que es el tipo de micrófono utilizado para el micrófono de auriculares binaurales 4560 CORE.

Si no tiene un calibrador, es posible organizarlo) los micrófonos se encuentran cerca uno del otro frente a un altavoz y usan ruido de banda estrecha para calibrar los micrófonos.