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Articles Illustration: Roman Alsina Illustration: Roman Alsina

In search of the lost "D": immersive sound

(We recommend using headphones when reading this text for a more complete experience)

In the late 1980s, I can't remember exactly the year, I was working in Italy when I met Alfonso Belfiore, a music genius, professor of Art and Technology at the Florence Conservatory. Because of our similar tastes, we became friends and he invited me to listen to his most recent work in his studio, located in an old mill in the Tuscan countryside. It was a serie of records that compiled the work of choirs from different regions of Italy, all recorded live in cathedrals and churches.

Me acomodé ante los altavoces de un excelente sistema Hi-Fi, y me dispuse a escuchar el disco elegido por mi anfitrión: El canto coral Lacio. Tan pronto sonó el primer track pensé: qué sonido tan raro, sin profundidad, confuso, ¡qué chapucería! Alfonso, con una pícara sonrisa que delataba la espera de mi evidente reacción de desagrado, me inquirió: ¡ah!, ¿no te gusta, verdad? Sin esperar respuesta, me brindó unos audífonos. Cuando lo hice, mi cara se iluminó y mis ojos salieron de sus órbitas ante la sorpresa. De pronto me transporté a una iglesia romana, donde un gran coro, acompañado por un majestuoso órgano, me rodeaba interpretando un canto litúrgico. Estaba por primera vez en presencia de una grabación holofónica, obtenida mediante el método binaural.

Over the past few years, surround sound, immersive, or whichever D you want to rate, has gained popularity among music lovers and audiophiles. Perhaps 3D does not do justice, but 8D?!; Don't you think it's too much?

There is not as much new in it as many think. Undoubtedly, its current popularity is basically dictated by the preference of listening to music through headphones, linked to the proliferation of portable audio players (iPods, mp3 players, cell phones) and video game consoles. Listening to phonograms obtained through the binaural method requires the use of headphones, not being attractive through speaker systems, however their efficiency and fidelity.

The binaural phenomenon, from which this method takes its name, consists in the ability to perceive sound signals through two ears located on either side of the head, and to be processed and interpreted by the brain, which determines the direction of arrival of the different sounds, the distance and the specific space in which the sound sources that emit them are found. This does not mean that with one ear we are not able to discern where the sound comes from, because in this process the shape and dimensions of the head play, and the work of the brain, capable of creating a judgment from the accumulated perceptual experience.

A sound stimulus from one side reaches one ear with certain interaural differences from the other. In other words, the binaural effect is basically conditioned by three main factors:

Time: due to the distance between them, the sound wave affects first the ear nearest and in a certain time interval later on the opposite one.

Intensity: upon reaching the opposite ear the sound wave loses amplitude, after traveling a greater distance and finding itself at the head as an obstacle.

Color: due to the screen effect that the head exerts due to its shape and dimensions, the sound wave diffracts and, consequently, it undergoes alterations in its spectral content (color).

These factors are evaluated by the brain to establish the location of the perceived sound. To this are added the reflections that occur on the existing surfaces in the room where the sound was emitted. These behave like secondary sound waves, and equally reach each other with different intensity, arrival time and color, thus enriching the information provided. With all these elements, the brain is able to create a well-defined image of "where did that sound?".

Sound recording using the binaural method is based on this same principle. For this, an “artificial head” is used (although there are other binaural microphone designs), manufactured with dimensions, shape and texture similar to the human head, with two microphones with an omnidirectional directivity pattern located in the corresponding left and right ear canals. This device captures sound in the same way that humans do. For this reason, the stereo phonogram obtained with these devices, although compatible with reproduction in loudspeakers, achieves greater realism, a sense of space and depth if it is listened to through headphones.

In case I had not been convinced with the “holophonic choir”, Alfonso Belfiore reserved for me as a dessert a unique recording that he made hanging the artificial head of a traffic light located at a four-way intersection with heavy traffic. The effect obtained was amazing. The virtual image transmitted with great veracity the movement of the vehicles in all directions around the head.

Una experiencia similar de más reciente factura es La barbería virtual, producida en 1996 por QsoundLabs, y asequible en las plataformas on-line. Consiste en un clip de audio obtenido mediante el método binaural, en el cual el oyente ocupa el lugar de un cliente de barbería que, durante su corte de cabello, experimenta con increíble realismo todos los sonidos circundantes. Es de notar que, a menos que se escuche con los ojos cerrados, los sonidos virtuales supuestamente provenientes de enfrente no logran ocupar esa posición a plenitud. El cerebro no se deja engañar fácilmente si percibe visualmente una imagen que no corresponde al estímulo auditivo. Sin embargo, tan pronto cerramos los ojos, el sonido virtual frontal se hace más preciso ¡Engañamos al cerebro!

Intenté conservar la secuencia grabada desde el semáforo en el soporte con que contaba en aquel entonces, un cassette de audio (los CDR u otros medios digitales no estaban aún al alcance de todos). El resultado no fue el más fidedigno, ya que la cinta magnética no era capaz de abarcar toda la gama de altas frecuencias, responsable en gran medida de aportar a la fuente virtual valiosa información acerca de su localización espacial. En la actualidad, gracias al amplio diapasón espectral que proporciona el audio digital, esta deficiencia ha quedado superada. Por eso pienso que la falta del soporte adecuado y el entonces poco habitual uso de auriculares, hicieron que durante años el sonido holofónico no gozara de popularidad alguna.

El cine, mientras tanto, continuaba perfeccionando sus sistemas multicanales con surround (Dolby, DTS, SDDS, entre otros), que brindaban una espacialidad y posibilidad de localización integral satisfactoria para la mayoría de los espectadores. Asimismo, los sistemas de teatro en casa fueron evolucionando cada vez más en cuanto a parámetros técnicos y cantidad de canales (2.1, 5.1, 7.1). Pero todos los sistemas surround existentes se limitaban al plano comprendido en dos dimensiones (circular alrededor del oyente). Esto estaba justificado por la inferior capacidad de resolución del oído humano en el plano vertical (arriba-abajo) que en el horizontal.

No fue hasta 2012 que el sonido multidimensional ascendió un nuevo peldaño. Con el estreno de la cinta Brave en salas de cine equipadas con tecnología 9.1 Dolby Atmos, el espectador pudo disfrutar de un sonido envolvente esférico. A diferencia de todos estos sistemas sonoros, en que cada fuente virtual parte de su propio emisor discreto (lo que suena detrás, a la derecha, surge de un altavoz situado en esa posición, o de dos o más altavoces si ocupa una posición intermedia entre ellos), el sonido binaural no deja de ser estereofonía, aunque es más realista gracias al mayor aprovechamiento de los fenómenos psicoacústicos.

En la actualidad, además del empleo de métodos binaurales de grabación, algunos desarrolladores de software han introducido aplicaciones que permiten obtener fonogramas holofónicos usando como materia prima grabaciones ya existentes. Estas se basan en el empleo de algoritmos obtenidos a partir del análisis de la relación entre los parámetros físicos del sonido incidente y la interpretación que de él hace nuestro cerebro. Cuentan con una interfaz gráfica que permite posicionar o desplazar el objeto, transcribiendo al programa los movimientos que se pretende efectúe la fuente sonora, y en correspondencia el algoritmo enriquece o modifica la señal de audio procesada con artefactos que engañan al cerebro, haciéndole creer que el sonido proviene de una u otra dirección.

At the dawn of stereophony, many artists used it solely as a novel, albeit artificial, and implausible effect, placing, for example: the voice on one speaker and the band on the other, or shifting the trumpet from one end to the other for no reason any. This sparked interest for a very short time, as the prevailing concept was to use the new tool in a more creative and realistic way.

Hoy la historia se repite. Se ha puesto de moda hacer uso de la técnica binaural como simple recurso efectista, lo cual ha logrado llamar la atención de muchos oyentes, deslumbrados por la “novedad”. En unos años, ¿quién querrá escuchar a Céline Dion dando vueltas como un satélite alrededor de nuestra cabeza mientras canta My heart will go on? No obstante, otros muchos creadores han acogido esta técnica como una útil e indispensable herramienta para llevar sus obras a una nueva dimensión sonora.

Assuming that the artistic criteria prevail over simple effect, holophony can open new horizons in the sound universe. Immersive sound shows that accommodate the listener in the concert hall, virtual reality video games with surround sound where the characters move in multidimensional spaces, telefilms with binaural audio between their tracks to choose, audio clips intended to relax or help reconcile sleep are just some of the great benefits that this new concept of sound can bring us ... from the last century.

Alfonso Peña Cuban sound engineer with more than 30 years of experience in the Cuban music industry. Your texts and some examples of your professional contributions can be found on his blog https://piprofessionalaudio.home.blog/ More posts

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