La sala más silenciosa del mundo

Imaginemos que queremos medir con precisión el ruido que produce el motor de un nuevo modelo de coche, para verificar si cumple con la normativa de emisión de ruido. ¿Qué tendremos que hacer? No es tan simple como acercarnos con un micrófono y medir. Tenemos que garantizar que lo que estamos grabando es única y exclusivamente el ruido debido al motor, y no a ninguna otra cosa. Necesitaremos por tanto aislar el ruido producido por ese motor de cualquier otro ruido, para lo que se deberán cumplir dos condiciones:

1) Que en el lugar donde estamos grabando no exista ningún otro ruido, o lo que es lo mismo, que esté perfectamente aislado del exterior.

2) Que el propio recinto en el que estemos no afecte de ningún modo al sonido que estamos midiendo: que no haya ningún tipo de ecos o reverberación.

Las salas que cumplen con estas características se conocen como cámaras anecoicas, y suelen estar construidas con paredes dobles, aisladas estructuralmente del resto del edificio (para evitar que se nos cuele cualquier sonido o vibración del exterior), y todas sus paredes están forradas de una gruesa capa de material absorbente, generalmente en forma de cuña, como se ve en la imagen de cabecera, y que puede tener en torno a 1 metro de grosor. De esta manera se pretende que sean capaces de absorber prácticamente el 100% del sonido que les llega, de forma que éste no sea reflejado de vuelta (lo que conocemos como reverberación).

Actualmente el caso más extremo de una sala de este tipo pertenece a la empresa Microsoft, que en sus instalaciones de Redmond dispone de la que se considera como la sala más silenciosa del mundo, al menos según el libro Guinness de los récords.

Al parecer, según las medidas realizadas en la sala, el nivel del ruido de fondo en la sala es de sólo -20,6dBA. Y eso, de verdad, es realmente poco. Vamos a poner este número en contexto: el sonido más débil que teóricamente puede existir, conocido como ruido Browniano, y producido por el movimiento aleatorio de las moléculas en el aire, es de -23dB. El sonido más débil que los seres humanos somos capaces de percibir es de 0dB, y si seguimos subiendo, el sonido de una respiración suave serían unos 10dB, una conversación tranquila en torno a 60dB, y el sonido más fuerte conocido, la erupción del volcán Krakatoa, 170dB.

Aquí, un vídeo del momento en el que verificaron el nivel de ruido de fondo dentro de la sala:

La experiencia de entrar en una sala de estas características es tal que a la mayor parte de la gente le resulta muy incómodo permanecer mucho tiempo en ella. En esta línea hay estudios que demuestran que las personas expuestas a este tipo de salas durante 15 minutos y a oscuras, pueden llegar a experimentar sensaciones de psicosis, e incluso existen leyendas urbanas que afirman que nadie ha sido capaz de permanecer más de 45 minutos en una de estas salas. De desmentir esto último se han encargado muchas personas, como este periodista de The Guardian, o este otro, que incluso grabó un vídeo durante su estancia dentro de la sala, de más de una hora de duración:

¿Y para qué sirven las cámaras anecoicas? Bien, pues tienen múltiples aplicaciones. Muchas empresas utilizan este tipo de instalaciones para comprobar cómo de ruidosos son sus productos, e intentar evaluar por ejemplo lo ruidoso que es un aparato de aire acondicionado, o un lavavajillas. Otra aplicación muy típica es lo conocido como el estudio de la calidad sonora de un producto. Un caso muy típico es el ruido que hacen las puertas de los coches al cerrarse. Se ha comprobado que lo primero que un potencial comprador escucha de un coche, no es el ruido de su motor, sino el sonido de sus puertas al abrirse y al cerrarse, cuando lo ve en el concesionario. Muchas marcas de coches invierten mucho esfuerzo en conseguir que este ruido transmita sensación de robustez y calidad, como se demuestra en este vídeo de BMW:

En el caso particular de Microsoft, al parecer utilizan esta cámara anecoica principalmente para probar los micrófonos y altavoces de sus tablets Surface, así como su asistente virtual Cortana.

Quizás esta sala anecoica sería el sitio ideal para interpretar la pieza 4’33” de John Cage, una obra para piano (sic) cuya partitura lo único que dice es que el intérprete debe permanecer 4 minutos y 33 segundos en silencio, sin tocar el instrumento. Sin comentarios.

Imagen de cabecera: imgur

Tus oídos nos pueden enseñar matemáticas

El sonido son vibraciones que se propagan por el aire. Cuando estas vibraciones llegan a nuestras orejas, éstas se encargan de conducirlo hacia el interior del canal auditivo hasta llegar al tímpano. El sonido provoca entonces la vibración del tímpano (podemos imaginarlo como la membrana de un tambor), y este movimiento se traslada hasta el oído interno (la cóclea o caracol) gracias al movimiento de los huesecillos.

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Anatomía del oído humano

La labor de los huesecillos es facilitar el paso del sonido desde el aire a un medio líquido (el interior de la cóclea). Esto, que técnicamente se denomina adaptación de impedancias, es necesario porque si no el sonido se atenuaría demasiado y no seríamos capaces de oír nada. Para hacernos una idea de la importancia de este mecanismo de adaptación podemos imaginar cuando estamos buceando y alguien nos habla desde fuera del agua. El sonido que nos llega de esa persona es muy débil debido a que la mayor parte de la energía, al encontrarse la onda sonora con la superficie del agua, rebota y vuelve al aire en lugar de propagarse a través del agua.

La vibración, por tanto, se va propagando de un huesecillo a otro, hasta llegar al último (el estribo), que está conectado a la cóclea a través de una pequeña membrana denominada ventana oval.

Es aquí, en el oído interno, donde tiene lugar la conversión de ondas sonoras a señales eléctricas, que serán posteriormente enviadas al cerebro a través del nervio auditivo. En la siguiente figura se puede ver la estructura interna (muy simplificada) de la cóclea si la desenrollamos. A grandes rasgos, se trata de un tubo lleno de un líquido dentro del que hay una membrana móvil (llamada membrana basilar) fija a uno de los extremos (el más cercano a donde golpean los huesecillos).

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Funcionamiento del oído interno

Cuando el estribo golpea en la ventana oval, se produce una perturbación en el líquido que la rellena. Esta perturbación, que podemos imaginar como una especie de ola, provoca que la membrana basilar se mueva. Este movimiento provoca la respuesta de unas pequeñas células ciliadas (algo así como unos pelillos) en forma de pulsos eléctricos, que son los que viajarán por el nervio auditivo. Por las características físicas de la cóclea, esa ola se propaga a lo largo de la membrana basilar, alcanza su máxima amplitud en un punto y a partir de ahí se atenúa muy rápido. Sería algo parecido a lo que se ve en esta figura:

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La gracia del asunto reside en que el punto donde la oscilación alcanza su valor máximo depende de la frecuencia del sonido que llegue al oído. De hecho, los sonidos más graves (de frecuencias más bajas) alcanzan el máximo hacia el final de la membrana basilar mientras que los sonidos agudos (los de frecuencias altas) provocan que el máximo de la oscilación se quede muy cerca de la ventana oval.

Pensándolo desde un punto de vista matemático, lo que estamos describiendo no es más que un sistema de análisis frecuencial del sonido, que traduce las distintas frecuencias de un sonido a posiciones en la membrana basilar. Este proceso de análisis de un sonido para observar sus componentes de frecuencia es lo que hace la transformada de Fourier.

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Joseph Fourier

La transformada de Fourier es una herramienta matemática que nos permite analizar las frecuencias que se esconden detrás de cualquier sonido (en general, de cualquier señal, pero vamos a restringirnos al sonido para no liarnos). Como curiosidad, el nombre de la transformada es por el matemático francés Joseph Fourier, responsable también de dar por primera vez una explicación científica al efecto invernadero. Pues bien, para aplicar la transformada lo que se hace es tomar un trozo del sonido de una determinada longitud, y compararlo con una serie de frecuencias puras, para ver cuánto de cada frecuencia hay en el sonido.

Esta herramienta, no obstante, tiene una limitación, dada por el principio de incertidumbre (sí, sí, el de Heisenberg…). Esto lo que quiere decir es que si quiero ser capaz de analizar la frecuencia con mucha precisión, necesito para ello tomar un trozo grande del sonido original, con lo que se pierde precisión temporal. Por contra, si quiero analizar un trocito de muy corta duración del sonido, perderé resolución en frecuencia, y no tendré suficiente información como para poder observar las frecuencias con todo el detalle. Dicho de otro modo, que no se puede tener todo en la vida y por tanto debemos alcanzar un compromiso entre resolución temporal y frecuencial. En la práctica, ese compromiso dependerá de la aplicación con la que estemos trabajando, que nos marcará si necesitamos más resolución en tiempo o en frecuencia.

Lo que acaban de observar unos investigadores de la Universidad de Rockefeller es que el oído humano es capaz de procesar los sonidos más allá del límite teórico marcado por el principio de incertidumbre. De hecho somos capaces de obtener unos niveles de precisión 10 veces mejores que los marcados por el principio de incertidumbre. Del estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, se deduce que o bien la precisión de la percepción tiempo-frecuencia humana está por encima a la máxima teórica marcada por el principio de incertidumbre, o dicho límite no es aplicable para el sistema auditivo humano.

Además, los resultados obtenidos por los investigadores muestran que la precisión medida para la percepción tiempo-frecuencia varía en función de si el sonido se reproduce en un sentido o en el contrario. Los autores explican este fenómeno considerando que el sistema auditivo humano está adaptado a los sonidos naturales, consistentes en un ataque brusco seguido de un decaimiento más o menos suave. Por tanto, nuestro sistema auditivo no sólo es altamente no lineal, sino que esta no linealidad es la que nos permite mejorar la percepción de sonidos que sigan los principios físicos de la producción de sonidos.

El trabajo deja en evidencia lo limitado de muchos de los modelos de análisis tiempo-frecuencia utilizados para modelar la audición humana. Podríamos además preguntarnos qué pasaría si encontrásemos un modo de superar las limitaciones que nos impone el principio de incertidumbre. Si esto fuese posible, podríamos mejorar las prestaciones de tecnologías como los codificadores de audio (como el mp3), los sistemas de reconocimiento de voz, etc.

Imagen de cabecera: Enrique Alexandre
Resto de imágenes: Wikimedia Commons

Los sonidos de los modems

Si alguna vez te conectaste a internet utilizando los clásicos modem telefónicos de los 90s, seguro que este ruido te suena:

Lo que estás escuchando es la conversación entre dos modem, que se intentan poner de acuerdo en cómo comunicarse entre sí y verificar la calidad del canal por el que se están comunicando.

Si echamos un vistazo al espectrograma de la señal de audio anterior podemos ver con todo detalle lo que está ocurriendo:

dialup-final
Imagen: Oona Räisänen

Lo primero que se oye es la marcación del número de teléfono al que queremos llamar, utilizando el sistema de marcado por tonos que utiliza cualquier teléfono hoy en día.

El modem al que llamamos contesta con un tono característico, y entonces ambos modem empiezan a dialogar para acordar qué protocolo van a utilizar para comunicarse. A este procedimiento se le denomina V.8 bis.

A continuación deben intentar resolver el problema de la cancelación de eco. La línea telefónica está diseñada para evitar que cuando hablamos oigamos el eco de nuestra voz al colarse de nuevo desde el altavoz al micrófono de nuestro interlocutor. Para eso lo que hace es silenciar el canal de retorno mientras hablamos, ya que lo normal es que sólo uno de los dos hable a la vez.

Los modem no funcionan así (a eso se le llama full-duplex), y lo que hacen es emitir un tono que le indica a la red telefónica que desactive los sistemas de cancelación de eco.

A continuación los modem intercambian los sistemas de modulación que soportan y acuerdan uno que ambos sean capaces de utilizar. Además, emiten unos cuantos tonos de prueba para verificar la línea y comprobar cómo se comporta a distintas frecuencias y cuánto atenúa la señal en cada caso. Tras intercambiarse los resultados obtenidos deciden la velocidad a la que van a transmitir.

A partir de este momento los dos modem transmiten un bloque de información codificada de forma que se distribuya de forma más o menos uniforme en frecuencia. Cada uno de ellos escucha lo que le llega del otro y así ajustan sus ecualizadores para adaptarse al canal.

A partir de este momento el proceso de conexión ha finalizado y ya se puede empezar a transmitir datos a través de la línea.

Vía Absorptions

Cómo se hizo ‘Recovering my Religion’

En una entrada anterior, en la que hablábamos sobre los acordes menores y mayores y las diferentes sensaciones que son capaces de producir, ponía como ejemplo esta versión de la canción “Losing my Religion” de “R.E.M.” modificada de modo que todos los acordes menores pasen a ser mayores:

El vídeo llamó mucho la atención, y al parecer no fui yo el único que se preguntó cómo habrían conseguido modificar el audio de esa forma, ya que el resultado tenía una calidad sorprendentemente buena.

Ahora me encuentro con esta entrada en evolver.fm que parece que arroja algo de luz sobre el asunto. En ella se comenta que, dado que los autores del vídeo no han querido desvelar cómo lo hicieron, han intentado replicar el efecto. Para ello han utilizado el programa Celemony Melodyne, un avanzado editor de audio que permite retocar de forma individual las notas de un acorde en un fichero de audio y así cambiarlo completamente.

La potencia de la herramienta es tal que, teóricamente, podríamos tocar una canción con la guitarra simplemente tocando todas las cuerdas al aire y después modificando las notas para crear los acordes deseados.

En estos dos vídeos su creador, Peter Neubäcker, explica con claridad cómo funciona el sistema:

Volviendo al “Losing my Religion”, la canción tiene el siguiente aspecto al cargarla en el programa:

Imagen de evolver.fm

Para modificar la canción, originalmente en La menor, a La mayor, no es necesario ni siquiera ir nota a nota retocando la canción. Basta con seleccionar en el programa el cambio de escala, y él se encarga automáticamente de todo.

Aunque a simple vista pueda parecer algo trivial, ser capaz de detectar y extraer automáticamente los acordes individuales de un fichero de audio polifónico (con más de un instrumento tocando al mismo tiempo) no es ni mucho menos fácil y ha sido objeto de investigación durante muchos años (y todavía lo sigue siendo). Si te interesa aprender y jugar con este tipo de técnicas, puedes probar con este proyecto de analizador armónico de código abierto, que puede ser un excelente punto de partida.

Básicamente, este tipo de sistemas lo que hacen es intentar adivinar, para cada instante de tiempo, cuántas notas se están tocando, qué notas son, los instrumentos que las tocan, sus amplitudes y su duración. Hay que tener en cuenta que cuando un instrumento musical toca una nota no reproduce una sola frecuencia, sino todo un conjunto de armónicos, que son los que al fin y al cabo le confieren al sonido el timbre característico de ese instrumento. Es decir, es necesario agrupar los armónicos en notas, las notas en acordes y los acordes asignarlos a instrumentos. A la vez es necesario verificar que las decisiones que se han tomado tienen sentido (por ejemplo, si un acorde se asigna a una guitarra, que se sea consecuente en acordes posteriores con esa decisión).

No he podido probar el programa en cuestión, así que no sé exactamente dónde están sus limitaciones y si es tan bueno como parecen indicar las críticas, pero en cualquier caso, y a la vista de los resultados, no cabe duda de que representa un enorme paso adelante en el mundo del procesado de señales musicales.

Como último apunte, otra alternativa el software es Capo, un programa cuyo objetivo es ayudarte a tocar una canción reproduciéndola más despacio y detectando los acordes de forma automática. El programa tiene, por supuesto, limitaciones por lo complicado del proceso como acabamos de decir, pero en muchos casos hace un trabajo más que aceptable.

Ventana principal del programa CAPO

Los inicios de la fonografía

Seguramente casi todos estamos de acuerdo en que no hay nada como escuchar la música en directo. Sin embargo esto no es siempre posible y por ello una buena grabación es de gran importancia para poder escuchar nuestras canciones favoritas en cualquier momento y lugar. Vamos a remontarnos 150 años, a la época en la que se realizaron las primeras grabaciones musicales.

Fonoautógrafo

El primer dispositivo del que se tiene constancia que fuese capaz de grabar sonidos es el fonoautógrafo, inventado por el francés Édouard-Leon Scott y patentado en 1857. Este dispositivo recogía las ondas sonoras a través de un cuerno y las conducía hasta una membrana a la que estaba atada una pequeña pluma. Ésta “dibujaba” el sonido en algún tipo de material como cristal ahumado o sencillamente papel. Su único problema era que después de grabar el sonido no era capaz de reproducirlo, y por ello no pasó de considerarse una curiosidad de laboratorio, eso sí, útil para el estudio de la acústica.

Caprichos del destino, Édouard-Leon Scott nunca llegó a sacar provecho económico de su invento, y pasó el resto de su vida como librero en París.

Como curiosidad, en 2008 un grupo de científicos tomaron los fonoautogramas que se conservaban en la oficina de Patentes de la Academia Francesa, los escanearon con un sistema desarrollado por la Biblioteca del Congreso de Estados Unidos y posteriormente consiguieron traducir las imágenes a sonidos audibles. Uno de ellos, grabado en 1860, consistía en un pequeño fragmento de la melodía “Au clair de la lune” y es la primera grabación conocida que se ha podido reproducir:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=vgNguRPKhfg]

 

Fonógrafo de Edison

Sigamos avanzando. Resulta curioso que para poder disponer de un equipo capaz no solo de grabar sino también de reproducir el sonido hubiese que esperar 20 años, hasta 1877, cuando Tomas Alva Edison presentó el fonógrafo reproduciendo la ya famosa canción de “Mary had a little lamb”. El fonógrafo convertía las ondas sonoras en vibraciones capaces de mover una aguja que van haciendo surcos en un cilindro inicialmente de cartón cubierto de estaño. Para reproducir el sonido no había más que realizar el proceso inverso.

¿Cómo se le daba vueltas al cilindro? Al principio era sencillamente a pedales, aunque pronto se pasó a utilizar un sistema manual de cuerda, similar al de los relojes, accionado con una manivela, y con un sistema de contrapesos para controlar la velocidad. Los avances se van sucediendo, y se consigue construir un cilindro con una capacidad para grabar ¡4 minutos! de sonido. Además, las primeras grabaciones tenían que hacerse de forma individual, ya que no se podían hacer copias del cilindro original. Esto quiere decir que los artistas tenían que repetir las tomas tantas veces como copias quisiesen grabar o bien usar varios fonógrafos que grabasen a la vez.

El siguiente documental nos explica cómo funcionaba el fonógrafo de Edison:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=M7usgXdYGZs]

 

A partir de este momento se empezó a experimentar con distintos materiales materiales como la baquelita o el diamante para aumentar la calidad y la robustez de la grabación, y diez años después,  Emile Berliner, un ingeniero alemán, tuvo la feliz idea de cambiar el soporte cilíndrico por uno plano, con lo que se mejora la posición de la aguja y con ello la calidad del registro del sonido. Es el nacimiento del gramófono.

Al principio el gramófono no triunfó, ya que la calidad del sonido de los primeros discos, fabricados de goma endurecida, era peor que la del fonógrafo. Sin embargo este problema se solventó, gracias al uso de materiales como el actual vinilo, y terminó imponiéndose gracias a su menor coste de producción (la producción de grabaciones de fonógrafo en masa era un proceso mucho más complejo), y a que su mecanismo era más sencillo, barato y robusto que el del fonógrafo. No obstante el fonógrafo tenía una ventaja sobre el gramófono, y es que permitía que cualquiera pudiese grabar sus propios cilindros, algo que ni el gramófono ni los discos de vinilo que vinieron después ofrecieron.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=eoMLpYut-FA]

 

Gracias a todo esto hoy podemos escuchar pequeñas joyas que de otro modo se habrían perdido, como la voz del último castrato, grabada en 1902:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=wv-S3uoeTXg]

 

A partir de aquí llegaron los tocadiscos, la grabación en estéreo, los soportes magnéticos, etc. Pero todo eso lo dejamos para otra ocasión.

(Imágenes: Wikipedia)

Galerías de los susurros

Las galerías de lo susurros son curiosidades acústicas que se producen en recintos abovedados o con paredes con forma cóncava. El efecto que se produce es que cuando una persona susurra en un punto de la sala, este susurro es apenas audible para puntos cercanos a este hablante, pero un oyente situado en ciertos puntos de la sala será capaz de escuchar perfectamente el sonido emitido.

Catedral de San Pablo, Londres

El típico ejemplo de este tipo de salas es la catedral de San Pablo de Londres. En la parte alta de la cúpula principal hay un corredor circular en el que se puede apreciar perfectamente este fenómeno. Esta sala es la que da nombre al fenómeno, y fue estudiada por Lord Rayleigh, quien entre 1910 y 1915 publicó una serie de artículos en los que intentaba explicar de forma cuantitativa el fenómeno.

¿Qué es lo que sucede en esta sala? De forma intuitiva, podemos ver que si tenemos una sala con forma circular como la de la figura y emitimos un sonido cerca de la pared, dicho sonido se propagará por el perímetro de la misma, y será perfectamente audible en el extremo diametralmente opuesto de la sala pero no en el centro de la misma. En la imagen se muestra cómo se propaga el sonido desde la fuente sonora A hasta el receptor B, y la línea de puntos indica la zona en la que el nivel del sonido es superior a lo normal. Cuanto más susurremos y más en paralelo a la pared hablemos más notable será el efecto. Esto se debe a que cuando susurramos, nuestra voz es más directiva (se dispersa menos hacia los lados), y al hablar paralelos a la pared dirigimos la voz precisamente en la dirección que más nos interesa para que recorra el perímetro de la sala.

Por supuesto, todo esto también ocurre si lo que es curvo es el techo en lugar de las paredes. Uno de los más ejemplos más conocidos de galería de los susurros en la que el responsable del efecto es la forma del techo está en la Grand Central Terminal de Nueva York. En este video se puede ver el efecto:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=sPhQWWdFe1M]

Pero no hace falta irse tan lejos para encontrar ejemplos. En España quizás los más conocidos son la galería de los secretos de el Monasterio del Escorial, o la sala de los secretos de la Alhambra de Granada, situada en los sótanos de la Sala de Dos Hermanas.

Otro efecto muy parecido al anterior es el de las focalizaciones. En el caso de que tengamos una sala con superficies cóncavas como la de la figura de la derecha, lo que ocurrirá es que el sonido emitido en uno de los focos de la curva se propaga al otro foco. Por tanto, dos personas situadas cada una en uno de los focos de la elipse pueden mantener una conversación sin que en el resto de la sala se oiga prácticamente nada.

Un ejemplo de este tipo de estructuras puede ser un andén de metro en el que la bóveda del techo tenga esta forma. En este caso es posible oír el sonido que emite una persona en un anden desde el anden contrario gracias a la que el sonido reflejado desde el techo se dirigirá al foco de la curva.

Royal Albert Hall, Londres

En muchos casos esto deja de ser una curiosidad para convertiste en un gran problema. Un ejemplo tristemente famoso es el Royal Albert Hall de Londres, que en el momento de su inauguración en 1871 presentaba muchos problemas de sonido debido a su enorme cúpula. Fue necesaria una gran remodelación de la sala durante los años 60 para solucionar definitivamente el problema. La solución no fue sencilla, e implicó, entre otras cosas, la colocación de 134 difusores convexos (comúnmente conocidos como los platillos volantes) que cuelgan de la cúpula.

Esquema aproximado de la planta del Philarmonic Hall, Nueva York

Otro ejemplo de problema acústico ocurrió en el Philarmonic Hall (actualmente Avery Fisher Hall) de Nueva York, inaugurado en 1962. Esta sala se suele considerar el desastre acústico más grande del siglo XX. Uno de los muchos defectos que tenía la sala era que la pared del fondo era cóncava, tanto en planta como en sección, lo que provocaba ecos en la zona del escenario. Además, las paredes laterales también eran curvas, ocasionando graves problemas de focalización del sonido en algunas zonas de la audiencia. Fue necesario reformar a fondo la sala, eliminando las superficies cóncavas para mejorar su acústica. Finalmente la sala se reconstruyó completamente con forma rectangular y se reabrió en 1976.

Edgar M. Villchur, el padre de la suspensión acústica

Hace unos días falleció Edgar M. Villchur a los 94 años de edad. Posiblemente no sea un nombre demasiado conocido, pero para los amantes del audio es un personaje de gran importancia, pues fue un gran innovador responsable, entre otras cosas, de que hoy en día podamos tener altavoces relativamente pequeños capaces de reproducir sonidos graves.

Nos remontamos a principios de los años 50. En esa época el mercado de la alta fidelidad doméstica estaba en pleno auge, con amplificadores capaces ya de reproducir perfectamente todo el rango dinámico de los LP. Sin embargo, los fabricantes de altavoces se encontraban con el problema de que si querían fabricar un altavoz capaz de reproducir sonidos graves, éste debía ser muy grande, más propio de un cine que del salón de una casa.

El problema de reproducir sonidos muy graves es que el volumen de aire que tiene que mover el cono del altavoz es muy grande. Por esta razón, estos altavoces encargados de reproducir sonidos graves (woofers) suelen ser muy grandes y son capaces de moverse hacia delante y hacia atrás bastante distancia. El problema es que a la vez que el altavoz se tiene que mover una gran distancia para reproducir el sonido, tiene que haber algún tipo de mecanismo capaz de devolverlo a su posición inicial una vez que el sonido haya cesado, y también de limitar su movimiento. El encargado de esto solía ser un anillo elástico alrededor del cono, que debía ser lo suficientemente rígido como para “soportar” el cono y devolverlo sin problemas a su posición central. Esta rigidez, no obstante, hacía que el cono no se pudiese mover tan libremente como sería deseable, lo que provocaba distorsiones en los sonidos graves.

En 1954 Villchur afrontó este problema desde una nueva perspectiva. Decidió sustituir el anillo elástico por uno mucho menos rígido, que permitía al altavoz moverse con mucha más libertad, y por tanto, tener el margen de movimientos que requieren los sonidos más graves. Para compensar esta disminución de la rigidez del anillo, que no tendría la fuerza suficiente como para devolver al cono a su posición central, decidió utilizar el aire de dentro de la caja. Mediante una serie de experimentos, Villchur se dio cuenta de que si la caja estaba sellada y se elegía cuidadosamente su tamaño, el aire de su interior proporcionaba la rigidez exacta para poder devolver al cono a su posición. El volumen de la caja debía ser reducido, para que el aire del interior se comportase como una suspensión lo suficientemente rígida como para sostener al cono.

Esta técnica, que se bautizó con el nombre de suspensión acústica, permitía por una parte reproducir sonidos graves con mucha menos distorsión que hasta el momento, y además utilizar cajas de tamaños más reducidos, lo que suponía una gran ventaja para el mercado doméstico. La principal pega es que los altavoces así construidos tenían mucha menos eficiencia que los clásicos, lo que quiere decir que el amplificador necesario para producir el mismo nivel de sonido tiene que tener más potencia. Hoy en día este tipo de altavoces está prácticamente en desuso, pero sus principios científicos siguen siendo válidos y se siguen teniendo en cuenta a la hora de diseñar un altavoz.

En el siguiente video, el propio Villchur comenta su invención y cómo funciona:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=g9mqO6PYAJ4]

Este no fue la única aportación de Villchur al mundo del audio. Otro problema en el que trabajó era el de los ruidos que aparecían en los primeros tocadiscos debidos a que  la aguja captaba las vibraciones producidas por el motor. La solución de Villchur fue separar el motor del disco y conectarlos por medio de una cinta de goma, lo cual reducía de forma muy significativa las vibraciones.

Villchur fundó la empresa Acoustic Research, que fue líder absoluto en ventas de altavoces en Estados Unidos en los años sesenta, con una cuota de mercado de hasta el 60%. En 1967 dejó la empresa y creó la fundación para la investigación en audífonos, en la que trabajó el resto de su vida.

(Imagen: oldtownman)

 

Oír por primera vez

El siguiente video me ha parecido muy emocionante. Se puede ver la reacción de una chica de 29 años sorda de nacimiento cuando le activan por primera vez el implante coclear.

Llama la atención lo bien que es capaz de hablar, algo que dice mucho de su empeño y del buen trabajo de los terapeutas que le han enseñado. Otro detalle significativo que se puede observar en el video es que a pesar de que ahora es capaz de oír los sonidos, sigue recurriendo a la lectura de los labios para entender lo que le dicen.

(Descubierto gracias a @kurioso)

¿Qué pasa si metes un iPhone dentro de una guitarra?

Acabo de encontrar este curioso video en el que se puede ver qué sucede si grabamos con la cámara del iPhone las cuerdas de una guitarra:

Sorprendente, ¿verdad?. ¿Es así como vibran realmente las cuerdas de una guitarra? Pues no. Lo que vemos no es más que un efecto óptico debido a la forma que tiene la cámara del iPhone (y muchas otras basadas en sensores CMOS) de capturar la imagen. Este método, conocido como Rolling Shutter,  lo que hace es no capturar todos los pixels de la imagen al mismo tiempo, sino que se hace por franjas bien verticales u horizontales. En esta página se puede encontrar una excelente descripción del efecto. Esta pequeña diferencia de microsegundos en la captura de las distintas partes de la imagen no tiene ninguna relevancia en la mayor parte de los casos, pero sí que afecta cuando se intentan capturar motivos que se mueven muy rápido, como las cuerdas de la guitarra, las aspas de la hélice de un avión, etc.

Este video muestra de forma muy clara qué es lo que sucede en realidad para otro caso parecido: las hélices de un avión.

Si se quiere ver el movimiento real de la cuerda de una guitarra es necesario recurrir a técnicas de grabación de alta velocidad, en las que se graba un número muy elevado de imágenes por segundo (típicamente 1000, aunque en algunos casos se puede llegar a 10000 o más) y luego se reproducen a velocidad normal. En el siguiente video se puede ver un ejemplo en el que se observa cómo vibran las cuerdas cuando se tocan al aire (sin pisar ningún traste). La amplitud máxima de la oscilación se obtiene justo a la mitad de la longitud de la cuerda, que en este caso coincide con el traste 12.

Airpiano

Hoy toca ración de instrumentos raros, en concreto un nuevo instrumento que sus inventores han dado en llamar Airpiano.

El parecido con un piano se queda en el nombre, y yo diría que está más cerca de un Theremin que de otra cosa. En realidad el Airpiano en sí no produce ningún sonido, sino que se trata de un controlador MIDI, que envía mensajes a un ordenador que es el encargado de interpretarlos y generar los sonidos correspondientes.

Bueno, pues ya sabes, si te sobran 1000€ aquí tienes un nuevo juguete con el que pasar el rato.

A continuación, un video para poder apreciar cómo funciona: