ALREDEDORES: Altas frecuencias de muestreo

Altas frecuencias de muestreo

Cuando aprendemos lo más básico del sonido: intensidad, tono y timbre, estamos entrando en un mundo fascinante y complejo. Y para poder entenderlo, estamos simplificándolo. De hecho estamos tratando a nuestro sistema auditivo como si fuera uno más de nuestros inventos para captar y reproducir sonido. Creo que deberíamos ser un poco más humildes y aceptar que todavía no podemos crear una máquina que perciba lo que nosotros percibimos con el oído, y aceptar que intensidad, tono y timbre no son lo único que percibimos. Veamos qué otra información nos proporcionan nuestros oídos.

Para analizar el sonido, nuestros oídos internos transforman las vibraciones del aire en vibraciones mecánicas que son transmitidas a la cóclea donde se produce lo que nuestro cerebro percibe como sonido. En la cóclea las ondas de presión recorren la membrana basilar, donde dos tipos de células ciliadas (con forma de pelo) las convierten en impulsos nerviosos. Estos dos tipos son las internas y las externas, las internas son las encargadas de percibir la información del tono. De las 15.000 células ciliadas presentes en el oído, sólo 3.000 son internas, el resto son externas (cuatro veces más), y trabajan de formas muy interesantes. Están organizadas en redes, por eso no todas tienen conexión con el nervio auditivo, cosa que sí tienen las internas. Estas redes parecen actuar como analizadores de la forma de onda y como receptores de bajas frecuencias. Estas dos informaciones, una vez extraídas del sonido y traducidas a los impulsos nerviosos que entiende el cerebro, nos sirven para percibir no solo la intensidad de un sonido, sino cualquier cambio de intensidad dentro de una serie de sonidos complejos (como los que se dan en un ambiente reverberante). Y esto lo percibimos gracias a la gran sensibilidad que tienen éstas redes de células ciliadas externas a los límites de las ondas, es decir, al momento donde una onda empieza o termina. Percibimos estos límites como impulsos, y somos capaces de encontrar y percibir los más pequeños impulsos, incluso aunque estén ‘entremezclados’ en un mar de ruidos y reverberaciones. Con la información proporcionada por estos impulsos somos capaces de distinguir entre timbres parecidos, podemos escuchar lo que llamamos la textura de un sonido. Son estas percepciones las que hacen que el sonido analógico tenga ese ‘algo’ diferente, o que un ecualizador suene distinto a otro cuando en teoría están haciendo lo mismo. Otro uso que le damos a la percepción de impulsos es la localización del origen de un sonido, para ello utilizamos la diferencia de tiempo entre la percepción de un oído y la del el otro, es decir, si nuestro cerebro recibe el impulso desde el oído derecho antes, y después desde el izquierdo (por ejemplo), nos dice que el origen está a la derecha. La precisión que podemos alcanzar al localizar un sonido es tan grande que percibimos diferencias de 2 µseg entre un oído y el otro, es decir 0,000002 segundos.

Gracias a la increíble sensibilidad que tenemos a los impulsos, y a la manera en que nuestro cerebro los procesa, podemos extraer una enorme cantidad de información con el sentido del oído. Somos capaces de saber el tamaño aproximado de una sala solo con escuchar un sonido dentro de ella, incluso podemos averiguar si estamos cerca o lejos de una pared, podemos señalar con una precisión enorme el origen de un sonido, así como su distancia. Podemos diferenciar pequeñísimos matices entre dos sonidos muy similares, y extraer una gran cantidad de significados que entendemos de forma casi inconsciente.

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La mala noticia es que nuestras queridas máquinas y equipos de sonido no pueden transmitir estos impulsos correctamente, y por eso no somos capaces de oír tantas cosas cuando vienen de un disco o de cualquier grabación. ¿Porqué nuestros equipos no nos dan todo lo que podemos escuchar? Principalmente porque nos hemos quedado mucho tiempo anclados en el ‘triunvirato intensidad, tono y timbre’, que nos dice que con las frecuencias que escuchamos conscientemente (de 20 a 20.000 Hz) tenemos toda la información que el sonido nos ofrece, pero eso es un límite que no hace justicia a nuestro oído. Volvamos a la percepción de impulsos, recordemos que somos capaces de percibir una diferencia de 2 µseg entre los dos oídos, y ahora intentemos encontrar algún equipo de sonido capaz de trabajar con impulsos separados 10 µseg… y no encontraremos prácticamente ninguno. Para entender esto hay que relacionar la resolución intramural (el mínimo tiempo que podemos percibir entre un sonido por un oído y un sonido por el otro oído) con la frecuencia máxima que puede admitir un equipo de sonido. Si tenemos dos ondas separadas 2 µseg, podríamos decir que juntas forman una onda de 500.000 Hz o 500 KHz, una frecuencia demasiado alta para nuestras máquinas. Como decía en el artículo Previo de Micrófono, un buen amplificador debe tener un slew rate alto, que implica una reacción suficientemente rápida ante un transitorio (o un impulso), y ahora vemos que también implica una correcta reproducción de las frecuencias mas altas. Si una máquina puede reaccionar con rapidez ante un impulso muy rápido, podrá reproducir con fidelidad las frecuencias más altas, ya que son las que implican una vibración más rápida.

De modo que para poder escuchar una grabación tan real como la vida misma, necesitaríamos una lista de equipos que hoy en día no se fabrican, capaces de trabajar con frecuencias por encima de los 100 KHz desde el micrófono hasta el altavoz, pasando por previos de micro, ecualizadores, compresores, conversores a digital, mezcladores, plug-ins, sistemas de grabación y distribución comercial y conversores a analógico. En el mercado profesional más caro y exclusivo existen micrófonos capaces de captar frecuencias de hasta 40 KHz, y previos que pueden amplificar hasta 200 KHz, sin embargo muy pocos ecualizadores o compresores pueden trabajar por encima de los 60 KHz, prácticamente ningún altavoz puede reproducir frecuencias mayores de 20 KHz, y al final el mayor obstáculo lo encontramos en la conversión de analógico a digital. Debido al ‘triunvirato intensidad, tono y timbre’ y su límite de 20 KHz, estamos trabajando con frecuencias de muestreo de 44.1 KHz o 48 KHz desde hace más de 20 años, lo que elimina las frecuencias más altas y con ellas la captación de los impulsos más rápidos, y al final anula más de la mitad de las capacidades perceptivas de nuestro oído.

Es cierto que no podemos escuchar un sonido más agudo de 20 KHz, de hecho si vivimos en una ciudad y tenemos más de 30 años, habremos perdido casi toda la audición por encima de 12 KHz (y aún se están estudiando los efectos de auriculares y reproductores de mp3 en la pérdida de audición). Aunque no podamos oír esos tonos, seguimos necesitando que frecuencias por encima de 20 KHz se graben y reproduzcan con nuestra música para poder percibir todo lo que nuestro oído nos ofrece. Esas frecuencias no nos sirven para escucharlas, sino que hacen posible que los equipos de sonido puedan trabajar con los impulsos que necesitamos para oír con naturalidad. La diferencia entre un sonido grabado a 48 KHz y otro a 96 KHz esta en la sensación de espacio, de aire o de realismo, el estéreo es más claro y más real, y la distancia se percibe mucho más claramente.

Para realizar este artículo he utilizado información de The World Beyond 20kHz, un artículo de David Blackmer, fundador de Earthworks, disponible en la página Technical Articles.

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    • Pablo
    • 20/03/10

    Muy interesante. La freq. de muestreo no solo nos da la información espectral sino tb la espacialidad!!! Hoy me voy a la cama ya contento ;)

    • jack
    • 4/05/10

    Gracias por tu aporte estoy viendo tu material,
    espero que sigas con esto, que es muy interesantes

    gracias una vez mas

    • nin
    • 12/12/11

    muy buen material ,muy agradecido

    • OptiMuff Prime
    • 1/07/12

    Fenomenal. Algo había leído, pero muy somero y poco claro.
    Ahora me queda explicado perfectamente.
    Gracias otra vez!
    Seguiré quitándome horas de sueño por culpa de tu extraosdinario blog.
    Creo que estas vacaciones me van a ser de enorme provecho!

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