¿Absorción o difusión? ¿Ser o no ser?

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Hace un par de semanas tuve la suerte de hacer un vídeo con José Almagro, un tipo que realmente sabe mucho de acústica. Como siempre, cuando uno se cruza con gente así, te das cuenta de todo lo que te queda por aprender, y eso es una suerte, porque en la vida hay gente que se cree que ya lo saben todo, y esa es la peor actitud para progresar en la vida.

Estuvimos hablando de un montón de cosas, que podréis ver en la segunda parte del vídeo, pero hubo una realmente interesante que estuvimos comentando por encima y que quizás pase desapercibido. Por eso he pensado que antes de que veáis el vídeo, deberíais leer esta pequeña entrada para luego entender mejor de lo que se va a hablar.

En un determinado momento del vídeo, hablamos de las gráficas ETC, que en mis tiempos los llamábamos ecogramas, pero que parece más guay llamarlo por su nombre internacional: ETC (Energy-Time Curves). Esta gráfica lo que nos representa es la presión sonora registrada a la largo del tiempo cuando se excita una sala y posteriormente se cesa la excitación. Es decir podremos estudiar como decae la energía en función del tiempo, en nuestro recinto. Esta gráfica, al contrario de las gráficas de Schroeder, no son integradas en el tiempo, con lo que las gráficas de tipo ETC son realmente interesantes para poder observar el decaimiento de la energía de forma instantánea en función del tiempo en nuestro campo sonoro. O dicho de otra forma son ideales para mostrarnos los ecos y reflexiones que se producen en la sala.

Os voy a mostrar un par de gráficas que he sacado de internet, que nos vendrá de perlas para entender un par de cosas que se comentarán posteriormente en el vídeo.

 

 

Estas gráficas muestran la extinción de la energía de la sala, cuando cesa la fuente, y es en las curvas de tipo ETC o ecogramas donde mejor podemos ver que es lo que pasa en la extinción de la energía, especialmente conocer posibles reflexiones molestas y su procedencia.

Para empezar os voy a explicar que información se obtiene de estas gráficas.

  • Si la integramos para una caida de 60 dB (o extrapolamos una caida de 20 0 30 dB), nos permitirá conocer el “tiempo de reverberacion” o mejor dicho de decaimiento de la sala. De una forma gráfica, podríamos trazar la tangente a la gráfica y ver cuanto tiempo tarda en bajar 60 dB (20 o 30 dB en el caso de que haya ruido que no permita una caída de 60 dB de forma limpia)
  • Nos permite ver como de homogénea es la caída de la energía de la sala. Cuanto más se aproxime la caída de energía a una exponencial decreciente o una línea decreciente (si estamos en el mundo de los dB) se tendrá un decaimiento más homogéneo
  • Nos permite identificar reflexiones molestas y ausencia de reflexiones que también llega a ser molesto, hasta el punto que como conocemos el tiempo en el que se manifiestan estas irregularidades, y conocemos la velocidad del sonido en el aire, podemos conocer en que pared se está produciendo el rebote
  • Los instantes iniciales de caída nos permite conocer el EDT, (early decay time) que también es un parámetro que nos caracteriza a nuestra sala, suele ubicarse en los 10 primeros dBs de caída.

Es decir, como podéis ver, esta gráfica nos da muchísima información y es necesaria por tanto obtenerla en diferentes puntos para conocer nuestra sala, junto a otras gráficas más conocidas o vistosas, como la respuesta en frecuencia, el tiempo de reverberación en función de la frecuencia, gráficas de amplitud-tiempo-frecuencia como las waterfall. La idea que me gustaría que entendieses es que cada gráfica, te da una información, y cuantas mas gráficas tengas en función de diferentes variables, mejor podrás conocer y tratar la sala. Recuerda, el trabajo es antes y después de medir, primero tienes que saber que vas a medir (por qué o para qué quieres medirlo), saber cómo lo vas a medir, y una vez que hayas medido tienes que saber interpretar estas gráficas.

Bien en esta entrada, como ya te he comentado, voy a hacer una pequeña introducción a algo que podréis ver posteriormente en el vídeo, donde José Almagro lo explica mejor. Insisto, hago hincapié en ello, porque en el vídeo pasamos un poco de largo pero es muy importante que lo entendáis (los que aun no lo sabéis).

El tema es básicamente el siguiente, la energía tiene que decaer de una forma lineal (si estamos en dBs) en mi sala: es la forma más agradable al oído. Si queréis podéis ver el vídeo que le hice a Rosillo en el cual, cuando estamos en la sala de baterías, él se refiere a la reverberación de la sala de baterías como muy bonita, ya que está muy controlada. O dicho de otra forma el campo difuso, es realmente difuso, es rico en reflexiones que provienen de todas partes, sin que haya reflexiones más altas que otras (reflexiones predominantes), haciendo que la energía se extinga de una forma lineal y agradable al oódo, lo cual se corresponde con una gráfica que se aproximaría a una recta decreciente. Os adelanto que si bien en las cámaras reverberantes, es relativamente fácil conseguir una caída homogenea, para un estudio de grabación, en donde prima la absorción, va a ser relativamente complicado, pero esto os lo cuento luego mejor.

A continuación trazo las rectas en las dos gráficas que os presente anteriormente

Bien, la idea de la caída homogénea es la que se trata de conseguir cuando se trabaja con esta gráfica y un recinto acústicamente agradable. ¿Y cuales son los problemas a los que se suele encontrar la gente que se dedica a la acústica? Bueno pues básicamente son problemas de reflexiones no controladas, que hacen que esta gráfica no sea una recta, sino una cordillera de picos y valles. Gracias a Dios, ellos tienen conocimientos y recursos para que las reflexiones no controladas por exceso o por defecto minimicen su impacto sobre el decaimiento homogéneo en la sala.

Bueno hasta aquí os he contado la verdad o casi toda la verdad, lo que no te he mostrado es un ecograma al uso de los típicos que se estudian.

El ecograma característico que todos estudiamos, posee tres zonas bien diferenciadas, el sonido directo, las primeras reflexiones y la cola de la reverberación. Pero estos ecogramas tan bien diferenciados son propios de cámaras reverberantes, no de estudios de grabación. Para empezar las cámaras reverberantes son sitios grandes, que si bien la sala de grabación de un estudio lo puede ser, la sala de control no. Además las salas de grabación/controles se caracterizan por tener una absorción alta, mientras que los cámaras reverberantes son justamente lo contrario, son reflexivas y en aquellas zonas donde no se consigue un determinado número de reflexiones se rellena esa zona con algún sistema de difusión. En cámaras reverberantes es normal que su gráfica se diferencia bien el sonido directo, las primeras reflexiones y la cola de la reverberación. Sin embargo en estudios de grabación y más en concreto en la sala de control, es bastante más confuso identificar que parte corresponde a cada cual. En cualquier caso, la idea es que la energía se extinga de una forma lineal, lo cual para una cámara reverberante, con una cola de reverberación rica, puede ser algo natural. En una sala de control, y debido a las pocas reflexiones que se producen de direcciones aleatorias, no es tan fácil de conseguir.

 

 

¿Pero que son reflexiones no controladas por exceso o por defecto? pues son por ejemplo, los picos que aparecen marcados en azul en la siguiente gráfica. Si escuchamos una sala con estos picos, escucharemos una reverberación que decae de forma natural, hasta que le llega el momento a uno de estos picos, lo cual interrumpe la caída natural de la serie y percibimos de repente una reflexión predominante, un rebote, como por ejemplo un eco flotante. También puede ser por defecto, es decir una pared, que no refleje las ondas en una determinada dirección, haciendo que el ecograma en un determinado momento, presente un valle, lo cual se percibe como que la reverberación decae abrúptamente, para instantes después continuar, dicho de una forma más simple, la pared no reflexiva no rellena esa parte del ecograma (en verde en el gráfica).

 

En un estudio es tan importante absorber como reflejar, y más aun, la absorción y la reflexión van unidas de la mano, de tal forma que el diseño tiene que garantizar una absorción alta, pero haciendo que las reflexiones que persistan creen un decaimiento en la sala homogéneo. No podemos descuidar este aspecto, centrándonos en absorber todo lo que se pueda, sin ningún criterio y dejando partes reflexivas sin control. Un ejemplo nefasto en este aspecto, es cuando tratamos paredes opuestas dos a dos. Por ejemplo tratamos dos paredes opuestas con mucho material absorbente y dejamos dos paredes opuestas sin tratar. Esto va a producir que en la dirección de las paredes tratadas, la energía esté muy absorbida y en la dirección de las paredes no tratadas, la energía viaja tranquilamente como le da la gana. Esto suele desembocar en unos ecos flotantes perceptibles, que por ejemplo podría solventarse repartiendo los materiales absorbentes de una forma homogénea entre todas las paredes. No hace falta añadir más absorción, solamente colocar la que ya tienes de una forma inteligente.

 

Bien, en este punto tenemos la idea cogida, ahora solo hace falta materializarla, pues vayamos a ello. Voy a cogerme la última gráfica en la que he marcado unos rebotes que podrían ser molestos. ¿De que depende que los rebotes sean molestos? pues de la diferencia de tiempos con respecto a la señal directa, de la amplitud del rebote, de si existen otros rebotes con una determinada periodicidad (eco flotante), de como es la gráfica ETC después y antes del rebote, básicamente de parámetros psicoacústicos. Por eso además de hacer mediciones, conviene escuchar la sala en los diferentes puntos de medida, ya que determinadas cosas que en las mediciones podrían parecer molestas, en la realidad puede ser que ni se perciba, y viceversa.

Lo primero que os voy presentar es cómo determinar la pared en la que se produce el rebote, por ejemplo si cojo el primer circulito azul y me voy al tiempo en que se produce veo que está a los 12,5 ms. Bueno pues como sabemos que la velocidad del sonido en el aire son 340 m/s, entonces en 12,5 ms nuestra onda ha recorrido una distancia de 4,25 metros. Esta distancia es la suma de la distancia que recorre la onda desde el altavoz hasta la pared, y la distancia que recorre la onda desde la pared hasta el micrófono. Como sabemos que el ángulo incidente y el ángulo reflejado es el mismo respecto a la pared, podemos pintarnos en un papel el recinto, el altavoz y el micrófono y empezamos a trazar rayos que verifiquen que su camino de incidencia más el reflejado sumen 4,25 metros y además deben verificar que sus ángulos sean iguales respecto a la superficie reflectante

Del dibujo anterior el único que verifica la condición de los ángulos es el rayo que aparece pintado con lineas discontinuas, y es realmente el único rayo que debes pintar. Te aseguro que el trazar los rayos no te van a llevar una vida entera, y casi una vez que hayas hecho unos cuantos ejemplos será algo totalmente natural para ti.

Existe un truquito para trazar rayos que es dibujar las imagenes fantasmas del recinto. Este metodo se utiliza para la teoría de rayos y no para la teoría ondulatoria, pero en principio para trazar los rayos nos puede valer. Otro día os lo contaré, para no seguir liando más la madeja, de momento os lo presento, para los que no lo conozcáis.
Básicamente se trata de imaginarnos que las paredes de nuestro recinto son espejos y crean recintos virtuales pegados al nuestro, que son exactamente imágenes iguales al nuestro pero verificando la simetría par de los espejos. Cada uno de los altavoces virtuales que aparecen en dichos recintos virtuales, generan un sonido que se corresponde con los diferentes rayos que rebotan en la pared de nuestro recinto real.

En la siguiente figura el único recinto, altavoz y oyente existentes, son los del cuadrado central, el resto son virtuales, y surgen como si doblásemos el papel por cada una de las paredes y dibujásemos la proyección.  Quiero que entiendas, que la distancia que hemos calculado anteriormente (onda incidente + onda reflejada), es la misma distancia que hay desde el altavoz imagen o fantasma, hasta el oyente. Así que sino te aclaras con los rebotes y las distancias dibujando simplemente tu recinto, si usas este método de las imágenes fantasmas, el punto de actuación sobre dicho rebote es bastante más fácil de visualizar. Sólamente tienes que conocer la distancia que recorre la reflexión y comienzas a trazar rayos desde cada una de las fuentes imaginarias hasta el micrófono de tu sala, cláramente habrá un único camino que verifique esa distancia, y podrás identificar el punto donde se produce el rebote, que será aquel punto en el que se cruce el rayo que has trazado, con la pared del recinto real. El número de paredes que atraviesa se corresponde con el orden de reflexiones, por ejemplo, si hacemos los recintos imágenes de los recintos imágenes, estos segundos recintos, tendrán que cruzar dos paredes sus rayos, para llegar hasta el micrófono, lo que se corresponde con dos rebotes. Por experiencia propia te recomiendo que como mucho hagas las imágenes de las imágenes, o sea los segundos ordenes, a partir de aquí el número de recintos crece de forma exponencial y te puedes volver loco, con los ordenes.

 

Volvamos a los 12.5 ms, claramente es una primera reflexión, y debido a los 4,25 metros que viaja la onda, podría ser perfectamente una reflexión del techo. Habría que conocer la sala en cuestión, pero os aseguro que esto no es ciencia de cohetes, es algo totalmente lógico en el que no hay que buscarle los tres pies al gato. Si tienes una reflexión a los 5 ms, seguramente será que tienes los monitores apoyados en el puente de vúmetros, y es una reflexión de la mesa. Si la reflexión llega a los 30 ms, seguramente vendrá de la pared trasera. Hay que tener la sala siempre presente, pero ante todo es cuestión de lógica, no se necesita entender de ondas gravitacionales, para identificar un determinado rebote, más bien sentido común.

 

El trazado de rayos no tiene otra función que identificar el punto en el cual se está generando el rebote, y es sobre este punto donde tendremos que actuar instalando o absorbentes o difusores, para minimizar el efecto de este rebote. Pero insisto, solo es recomendable tratarlas cuando sean susceptibles de ser molestas, porque no todo lo que se obtiene en las medidas corresponde con lo que se oye. Como he comentado las dos formas más habituales de tratarlas es o bien mediante absorción o mediante difusión. En este aspecto interesa que entiendas un par de cosas: la primera es que existen diferentes filosofías a la hora de hacer el tratamiento acústico de una sala lo cual hace que ante el mismo problema, la solución que se adopte sea propia del tipo de diseño o el diseñador. Por ejemplo como ya comente en su día, Philip Newell está en contra de los difusores y de absorber cuanto más mejor, luego la solución de Philip será más bien colocar algún elemento absorbente que se encargue de eliminar esa energía que se refleja. Sin embargo Peter D’antonio es partidario de poner difusores allá donde surja un problema de estos, rompiendo directamente aquellos haces de energía con una clara directividad. Lo segundo que has de entender es que nosotros no somos ni Newell ni D’antonio, somos simples mortales que tratamos de hacer que nuestra sala suene lo mejor posible, por lo que tendremos que aplicar o bien un absorbente o un difusor, en función de lo que tu creas que mejor va a solucionar tu problema.

Bien, todo parte de un barrido sinusoidal exponencial, de su deconvolución, y de la obtención de la respuesta al impulso de la sala. No te preocupes tu no tienes que hacerlo a mano, ya te lo hacen programas como Arta, Dirac o Rew, lo único que tienes que tener en cuenta es los puntos en donde quieres medir y darle al botón del programa para que lo haga. Una vez que lo hagas como José te va a enseñar en el vídeo, le dices al programita que te muestre la curva ETC y empiezas a analizar la gráfica y como es de esperar te encontraras con reflexiones no deseadas, que romperán la bonita monotonía decreciente de tu gráfica. El siguiente paso es identificar dónde se está produciendo ese rebote, entonces en función del tiempo en el que se produce el rebote, y conociendo la velocidad del sonido, tu obtendrás una distancia. Usando la teoría de rayos que te he comentado antes, identificarás el punto en el cual se está produciendo el rebote, y es sobre ese punto donde actuarás. ¿Pero con que actuarás? ¿con un absorbente? ¿con un difusor? y sobre todo ¿que rango de frecuencias tendrá tu sistema que minimizará esa reflexión?.

Hasta ahora no hemos hablado de frecuencias, pero está claro que cuando tu obtienes una gráfica de tipo ETC, tu la estás obteniendo de banda ancha, y en esa gráfica tu no tienes opción de ver las frecuencias asociadas a ese rebote. Los rebotes no son de banda ancha, sino que se suelen presentar para ondas que portan un determinado margen de frecuencias. Es decir tendremos que fabricar un sistema que trate la energía de esa ondas con ese margen de frecuencias en particular. ¿Pero cómo hacemos para saber la frecuencia a la cual se produce? Muy fácil, dentro de todos estos programitas, tienes la opción de filtrar o bien por octavas o por tercios de octava la curva del decaimiento. Entonces lo que tienes que hacer es apuntarte el tiempo en el que aparece esta reflexión e ir aplicando un filtro centrado en diferentes frecuencias a la gráfica del ETC, hasta que en una de las gráficas te aparezca esa reflexión de nuevo. Entonces en este punto es donde tu podrás conocer el rango de frecuencias que debe tener tu sistema para poder minimizar los efectos de esa reflexión.

¿Y cómo la eliminas?¿Absorción?¿Reflexión?, bueno pues aunque de las dos formas puedes llegar a la solución, la forma de solucionarlo es bien diferente y sus resultados también. Mientras que en el primer caso lo que se hace es absorber completamente la energía asociada a esa reflexión, para que una parte mínima de la  energía vuelva al recinto, en el segundo caso es justamente lo contrario devolver toda la energía al recinto, pero en lugar de confinada en un haz, dispersándola en multitud de trayectos y tiempos. Esta dispersión de energía hace que al final la energía que se dirige al trayecto en el que antes percibiamos la reflexión sea bastante menor, ya que hemos repartido la energía entre todos los caminos posibles que acabamos de generar para diferentes tiempos. Esto es lo que hace un difusor, cuando alguien me pregunta que hace un difusor mi respuesta es siempre la misma: dispersan la energía que a ellos les llegan en el plano espacial y en el temporal

En la figura anterior se compara el ecograma (tiempo) y el patrón polar (espacio) de las reflexiones en función de la superficie en la que chocan.

El primer caso es un elemento absorbente, con lo cual al absorber la energía, pues la parte que se refleja es bastante menor, y la energía que devuelve al recinto, seguirá la trayectoria del rayo reflejado. En su ecograma, podemos ver como existe una reflexión de muy baja energía. Y en el diagrama polar se verifica la ley de los ángulos incidentes y reflejados, resultando que la poca energía que se devuelve, sea devuelta por el camino que se espera, si se aplica la teoría de los ángulos iguales.

El segundo caso muestra la reflexión cuando choca con una pared, si bien en este caso, tanto en el ecograma como en el diagrama polar, podemos ver que la energía no disminuye mucho y además el camino que sigue la reflexión va claramente encaminada por la ley de los ángulos que comenté antes.

En el tercer caso se muestra el impacto contra un difusor, lo cual no resta energía (si sumamos toda la energía producida en las nuevas reflexiones en el ecograma nos dará un valor semejante al de la reflexión en solitario del segundo caso) sino que la distribuye espacial y temporalmente. La distribución espacial la podemos ver claramente en el diagrama polar, la forma en la que el haz de la reflexión se extiende en el espacio y la distribución temporal la podemos observar en el ecograma, como un montón de reflexiones que acompañan a la reflexión principal, y que provienen de diferentes tiempos.

Esto es la clave de nuestra decisión, que vamos a usar, ¿un difusor o un sistema absorbente? Bueno pues depende de cómo sea el ecograma, por ejemplo en el siguiente ecograma yo usaría un sistema absorbente, por el hecho de que solo quiero eliminar la reflexión, el resto de ecograma es bastante lineal

Sin embargo para el siguiente ecograma, justo despues del primer rebote que he marcado en azul, pues viene un valle de energía (en verde). Quizás me interesa poner un difusor, que me rellene esa zona con energía tal como hemos visto en las figura anterior que provendrán de diferentes lugares y en diferentes tiempos.

 

Bueno pues ya hemos llegado al fín, después de esta brasa teórica creo que estas preparado para ver el vídeo de José Almagro, que lo disfrutes y felices fiestas.

 

 

6 Comentarios

  1. Unas puntualizaciones: El ecograma muestra reflexiones, su retraso y atenuación de forma teórica y la ETC es experimental. La curva de Schroeder es mucho más suave y solo puede bajar, en ARTA se representa en gris en el menú de reverberación. El método de las fuentes espejo sí que te puede dar información oscilatoria porque los modos pueden explicarse como un filtro peine repetitivo y ese valle de energía representado en verde no es negativo, es lo que se conoce como ITDG (initial time delay gap).

    La duda eterna cuando se analiza una o varias reflexiones es 1º ¿Es audible? y 2º ¿Qué es lo que se nota a oído?. A grosso modo, las reflexiones muy tempranas afectan a la respuesta en frecuencia (son muy audibles con ruido rosa) y las más tardías a la respuesta temporal (con clicks se oyen muy bien). Para salas de conciertos se suele usar el criterio de Dietsch-Kraak pero para estudios me parece poco fino. El otro día te mandé una comparación entre una ETC y los umbrales de audición de reflexiones de Barron y Toole. Este tema es complejo y da para unos cuantos videos

    • Me mandaste la comparación, pero seguro que la gente le gustaría que les enseñases el criterio XD que al final me haces escribir a mi los artículos que estarían mejor escritos por ti !!! No seas pelanas y cuentaselo a la gente!!!

  2. Lo que hago es comparar la ETC que tengo medida con una serie de curvas que aparecen en el muy recomendable libro de Toole (Sound Reproduction, Loudspeakers and rooms) para tener una idea aproximada de qué reflexión puede ser más audible y cómo. Es una simplificación mía y lamentablemente es un tema muy complejo y una base de Psicoacústica puede ser beneficiosa: (Psychoacoustics, Facts and Models, Zwicker)

  3. Fourier darte la enhorabuena y las gracias por este articulo.
    De brasa nada, cada parte enseña mucho.

    Y sinceramente, el hecho de escribirlo tú, lo da un plus para los aficionados con conocimientos básicos como yo.
    Está escrito muy fácil de leer y comprender.

    De verdad, un artículo muy muy recomendable. Qué a mi personalmente me ha descubirto concentos que no comprendia.

    Muchísimas gracias a ti, y por supuesto a Almagro.

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