¿Cómo se forma la sensación de estereofonía?
1. Concepto de sonido estéreo
"Estéreo" es un concepto geométrico que denota algo que ocupa espacio en tres dimensiones. ¿Es el sonido también estéreo? Analógicamente, la respuesta es afirmativa. Porque las fuentes sonoras tienen una posición espacial definida, el sonido tiene un origen direccional claro, y los humanos poseemos la capacidad auditiva de localizar fuentes sonoras; especialmente cuando múltiples fuentes suenan simultáneamente, podemos percibir la distribución espacial del conjunto sonoro. Por tanto, se puede decir que el sonido es "estéreo". Sin embargo, es más preciso afirmar: "El sonido original es estéreo." Porque cuando el sonido se graba, amplifica y reproduce, todo puede salir de un solo altavoz. Esta reproducción NO es estéreo. Como todos los sonidos provienen del mismo altavoz, se pierde la sensación espacial original, especialmente la distribución del conjunto sonoro. Esta reproducción se llama "mono" (Mono). Si el sistema de reproducción puede recuperar, hasta cierto punto, la espacialidad del sonido original, entonces se denomina "sonido estéreo" (Stereo). Dado que el sonido original es inherentemente "estéreo", el término "sonido estéreo" se refiere específicamente a una reproducción que recupera cierta sensación espacial (o direccional).
2. Efecto binaural
Para recuperar la espacialidad en la reproducción, primero debemos entender por qué el sistema auditivo humano puede localizar fuentes sonoras. La investigación muestra que esto se debe principalmente a que tenemos dos oídos, no uno.
Los oídos están ubicados a ambos lados de la cabeza, separados por una distancia y la masa craneal. Esto provoca diferencias en el sonido que llega a cada oído. Estas diferencias son la base para localizar la fuente sonora en el espacio. Las principales diferencias son:
(1) Diferencia de tiempo de llegada (ITD - Interaural Time Difference)
Debido a la distancia entre los oídos, salvo para sonidos directamente frontales o posteriores, el sonido llega a un oído antes que al otro, creando un retardo. Si la fuente está a la derecha, el sonido llega primero al oído derecho. Cuanto más lateralizada esté la fuente, mayor será el retardo. Experimentos demuestran que crear artificialmente un retardo entre oídos produce la ilusión de que el sonido proviene de un lado. Con un retardo de ~0.6 ms, la fuente parece estar completamente lateralizada.
(2) Diferencia de nivel entre oídos (ILD - Interaural Level Difference)
Aunque la distancia es pequeña, la cabeza atenúa el sonido, provocando diferencias de nivel entre oídos. El oído más cercano a la fuente recibe un nivel mayor. La diferencia máxima puede alcanzar ~25 dB.
(3) Diferencia de fase entre oídos (IPD - Interaural Phase Difference)
El sonido viaja en ondas, cuya fase varía en el espacio (a menos que la distancia sea exactamente una longitud de onda). La separación de los oídos provoca diferencias de fase en la llegada de la onda. El tímpano vibra con la onda, y esta diferencia de fase también contribuye a la localización. Experimentos muestran que incluso con igual nivel y tiempo de llegada, cambiar solo la fase altera significativamente la percepción de la ubicación.
(4) Diferencia de timbre entre oídos
Si una onda sonora proviene de un lado, debe rodear la cabeza para llegar al oído opuesto. La capacidad de difracción depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo. El diámetro de la cabeza humana (~20cm) equivale a la longitud de onda de ~1700Hz en aire. Por tanto, la cabeza atenúa fuertemente las frecuencias superiores a ~1000 Hz. Las diferentes frecuencias de un mismo sonido se atenúan de forma desigual (más las altas), creando diferencias de timbre entre oídos. Cualquier sonido que no venga de frente o detrás producirá timbres distintos en cada oído, aportando información direccional.
(5) Diferencia entre sonido directo y reflexiones
Además del sonido directo que llega a los oídos, el sonido de la fuente se refleja en los obstáculos circundantes, creando un conjunto de reflexiones que llegan más tarde. Las diferencias entre el sonido directo y estas reflexiones también aportan información sobre la distribución espacial de las fuentes.
(6) Efecto del pabellón auricular (Pinna)
La forma del pabellón, orientado hacia adelante, ayuda claramente a distinguir delante/detrás. Además, su forma compleja modifica el sonido de manera diferente según la dirección de llegada, aportando información direccional, crucial para la localización vertical.
Práctica demuestra que las diferencias de nivel (ILD), tiempo (ITD) y fase (IPD) son las más influyentes en la localización auditiva, aunque su importancia varía según las condiciones. Generalmente:
- En frecuencias bajas/medias: La diferencia de fase (IPD) es más importante.
- En frecuencias medias/altas: La diferencia de nivel (ILD) domina.
- Para sonidos transitorios (rápidos): La diferencia de tiempo (ITD) es crucial.
- Para localización vertical: El pabellón auricular (Pinna) es clave.
En realidad, el efecto binaural es integral; nuestro sistema auditivo utiliza toda la información combinada para localizar la fuente.
Nota adicional: Además de la percepción de volumen, timbre y ubicación, el sistema auditivo tiene otros efectos. Uno relevante es el "Efecto de Precedencia" (o "Efecto Haas"). Experimentos muestran que si dos sonidos idénticos, uno retrasado, llegan a los oídos con un retardo menor de 30 ms, solo se percibe un sonido único (aunque pueden cambiar ligeramente el timbre o volumen percibido). Si el retardo supera los 50-60 ms (distancia equivalente >17m), el oyente percibe dos sonidos separados.
"Estéreo" es un concepto geométrico que denota algo que ocupa espacio en tres dimensiones. ¿Es el sonido también estéreo? Analógicamente, la respuesta es afirmativa. Porque las fuentes sonoras tienen una posición espacial definida, el sonido tiene un origen direccional claro, y los humanos poseemos la capacidad auditiva de localizar fuentes sonoras; especialmente cuando múltiples fuentes suenan simultáneamente, podemos percibir la distribución espacial del conjunto sonoro. Por tanto, se puede decir que el sonido es "estéreo". Sin embargo, es más preciso afirmar: "El sonido original es estéreo." Porque cuando el sonido se graba, amplifica y reproduce, todo puede salir de un solo altavoz. Esta reproducción NO es estéreo. Como todos los sonidos provienen del mismo altavoz, se pierde la sensación espacial original, especialmente la distribución del conjunto sonoro. Esta reproducción se llama "mono" (Mono). Si el sistema de reproducción puede recuperar, hasta cierto punto, la espacialidad del sonido original, entonces se denomina "sonido estéreo" (Stereo). Dado que el sonido original es inherentemente "estéreo", el término "sonido estéreo" se refiere específicamente a una reproducción que recupera cierta sensación espacial (o direccional).
2. Efecto binaural
Para recuperar la espacialidad en la reproducción, primero debemos entender por qué el sistema auditivo humano puede localizar fuentes sonoras. La investigación muestra que esto se debe principalmente a que tenemos dos oídos, no uno.
Los oídos están ubicados a ambos lados de la cabeza, separados por una distancia y la masa craneal. Esto provoca diferencias en el sonido que llega a cada oído. Estas diferencias son la base para localizar la fuente sonora en el espacio. Las principales diferencias son:
(1) Diferencia de tiempo de llegada (ITD - Interaural Time Difference)
Debido a la distancia entre los oídos, salvo para sonidos directamente frontales o posteriores, el sonido llega a un oído antes que al otro, creando un retardo. Si la fuente está a la derecha, el sonido llega primero al oído derecho. Cuanto más lateralizada esté la fuente, mayor será el retardo. Experimentos demuestran que crear artificialmente un retardo entre oídos produce la ilusión de que el sonido proviene de un lado. Con un retardo de ~0.6 ms, la fuente parece estar completamente lateralizada.
(2) Diferencia de nivel entre oídos (ILD - Interaural Level Difference)
Aunque la distancia es pequeña, la cabeza atenúa el sonido, provocando diferencias de nivel entre oídos. El oído más cercano a la fuente recibe un nivel mayor. La diferencia máxima puede alcanzar ~25 dB.
(3) Diferencia de fase entre oídos (IPD - Interaural Phase Difference)
El sonido viaja en ondas, cuya fase varía en el espacio (a menos que la distancia sea exactamente una longitud de onda). La separación de los oídos provoca diferencias de fase en la llegada de la onda. El tímpano vibra con la onda, y esta diferencia de fase también contribuye a la localización. Experimentos muestran que incluso con igual nivel y tiempo de llegada, cambiar solo la fase altera significativamente la percepción de la ubicación.
(4) Diferencia de timbre entre oídos
Si una onda sonora proviene de un lado, debe rodear la cabeza para llegar al oído opuesto. La capacidad de difracción depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo. El diámetro de la cabeza humana (~20cm) equivale a la longitud de onda de ~1700Hz en aire. Por tanto, la cabeza atenúa fuertemente las frecuencias superiores a ~1000 Hz. Las diferentes frecuencias de un mismo sonido se atenúan de forma desigual (más las altas), creando diferencias de timbre entre oídos. Cualquier sonido que no venga de frente o detrás producirá timbres distintos en cada oído, aportando información direccional.
(5) Diferencia entre sonido directo y reflexiones
Además del sonido directo que llega a los oídos, el sonido de la fuente se refleja en los obstáculos circundantes, creando un conjunto de reflexiones que llegan más tarde. Las diferencias entre el sonido directo y estas reflexiones también aportan información sobre la distribución espacial de las fuentes.
(6) Efecto del pabellón auricular (Pinna)
La forma del pabellón, orientado hacia adelante, ayuda claramente a distinguir delante/detrás. Además, su forma compleja modifica el sonido de manera diferente según la dirección de llegada, aportando información direccional, crucial para la localización vertical.
Práctica demuestra que las diferencias de nivel (ILD), tiempo (ITD) y fase (IPD) son las más influyentes en la localización auditiva, aunque su importancia varía según las condiciones. Generalmente:
- En frecuencias bajas/medias: La diferencia de fase (IPD) es más importante.
- En frecuencias medias/altas: La diferencia de nivel (ILD) domina.
- Para sonidos transitorios (rápidos): La diferencia de tiempo (ITD) es crucial.
- Para localización vertical: El pabellón auricular (Pinna) es clave.
En realidad, el efecto binaural es integral; nuestro sistema auditivo utiliza toda la información combinada para localizar la fuente.
Nota adicional: Además de la percepción de volumen, timbre y ubicación, el sistema auditivo tiene otros efectos. Uno relevante es el "Efecto de Precedencia" (o "Efecto Haas"). Experimentos muestran que si dos sonidos idénticos, uno retrasado, llegan a los oídos con un retardo menor de 30 ms, solo se percibe un sonido único (aunque pueden cambiar ligeramente el timbre o volumen percibido). Si el retardo supera los 50-60 ms (distancia equivalente >17m), el oyente percibe dos sonidos separados.