En este capítulo vamos a desarrollar un sistema de reproducción de sonido envolvente 3D al alcance de cualquier persona interesada en los espacios virtuales, aplicable, tanto a los equipos electroacústicos convencionales como, también, en algunos sistemas de Realidad Virtual, PC multimedia, etc.

Empezaremos nuestro proyecto analizando la figura de la izquierda, (ya comentada en el primer capítulo del tutorial, Sonido 3D), la cual, presenta el mayor inconveniente de la Estereofonía convencional, esto es, la mezcla indeseable de las señales de los canales izquierdo y derecho. Tal como vemos, el oído izquierdo OI recibe la señal I más la componente perturbadora d, es decir: (I+d). Lo mismo ocurre con el oído derecho OD, el cual, recibe la señal D más la componente perturbadora i, esto es: (D+i).
Se trata, pues, de diseñar un circuito que sea capaz de eliminar esta diafonía y lograr que el oyente O2 situado delante de los altavoces obtenga la misma impresión de dirección y espacio que O1 situado en la sala de conciertos.
En este sistema de sonido, los altavoces se colocan justamente delante del oyente. Por lo tanto, es posible albergarlos en una única pantalla acústica.
Con la mencionada disposición, puede demostrarse que la atenuación y variación de timbre producida por la cabeza del oyente es mínima. Podemos suponer, entonces, que la amplitud de la señal acústica en cada oído es, en principio, igual. Por lo tanto, la señal I+d en las inmediaciones del oído izquierdo pasa a ser:

(I+D)

Para eliminar la componente perturbadora D necesitamos la siguiente composición de señales en las inmediaciones del oído izquierdo:

(I+D)-D

Lo mismo podemos decir de la señal (D+i) que, en las inmediaciones del oído derecho pasa a ser:

(D+I)

De igual forma, para eliminar la componente I en las inmediaciones del oído derecho necesitamos la siguiente composición de señales:

(D+I)-I

Podemos reagrupar la primera señal de forma diferente:

Oído izquierdo: (I-D)+D

Haciendo lo mismo con la segunda:

Oído derecho: (D-I)+I equivalente a: -(I-D)+I

Observamos que el oído izquierdo OI ha de recibir la diferencia de las señales (I-D) y el derecho esta misma diferencia pero invertida de fase: -(I-D). Además, existen dos señales adicionales: D en las inmediaciones del oído izquierdo e I en el derecho.
Como es imposible enviar al oyente estas últimas señales sin producir diafonía, crearemos un campo acústico común para el oyente con las suma de dichas señales (I+D).

Veamos, ahora, la primera realización practica.
Tal como podemos ver en el gráfico siguiente, la pantalla acústica se compone de tres altavoces de banda ancha, responsables de recrear la imagen acústica espacial de la sala de conciertos. El altavoz de la izquierda radia la señal (I-D). El derecho se encuentra en oposición de fase respecto al primero y, por lo tanto, la señal radiada será: -(I-D). Es decir, estos dos altavoces conforman un dipolo acústico donde el plano de presión nula coincide aproximadamente con el eje de simetría de la cabeza del oyente.
El altavoz central, tal como vemos en el siguiente gráfico radia la señal común (I+D)
En estas condiciones, la señal resultante en las inmediaciones del oído izquierdo es:

(I+D)+(I-D)=2I

En las inmediaciones del oído derecho, la señal resultante es:

(I+D)+(-(I-D))=2D

Realmente con esta disposición hemos eliminado la diafonía del sistema electroacústico puesto que el oído izquierdo del oyente en la sala de audición, recibe únicamente la señal del oído izquierdo del oyente en la sala de conciertos, suponiendo que hubiéramos colocado un minúsculo micrófono en su canal auditivo. Con el oído derecho ocurre exactamente lo mismo siempre y cuando el oyente se situe enfrente de los altavoces.

Si se cumplen todos los requisitos exigidos por el sistema, se obtendrá una pantalla acústica muy eficaz en la reproducción espacial de cualquier programa sonoro, debido a que si bien existe una sola pantalla acústica en la sala de audición, los focos sonoros virtuales se encuentran distribuidos en un amplio espacio alrededor del oyente.

Suponemos que la reverberación de la sala de audición tiende a cero y el oyente se encuentra enfrente de los altavoces.

Con este sistema de sonido, las señales de los canales izquierdo y derecho son totalmente independientes en la gama de frecuencias utilizada por los oídos del oyente para discernir, en la escucha real, las diferentes posiciones de cada una de las fuentes sonoras.
Tal como sucede en la Estereofonía convencional, podemos asignar a cada uno de los instrumentos implicados en la grabación, determinada relación de amplitudes en las señales correspondientes enviadas a los canales izquierdo y derecho. En nuestro caso, si la amplitud es la misma en los dos canales, la fuente sonora virtual y nuestra pantalla acústica 3D se encontrarán en la misma posición. Variando esta relación de amplitudes, podremos situar a cada una de las fuentes sonoras virtuales en cualquier lugar fuera de la pantalla, aunque, desde un punto de vista objetivo, todas ellas se encuentran aún en línea. Es decir, lo que estamos haciendo en este momento es reproducir un programa estereofónico convencional con una pantalla acústica espacial consiguiendo, eso es cierto, un efecto envolvente adicional al haber eliminado la diafonía en el punto de audición.
Sin embargo, la verdadera ventaja de este sistema respecto a uno convencional es que, ahora, debido a la independencia de las señales (I,D) en toda la cadena grabación/reproducción, es posible utilizar una cabeza artificial en la grabación aprovechando sus ventajas desde el punto de vista espacial o, mucho mejor, sustituir dicha cabeza por un modelo electrónico, es decir, un circuito que permitiera realizar las mismas transformaciones del frente de ondas producidas por aquella. Esto implica un tratamiento independiente de cada canal en la sala de grabación, siguiendo un modelo preestablecido y copiado, además, de nuestra experiencia acústica cotidiana: a cada nueva posición de la fuente sonora en el espacio, le corresponden determinada relación de amplitud timbre y tiempo en los oídos del oyente. Este sería, pues, el modelo a seguir.

R.Andreu
T.A.V. multimedia