Sonido binaural y Holofonía

 

 

A través de una entrada en un foro, llego a esta entrada de Maikelnai's Blog donde descubro una forma de grabar el sonido que no conocía y que consigue una reproducción del sonido empleando auriculares tremendamente realista e inmersiva, como pocas veces había escuchado.

A partir de ahí he investigado un poco sobre el tema, porque me ha fascinado nada más oirlo y aunque he averiguado mucho sobre él, tambien he visto que existe mucha información confusa sobre el mismo.

Esta técnica de grabación se denomina Grabación Binaural que se basa en grabar el sonido emulando las condiciones en las que lo escuchamos. Para esto se basan en una cabeza de Dummy que tiene los canales auditivos construidos a semejanza de los nuestros y donde se alojan los correspondientes micrófonos que llevan a cabo la grabación. Así intentan recrear el comportamiento de las ondas sonoras dentro de nuestros oídos y generar de esta manera las mismas diferencias en el tiempo de llegada y el nivel (fase y amplitud) entre los dos oídos como ocurre de forma natural. Son precisamente estas diferencias las que procesa nuestro cerebro para poder localizar el origen del sonido. Luego de ser grabados de esta manera, los sonidos se combinan con un algoritmo especial que combina los dos en una sola pista y que permite que al reproducirse se recreen de manera tan increíblemente realista y que al cerrar los ojos casi podamos recrear la escena como si estuviera sucediendo en ese mismo momento.

En la localización del sonido intervienen muchos elementos, principalmente los ITDs (Interaural Time Difference) que son la diferencia de tiempo de llegada entre los dos oídos y los ILDs (Interaural Time Loudness difference) que es la diferencia entre nivel de los dos oídos. Ambas conforman la teoría duplex, propuesta ya en 1907. Otro factor muy importante es el HRTF (Head Related Transfer Functions) que es una formula que depende de las propiedades de difracción y refracción de la cabeza, pabellones auditivos y torso de cada sujeto. Luego tambien intervienen otros factores como el efecto Doppler y el efecto Haas. Podéis encontrar más información sobre el tema aquí.

La pista de sonido que se muestra en ese blog corresponde a una demostración de la tecnología Cetera de Starkey, una muy conocida empresa de prótesis auditivas. Starkey la diseño con la idea de ayudar a los sordos de ambos oidos para que a parte de suplir la audición perdida fueran capaces de localizar la fuente de los sonidos.

El audio (en mp3) recrea una barbería virtual en la que dos personajes Luiggi y Manuel nos hacen una demostración de esta técnica. Mientras que uno (Luiggi) nos corta el pelo nos va comentando en que consiste y el otro (Manuel) toca la guitarra española de fondo.

La tecnología de Starkey data de 1999, y está basada en un DSP que se calibra en base a medidas reales con micrófonos en el interior del canal auditivo del paciente. No es realmente una grabación del sonido binaural, ya que se procesa y emite en tiempo real.

Pero la invención real de este tipo de grabación se remonta muy atrás, hacia 1881.

Pero lo que más ha llamado la atención es la Holofonía y existe una gran controversia acerca de quien la ideo.

En Alemania en 1933 se idearía el Kunstkopf (cabeza artificial) que no es otra cosa que la evolución de las primeras esferas y otros aparatos empleados para la grabación binaural. En esta aparecen recreadas las orejas y los canales auditivos con el mayor realismo posible y se sitúa encima de una estructura que imita la resonancia de la cavidad del pecho, cuidando que ofrezcan las mismas propiedades acústicas que en la realidad. Sonido de ejemplo: Kunstkopf.aiff

Parece ser que la Holofonía fue desarrollada por el italo-argentino Hugo Zuccarelli en 1980 cuando este se encontraba en Italia. Allí trabajando en una fabrica de papel, descubre como se realizan las holografías y se le ocurre que se podría aplicar el mismo principio a las grabaciones de sonido. En los foros de Hispasonic y Buenosaliens se comenta con mucho detalle como fue desarrollada está tecnica y la rocambolesca historia que sufrio el autor de la misma a lo largo del tiempo, contada por las intervenciones del propio Zuccarrelli.

 

 

Zuccarelli ideo una cabeza que llamó Ringo y en la que situó dos micrófonos en en el lugar natural que ocupan los oídos, replicando los mismos en la cabeza. Básicamente la idea era la misma que la de la Kunstkpof, pero mejorada. La mejora radica en la aportación que Zuccarelli hizo sobre el concepto de la grabación binaural. Según él, al igual que en la holografías, para crear los patrones de interferencia, era necesario un sonido de referencia. Este sonido de referencia vendría generada por el propio oído y este contribuiria a generar el patrón de referencia que ayudaría a nuestro cerebro a localizar el origen del sonido. El Ringo añadiría entonces una señal digital inaudible como referencia para crear el patrón de interferencia.
Aquí (en japones)podemos ver varias fotografías del Ringo y de Zucarelli.

En 1983 Zuccarelli grabó en el Reino Unido con la CBS un disco llamado "Zuccarelli Holophonics (The Matchbox Shaker)" en el que se incluían una serie de muestras de sonido de la caja de cerillas, el corte de pelo, abejas, globos, bolsas de plástico, pájaros, aviones, fuegos artificiales, truenos, coches de carreras, etc.

Zuccarelli tenia un dominio en internet Holophonics.com y una página personal que desaparecieron hace tiempo (2002-2003) en los que habia una buena serie de muestras sobre los sonidos holofonicos.

Sin embargo parece ser que otros se apropiaron de la idea y la tomaron como suya, los hermanos Umberto "Umbi" Gabriele Maggi y Maurizio Maggi. Umberto es un técnico de sonido (que fue bajista en el grupo Nomadi) y Maurizio es un reconocido ingeniero de sonido. Parece ser que ellos trabajaron en los 80 con Zuccarelli y se apropiaron de la idea, sacandola al mercado en 1983. Llegan al extremo de afirmar en su página que ellos lo idearon, lo patentaron y lo emplearon en el disco The Final Cut de Pink Floyd. Tienen una página web donde hablan sobre la empresa y explican la historia a su manera, Holophonic.ch Ejemplos del sonido conseguido por Holophonic.ch son caja de cerillas, secador de pelo, tijeras y voz sensual. Curiosamente son sonidos incluidos en la grabación de demo de Zuccarelli. En una entrevista del 2003 afirman haber grabado o tenido contacto con Pink Floyd, Michael Jackson (en el album Bad), Peter Gabriel, John Anderson (de Yes) y Paul McCartney.

En principio parece no estar nada clara esta historia, si fue Zuccarelli o si fueron los Maggi... Todo nos inclina a pensar que la versión verdadera es la de Zucarelli, todas las pistas apuntan a que así sea. una de ellas es que en los créditos del The Final Cut de Pink Floyd aparece Zuccarelli, como se puede ver en la imagen.

También podéis leer y oir una entrevista a Zuccarelli. Además podemos ver las patentes de Hugo Zuccarelli sobre el asunto, la patente USA número 4680856 (en PDF) de enero de 1986 y la patente europea EP0050100 (en PDF, documento original) de abril de 1982 que cita a un documento alemán de una cabeza estereofónica para principiantes (Kopf-Stereomikrofon fur Amateure) de 1974. Además se puede ver que en el 86 se retiro por un juicio, lo que más o menos coincide con lo que Zuccarelli menciona en los foros de Hispasonic y Buenosaliens. También hace referencia a la misma patente de Zuccarelli en Japónes (como Fuugo Zukareri). No he sido capaz de encontrar sin embargo ninguna a nombre de los hermanos Maggi. Además la marca Holophonics ha sido registrada varias veces por Hugo y Alicia Zucarelli en los Estados Unidos, pero que fueron canceladas en el 2002.

Además se da la circunstancia curiosa de que las muestras de sonido que emplean tanto los hermanos Maggi como la gente de Starkey con Cetera, emplean los mismos sonidos que las originales de Zuccarelli, como son las tijeras, la bolsa de plástico, el susurro...

De lo que no estoy nada convencido es de que Zuccarelli inventara algo nuevo, de si lo de las emisiones otoacusticas es algo real o simplemente una falacia del más puro y duro marketing. Sinceramente se me hace difícil creer lo que Zuccarelli afirma y sobre todo después de leer como se expresa en los foros y las historias que cuenta (si lo de la CIA es increíble, lo de curar sordos con la Holofonía me parece de chiste). Me parece que hay mucho mito, mucha leyenda y muchos paisanos suyos que prefieren creer lo que dice a ponerlo en tela de juicio. Sobre todo teniendo en cuenta que existen varias cabezas binaurales comercialmente disponibles y que consiguen similares efectos a la Holofonía, y que son empleadas en tareas muy serias. Además las ILDs, las ITDs y la HRTFs explican y reproducen perfectamente el proceso, sin necesidad de esa señal auditiva interna a modo de interfererencia necesaria. Además cuando hace referencia a esa misma señal lo hace hablando de enfermedades que afectan al oido y que pueden originar débiles señales acústicas, enfermedades que por supuesto no todo el mundo padece y no justifican su teoría de que todos generamos esa señal de referencia.

Lo siento, pero no me lo creo, y creo que detrás de la retirada de la patente en Europa se encuentra que el tema de que no es una tecnología nueva y que los hermanos Maggi simplemente fueron otros que se quisieron subir al carro. El tema en Estados Unidos es completamente diferente, allí se puede patentar practicamente todo y es un sistema no tan riguroso, al contrario de lo que muchos pudieran pensar. No me parece una casualidad que patentara allí su Ringo después de que le quitaran la patente en Europa. Y las explicaciones que él y la gente que dice que lo conocen aportan me parecen muy poco creíbles.Pero la guinda la tenemos en que si leemos el documento original de la patente, observaremos que no hace ninguna mención a esa señal de referencia y a que el oído interno la genere internamente, es más, leyéndola vemos que describe más o menos las ILDs, las ITDs y las HRTFs.

Uno de los problemas que tiene esta tecnología es que no todas las cabezas son iguales ni en tamaño ni en posición ni forma exactas del canal y pabellón auditivo. Es por esto que a unos personas le suena muy natural y son capaces de percibir más matices y a otros les cuesta más localizar el origen del sonido al escuchar estas grabaciones, eso lo explican las HRTs. Por eso se me hace difícil creer en lo de la emisión acústica del oído interno, si esta referencia fuera real y fuera fundamental, entiendo que no debería existir ese problema, pues compensaría las diferencias. Además, de ser cierto que el nuestro oído emite esta señal de alta frecuencia, alguien tendría que haberla escuchado y registrado y habría estudios científicos acerca de ello. Y sobre todo, lo más importante, Zuccarelli debería conocer esta señal, para poder reproducirla en su Ringo.

El mayor inconveniente del sonido binaural y holofonico, es que estos sonidos solo puedan ser reproducidos convenientemente a través de auriculares. Razón por la cual no han llegado a ser una técnica comercial para el gran público. Aunque Zuccarelli una vez más afirma haber encontrado una tecnología para cajas acústicas revolucionaria que podría reproducir las holofonias y solventaría los problemas de las demás cajas del mercado. Otros inconveniente que no hacen muy viable estas tecnologías es que si el que escucha la grabación se mueve, tambien lo hace la fuente de sonido. Esto por ejemplo no lo hace nada útil para cine en casa. Para más información sobre este tema podéis mirar aquí.

 

 

La verdad es que ya hace tiempo que existen cabezas para grabación binaural y son empleadas en acústica, para grabaciones de efectos de sonido, en la industria del automovil, etc. La cabeza que aparece en la foto que encabeza el artículo es una Neumann KU-100 (7.000 $), una de las más avanzadas y también más empleadas junto con la Neumann KU-81, ambas de la prestigiosa marca alemana de microfonos Neumann. También es famosa la HMS III (Aachen Head) de la también alemana Head Acoustics. Aunque también existen dispositivos que intentan emular esto con unos micrófonos que se colocan a modo de auriculares intraurales y que conectados a una grabadora DAT o Minidisc nos permiten hacer grabaciones con esta tecnología, como son los Sound Professionals SP-TFB-2. Están especialmente indicados para realizar grabaciones de conciertos en vivo o sonidos ambientales. Aquí hay un par de ejemplos de lo que estos micrófonos intraurales pueden conseguir, concierto de Bob Dylan y banda escolar. No llegan al realismo de la cabeza, pero tampoco son especialmente caros, sobre unos 70$ USA.

Algunos ejemplos de discos que fueron grabados con estas técnicas son:

Aqua de Edgar Froese (Tangerine Dream) - 1975
Flow Motion de Can - 1976 Ejemplo
The final cut de Pink Floyd - 1982
The pros and cons of hitchhicking de Roger Waters - 1984
Finn de Finn Brothers - 1995
Fire Garden de Steve Vai - 1996
Binaural de Pearl Jam - 2000 Nothing as it seems.ogg
El nuevo disco que saldrá este año de Radiohead

Aquí podéis encontrar más ejemplos (más de 250) de sonidos binaurales.

La gente de Sound Ideas tiene una colección de sonidos especiales grabados con Holofonia, The Dimension SFX Library. Se puede escuchar una demo aquí.

 

Fuentes: Wikipedia (en), Wikipedia (en), Wikipedia (en), Wikipedia (en), Wikipedia (de), Maikelnai's Blog, Hispasonic, Buenosaliens, Neumann, Sound Ideas, Universidad de Valladolid, Itodt

Imágenes: Biowaves, Neumann, Head Acoustics