Comprender el sonido: avances en modelización y predicción
Los sonidos nos informan, nos advierten, nos entretienen. Las formas actuales de describir el comportamiento del sonido en su desplazamiento por el espacio y el tiempo dependen de un paradigma ondulatorio o geométrico. Aunque la primera se considera la representación más exacta, da lugar a modelos muy complejos. El marco geométrico visualiza el sonido como rayos, en lugar de como ondas. El inconveniente es que no puede captar fenómenos como la difracción del sonido al doblar una esquina. El equipo del proyecto SONORA, del Consejo Europeo de Investigación (CEI) y financiado con fondos europeos, se preguntaba si sería posible simplificar el estado actual de las cosas combinando cuidadosamente ambas dentro de un nuevo paradigma. «Estos dos marcos, y los correspondientes modelos de acústica de salas, suelen tratarse como si no tuvieran relación entre sí. Hemos demostrado que esto es incorrecto», afirma el investigador principal Toon van Waterschoot, catedrático de Tecnología de la Ingeniería en la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica). Explica que en la idea de combinar la modelización geométrica y la basada en las ondas se pueden aprovechar las mejores características de ambos marcos. «El desarrollo de estos modelos híbridos requiere establecer una conexión entre los marcos, lo que ha sido una de las aportaciones fundamentales al proyecto».
Combinación de modelos ondulatorios y geométricos para obtener la imagen más clara
«Colmar esta brecha entre los dos marcos fue sin duda el hueso más duro de roer. Durante mucho tiempo no encontramos una formulación matemática adecuada que nos permitiera relacionar ambos marcos», señala van Waterschoot. Al final, reuniendo a las personas adecuadas y debatiendo el problema una y otra vez, el equipo ideó un marco matemático que les permitió demostrar que la modelización ondulatoria y la geométrica son equivalentes en determinadas condiciones. «Este ha sido realmente el hito del proyecto, que allana el camino para muchas otras investigaciones. Fue sumamente gratificante ver cómo cada persona implicada en el debate de este problema, investigadores no solo de mi equipo sino también del equipo de Enzo De Sena en la Universidad de Surrey (Reino Unido), aportaba piezas del rompecabezas que resultaron ser esenciales para completarlo».
El modelo de límite equivalente: un cajón de sastre para cualquier contexto
Además de cómo modelar el sonido, el equipo del proyecto tuvo en cuenta el concepto de dónde se produce el evento sonoro y cómo influye el contexto en el resultado. Los sonidos interiores y exteriores se ven afectados por el entorno de forma muy diferente. «La existencia de límites en una sala es lo que hace que el sonido interior sea tan diferente del sonido exterior», señala van Waterschoot. Pero ¿qué ocurre si las salas son grandes o pequeñas, tienen moqueta o suelo de madera? ¿Cuál es la repercusión de los grandes ventanales o espejos en comparación con los paneles de las paredes? En SONORA se distingue entre un límite físico de la sala, que consiste en las paredes, el suelo y el techo de la sala, y un límite equivalente que no existe físicamente, pero que se utiliza para modelar la dispersión acústica del límite verdadero. «El motivo por el que podríamos querer hacer esto es porque, en muchas aplicaciones del procesamiento de señales de audio, simplemente no tenemos ningún conocimiento sobre los límites físicos de la sala, como la geometría de las paredes o los materiales con los que están construidas o recubiertas», explica. Esto es consecuencia de que los dispositivos de audio suelen ser móviles y están diseñados para utilizarse en cualquier entorno interior. Sin embargo, como los límites son una parte vital de la modelización de la propagación de las ondas acústicas en el interior de una sala, es crucial que los modelos de acústica de salas incluyan una representación de estos. «Como es posible que no conozcamos físicamente el límite verdadero, lo sustituimos en nuestro modelo por un límite equivalente, que puede estar situado en otro lugar y tener propiedades diferentes a las del verdadero», explica van Waterschoot, a lo que añade: «Al parametrizar estas posiciones y propiedades variables y estimar estos parámetros a partir de mediciones sonoras mediante señales de micrófono, podemos obtener un modelo de límite equivalente que representa con precisión el efecto del límite verdadero sobre el campo de ondas acústicas resultante en el interior de la sala».
Una mejor comprensión del sonido para una nueva generación de equipos
Van Waterschoot cree que el trabajo de su proyecto ayudará al desarrollo de nuevas tecnologías para captar, analizar, manipular y reproducir experiencias auditivas. Esto es importante siempre que se utilicen dispositivos de audio en un entorno interior, por ejemplo: un dispositivo de asistencia auditiva utilizado por una persona con problemas de audición; un altavoz inteligente que reciba una orden de voz; un par de auriculares que reproduzcan audio espacial tridimensional en una aplicación de realidad virtual; o una red de micrófonos inalámbricos que supervise actividades en interiores en el contexto de los servicios de apoyo. «Mi esperanza es que esta mejora en nuestra comprensión de cómo modelar y predecir la forma en que se comportará el sonido, conduzca al desarrollo de equipos y tecnologías que podrían repercutir realmente en la vida de las personas».
Palabras clave
SONORA, acústica, onda, sonido, modelización geométrica, modelo de límite equivalente, campo de ondas acústicas
