martes, noviembre 22, 2005

Malas vibraciones


El origen de las vibraciones

Anteriormente establecimos una hipótesis acerca de cómo una vibración del cabezal de escritura podría afectar en una grabación. Como toda hipótesis que pretenda ser válida, debe basarse en una realidad que sea posible comprobar, y determinar si es lo suficientemente realista (aunque tenga aproximaciones o simplificaciones), o si hace falta modificarla en algún punto.

Supusimos que las oscilaciones del cabezal eran tales que se acercaba y alejaba de la cinta magnética, de forma que modulaba la amplitud del ruido, lo cual describían estas ecuaciones:






Donde r0 es la distancia en condiciones normales y r la distancia cuando vibra el cabezal. ¿Se acerca esto a la realidad?

Veamos los cabezales de un radiocassette:






Al pulsar la tecla de grabar, bajan los dos cabezales, y una rueda de goma. La rueda gira para tensar y arrastrar la cinta. Los cabezales por su parte llegan a hacer contacto con la cinta, y la empujan. En el caso del cabezal de escritura, la cinta queda además atrapada entre él, y un fleje (o muelle) que tiene la propia cinta. Este fleje ejerce una fuerza hacia el cabezal, de forma que aprisiona la cinta, y los pone en buen contacto.

Cuando hay vibraciones que desplacen ligeramente el cabezal de arriba a abajo, el fleje absorbe esa vibración y mantiene el contacto entre ambos.

Al tacto, el fleje no es un muelle "duro", sino que se desplaza con facilidad. Con una vibración fuerte, o un golpe seco, el fleje podría "rebotar" demasiado, rompiendo el buen contacto, y separando la cinta del cabezal. Más aún, la rueda tensora baja y sube a la vez que el cabezal, por lo que un golpe o vibración fuerte podría hacer que se desplazara ligeramente y dejar de tensar brevemente la cinta. Esto también dificultaría el buen contacto entre cinta y cabezal.

Notar que el cabezal de borrado no tiene un fleje o muelle que absorba o minimice las vibraciones, por lo que el borrado podría no ser correcto en una de estas vibraciones, y dejar rastro de grabaciones anteriores. Es una posibilidad que no vamos a tener en cuenta en lo que sigue.

Para una descripción más real de las vibraciones hay que tener en cuenta que la cinta ya está en contacto con el cabezal, y por tanto, no va a estar más cerca del valor nominal r0.

Aclaración: "en contacto", no quiere decir que r0=0. La cinta es una lámina de plástico, con varios recubrimientos, y entre el material magnético y el cabezal hay una capa protectora, para evitar que se raye o deteriore. Igualmente, como "distancia cero" se toma el centro del entrehierro del cabezal donde se surge el campo magnético, y la cinta va a pasar por debajo del entrehierro:





Esto quiere decir (para quien lo quiera calcular), que si la oscilación hace que r sea menor que r0, entonces se debe tomar el valor r0. En la siguiente gráfica, la línea negra representa el valor de r(t), mientras que la roja es la variación del campo magnético que produciría: al alejarse el cabezal, disminuiría el campo, y por tanto el valor de la magnetización que quedaría en la cinta:




¿Qué valores se pueden poner para simular sonidos? Para empezar, el valor de r0 es indiferente. El hecho de definir la amplitud A como se hizo, permite que la cantidad [r0/r(t)] sea independiente de r0.

Los otros valores son libres para experimentar aquel que quiera. La frecuencia determina el tono del click. La constante de tiempo t0 está relacionado con el tiempo que tarda en desaparecer el sonido. Cuanto menor sea, menos tiempo tardarán en desaparecer las oscilaciones, y más apariencia de golpe tiene el sonido

Si alguien quiere probar a simular, las instrucciones son estas:

- Generar un ruido marrón con una intensidad arbitraria: Escoger un valor arbitrario de la magnetización M0, de la amplitud A (A=1 es suficiente), de la frecuencia f, de t0 y un valor inicial de la fase (fi) de la intensidad. Calcular un número aleatorio entre 0 y 1. Si es mayor de 0.5, sumar a la fase un valor determinado. Si es menor, restarlo.
- Calcular la oscilación del cabezal y la cantidad [r0/r(t)]. Si es mayor de 1, entonces igualarlo a 1.
- Calcular el valor final como M0·cos(fi)·[r0/r(t)]

¿Es este modelo realista?

Hay que reconocer que las cintas vienen bien preparadas para soportar vibraciones, pero sólo hasta un límite. Si hay golpes, o vibraciones fuertes, ya sea por llevar la grabadora en la mano, o colgada del cuello[1], si está por un suelo que transmite bien vibraciones mientras la gente pasea a su alrededor sin prestar atención[2], o se cae un objeto al suelo, no es imposible que pudiera suceder.

Hay que tener en cuenta que las oscilaciones tienen una amplitud del orden de r0. Y esta distancia, aunque no es cero, es muy pequeña (menos de 0.1 milímetros, por poner un valor). Cuanto más pequeña, más facilidad hay de que en algún momento la cinta se pueda separar hasta por ejemplo r=2r0 (que serían 0.2 milímetros)

Hemos supuesto una vibración simple, de una sola frecuencia. En un modelo más real, esta vibración podría ser cualquier función que cumpliera dos requisitos:
- Que se amortigüe con el tiempo (recupera el valor previo a la perturbación)
- Que sea periódica. Siendo así, se puede expresar como una suma de senos y/o cosenos de distintas frecuencias.

Se podría escribir algo así





Es decir, la oscilación como un conjunto de frecuencias, que no tendrían por qué ser armónicas entre ellas, ni estar relacionadas, y que dependería del aparato de grabación (cómo transmite las vibraciones su carcasa y mecanismo que sujeta los cabezales) y del fleje de la cinta. Para la misma cinta y aparato, el click debería ser siempre igual.

Por hacer una prueba, he aquí un click generado con 3 frecuencias distintas arbitrarias. Suena más real que un click de una sola frecuencia (500hz).

Y para comparar, el click de verdad

Vibraciones en el micrófono

Hay que reconocer que la vibración del cabezal es un tanto complicada. Las cintas, y el sistema entero está diseñado para absorberlas, así que sólo parecen posibles vibraciones fuertes, debidas a un golpe o movimientos bruscos.

Ya hemos mencionado alguna vez que emplear un poco de método y rigor hace posible estudiar cualquier hipótesis y encontrar resultados con los que saber las posibilidades reales de que una hipótesis así no sea errónea. En este caso, si bien las vibraciones no son imposibles, si parecen un poco difíciles de ocurrir.

Vamos buscar otra hipótesis más probable, modificándo ésta ligeramente. Mantenemos la idea básica de una oscilación amortiguada, pero en vez de suponer que ocurren en el cabezal, vamos a suponer que es en el micrófono.

Los micrófonos más extendidos (y usados por expertos en psicofonías), son del tipo dinámico. Están basados en una membrana, a la que está pegada una barra ferromagnética rodeada de una bobina de cable. A una corta distancia se coloca un imán potente. Cuando llega un sonido, la membrana desplaza la barra metálica. Al estar dentro del campo magnético del imán, la vibración produce una señal eléctrica en la bobina, que es la que se recoge en un amplificador para ser grabada. El funcionamiento es exactamente el inverso a un auricular o altavoz. Incluso un pequeño auricular puede servir de micrófono. Es una aplicación directa de la Ley de Faraday (nada que ver con las jaulas), una de las cuatro ecuaciones de Maxwell que explican el electromagnetismo, y por las que se rigen las grabadoras y micrófonos.

Pincha aquí para ver un ejemplo de cómo funciona un altavoz. El micrófono funcionaría de forma inversa.

Al contrario que en el cassette, que procuraba mantener la cinta magnética en contacto con el cabezal, en un micrófono (o altavoz) lo que interesa es que se pueda mover y vibrar fácilmente con el sonido, para convertir ese movimiento en electricidad. Esto hace que sea más sensible a vibraciones y golpes que el cabezal.

Puesto en ecuaciones, recordamos que la magnetización en una cinta dependía de dos factores: la distancia al cabezal (que ahora suponemos constante) y la intensidad eléctrica, que ahora no va a modular el ruido, sino que es una señal que se va a añadir a éste:




donde A es otra vez la amplitud de las vibraciones, definida de esta forma:
Si A=1, la oscilación produce una intensidad que varía entre I=-I0 hasta I=I0
Si A=2, la oscilación de la intensidad va desde I=-2I0 hasta I=2·I0 . (Que I sea negativo no representa ningún problema)

De esta forma, el cálculo es independiente del valor de I0

Al igual que antes, el modelo se puede hacer más real suponiendo que la oscilación no ocurre a una sola frecuencia, sino que puede ser una función arbitraria, con mezcla de varias frecuencias.

Click de una sola frecuencia (f=500 hz, t0=0.05).
Click con tres frecuencias.

Juntando sonidos

Hay una gran diferencia entre las dos formas de generar el sonido. Si suponemos que el sonido se genera por una vibración del cabezal, el sonido aparece como una modulación del ruido de fondo, el cual incluiría el ruido del motor. En realidad, es una atenuación del ruido de fondo, excepto de las frecuencias que generan la vibración.

Si suponemos una vibración del micrófono, entonces tenemos un ruido que se suma sin alterar el resto de sonidos ya presentes, se añaden nuevas frecuencias.

He aquí dos ejemplos en los que se ha añadido una frecuencia simulando un ruido de motor a 200 hz:

Click del cabezal
Click del micrófono


Bricomanía: un micrófono casero

He aquí la forma de hacerse un "micrófono" casero: Busca un hierro o material ferromagnético, como un destornillador. Enrolla un cable, y conecta los extremos a una clavija conectada a la tarjeta de sonido:




Ahora busca un imán potente, como el de un altavoz viejo, y acércalos. Colócalos de tal manera que la bobina pueda vibrar. Por ejemplo, aquí la he puesto sobre un soporte metálico hueco:




que golpeado suena tal que así: click

Dependiendo donde se coloque (y cómo), el sonido será de una forma u otra. Por ejemplo, sobre un vaso:





que al golpearlo suena de esta otra forma: click

Las frecuencias o sonidos que puede registrar un dispositivo (o apaño) como éstos depende de las propiedades elásticas de cada material; es decir, dependen de cómo vibran, y cada objeto y material tiene sus vibraciones características, también llamadas resonancias. La barra o el vaso son muy rígidos, y vibran poco, comparados con un micrófono real, donde la membrana está diseñada para tal fin, y permite registrar un amplio rango de frecuencias, que viene siempre documentado en un gráfico que muestra la intensidad relativa con que registra de cada frecuencia



Micrófono Sennheiser 825-s
Espectro de un micrófono dinámico Sennheiser 825-s



Si hay un golpe en la carcasa del micrófono, éste se transmite a la membrana, de igual forma que se transmiten las vibraciones desde un vaso a la punta del destornillador, y puede quedar registrado.

Resumiendo

En cualquier sistema siempre hay elementos que son susceptibles de vibrar, y que en algunos casos pueden influir en una señal eléctrica o magnética, y en cómo se registran estas señales. Prueba de ello son las medidas de seguridad que se toman en una cinta, por ejemplo, para minimizar estas vibraciones.

Nota: El click "de verdad" está cogido de la sección de psicofonías de Adimensional (click_metalico.mp3). En el sonido completo se aprecia como después del click, aumenta el nivel de ruido, como si se hubiera cogido la grabadora para subir el volumen en mitad de la grabación.

[1] http://www.aaevp.com/articles/articles_about_evp1.htm

"At one point I discovered, to my joy, that if I hung my recorder around my neck and walked around my flat as I was recording, the EVP utterances became magnified and much more abundant."
Tina Laurent, Asociación Americana del Fenómeno de Voces Electrónicas

[2] http://jabber-hispano.org/mesias/chat/seip/fomalhaut1.htm
"Por protocolo y por lo que pudiese registrarse, dejamos un grabador en marcha, a la cual no prestamos mucha anteción durante nuestra breve estancia (...)
No sólo los registros psicofónicos fueron desmesurados, sino que también fueron contundentes, objetivos y dennotaban cierta proximidad hacia nosotros, algo que nos sobrecogió y que de la misma forma hizo cuestionarnos numerosas preguntas;
¿Por qué esa noche, cuando apenas teníamos controlado el medio?
"
David Ruiz, investigador de psicofonías

11 comentarios:

Pedro Gimeno dijo...

Como cada vez que escribes una nueva entrada sobre este tema, me llevo un alegrón al ver en la central de enlaces que hay novedades :) Una vez más, enhorabuena. Impresionante el macromicro improvisado, por cierto. Esta vez te ha quedado un poco demasiado técnico, cosa que entiendo que es necesaria pero su utilidad se puede ver reducida si desalienta a algunos lectores de seguir leyendo. Como sugerencia, Tal vez las partes más técnicas puedan ir en forma de notas al pie.

Es común que suba el volumen tras algún ruido sordo. Por lo visto muchas grabadoras, especialmente las de tipo reportero, vienen equipadas con un control automático de ganancia o CAG (en inglés AGC) para adaptarse a las condiciones ambientales. No sé por qué, pero a veces sube más la ganancia después de un ruido de mucha amplitud de lo que estaba en condiciones de reposo. Con la ganancia también aumenta el ruido electrónico, claro.

-- Pedro Gimeno

Julio dijo...

Gracias Pedro,

Es el gran problema: ¿hasta que punto se puede ser técnico sin que te dejen de entender? ¿hasta que punto se puede simplificar una explicación sin perder rigor?
Es difícil encontrar el punto justo :)

Pedro Gimeno dijo...

Lo entiendo, el problema es que hasta lo mínimo imprescindible de rigor puede ser ya algo demasiado técnico. "Pero si para captar psicofonías te pones a grabar y ya está"... ja.

Ah, he dado una referencia de Google sobre AGC pero como siempre, la de la Wikipedia está mucho mejor. En el último párrafo nombran las grabadoras.

-- Pedro Gimeno

Jack Maybrick dijo...

¡Es cierto! Olvidé completamente la ganancia automática y la grabación automática. Estos dos subsistemas producen efectos bastante extraños, ya que dependiendo se su sensibilidad, la ganancia automática puede llegar al tope del volumen en poco tiempo o puede tardarse mucho (entendiéndose "mucho" como un segundo) El sistema de grabación automático produce muchos clicks, ya que la cinta arranca y se detiene constantemente. También corta las palabras al inicio y si se baja mucho la voz, se producen cortes porque el sistema considera el sonido que entra como ruido de fondo. Un profesional no emplea nunca (o por lo menos no debería emplear) el sistema de grabación automática si se esperan pausas constantes en la grabación y no debería dejar su grabadora desatendida.

Hairanakh dijo...

Bueno... vas a acabar siendo todo un experto en psicofonías. Creo que es el momento de que pongas una grabadora por ahí, a ver qué pillas :-) La parte de bricomanía siempre me deja impresionado...

Los sistemas de grabación automática, eliminación de ruidos y demás suelen producir clicks abundantes al pasar de "no grabar" a "grabar". Supongo que nadie habrá usado eso... y encima habrá tenido el valor de decir que es un "psico-click". El AGC puede producir efectos raros, pero no debería introducir clicks.

Los micrófonos más utilizados hoy en día no son los dinámicos, sino los electret. Si el grabador de psicofonías ha pinchado a su grabadora un micrófono de karaoke o de música, será dinámico. Si ha utilizado el micro incorporado en la grabadora, uno para PC o uno de esos que se cuelgan en las camisas de los presentadores, será electret.

Un micro de electret es un tipo especial de micrófono de condensador: un condensador cargado (con carga fija) en el que una de sus placas es una membrana y, por tanto, la capacidad (y la diferencia de potencial) varía al modificarse la distancia entre placas.

Julio dijo...

h

Estuve leyendo la charla de la segunda referencia, y los modelos de micrófonos que usaba y recomendaba el "experto" son dinámicos (el no lo dijo, pero busqué las marcas. Sennheiser era una de ellas), a la par que no recomendaba los del ordenador.

Así que sí, un karaoke psicofónico :D

Macías P. dijo...

Yo siempre he visto usar micrófonos dinámicos, pero comprendo que haya quien prefiera utilizar los electrostáticos (Supongo que a esos se refiere Hairanakh por electret).

Pero la moraleja de la historia es que la membrana de un micrófono vibra mejor que el cabezal. Está preparada para ello.

Hairanakh dijo...

Veamos... los micrófonos de karaoke son dinámicos, pero también lo son (casi) todos los que usan los cantantes pop-rock-etc en los directos. Hay rangos de precios. El Senheiser e825s cuesta 67 euros... y se sitúa en la gama baja de micros para "estudios caseros". Lo mismo se puede decir del preamp que proponen, por cierto. No llega a karaoke... pero se queda en la gama baja (razonable, por otra parte... la relación señal a ruido no es su preocupación).

Dentro de los micrófonos electrostáticos hay tres tipos (ver Wikipedia):
- De condensador: son los más usados para grabar voz en estudio. Tienen mejor respuesta y sensibilidad que los dinámicos, pero son (bastante) más frágiles.
- Electret. Robustos, pequeños y baratos. Los de los ordenadores son un ejemplo.
- De condensador de RF. Funcionan modulando una portadora. La verdad es que no he visto ninguno nunca :-)

Más información, navegando por la Wikipedia ;-)

Hairanakh dijo...

Por cierto, que yo nunca he visto grabar psicofonías. De hecho, hasta ahora lo que más (y prácticamente lo único) me interesa del tema son los artículos de GluónConLeche!! :-)

Macías P. dijo...

Pues en Wikipedia me clasifica los electret como electrostáticos. Ya decía yo. Ya se que hay varias clases de este tipo de micro, pero basicamente se basan en el mismo principio.

Sinceramente ignoro si los investigadores psicofónicos los prefieren de este tipo o dinámicos, pero la calidad del micrófono (Dentro de unos límites mínimos) es lo de menos. El mecanismo de grabación- almacenamiento- reproducción ya es una buena fuente de ruido, al igual que las ya mencionadas vibraciones propagadas por el suelo o llevar el chisme colgado del cuello. Discutir pequeñas diferencias de respuesta de un micrófono a otro me recuerda demasiado al chiste de los 1003 indios.

Hairanakh dijo...

Discutir pequeñas diferencias de respuesta de un micrófono a otro me recuerda demasiado al chiste de los 1003 indios

Ya... pero de algo hay que hablar en los comentarios, ¿no? ;-)