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

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