La respuesta de impulso, esa gran desconocida

Hace 10 o 15 años, una gráfica de fase relativa era algo insólito y muy poco conocido y entendido entre los técnicos de sonido.

Hoy en día las cosas han cambiado, y quien más, quien menos, tiene conocimientos básicos para realizar un ajuste entre subgraves y line arrays mediante una función de transferencia de un analizador FFT.

Sin embargo, la respuesta de impulso sigue siendo bastantes veces algo confuso para mucha gente. Se sabe que está ahí, que sirve para sincronizar nuestro analizador para poder realizar correctamente mediciones de doble canal, pero creo que en general es bastante desconocida.

Aunque el tema es complejo y daría para varios artículos, voy a intentar explicar brevemente qué es la respuesta de impulso…



¿Qué es una respuesta de impulso?

Una respuesta de impulso (IR) se puede definir como la respuesta en el dominio del tiempo (tiempo vs. amplitud) del sistema que estamos analizando bajo un estímulo sonoro de corta duración.

Esto quiere decir que nos va a mostrar información tanto de amplitud como de tiempo, nos va a mostrar qué sucede en el sistema a analizar durante el paso del tiempo.

Seguro que muchos, cuando entráis en un espacio donde vais a realizar una sonorización, dais una palmada para escuchar cómo se comporta el sonido en ese espacio. Pues bien, eso es un impulso (la palmada) y la respuesta al impulso (cómo se comporta la sala con ese estímulo).

Para obtener una respuesta de impulso necesitamos primero tener un impulso, un estímulo sonoro de corta duración.

Una palmada o una explosión de un globo podría ser un impulso, y por tanto lo podríamos utilizar para excitar el sistema que queremos medir.

El sistema a analizar puede ser desde un micrófono o un altavoz, a un dispositivo electrónico como un ecualizador. O incluso una habitación, o cómo se comporta una habitación con una determinada fuente sonora en ella.

Nosotros, para el artículo, vamos a centrarnos en esta última opción, el análisis acústico de un espacio.

Esto es una respuesta de impulso de un teatro. En el eje horizontal tenemos tiempo y en el eje vertical amplitud. De momento no nos dice gran cosa…

Esto es una respuesta de impulso de un teatro. En el eje horizontal tenemos tiempo y en el eje vertical amplitud. De momento no nos dice gran cosa…

Si hablamos de análisis acústico, podemos entender la respuesta de impulso como la “firma acústica” del sistema que analizamos, en el sentido de que cada elemento que midamos tendrá una respuesta de impulso distinta.

Pero… ¿qué información podemos obtener de un impulso si no se tiene en cuenta la frecuencia y tiene tan poca duración?

Aquí entra en juego la transformada de Fourier, que nos permite relacionar el dominio frecuencial con el dominio del tiempo.

 Ilustración conceptual de una medición de impulso acústica (fuente: Rational Acoustics)

Ilustración conceptual de una medición de impulso acústica (fuente: Rational Acoustics)

El sonido de la fuente de la imagen de arriba  (la explosión de un globo, es decir, un impulso) va a llegar a la posición de medición por diferentes caminos (y direferentes tiempos), tanto directos como reflejados. Vemos en rojo el camino directo, y en azul, verde y gris las diferentes reflexiones. . El sistema de medición nos mostrará la respuesta de impulso en una gráfica de tiempo y amplitud.

 Diseño esquemático sobre la obtención de la respuesta de impulso de una sala.

Diseño esquemático sobre la obtención de la respuesta de impulso de una sala.

Una respuesta de impulso pertenece al dominio temporal, pero se puede convertir al dominio frecuencial mediante la transformada de Fourier (y viceversa).

A partir de la Respuesta de Impulso se obtiene gran cantidad de información acerca de un sistema acústico, incluyendo los tiempos de llegada y contenido en frecuencia tanto del sonido directo como de las reflexiones.

También se puede obtener información del tiempo de reverberación, la relación señal-ruido e información sobre la inteligilibilidad y la respuesta en frecuencia general.

 

Elementos de la respuesta de impulso.

Una respuesta de impulso acústica se crea emitiendo sonido desde una fuente. El sonido directo llegará primero y con más nivel al punto de medición.

El sonido reflejado llegará más tarde por los múltiples rebotes, perdiendo energía debido a la absorción de aire y de las superficie con las que se encuentre a lo largo del camino, por lo que tendrá niveles cada vez más bajos.

La parte que nos interesa analizar abarca unos pocos segundos o incluso menos de un segundo en habitaciones pequeñas una acústica muy absorbente.

La llegada a nuestro sistema de medición del sonido directo y probablemente del sonido reflejado se podrá distinguir claramente en una gráfica de respuesta de impulso.

El sonido directo se verá en la gráfica de tiempo vs amplitud como una gran señal y las reflexiones posteriores llegarán después con menor nivel.

Veamos otra vez la respuesta de impulso que habíamos visto al inicio del artículo con un poco más de detalle:

impulso_teatro

El pico inicial nos indica la llegada del sonido directo, y los siguientes picos más pequeños indican la llegada de diferentes reflexiones, más tarde, al punto de medición.

Aunque dos habitaciones distintas van a tener respuestas de impulso diferentes, hay ciertos componentes comunes que probablemente podremos identificar cuando visualicemos las respuestas de impulso.
Estos elementos comunes son los siguientes:

  • Llegada de la señal directa.
  • Primera reverberación generada y su pendiente de caída.
  • Primeras reflexiones.
  • Ruido de fondo.

Hasta ahora habíamos visto la gráfica de la respuesta de impulso en modo lineal (tiempo en el eje horizontal y amplitud en el eje vertical). Pero si la visualizamos la respuesta de impulso en modo logarítimico tenemos mucha más información a simple vista.

La respuesta de impulso en modo logarítmico nos muestra la amplitud en decibelios y en el eje horizontal el tiempo, normalmente en milisegundos. Otra forma de visualización, en la que no voy a profundizar, pero que conviene saber que existe, es la llamada ETC (Envelope Time Curve), útil por ejemplo para sincronizarse con señales de baja frecuencia.

Pero no nos despistemos, veamos la respuesta de impulso logarítmica con un ejemplo gráfico para entenderlo mejor:

Respuesta de impulso visualizada en Smaart de forma logarítmica

Respuesta de impulso visualizada en Smaart de forma logarítmica

En la imagen anterior vemos los diferentes elementos que podemos deducir de la respuesta de impulso. Vamos a analizarlos un poco más a fondo para entenderlos mejor.

Tiempo de propagación:

Es el tiempo que tarda el sonido directo de la fuente en llegar a la posición de medición.
Dentro de este tiempo de propagación se incluye la latencia que pueda producir cualquier elemento digital que esté conectado a nuestra cadena de audio y el tiempo que tarda el sonido en viajar por el aire desde la fuente al punto de medición.

Llegada del sonido directo:

Dado que la distancia más corta entre dos puntos es siempre la línea más recta, lo primero que esperamos ver cuando analizamos una respuesta de impulso es la llegada del sonido directo de la fuente de sonido que estamos utilizando para estimular el sistema. Con este tiempo de llegada es con el que se sincroniza nuestro analizador FFT cuando buscamos el delay en la función de transferencia.

Primeras reflexiones:

Después de la llegada del sonido directo, las siguientes características más destacadas que tendemos a ver llegar son las primeras reflexiones. Estas primeras reflexiones son normalmente de primer orden. Esto quiere decir que el sonido sólo ha rebotado en una superficie antes de llegar al punto de medición.

Primera caída y reverberación:

Tras la llegada del sonido directo y las reflexiones de orden más bajo, el sonido en un espacio reverberante continuará rebotando por la habitación durante un tiempo, creando reflexiones cada vez de mayor orden y menor energía.

En cualquier posición de escucha, parte de esta energía reflejada se combinará de forma constructiva durante un relativamente corto período de tiempo, lo que dará como resultado una acumulación de sonido reverberante.

Está estandarizado que la caída de 10dB después de la llegada del sonido directo sea considerada la primera caída o early decay.

La caída de la reverberación se mide normalmente desde 5dB por debajo del nivel de sonido directo hasta el punto en el que el sonido cae 35dB (TR30). En el caso de que las condiciones de la medida no permitan tener una caída de 30dB (35-5), se puede realizar una medida con una caída de 20dB (RT20). Después, el software será capaz de calcular el RT60.

Ruido de fondo:

En la práctica siempre vamos a llegar a un punto en que nuestra medición del impulso no se pueda distinguir del ruido de fondo al quedar por debajo de este. Cuanto más alto sea el ruido de fondo, a mayor nivel tendremos que emitir nuestra señal de impulso para conseguir una buena respuesta de medición.

Y hasta aquí esta introducción a la respuesta de impulso. Espero que os haya sido de utilidad, y ya sabéis que se agradecen los comentarios o la difusión del artículo… 🙂

 

10 comentarios
  1. Victor
    Victor Dice:

    Saludos, primero que nada quiero felicitarte y agradecer por éste blog y preguntar ¿como genero un impulso en smaart v7? solo veo la opción de ruido rosa

    Responder
    • Jorge Sastrón
      Jorge Sastrón Dice:

      Hola Víctor.
      Para obtener una respuesta de impulso en Smaart v7 puedes utilizar ruido rosa o un sweep exponencial desde el generador de señal. En el manual de Smaart están muy bien explicadas las diferentes opciones.

      Saludos

      Responder
  2. MARCELO MATELUNA TERAN
    MARCELO MATELUNA TERAN Dice:

    Hola muy buena explicación sobre lo que es una respuesta al impulso, tengo una pregunta con respecto a la relacion señal ruido, soy estudiante y estoy trabajando en un proyecto con respuestas al impulso para ello ocupo barrido de frecuencia (sweep exponencial) como señal de excitacion. Por lo que he estado estudiando mientras mas promedios ocupe en las mediciones(2avg 4avg 8 avg 16avg) el ruido baja al rededor de 3 db, pero tambien tiene que ver con el largo de la FFT que ocupe 18, 17, 16 etc…mi pregunta es como saber lo optimo para mejorar mi relacion señal ruido. ¿existen estandares para por ejemplo medicion de hrtf( head related transfer function) o respuestas al impulso de parlantes que digan para cada caso, que largos de FFT se necesitan o cuantos promedios utilizar dependiendo de las condiciones de la medición para obtener la mejor relacion señal/ruido posible? lo pregunto por que he estudiado bastante sobre el tema y no he encontrado nada concreto.

    SALUDOS!

    Responder
    • Jorge Sastrón
      Jorge Sastrón Dice:

      Hola Marcelo,

      las mediciones de respuestas de impulso se pueden hacer con señales aleatorias o con señales periódicas emparejadas. La ventaja de las señales periódicas emparejadas es que con una única medición obtienes aproximadamente la misma relación señal ruido que al hacer 8 mediciones y obtener el promedio utilizando señales aleatorias.

      El tamaño de la FFT, es decir, la ventana temporal, en mi humilde opinión debería ajustarse en función de lo que deseamos medir. Si quieres medir, por ejemplo, la respuesta de impulso de una sala reverberante, debería ser una FFT al menos tan grande como el tiempo de reverberación de la sala. Si quieres medir una respuesta de impulso de un altavoz, la FFT puede ser más pequeña. Una FFT demasiado grande puede capturar información innecesaria para nuestra medición, además de consumir más recursos de nuestro ordenador.

      Respecto a si existen estándares para medición de HRTF u otro tipo de respuestas de impulso, no tengo ni idea, la verdad. Lo que sí que existen son normas para la medición de tiempos de reverberación, por ejemplo, donde te indican el número de mediciones y algunas otras condiciones a cumplir.

      Un saludo!

      Responder

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