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Sistema de sonido para la generación de una fuente sonora virtual
María José Torres López
Universidad de San Buenaventura Colombia
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Electrónica
Santiago de Cali
2017
Sistema de sonido para la generación de una fuente sonora virtual
María José Torres López, [email protected]
Trabajo de Grado presentado para optar al título de Ingeniero Electrónico
Director: Vladimir Trujillo, Doctor (PhD) en Ingeniería.
Universidad de San Buenaventura Colombia
Facultad de Ingeniería
Ingeniería Electrónica
Santiago de Cali, Colombia
2017
Citar/How to cite [1]
Referencia/Reference
Estilo/Style:
IEEE (2014)
[1] M.J. Torres López “Sistema de sonido para la generación de una fuente virtual.”,
Trabajo de grado Ingeniería Electrónica, Universidad de San Buenaventura Cali,
Facultad de Ingeniería, 2017.
Plantilla adaptada de Bibliotecas Universidad de San Buenaventura.
Bibliotecas Universidad de San Buenaventura
• Biblioteca Fray Alberto Montealegre OFM - Bogotá.
• Biblioteca Fray Arturo Calle Restrepo OFM - Medellín, Bello, Armenia, Ibagué.
• Departamento de Biblioteca - Cali.
• Biblioteca Central Fray Antonio de Marchena – Cartagena.
Universidad de San Buenaventura Colombia
Universidad de San Buenaventura Colombia - http://www.usb.edu.co/
Bogotá - http://www.usbbog.edu.co
Medellín - http://www.usbmed.edu.co
Cali - http://www.usbcali.edu.co
Cartagena - http://www.usbctg.edu.co
Editorial Bonaventuriana - http://www.editorialbonaventuriana.usb.edu.co/
Revistas - http://revistas.usb.edu.co/
Biblioteca Digital (Repositorio)
http://bibliotecadigital.usb.edu.co
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a mis padres por el apoyo indispensable que me brindo para poder cumplir con
mis metas. Agradezco a Chucho que me colaboró en la mayor parte del desarrollo con sus
conocimientos y su buena actitud para seguir adelante.
Gratitud especial a mi director Vladimir Trujillo, Doctor (PhD), por dar el inicio a este proyecto.
Agradezco por la disponibilidad al dedicar tiempo y experiencia.
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN .................................................................................................................................... 12
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 14
1.1. DESCRIPCIÓN, FORMULACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA . 14
1.2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................ 15
1.3. OBJETIVOS ................................................................................................................. 16
1.3.1. General ................................................................................................................... 16
1.3.2. Específicos ............................................................................................................. 16
CAPÍTULO 2: MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 17
2.1. Marco Conceptual ........................................................................................................ 17
2.1.1. Sistema de Sonido .................................................................................................. 17
2.1.2. Fuente virtual .......................................................................................................... 17
2.1.3. Psicoacústica .......................................................................................................... 17
2.1.4. Nivel de presión sonora .......................................................................................... 17
2.1.5. Efecto Hass ............................................................................................................. 18
2.1.6. Sistema Binaural y Monoaural ............................................................................... 18
2.1.7. ITD (Diferencia de tiempo interaural) ................................................................... 18
2.1.8. ILD (Diferencia de nivel interaural) ....................................................................... 19
2.1.9. Umbral auditivo ...................................................................................................... 20
2.1.10. Percepción auditiva ................................................................................................ 21
2.1.11. Curvas de ponderación ........................................................................................... 21
a. Ponderación A ............................................................................................................ 23
b. Ponderación C ............................................................................................................ 23
c. Ponderación Z ............................................................................................................ 23
2.1.12. Acondicionamiento acústico .................................................................................. 23
a. Absorción del sonido .................................................................................................. 23
b. Reflexión del sonido ................................................................................................... 24
c. Difusión del sonido .................................................................................................... 24
2.2. Marco Teórico .............................................................................................................. 25
2.2.1. Métodos para la generación de una fuente virtual. ................................................. 25
a. Wave Field Synthesis (WFS) ..................................................................................... 25
b. Multipole Focusing to Generate a Virtual-Source-Inside .......................................... 28
c. Técnica Ambisónica ................................................................................................... 29
d. Diferencias entre los métodos para la generación de una fuente virtual .................... 30
2.3. Estado del arte .............................................................................................................. 30
CAPÍTULO 3: TÉCNICA AMBISÓNICA................................................................................ 35
3.1. Microfonía ..................................................................................................................... 35
3.2. Formato A ..................................................................................................................... 36
3.3. Formato B ..................................................................................................................... 38
3.3.1. Codificación ........................................................................................................... 38
a. Rotación en el eje Z .................................................................................................... 40
b. Rotación en el X ......................................................................................................... 41
c. Rotación en el eje Y ................................................................................................... 41
3.3.2. Decodificación ....................................................................................................... 42
CAPÍTULO 4: IMPLEMENTACIÓN ....................................................................................... 44
4.1. Descripción del equipo para la implementación ambisónica ................................... 44
4.1.1. Interfaz de sonido Motu Ultralite-mk3 ................................................................... 44
4.1.2. Altavoz DSR112 – Yamaha ................................................................................... 45
4.2. Diseño de sistema de sonido......................................................................................... 46
4.3. Conexión y comunicación de interfaz de sonido con Matlab ................................... 47
4.4. Algoritmo de implementación del formato B ............................................................ 50
4.5. Interfaz Gráfica ............................................................................................................ 54
4.5.1. Panel principal ........................................................................................................ 55
4.5.2. Interfaz gráfica para técnica ambisónica en primer orden ........................................... 56
a. Ubicación de la fuente virtual .................................................................................... 57
b. Selección señal de audio para sintetizar ..................................................................... 59
c. Calculo de técnica de ambisónica y reproducción. .................................................... 60
d. Botón regresar y salir ................................................................................................. 62
4.5.3. Interfaz gráfica para técnica ambisónica en segundo orden ......................................... 62
CAPÍTULO 5: PRUEBAS Y RESULTADOS ........................................................................... 64
5.1. Calibración del sistema de sonido. .............................................................................. 64
5.1.1. Sonómetro SC260 .................................................................................................. 65
a. Ajustes del sonómetro ................................................................................................ 66
5.2. Mediciones con diferentes tonos .................................................................................. 69
5.2.1. Prueba en tonos bajos ............................................................................................. 69
5.2.2. Prueba en tonos medios .......................................................................................... 71
5.2.3. Prueba en tonos altos .............................................................................................. 73
5.3. Encuesta ........................................................................................................................ 75
CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS ............................................... 79
6.1. Conclusiones ................................................................................................................. 79
6.2. Trabajos futuros ........................................................................................................... 80
REFERENCIAS ........................................................................................................................... 81
ANEXOS ....................................................................................................................................... 83
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Características principales de los tres métodos para la generación de una fuente virtual.
[21] ................................................................................................................................................. 30
Tabla 2. Casos para calcular el ángulo C. ..................................................................................... 53
Tabla 3. Nivel de presión sonora de calibración. .......................................................................... 67
Tabla 4. Rango de frecuencias ...................................................................................................... 69
Tabla 5. Mediciones tono de 100Hz (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z) .............. 71
Tabla 6. Mediciones sonido del piano (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z) ........... 71
Tabla 7. Mediciones tono de 500Hz (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z). ............. 72
Tabla 8. Mediciones sonido del saxofón (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z). ...... 73
Tabla 9. Mediciones tono de 3KHz (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z). .............. 74
Tabla 10. Mediciones sonido pajaritos (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z). ......... 75
Tabla 11. Resultados de encuestas ................................................................................................ 76
LISTA DE FIGURAS
Fig. 1. Modelo para la diferencia de tiempo interaural. [14] ......................................................... 19
Fig. 2. Diferencia de nivel interaural [14]. ..................................................................................... 20
Fig. 3. Umbral de audibilidad. [15] ................................................................................................ 21
Fig. 4. Filtros de ponderación A, C, Z. [17] ................................................................................... 22
Fig. 5. Curvas de ponderación en frecuencia A, C, Z según el estándar internacional IEC 61672-
1:2002. [18] .................................................................................................................................... 22
Fig. 6. Efecto absorción. [19] ......................................................................................................... 24
Fig. 7. Efecto de reflexión. [19] ..................................................................................................... 24
Fig. 8. Efecto de difusión. [19] ...................................................................................................... 25
Fig. 9. Modelo Principio de Huygens. [22].................................................................................... 26
Fig. 10. Proceso para el desarrollo de la WFS. .............................................................................. 27
Fig. 11. Formulación enfoque multipolar. [20] .............................................................................. 28
Fig. 12. Los elementos W, X, Y Z del formato B Ambisónico Indican una componente
omnidireccional. [21] ..................................................................................................................... 29
Fig. 13. Dos sistemas de coordenadas diferentes que se utilizan comúnmente para representar la
ubicación de un sonido en el espacio; (a) Sistema de un solo polo de latitud y longitud, (b) Sistema
doble polo de colatitud y colongitud. [27] ..................................................................................... 33
Fig. 14. Micrófono TetraMic. [31] ................................................................................................. 36
Fig. 15. Referencias Cartesianas. (Negro; tipo I, rojo; tipo II) ...................................................... 37
Fig. 16. a) Ubicación espacial de la fuente real y fuente virtual. b) Sentido de rotación de los
ángulos. .......................................................................................................................................... 40
Fig. 17. Motu Ultralite-mk3. [33] .................................................................................................. 45
Fig. 18. Altavoz DSR 112 Yamaha. [34] ....................................................................................... 45
Fig. 19. Plug TS no balanceado. [35] ............................................................................................. 46
Fig. 20. Distribución altavoces para la implementación ambisónica de orden 1. .......................... 46
Fig. 21. Diagrama general de conexión. ........................................................................................ 47
Fig. 22. Reconocimiento de E/S de la interfaz Motu Ultralite-mk3 en sistema operativo Windows
7. ..................................................................................................................................................... 48
Fig. 23. Comando para reconocimiento de interfaz de sonido en el entorno Matlab©. ................ 49
Fig. 24. Direccionamiento de E/S en el entorno Matlab después del reconocimiento. ................. 50
Fig. 25. Algoritmo Técnica Ambisónica. ....................................................................................... 51
Fig. 26. Casos de las ecuaciones de la circunferencia. .................................................................. 52
Fig. 27. Distribución de la fuente real. ........................................................................................... 53
Fig. 28. Panel principal. ................................................................................................................. 54
Fig. 29. Botón inicio (panel principal). .......................................................................................... 55
Fig. 30. Interfaz de usuario para la técnica ambisónica de primer orden. ..................................... 56
Fig. 31. Barra de herramientas -Técnica ambisónica de primer orden. ......................................... 57
Fig. 32. Ubicación fuente virtual mediante el cursor. (Línea punteada roja activa cursor y línea
punteada amarilla inhabilita ingreso manual del ángulo) ............................................................... 58
Fig. 33.Coordenadas fuente virtual. ............................................................................................... 58
Fig. 34. Ubicación de la fuente ingresando el ángulo. ................................................................... 59
Fig. 35. Menú para seleccionar audio. ........................................................................................... 60
Fig. 36. Botón calcular. .................................................................................................................. 61
Fig. 37. Gráfica señal audio por canales. ....................................................................................... 61
Fig. 38. Botón “Regresar y Salir” .................................................................................................. 62
Fig. 39. Interfaz de usuario para la técnica ambisonica de segundo orden. ................................... 63
Fig. 40. Acondicionamiento del espacio. ....................................................................................... 64
Fig. 41. Sonómetro SC260 ............................................................................................................. 65
Fig. 42. Calibración de sonómetro a 94dB ..................................................................................... 66
Fig. 43. SPL ruido de fondo de la sala. .......................................................................................... 67
Fig. 44. SPL de calibración en canal 1, canal 2, canal 3 y canal 4. ............................................... 68
Fig. 45. SPL general de calibración del sistema de sonido. ........................................................... 69
Fig. 46. Ubicación del sonómetro para prueba de tonos bajos. ..................................................... 70
Fig. 47. Ubicación del sonómetro para prueba de tono medio. ..................................................... 72
Fig. 48. Ubicación del sonómetro para prueba de tono alto. ......................................................... 74
Fig. 49. Test (pag.1 de 3). .............................................................................................................. 77
Fig. 50. Test (pag.2 de 3). .............................................................................................................. 78
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 12
RESUMEN
Este trabajo de grado presenta el diseño e implementación de un sistema de sonido usando la
técnica ambisónica, la cual mediante un algoritmo de codificación y decodificación genera un
ambiente envolvente o tridimensional para emular una fuente virtual en una circunferencia de un
metro de radio.
Para la generación de la fuente virtual, se realizó un estudio de las ecuaciones que involucran la
técnica ambisónica, las cuales se implementaron en el software Matlab mediante una interfaz de
usuario, donde es posible ubicar el punto donde se desea la fuente virtual. Para verificar la
implementación, se realizaron pruebas cuantitativas y cualitativas. Para las pruebas cuantitativas,
se implementó una metodología de medición de nivel de presión sonora en cada uno de los
altavoces y las pruebas cualitativas se realizaron mediante una encuesta.
Finalmente se obtiene como resultado un sistema de sonido que genera una fuente virtual, el cual
puede ser empleado para entrenamiento auditivo en personas que tienen alguna discapacidad o
déficit auditivo.
Palabras clave: Ambisonic, hipoacusia, sonido 3D, fuente virtual, sistema de sonido
ABSTRACT
This undergraduate Project presents the design and implementation of a sound system by using the
ambisonic technique, which performs a coding and decoding algorithm generating a tridimensional
environment to emulate a virtual sound source in a one meter circumference.
In order to generate de virtual sound source, it were studied the equations for the ambisonic
technique, which were implemented using the Matlab software by using a user interface. In the
user interface, it is possible to allocate the point for the virtual sound. To verify the implementation,
two types of tests were performed, one quantitative and the other one qualitative. For the
quantitative test, a methodology was implemented by using measurements on sound pressure level
on each speaker and for the qualitative test, some survey were performed.
Finally, according to the results, it was implemented a system to generate a virtual sound, which
can be useful for auditory training in people who have a disability or auditory deficit.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 13
Keywords: Ambisonic, hearing loss, 3D sound, virtual source, sound system
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 14
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
1.1. DESCRIPCIÓN, FORMULACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Cuando las señales de audio son reproducidas usando un proceso estéreo normal, el sonido
percibido contiene información direccional y de distancia, desde las cuales se puede localizar la
posición de una fuente de sonido. [1]
Por lo tanto, todos los organismos que poseen sistema auditivo pueden localizar sonidos en el
espacio [2]. Para el desarrollo de la localización auditiva espacial se ha utilizado fundamentalmente
las técnicas de giro de la cabeza y la mirada, sin embargo no se posee una localización plenamente
desarrollada [3].La localización sonora hace referencia a la percepción de la posición de una fuente
sonora en el plano horizontal o azimut, en el vertical o elevación y la percepción de la distancia
relativa entre participante y fuente. [2]
En este aspecto, el oído humano es binaural, es decir, que utilizamos los dos oídos para percibir las
señales de presión acústica. En este caso, las claves más relevantes para la localización del sonido
en el plano horizontal son las diferencias interaurales, es decir, las diferencias de tiempo, de
intensidad, de fase o espectrales entre un oído y otro. [3]
Además, debido a diferentes características que se relacionan con la forma de la cabeza y la
anatomía del oído, se presentan dificultades en la capacidad para percibir si el sonido que se
escucha proviene desde la izquierda o derecha, arriba o abajo, detrás o adelante y qué tan cerca o
lejos se encuentra la fuente sonora. [4]
Teniendo en cuenta que la percepción de la dirección del sonido es una de las ramas de
investigación dentro de la psicoacústica, y por lo expuesto anteriormente, se plantea la siguiente
pregunta, ¿Cómo diseñar e implementar un sistema de sonido para la generación de una fuente
sonora virtual?
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 15
1.2. JUSTIFICACIÓN
La pérdida de audición o hipoacusia, es la disminución de la sensibilidad auditiva, que puede
presentarse de diferentes formas; cuando afecta un solo oído o ambos. Existen diferentes tipos de
pérdida auditiva que pueden ser corregidas de diferentes formas como medicación, cirugía o
dispositivos denominados “Implantes Cocleares”, que permitirán nuevamente o por primera vez la
audición a las personas que presentan tal discapacidad. Por esta razón, este tipo de personas deben
familiarizarse con tal dispositivo para poder desarrollar una habilidad muy importante que es la de
percibir la dirección del sonido o también denominada “localización del sonido” [5] [6] [7].
Además de las personas con déficit auditivo que utilizan estos tipos de implantes, las personas que
no presentan ninguna discapacidad podrán hacer uso de este sistema que permitirá entrenamiento
auditivo, para así obtener una mejor percepción auditiva y una localización más precisa de la fuente
de sonido, si su actividad laboral así lo requiere.
Además, este proyecto de grado aportaría en la rama de psicoacústica al grupo de investigación de
Laboratorio de Electrónica Aplicada (LEA) en el área de investigación de diseño de sistemas de
sonido.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 16
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. General
▪ Diseñar e implementar un sistema de sonido para la generación de una fuente sonora virtual.
1.3.2. Específicos
▪ Investigar el estado del arte en fuentes sonoras virtuales.
▪ Implementar el método adecuado para la generación de la fuente sonora virtual.
▪ Diseñar el sistema de sonido en un ambiente controlado.
▪ Realizar pruebas del sistema de sonido.
▪ Presentar los resultados en un artículo y documentar el trabajo de grado.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 17
CAPÍTULO 2: MARCO REFERENCIAL
2.1. Marco Conceptual
A continuación se presentan las definiciones relacionadas con el tema de fuentes de sonido virtual.
2.1.1. Sistema de Sonido
Es un arreglo de componentes destinados a capturar y amplificar el sonido en algún área o
transmitirlo en una ubicación precisa. [8]
2.1.2. Fuente virtual
Una fuente virtual es un entorno intangible o un entorno artificial, el cual permite simular o crear
señales fantasmas, es decir, generar fuentes sonoras en diferentes posiciones en el espacio a través
de un conjunto de altavoces.
2.1.3. Psicoacústica
Es el estudio del comportamiento físico sonoro, donde el cerebro analiza las diferentes
características del sonido y lo transforma en un mensaje que incluyen reacciones físicas mentales
o físicas corporales. También estudia la localización auditiva, permitiendo determinar el
movimiento de una fuente en cualquier lugar del plano. [9]
2.1.4. Nivel de presión sonora
El nivel de presión sonora (SPL o NPS) es el que establece la intensidad del sonido, su unidad de
medida es el decibel (dB) y se calcula según la Ecuación 1
𝑆𝑃𝐿 = 20𝑙𝑜𝑔10𝑝
𝑝𝑟𝑒𝑓 𝑑𝐵 (1)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 18
Ecuación 1. Para el cálculo del nivel de presión sonora. [10]
Donde P es la que determina el valor de la presión acústica a cierta distancia de la fuente.
Existen dos valores de presión de referencia pref que son:
i) pref = 0,0002 microbar (2x10-5 newton/m2)
ii) pref = 1 microbar (0,1 newton/m2)
Donde i) es utilizado para mediciones relacionadas con el oído, mediciones de nivel sonoro, entre
otras.
Y ii) ha sido empleada para calibración de transductores. Importante resaltar que tipo de referencia
se utilizara de acuerdo la aplicación ya que entre estos dos tipos existe una diferencia de 74 dB
aproximadamente. [10] En este caso se emplea la primera referencia de presión y P es la que
determina el valor de la presión acústica a cierta distancia de la fuente.
2.1.5. Efecto Hass
Es un efecto psicoacústico descrito por Helmut Hass como la capacidad de nuestros oídos para
localizar los sonidos procedentes de cualquier lugar que nos rodea. [11]
2.1.6. Sistema Binaural y Monoaural
Un Sistema Monoaural consiste en uno o más micrófonos que captan el sonido, conectados a un
solo canal de un amplificador y un Sistema Binaural consiste en dos micrófonos utilizados para
captar el sonido los cuales son conectados independientemente a un amplificador. [12]
2.1.7. ITD (Diferencia de tiempo interaural)
Es la diferencia en el tiempo que le toma a una onda de sonido para llegar a ambos oídos. Cuando
la fuente de sonido se encuentra en el lado derecho de la cabeza, esta alcanzará el oído derecho
antes que el izquierdo, pero si el sonido viene de manera frontal o posterior este es igual para los
dos oídos. [13] [14]. (Ver Fig. 1)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 19
Fig. 1. Modelo para la diferencia de tiempo interaural. [14]
2.1.8. ILD (Diferencia de nivel interaural)
Se denota como una diferencia de amplitud entre el oído izquierdo y derecho por el frente de onda
del sonido (Ver Fig. 2).El órgano de audición es capaz de percibir las diferencias de nivel en todo
el rango de frecuencia audible para detectar una dirección de una onda de sonido [13]. El nivel de
presión es menor en el oído que está más lejos de la fuente, en experimentos realizados parece
indicar que la relación de intensidad o nivel entre los dos oídos varía sinusoidalmente dependiendo
de la frecuencia y desde 0 dB hasta 20 dB según el sonido reproducido. [14]
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 20
Fig. 2. Diferencia de nivel interaural [14].
2.1.9. Umbral auditivo
Hace referencia a la mínima presión sonora que debe tener una señal para poder ser percibida y la
máxima presión que puede soportar el oído [10]. El umbral audible depende del rango frecuencias,
cuando son frecuencias bajas, se requiere de mayor SPL para poder ser percibidas y cuando son
frecuencias altas no se requiere que su SPL sea mayor.
De acuerdo a Fig. 3, se observan tres curvas las cuales están clasificadas de la siguiente manera:
curva 1; la señal monoaural es reproducida por medio de un auricular, es decir, que corresponde al
sonido percibido por un solo oído, adicionalmente indica que a 40dB percibe frecuencias bajas de
80-100Hz, entre 60-80 dB frecuencias bajas de 20-40Hz y entre 10-30dB frecuencias altas 1000-
15000Hz, curva 2; es una señal percibida por los dos oídos y es una fuente puntual al frente al
oyente con una particularidad de que las frecuencias altas pueden ser percibidas 10 dB entre 800-
1000Hz y entre 5000-8000Hz y curva 3; referencia que la fuente está conformada por varios
altavoces y es percibida por los dos oídos permitiendo percibir hasta un rango de frecuencias de
20-800Hz.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 21
Fig. 3. Umbral de audibilidad. [15]
En términos generales se puede decir que un oído en condiciones normales puede percibir tonos
hasta de 20KHz y para un oído en condiciones no tan buenas puede percibir tonos entre 12KHz-
15KHz. [15]
2.1.10. Percepción auditiva
Es descifrar la información captada mediante las frecuencias de las ondas emitidas, la percepción
en general esta entrelazada con los procesos cognitivos y conocimientos previos.
Para poder percibir los sonidos, existen unos procesos como lo son la recepción de la información,
la transmisión de la información y la interpretación o análisis de la información recibida. [16]
2.1.11. Curvas de ponderación
Realizan una compensación de amplitud en función de la frecuencia, es una atenuación en
frecuencias bajas y altas, existen 3 curvas de ponderación A, C, Z. (Ver Fig. 4)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 22
Fig. 4. Filtros de ponderación A, C, Z. [17]
En Fig. 5, se pueden observar el factor de corrección que hace cada una de las curvas en función
de la frecuencia.
Fig. 5. Curvas de ponderación en frecuencia A, C, Z según el estándar internacional IEC 61672-1:2002. [18]
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 23
a. Ponderación A
Es un filtro diseñado para atenuar las frecuencias bajas, entre más baja sea la frecuencia el factor
de corrección es mayor y si es una frecuencia alta su corrección es mínima. Este tipo de
ponderación es comúnmente utilizada para mediciones de ruidos de fondo que están conformados
por valores de frecuencias muy bajas. (Ver Fig. 5)
b. Ponderación C
En este filtro el factor de corrección es mínimo para frecuencias bajas, este tipo de ponderación es
utilizada para mediciones en lugares que manejen un alto nivel de presión sonora, como lo son
aeropuertos, plantas de reproducción, entre otros. (Ver Fig. 5)
c. Ponderación Z
La ponderación Z es una curva que no aplica correcciones en ninguna frecuencia, se puede decir
que es una respuesta lineal con una atenuación de 0dB para todas las frecuencias. (Ver Fig. 5)
2.1.12. Acondicionamiento acústico
Es un aspecto fundamental para el diseño de sistema de sonido, puesto que abarca cualquier tipo
de técnica con el fin de adecuar el campo sonoro en un recinto y contempla los diferentes tipos de
materiales que pueden conformar una sala, ya que estos pueden generar diferentes efectos en la
energía como lo son: [19]
a. Absorción del sonido
Es la reducción de la energía asociada a las ondas sonoras, debido a la presencia de objetos o
personas dentro de un recinto. En Fig. 6 se puede observar que la energía reflejada es mínima
cuando el material es absorbente.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 24
Fig. 6. Efecto absorción. [19]
b. Reflexión del sonido
Se debe a la presencia de elementos reflectores utilizados para el direccionamiento de la señal hacia
el público, estos elementos se caracterizan por ser materiales lisos, no porosos y rígidos. En Fig. 7
se puede observar como la energía se refleja según la dirección.
Fig. 7. Efecto de reflexión. [19]
c. Difusión del sonido
Mediante elementos difusores se puede presenciar la difusión del sonido ya que estos tienen como
fin extender o transmitir la señal de manera uniforme. En Fig. 8 se observa como la energía es
reflejada de forma uniforme e independiente de la dirección de incidencia del sonido.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 25
Fig. 8. Efecto de difusión. [19]
2.2. Marco Teórico
2.2.1. Métodos para la generación de una fuente virtual.
Para la reproducción o generación de fuentes de sonido virtual existen distintas técnicas; las cuales
podemos comparar y encontrar diferencias desde solucionar dicho problema hasta la
implementación, pero todas con el mismo objetivo de generar un audio 3D. [20]
Entre los distintos métodos que existen, está la técnica HRTF que es una función de respuesta en
frecuencia, que describe como una señal acústica se filtra por medio de las propiedades de la
reflexión de la cabeza, hombros y sobre todo alrededor de la oreja antes de que el sonido llegue al
oído [13], la técnica de WFS, técnica ambisónica y multipole focusing to generate a virtual-source-
inside
a. Wave Field Synthesis (WFS)
A medida que la tecnología ha ido evolucionando ha ofrecido posibilidades para mejorar o crear
otra percepción en el momento de la reproducción de audio, por esta razón se llega a una técnica
para la reproducción del audio en 3D que sería “Síntesis de Campo de onda” más conocida como
WFS.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 26
La técnica WFS fue una idea propuesta por Berkhout a finales de los 80, también se conoce como
Holofonía, es decir, que en el momento de la reproducción del sonido se usan múltiples ángulos,
dando una sensación de un audio 3D. [21]
La idea de la reproducción de audio 3D por medio de altavoces, viene dada por conseguir que el
oyente tenga una impresión del sonido, como si se estuviese reproduciendo por medio de
audífonos; debido que la condición de aislamiento en los audífonos ayuda a proporcionar una mejor
captación del sonido.
La técnica WFS se basa en el principio de Huygens; que consiste en que “cada punto de un frente
de ondas puede considerarse un foco de ondas secundarias que se propagan en la misma dirección
de la perturbación”. [22]
Fig. 9. Modelo Principio de Huygens. [22]
En la propagación de una onda plana (Ver Fig. 9) se forma un frente de onda (S1), que cualquier
punto que se tome de ese plano se comportará como una fuente de ondas secundarias, que serán
propagadas en la dirección en la que avancen las ondas (Línea roja); según el principio de Huygens
si se considera que la velocidad de la propagación de la onda es constante y la diferencia de tiempo
es la propagación de un frente de ondas al siguiente, entonces el radio de las ondas secundarias
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 27
equivaldrá a 𝑣 ∗ ∆𝑡 y el nuevo frente de onda será la superficie tangente a todas ellas, que a su
vez, se comportará como foco emisor para los nuevos frentes de onda. [22]
Por lo tanto, un sistema WFS dependerá físicamente de un arreglo de altavoces ubicados en forma
lineal, para la creación de los frentes de onda. Así mismo, para generar un audio 3D, se debe tener
en cuenta la longitud del arreglo, la distancia entre cada uno de los altavoces y las reflexiones que
se producirán en el recinto.
Además, la técnica WFS (Ver Fig. 10) debe calcular el tiempo que demora en llegar la señal a cada
uno de los altavoces del arreglo, seguido a esto se debe realizar una atenuación a la señal para luego
pasarla por medio de la tarjeta de sonido que permitirá reproducir la señal por la cantidad de salidas
y/o altavoces que estén conectados en el sistema.
Calcular el tiempo de
retardo
Atenuación de la señal
Tarjeta de sonido
Altavoces
Fig. 10. Proceso para el desarrollo de la WFS.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 28
b. Multipole Focusing to Generate a Virtual-Source-Inside
Este método consiste en controlar la orientación en la que se está propagando la fuente virtual
dentro de un recinto; donde la fuente virtual está compuesta por un grupo de fuentes puntuales,
estas fuentes puntuales manejan diferentes fases y por esta razón se pueden manipular o controlar
haciendo combinaciones con cada una de ellas.
Cuando se habla de manipular o controlar hace referencia a la emisión o propagación de la fuente
de sonido virtual, por lo tanto en el momento en que dichas señales se reproduzcan al tiempo, no
se cancelaran debido a que manejan diferentes fases.
La técnica del multipolo en esencia define un campo de destino alternativo por medio de la fuente
virtual multipolo con directividad deseada, en lugar de un campo monopolo deseado. En Fig. 11
V: Región de control rodeada por la superficie ∂V, XV: Posición de la fuente virtual en el interior,
XL: Posición del oyente, XS: Posición de la fuente de control en ∂V, n: Vector normal de superficie
apuntando hacia el interior, NL: Vector direccional utiliza para definir el área de escucha XV, XL
[20]
La diferencia que hay en este método respecto al WFS la fuente de sonido virtual se encuentra
acomodada estando todos los altavoces juntos en un punto y no de manera lineal como lo hace la
técnica del WFS.
Fig. 11. Formulación enfoque multipolar. [20]
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 29
c. Técnica Ambisónica
La técnica Ambisónica consiste en generar un ambiente muy similar a la reproducción de sonido
direccional, realizando diferentes configuraciones de sistema de sonido, que dependiendo de la
distribución de los parlantes se podrá obtener la posición o el rango en el que el sonido se está
reproduciendo en los diferentes planos; como lo son el de elevación y azimut [21] (Ver Fig. 12).
Para el desarrollo de esta técnica se utilizan micrófonos omnidireccionales que puedan captar todo
tipo de señal que se esté reproduciendo en el espacio, para así luego poder reproducirla y generar
la percepción de dicho ambiente donde el sonido es direccional.
Fig. 12. Los elementos W, X, Y Z del formato B Ambisónico Indican una componente omnidireccional. [21]
En el sistema ambisónico existen diferentes formatos de señal que se pueden utilizar dependiendo
la necesidad que se presente, es decir, se trabajará con una señal monofónica o una señal capturada
por medio de micrófonos especiales para esta técnica como lo es el TetraMic [21].
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 30
d. Diferencias entre los métodos para la generación de una fuente virtual
De acuerdo a cada una de las técnicas o métodos expuestos, se puede decir que todos tienen el
mismo objetivo de generar un entorno envolvente, de generar una fuente desde algún lugar del
espacio, sin embargo cada método es diferente.
Tabla 1. Características principales de los tres métodos para la generación de una fuente virtual. [21]
WFS Ambisónico Multipolo
Configuración lineal de altavoces. Configuración esférica o circular de
altavoces.
Configuración de fuente puntual con
varios altavoces desfasados.
Genera una fuente virtual fuera del
arreglo de altavoces.
Genera una fuente virtual dentro
sobre el contorno de los altavoces.
Genera la fuente virtual desde el
interior.
Su cálculo no tiene mucha
complejidad
El cálculo de sus ecuaciones
depende de la cantidad de altavoces.
Cálculo sencillo relacionado al
campo de destino de reproducción.
2.3. Estado del arte
En estudios realizados en Colombia por el DANE en el 2005 el 6,3% de la población tiene
discapacidad y de este porcentaje el 17,3% presentan discapacidad auditiva. Del cual el 66%
corresponde a personas que tienen 45 a 60 años o más edad, el 22% corresponde a personas entre
los 15 a 44 años de edad y el 12% en personas que nacen con dicho problema [23]. Para ello es
necesario poder definir cuando una persona está teniendo una deficiencia auditiva, para así realizar
un sistema que logre mejorar o ejercitar su oído.
En la mayoría de los casos vinculados con la pérdida de audición o también llamada hipoacusia se
enfocan en realizar implantes cocleares que permitirán a las personas mejorar su nivel de escucha,
que con nuevas tecnologías; como un sistema envolvente de sonido, puede llegar a optimizar este
tipo de soluciones, en personas que hagan uso de ello, personas que requieran entrenar su sistema
auditivo para así tener una mejor percepción auditiva.
La pérdida de audición puede afectar tanto el equilibrio de la persona como la habilidad de percibir
la dirección también denominado como localización del sonido [7], lo cual se ha tratado desde el
siglo XVI, cuando desde aquella época se han realizado diferentes pruebas para así definir que la
localización auditiva depende de los dos oídos y de la velocidad en la que se propaga la onda hacia
al oído [24]; teniendo en cuenta factores como lo son la diferencia de tiempo y la diferencia de
nivel en la que la señal llega al oído.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 31
En [24] demuestran que cuando se genera un sonido en ambos oídos al mismo tiempo el nivel de
intensidad puede determinar que la fuente proviene del medio, pero si se genera un sonido primero
que el otro por una diferencia mínima de tiempo, automáticamente se localizará la fuente en donde
llega primero el sonido.
La espacialización de sonido es un tema que se ha tratado hace más de un siglo, pues fue en estos
tiempos donde se registró el primer uso de múltiples canales de audio para dar un efecto espacial.
En la década de 1920, Harvey Fletcher y Bell Telephone Laboratories desarrollan un sistema
biaural que se basó en auriculares, sin embargo el desarrollo de este sistema no era apto para una
presentación por medio de altavoces ya que se buscaba generar un ambiente real para más de un
oyente. [25]
Profundizando un poco más en la espacialización del sonido existen investigaciones basadas en los
posibles métodos1 para la localización auditiva, para la generación de fuentes virtuales y la manera
en la que el oído puede captar el sonido, permitiendo identificar una fuente puntual. En [13], se
presenta el diseño de un sistema de sonido; que se basa en las funciones de transferencia vinculadas
con la cabeza (HRTF), donde se pueden lograr diferentes diseños, para mejorar la reproducción de
las señales de audio que permitirán al oyente sentirse en un entorno más vivo que de lo común.
Principalmente aclara que cada ser humano tiene su HRTF individual, que depende de su forma
física y su oído externo, debido a la difracción y la interferencia del oído externo se produce un
proceso de filtrado direccionalmente dependiente de las ondas sonoras entrantes, a esto se le
describe como HRTF, esta es una respuesta de frecuencia dependiente de la dirección de la oreja y
la transformada de Fourier de la respuesta al impulso relacionada con la cabeza. El oído externo
tiene propiedades direccionales y no direccionales de alteraciones espectrales en un determinado
rango de frecuencia.
Teniendo en cuenta esta definición, es importante determinar la función de transferencia que está
dada por el torso y la cabeza, de esta manera precisar que componentes son más predominantes en
cuanto a la escucha dependiendo de la estructura del oído.
El HRTF se utiliza para sintetizar un sonido monoaural en binaural que sonará como si se tratara
de la ubicación deseada. Todas las características lineales de la transmisión de sonido están
1 Ver Métodos para la generación de una fuente virtual.pg.24
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 32
contenidas en la HRTF, señales de localización tales como ITD (Diferencia de tiempo interaural)
e ILD (Diferencia de nivel interaural) [13].
Adicionalmente, en [26] se presentó la investigación en la cual se usa una señal de alarma para
aviones de combate. Esta investigación expone diferentes estrategias para identificar la diferencia
entre lo que se escucha y lo que se desea escuchar, para así percibir el error de cuando se
implementa una fuente de sonido virtual en la posición deseada o en la percibida. En ese trabajo de
investigación se presentó la idea de un sistema de audio 3D que funciona de manera adecuada para
localizar una fuente de sonido y así evaluar el rendimiento proporcionado por un audio 3D en
relación con el uso de sistemas de misión crítica. La aplicación en ese trabajo de investigación fue
en aviones de combate que incluyen sistemas de audio 3D que les permite mejorar el conocimiento
sobre cualquier peligro al que puedan estar expuestos, los cuales evalúan una señal de audio que
será vista como una señal de alerta, la cual indicará en qué dirección del espacio se encuentra el
objeto que requiere atención.
El sistema de audio 3D incluye sistema de reproducción de auriculares, rastreador de cabeza y un
procesador de señal digital. La mayoría de los sistemas de audio 3D están implementando una
aproximación a un campo de sonido real, lo que significa que si la eficiencia de la localización del
sistema de audio 3D es aproximadamente el mismo que para las fuentes de sonido real, entonces
la eficiencia de localización del sistema de audio 3D es óptima. El experimento se centró más que
todo en el rendimiento de la localización en relación a la dirección. [26]
Considerando la técnica para la evaluación del rendimiento de localización, esta podría ser
contemplada para la realizar la detección de fuentes de sonido virtual en espacios, donde la persona
no tenga la posibilidad de observar de que dirección proviene el sonido.
Teniendo en cuenta el trabajo en [26], en la que una dirección dada respecto a la cabeza del oyente
se caracteriza por dos ángulos: azimut y elevación (ver Fig. 13). Donde azimut define una rotación
alrededor del eje z donde el origen es el centro de la cabeza del oyente, eje z apuntando hacia arriba
y el eje y apuntando directamente hacia el lado derecho, es decir, el eje x apuntando hacia el frente.
La elevación es una rotación alrededor del eje y donde un ángulo positivo significa hacia arriba y
un ángulo negativo significa hacia abajo con relación al plano horizontal para la cabeza.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 33
Fig. 13. Dos sistemas de coordenadas diferentes que se utilizan comúnmente para representar la ubicación de un
sonido en el espacio; (a) Sistema de un solo polo de latitud y longitud, (b) Sistema doble polo de colatitud y
colongitud. [27]
El aporte que realiza [26], se basa en la incertidumbre que hay para la localización de una fuente
de sonido virtual para los respectivos ángulos, el experimento abarca todas las direcciones posibles,
como lo son azimut y elevación.
En [28] se describe una técnica con la que se puede desarrollar una fuente de sonido virtual teniendo
presente varios factores que influirían notablemente en los resultados.
Para experimentar un entorno virtual de una manera audible, se asume que la persona será
reemplazada por un objeto virtual. La fuente de sonido producirá el sonido que variara el
movimiento entre la fuente y el objeto que se presente, es decir, la persona que participa o en este
caso el objeto logra oír el sonido correspondiente emitido por la fuente virtual sonora. Esto sería
posible mediante la implementación de una serie de altavoces, donde una o varias señales puedan
ser reproducidas. [28]
Para obtener una localización más precisa, es de vital importancia la manera en la cual se ubican
los altavoces, pues deben ser ubicados en función del oyente, es decir de acuerdo a la posición del
oyente, siendo este un punto de partida los altavoces deben ser distribuidos equidistantemente para
lograr una mejor localización espacial, con el fin de que los altavoces cubran el mayor área posible
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 34
o determinada para la reproducción del sonido. En [28] se afirma que no existe un enfoque universal
que garantice la localización espacial precisa con altavoces fijos.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 35
CAPÍTULO 3: TÉCNICA AMBISÓNICA
En este trabajo de grado se realizá la implementación de un sistema de sonido usando la técnica
ambisónica en la cual se propusieron dos métodos para validar la técnica; cuantitativa, para
confirmar la percepción que se puede obtener con la técnica y cualitativa para diferenciar los
parámetros que se requiere en la implementación.
La técnica ambisónica es una solución tecnológica a los problemas de codificación de direcciones
de sonido y reproducirlos por medio de un sistema de altavoces, ya que permite engañar o crear
una imagen auditiva al oyente referente a la posición de la fuente [29]. El sistema ambisónico
maneja diferentes técnicas de grabación o formatos para la implementación, en este capítulo se
habla de algunas de ellas y se expone el formato a utilizar.
3.1. Microfonía
La microfonía se basa en la técnica Blumlein que consiste en usar dos micrófonos bidireccionales
ubicados a un ángulo de 45º formando un ángulo entre ellos de 90º, proporcionando una
reverberación uniforme. En este caso se cambia un micrófono bidireccional por un omnidireccional
y se ubicaran a 90º entre sí, paralelos al suelo [30].
El principal objetivo que se tiene con la selección y ubicación de estos micrófonos es poder capturar
la información suficiente que se obtiene en el espacio tridimensional, con el fin de codificar y
permitir una asignación a una n cantidad de canales en diversas configuraciones de los altavoces.
Para esta técnica es indispensable que los micrófonos que se empleen sean exactamente iguales,
puesto que afectará directamente el resultado final. Existen dos técnicas de microfonía para lograr
una codificación ambisónica. [30].
▪ Técnica clásica: La particularidad de esta técnica es que está conformada por 4 micrófonos
con las mismas características, los actuales tres de ellos son bidireccionales, orientados cada
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 36
uno en los ejes de las coordenadas y un micrófono omnidireccional para captar el ambiente.
[30]
▪ Técnica ambisónica: Utiliza exclusivamente micrófonos especialmente creados para el
desarrollo de la técnica ambisónica como lo son: TetraMic [30]. (Ver Fig. 14)
Fig. 14. Micrófono TetraMic. [31]
Al utilizarse cualquiera de las dos técnicas para la implementación de un sistema ambisónico es
necesario tener en cuenta qué tipo de formato se deberá emplear.
Los formatos se presentan a continuación.
3.2.Formato A
Teniendo en cuenta las técnicas de microfonía, el formato A trabaja con base a la técnica
ambisónica, el formato A es el término usado para las señales capturadas desde las cuatro capsulas
de un micrófono en un campo de sonido en forma de tetraedro. Debido a las características de esas
càpsulas, puede variar el campo de sonido dependiendo de la configuración de los micrófonos. Esta
técnica emplea micrófonos especiales para la captura de la información, y en el momento de
realizar este proceso de captura, se debe considerar el orden de las señales y la dirección de cada
uno de los micrófonos.
Debido al estilo de micrófono empleado en este formato, el cual es de 4 capsulas (Ver Fig. 14) se
define un cubo imaginario que sirve como referencia cartesiana para poder identificar cada una de
las cápsulas. (Ver Fig. 15)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 37
El cubo está compuesto por 8 vértices y cada uno de ellos es definido por la intersección de 3
capsulas, para la referencia e identificación de la capsula, existe una connotación, por ejemplo, para
un micrófono ubicado adelante, derecha, arriba la connotación es (FRU) por sus siglas en inglés, a
continuación se presentan las connotaciones: [30]
▪ Front-Right-Up (FRU); adelante-derecha-arriba
▪ Front-Left-Up (FLU); adelante-izquierda-arriba
▪ Front-Right-Down (FRD); adelante-derecha-abajo
▪ Front-Left-Down (FLD);adelante-izquierda-abajo
▪ Back-Right-Up (BRU); atrás-derecha-arriba
▪ Back-Left-Up (BLU); atrás-izquierda-arriba
▪ Back-Right-Down (BRD); atrás-derecha-abajo
▪ Back-Left-Down (BLD); atrás-izquierda-abajo
Si se tiene en cuenta un plano esférico el tipo de señales que se obtendría serían las siguientes:
▪ Señal formato A tipo I: FLU,FRD,BLD,BRU
▪ Señal formato A tipo II: FLD,FRU,BLU,BRD
Y si se visualizara un plano horizontal las señales serian:
▪ Front-Right (FR)
▪ Front-Left (FL)
Fig. 15. Referencias Cartesianas. (Negro; tipo I, rojo; tipo II)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 38
▪ Back-Right (BR)
▪ Back-Left (BL)
Después de identificar las señales que se obtienen del formato A, estas se transforman en el Formato
B, por medio de operaciones matriciales entre ellas mismas, es decir, que se definen cuatro señales
diferentes para cada uno de los ejes y a cada uno se le deben aplicar operaciones de filtrado para
mantener una ganancia y modificar la fase de las señales.
3.3. Formato B
El formato B es usado para almacenar y manipular las señales, utiliza la técnica clásica de
microfonía que emplea cuatro micrófonos , lo cual indica que contiene tres canales para sistemas
pantofónico y un canal que captura el sonido ambiente y también para manejar sistemas perifónico.
En un sistema ambisónico se requiere como mínimo cuatro altavoces si se maneja el plano azimut
y ocho si se maneja el plano de elevación.
Para una técnica ambisonica de orden 0, hay una señal conocida como W, y tres señales de orden
1 conocidas como X, Y y Z, las cuales corresponden a las salidas de un micrófono omnidireccional
y tres ortogonales lo cual se refleja en una organización de 8 micrófonos ubicados en el mismo
punto. El conjunto de señales permite la manipulación requerida para generar las señales de cada
altavoz.
3.3.1. Codificación
Esta etapa se desarrolla con base al campo de sonido utilizando armónicos, es decir que hace
relación al entorno 2D y esféricos que hace referencia al entorno 3D.
Existen dos formas de realizar la codificación una de ellas es cuando la señal es capturada en un
campo sonoro por medio de micrófonos, donde los datos que se tienen en cuenta son los armónicos
de primer orden y el otro caso es cuando no se hace captura de información sino que se utiliza una
señal monofónica la cual se codifica utilizando las siguientes ecuaciones: [32]
𝑥 = cos 𝐴 ∗ cos 𝐸 (2)
𝑦 = sin 𝐴 ∗ cos 𝐸 (3)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 39
𝑧 = sin 𝐸 (4)
Ecuaciones obtenidas [25]
Donde:
x: Relaciona frente – atrás.
y: Relaciona izquierda – derecha.
z: Relaciona arriba – abajo.
Para el proceso de codificación es importante tener presente que si la fuente virtual se ubica por
fuera del círculo o esfera, la decodificación no funcionara adecuadamente y se escuchara por el
altavoz más cercano; por lo tanto la ubicación de la fuente debe cumplir la siguiente condición:
𝑥2 + 𝑦2 + 𝑧2 ≤ 1 (5)
Como se trabaja en el plano horizontal, las ecuaciones 2,3 y 4 se utilizan para crear los cuatro
canales partiendo de una señal monofónica, dado por las siguientes ecuaciones:
𝑋 = 𝒔𝒆ñ𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒏𝒐 ∗ 𝑥 (6)
𝑌 = 𝒔𝒆ñ𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒏𝒐 ∗ 𝑦 (7)
𝑍 = 𝒔𝒆ñ𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒏𝒐 ∗ 𝑧 (8)
𝑊 = 𝒔𝒆ñ𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒏𝒐 ∗ 0.707 (9)
La señal W es multiplicada por una constante 0.707, denominada la señal de ingeniería ya que tiene
como propósito contrarrestar el nivel de presión sonora en cada uno de las señales.
De acuerdo a las señales obtenidas cabe aclarar que varían con base a las diferentes posiciones que
pueden ocupar en algún lugar de la circunferencia de radio 1, esta variación es debida al ángulo
que se forma entre la fuente virtual y el oyente. En este orden de ideas como el objetivo es mantener
una percepción clara y sin confusiones, se desarrollan las ecuaciones en cada eje de rotación como
está representado en Fig. 16, estas ecuaciones ayudan a mantener una percepción del sonido más
acertada y principalmente minimizan las confusiones que se puedan presentar de un movimiento a
otro. [25]
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 40
Fig. 16. a) Ubicación espacial de la fuente real y fuente virtual. b) Sentido de rotación de los ángulos.
a. Rotación en el eje Z
El ángulo azimutal A es aquel que se realiza alrededor del eje Z; es decir, un giro a la izquierda en
contra de las manecillas del reloj, formado desde el eje x hacia la fuente real (Ver Fig. 16), donde
x y y vienen dadas por (1) y (2), y r es el radio.
𝑥 = 𝑟 ∗ cos 𝐴 (10)
𝑦 = 𝑟 ∗ sin 𝐴 (11)
El ángulo C se forma desde el eje x hasta la fuente virtual (Ver Fig. 16 a), entonces:
𝑋𝑝 = 𝑟 ∗ cos 𝐶 (12)
𝑌𝑝 = 𝑟 ∗ sin 𝐶 (13)
De (12) y (13) tenemos que:
𝑋𝑝 = 𝑟 ∗ cos(𝐴 + 𝐷) (14)
𝑌𝑝 = 𝑟 ∗ sin(𝐴 + 𝐷) (15)
Donde D, es el ángulo que se forma entre la fuente real y la fuente virtual (Ver Fig. 16)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 41
Por identidad trigonométrica y reemplazando (2) y (3) se puede decir:
cos(𝐴 + 𝐷) = 𝑋 ∗ cos 𝐷 − 𝑌 ∗ sin 𝐷 (16)
sin(𝐴 + 𝐷) = 𝑌 ∗ cos 𝐷 + 𝑋 ∗ sin 𝐷 (17)
Entonces reemplazando (16) en (14) y (17) en (15) se obtiene:
𝑋𝑝 = 𝑋 ∗ cos 𝐷 − 𝑌 ∗ sin 𝐷 (18)
𝑌𝑝 = 𝑌 ∗ cos 𝐷 + 𝑋 ∗ sin 𝐷 (19)
b. Rotación en el X
Cuando la variación se presenta entre los ejes Y y Z las ecuaciones características son las
siguientes:
𝑋𝑝 = 𝑋 (20)
𝑊𝑝 = 𝑌 (21)
𝑌𝑝 = 𝑌 ∗ cos 𝐸 − 𝑍 ∗ sin 𝐸 (22)
𝑍𝑝 = 𝑌 ∗ sin 𝐸 + 𝑍 ∗ cos 𝐸 (23)
Ecuaciones obtenidas [25]
Donde E es el ángulo de elevación (Ver Fig. 16 b)
c. Rotación en el eje Y
La rotación se da en el eje Y cuando la variación esta entre X y Z, donde sus ecuaciones
características están dadas de la siguiente manera:
𝑊𝑝 = 𝑊 (24)
𝑌𝑝 = 𝑌 (25)
𝑋𝑝 = 𝑋 ∗ cos 𝐹 − 𝑍 ∗ sin 𝐹 (26)
𝑍𝑝 = 𝑋 ∗ sin 𝐹 + 𝑍 ∗ cos 𝐹 (27)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 42
Ecuaciones obtenidas [25]
3.3.2. Decodificación
Teniendo en cuenta cada una de las señales codificadas, el paso a seguir es realizar la
decodificación que consiste en generar las señales que deberán emitirse por cada uno de los
altavoces, con el fin de lograr una distribución equilibrada de energía, también es importante la
ubicación de los altavoces en el área donde se quiere generar el ambiente envolvente. Las
configuraciones más reconocidas son cuadrados y hexágonos si se trabaja en el plano horizontal y
debe formarse un cubo con los altavoces si se desea manejar el plano de elevación.
Las señales asignadas a cada uno de los canales corresponden a la combinación de señales en
formato B respecto a la posición de la fuente. Para un sistema ambisónico de primer orden donde
se desea trabajar el plano horizontal las ecuaciones de salida del formato B están dadas de la
siguiente forma:
𝐹𝐿 = 𝑊 + 0.707(𝑋𝑝 + 𝑌𝑝) (28)
𝐹𝑅 = 𝑊 + 0.707(𝑋𝑝 − 𝑌𝑝) (29)
𝐵𝐿 = 𝑊 + 0.707(−𝑋𝑝 + 𝑌𝑝) (30)
𝐵𝑅 = 𝑊 + 0.707(−𝑋𝑝 − 𝑌𝑝) (31)
Ecuaciones obtenidas [25]
Si se quiere trabajar con ambos planos horizontal y de elevación se deberá tener ocho señales, esto
es comúnmente conocido como técnica ambisónica de segundo orden, la cual está dada de la
siguiente forma:
𝐹𝐿𝑈 = 𝑊 + 0.707(𝑋𝑝 + 𝑌𝑝 + 𝑍𝑝) (32)
𝐹𝑅𝑈 = 𝑊 + 0.707(𝑋𝑝 − 𝑌𝑝 + 𝑍𝑝) (33)
𝐵𝐿𝑈 = 𝑊 + 0.707(−𝑋𝑝 + 𝑌𝑝 + 𝑍𝑝) (34)
𝐵𝑅𝑈 = 𝑊 + 0.707(−𝑋𝑝 − 𝑌𝑝 + 𝑍𝑝) (35)
𝐹𝐿𝐷 = 𝑊 + 0.707(𝑋𝑝 + 𝑌𝑝 − 𝑍𝑝) (36)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 43
𝐹𝑅𝐷 = 𝑊 + 0.707(𝑋𝑝 − 𝑌𝑝 − 𝑍𝑝) (37)
𝐵𝐿𝐷 = 𝑊 + 0.707(−𝑋𝑝 + 𝑌𝑝 − 𝑍𝑝) (38)
𝐵𝑅𝐷 = 𝑊 + 0.707(−𝑋𝑝 − 𝑌𝑝 − 𝑍𝑝) (39)
Ecuaciones obtenidas [25]
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 44
CAPÍTULO 4: IMPLEMENTACIÓN
Con el fin de percibir la ubicación en cualquier parte del espacio, de una fuente virtual se diseña e
implementa la técnica Ambisónica, en la cual se realiza:
▪ Un sistema de sonido conformado por cuatro altavoces, que permitirá manejar el plano
horizontal (2D).
▪ Un software desarrollado en el entorno Matlab que será donde el usuario interactúe con el
sistema.
4.1. Descripción del equipo para la implementación ambisónica
Para la implementación de la técnica ambisónica es necesario el uso de una interfaz de sonido que
permita obtener las cuatro o más salidas de forma independiente, por lo cual se emplea la interfaz
Motu Ultralite-mk3 y claramente se requiere altavoces ya sean activos o pasivos, pero en este caso
se utilizaran altavoces activos DSR112 de Yamaha.
4.1.1. Interfaz de sonido Motu Ultralite-mk3
Interfaz de audio profesional con 10 entradas y 14 salidas, todos los canales son manejados por
separado, opera de manera flexible por FireWire o conexión USB, tiene compatibilidad con
diferentes entornos como MAC y Windows, su calidad de audio es de 24 bits con una velocidad
de muestreo de 192KHz. [33]. (Ver Fig. 17)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 45
Fig. 17. Motu Ultralite-mk3. [33]
4.1.2. Altavoz DSR112 – Yamaha
Es un sistema de altavoces de dos vías, es decir, que está conformado por dos altavoces, lo cual
permite que sea un poco más versátil en el momento de su funcionamiento, tiene dos entradas (1
XLR y 1 línea), 1 salida XLR balanceada. (Ver Fig. 18) [34]
Fig. 18. Altavoz DSR 112 Yamaha. [34]
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 46
Se realiza la conexión plug-plug entre la interfaz de sonido y los altavoces, empleando un conector
TS comúnmente utilizado para conexiones monofónicas. (Ver Fig. 19)
Fig. 19. Plug TS no balanceado. [35]
4.2. Diseño de sistema de sonido
Partiendo del capítulo 3 se establece un círculo de 2m de diámetro, los altavoces se posicionan a
1m de distancia del oyente quien se encuentra en el centro del círculo. Los altavoces se distribuyen
de manera uniforme a una distancia aproximada entre ellos mismos de 1.45m (Ver Fig. 20).
Fig. 20. Distribución altavoces para la implementación ambisónica de orden 1.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 47
En el momento de la distribución de los altavoces no solo se busca que estos queden separados por
la misma distancia, sino que también se ubiquen a la misma distancia del oído del oyente, con el
objetivo de ubicar los altavoces a la misma altura del oído del oyente, se instala una tarima de 43cm
sobre el nivel del suelo, es decir que se asume que la zona de audiencia esta sobre una tarima, con
el fin de ajustar la posición del oyente respecto a los altavoces ya ubicados.
Dado que se emplea un altavoz de dos vías, la altura del parlante se define de acuerdo a los
componentes frecuenciales de las señales a reproducir, es decir, que si la señal está compuesta por
frecuencias altas , el altavoz deberá ubicarse de tal manera que la bocina que reproduce los tonos
altos quede a la misma altura del oído del oyente; de igual forma si la señal está compuesta por
frecuencias bajas o media se deberá ubicar el parlante de cierta forma que la señal reproducida
quede a la misma altura del oído del oyente.
4.3. Conexión y comunicación de interfaz de sonido con Matlab
Fig. 21. Diagrama general de conexión.
El diagrama general de conexión se presenta en Fig. 21. Para la conexión y comunicación de la
interfaz hay varios aspectos que se debe tener en cuenta:
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 48
1. La interfaz que se escoge no solo deberá cumplir con los requisitos físicos, sino que también
deberá permitir establecer una conexión mediante el entorno de Matlab.
2. Descargar e instalar driver2 necesario para el reconocimiento y funcionamiento de la
interfaz de sonido.
3. Asegurar que al realizar la conexión de la interfaz con el computador, este pueda reconocer
de manera individual cada una de las salidas. (Ver Fig. 22)
Fig. 22. Reconocimiento de E/S de la interfaz Motu Ultralite-mk3 en sistema operativo Windows 7.
4. Cuando el sistema operativo del computador es Windows en ocasiones se puede generar
problemas como no reconocer la interfaz y no diferencia de manera individual cada una de
sus salidas, para este caso es necesario instalar un driver que se llama ASIO (Audio Stream
Input/Output), que permite el direccionamiento individual de E/S que se encuentren
conectadas al computador y manejar varias tarjetas de sonido. Pero si el sistema operativo es
2 Enlace para descargar driver Motu Ultralite-mk3: http://motu.com/download
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 49
MAC este no presenta ningún tipo de inconvenientes ya que maneja otro tipo de tarjeta de
sonidos y es más flexible en cuanto a conexiones de equipos externos.
5. Finalizando ya el proceso de conexión y configuración de la interfaz con el sistema operativo,
el paso a seguir es verificar que la versión del software Matlab, reconozca y diferencie cada
una de las entradas de la interfaz gráfica por medio del comando audiodevinfo (Ver Fig.
23);el cual nos brinda la dirección de cada uno de los canales de la interfaz, pero este
comando solo funciona en la versión de Matlab 2016a, puesto que las versiones pasadas no
tienen esta función disponible y no permite visualizar cada uno de los canales por separado.
(Ver Fig. 24)
Fig. 23. Comando para reconocimiento de interfaz de sonido en el entorno Matlab©.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 50
Fig. 24. Direccionamiento de E/S en el entorno Matlab después del reconocimiento.
4.4. Algoritmo de implementación del formato B
En esta sección, se presenta el algoritmo propuesto para implementar el sistema ambisónico de
orden 1. Este algoritmo (Ver Fig. 25 ) se divide en cinco procesos importantes:
1. Ubicación de la fuente virtual en el plano horizontal con un radio igual a 1.
2. Realizar el cálculo del ángulo correspondiente de acuerdo a su posición.
3. La codificación (Ver apartado 3.3.1) donde se involucra la señal la cual tendrá interacción
con la posición de la fuente virtual por medio del cálculo de los ángulos usando la Tabla 2.
4. La decodificación usando las ecuaciones (28) (29) (30) (31)
5. La reproducción de la señal ya convertida en Formato B.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 51
Fig. 25. Algoritmo Técnica Ambisónica.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 52
a. Ubicación y cálculo de los ángulos
En el proceso de ubicar la fuente virtual en un lugar de la circunferencia de radio 1, es importante
resaltar los cuatro casos que se tienen en la circunferencia, siendo el eje x la referencia de frente-
atrás y el eje y. izquierda-derecha. (Ver Fig. 26)
Fig. 26. Casos de las ecuaciones de la circunferencia.
Las coordenadas de fuente la virtual deberán ser validadas con las ecuaciones de la circunferencia.
(Ver Tabla 2) con el fin de realizar el cálculo correspondiente del ángulo según el caso que cumpla.
Cabe resaltar que en Matlab todas las operaciones que se realizan en la codificación y
decodificación el valor del ángulo esta en radianes, sin embargo, para poder visualizar el valor del
ángulo en grados, se realiza la conversión de radianes a grados.
Según la Tabla 2 el ángulo en radianes es el valor calculado por el software Matlab que es un ángulo
entre 0 y π/2, por lo tanto según el caso se realiza la respectiva suma, y de esta forma se calcula el
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 53
ángulo C. El ángulo C que se calcula según las coordenadas es el que se forma desde el eje x en
sentido anti horario hacia la fuente virtual.
Tabla 2. Casos para calcular el ángulo C.
Caso I
𝟎 ≤ 𝒙 ≤ 𝟏
𝟎 ≤ 𝒚 ≤ 𝟏
Ángulo radianes
Caso II
−1 ≤ 𝑥 ≤ 0
0 ≤ 𝑦 ≤ 1
Ángulo radianes + π
Caso III
−1 ≤ 𝑥 ≤ 0
−1 ≤ 𝑦 ≤ 0
Ángulo radianes + π
Caso IV
0 ≤ 𝑥 ≤ 1
−1 ≤ 𝑦 ≤ 0
Ángulo radianes + 2π
El ángulo D que se forma entre la fuente real y la fuente virtual que es la diferencia entre el ángulo
A y C (Ver Fig. 16); el ángulo A es el que se forma con la fuente real partiendo desde el eje x en
contra de las manecillas del reloj. (Ver Fig. 27)
Fig. 27. Distribución de la fuente real.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 54
4.5. Interfaz Gráfica
El desarrollo de la interfaz gráfica de usuario (GUI) se realiza mediante el comando GUIDE el cual
es un entorno de programación visual de Matlab©, y contiene herramientas para la creación de
interfaz de usuario y sobre este poder ejercer algún tipo de control o programación de su
funcionamiento.
Teniendo en cuenta los requerimientos y el algoritmo de la técnica, se procede con el diseño y
desarrollo de la interfaz gráfica.
Fig. 28. Panel principal.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 55
4.5.1. Panel principal
En primera instancia el funcionamiento del sistema de sonido parte de que todos los altavoces
deben tener un mismo nivel de presión sonora, para ello se desarrolla un panel principal donde el
usuario podrá reproducir por medio del botón “Calibrar”;(ver Fig. 28) cuya función es reproducir
un ruido blanco durante 10 segundos con el fin de realizar la calibración mediante la ayuda de un
sonómetro a cada uno de los altavoces para luego poder proceder con la prueba.
Como se puede observar en Fig. 28, se presenta la ventana principal donde se encuentra el botón
de “Inicio” (ver Fig. 29) en la parte superior izquierda cuyo botón contiene las siguientes opciones
el manual de instrucciones (ctr+1), el test que se realiza a las personas (ctr+2) y la opción salir
(ctr+4).
Fig. 29. Botón inicio (panel principal).
En la parte inferior del panel principal se encuentra dos imágenes que representan el tipo de prueba
que se va a realizar que son botones, los cuales al activarlos cada uno mediante un clic del mouse
abrirá una ventana independiente con la información de la prueba seleccionada; sea primer orden
o segundo orden, para este trabajo se desarrolló solo la interfaz gráfica para segundo orden y la
programación y diseño de la interfaz para la técnica ambisonica en primer orden.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 56
4.5.2. Interfaz gráfica para técnica ambisónica en primer orden
Cuando el sistema de sonido esta calibrado se procede a la ejecución de la técnica ambisónica para
la cual el usuario deberá indicar el ángulo o la posición en la que ubicará la fuente virtual. Para que
esto sea posible se desarrolla una interfaz en la que el usuario pueda ingresar dicho valor de
coordenadas o ubicarla en la circunferencia. (ver Fig. 30)
Fig. 30. Interfaz de usuario para la técnica ambisónica de primer orden.
En la parte superior se diseña una barra de herramientas (Ver Fig. 31 a) que permite al usuario,
iniciar una nueva prueba ( ), cuando desee acercar o alejar la gráfica puede hacerlo mediante
los comandos de zoom ( ) y por medio del cursor verificar los valores de la ubicación
( ). Un botón de Inicio que al activarse despliega dos opciones (Ver Fig. 31 b) una de ellas es
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 57
“Automático” que reproducirá una señal de audio previamente determinada por el programa y se
reproducirá con el efecto de la fuente en movimiento y la otra es para “Salir” de la aplicación.
Fig. 31. Barra de herramientas -Técnica ambisónica de primer orden.
a. Ubicación de la fuente virtual
Para que el usuario pueda ubicar la fuente virtual en cualquier posición se implementa una gráfica
de una circunferencia y un botón, medio; por el cual se le permitirá al usuario ubicar la fuente, esto
es posible mediante el comando ginput (n)3, que habilitara un cursor en forma de cruz como se ve
en Fig. 32 el cual devuelve un valor de dos posiciones las cuales serían (x, y) en este caso las
coordenadas de la fuente virtual, que se muestran en los recuadros denominados como X y Y (Ver
Fig. 33).
Al presionar el botón “Clic” suceden dos acciones una de ellas es que automáticamente este
inhabilitara el recuadro del ingreso del ángulo de forma manual y la segunda; estando la fuente
ubicada inhabilita el mismo botón con el fin de permitir hacer clic nuevamente y ubicar otro punto.
3 Donde n es la cantidad de posiciones que se desea marcar.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 58
Fig. 32. Ubicación fuente virtual mediante el cursor. (Línea punteada roja activa cursor y línea punteada amarilla
inhabilita ingreso manual del ángulo)
Fig. 33.Coordenadas fuente virtual.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 59
Por otra parte la fuente virtual también puede ser ubicada ingresando el valor del ángulo si el ángulo
es ingresado de forma manual ejecutara dos acciones al igual que en el anterior caso primero
inhabilita automáticamente el botón “Clic” y seguido a ingresar el ángulo de forma manual
bloquea este recuadro con el fin de que no se pueda modificar el dato ingresado. (Ver Fig. 34).
Fig. 34. Ubicación de la fuente ingresando el ángulo.
Es necesario aclarar que cuando se ingresa el valor del ángulo que está en grados, este valor debe
ser convertido en radianes para poder realizar las ecuaciones correspondientes para la codificación
y decodificación de la técnica ambisónica. Para realizar la conversión del valor ingresado, en
primer lugar se obtiene el valor por medio de la función get (handles.ang,’string’); donde ang es
el recuadro en el que se ingresó el numero digitado por el usuario y string es el carácter.
b. Selección señal de audio para sintetizar
En la técnica ambisónica se requiere de una señal de audio monofónica, esto es posible utilizando
la herramienta popmenu; que permite desplegar un listado de las diferentes opciones de audios que
se quiere dejar a disposición del usuario (Ver Fig. 35). La señal de audio que se carga debe estar en
formato .wav, pues es el tipo de dato que acepta Matlab para señales de audio.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 60
Fig. 35. Menú para seleccionar audio.
Cuando la señal de audio se selecciona, el programa internamente lee la señal de audio mediante
la función audioread y el valor de la señal es guardada dentro de una variable definida como
audioWav
Si se desea cambiar de señal de audio y realizar el cálculo en la misma posición se debe pausar la
señal que se está reproduciendo, seleccionar la nueva señal, volver a calcular y nuevamente
reproducir.
c. Cálculo de técnica de ambisónica y reproducción.
Ahora bien ya después de haber obtenido los parámetros necesarios para realizar el cálculo
correspondiente de la técnica ambisónica, se dispone un botón “Calcular” (Ver Fig. 36); el cual
realizará todo el proceso de decodificación y cálculo de las señales que van a ser reproducidas en
cada altavoz, el proceso fue descrito en el apartado 3.3.2
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 61
Fig. 36. Botón calcular.
Al calcular la técnica ambisónica, se obtiene el valor del ángulo en caso de que la fuente haya sido
ubicada por medio del cursor y para poder ser mostrado se utiliza el comando
set(handles.ang,’string’,angC);donde angC es el ángulo que va desde el eje x hacia la fuente virtual
quien aparecerá en el recuadro denominado ángulo(º) (Ver Fig. 34) y la variable audio quien
contiene las señales correspondientes de cada altavoz, que será reproducida presionando el botón
, y al mismo tiempo se mostrará la señal en las gráficas ubicadas al costado derecho (Ver Fig.
37)
Fig. 37. Gráfica señal audio por canales.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 62
d. Botón regresar y salir
Para finalizar en la interfaz se encuentran dos botones (Ver Fig. 38) de “Regresar”; que no solo
abrirá el panel principal sino que cerrará la ventana actual y el botón “Salir” para el proceso que
se encuentre en ejecución y cierra la ventana.
Fig. 38. Botón “Regresar y Salir”
4.5.3. Interfaz gráfica para técnica ambisónica en segundo orden
Dicho lo anterior en el apartado 0, se desarrolla una interfaz gráfica para la técnica ambisónica en
segundo orden que básicamente tiene un funcionamiento similar a la interfaz de primer orden. (Ver
Fig. 39)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 63
Fig. 39. Interfaz de usuario para la técnica ambisonica de segundo orden.
A diferencia de Fig. 30, la interfaz de segundo orden tiene dos gráficas para ubicar la fuente virtual.
La primera es mostrada en la parte izquierda y en la que se determinara el valor para x,y (frente-
atrás) sus valores serán representados en coordenadas plano horizontal y la segunda grafica del
costado derecho se determinara los valores para y z (arriba-abajo).
Los comandos de ubicación de fuente funcionan de la misma forma que la de primer orden solo
que en esta se deberá indicar un ángulo más, que es el de elevación con el que se manejaría las
ubicaciones de arriba o abajo, los demás procesos como lo son seleccionar el archivo de audio,
calcular técnica ambisonica y reproducir se ejecutaran de la misma forma.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 64
CAPÍTULO 5: PRUEBAS Y RESULTADOS
En este capítulo se presenta la verificación de funcionamiento cuantitativo del sistema ambisónico
mediante una propuesta cuantitativa usando el sonómetro y una prueba cualitativa mediante la
realización de una encuesta.
5.1. Calibración del sistema de sonido.
Para la calibración del sistema se necesita de un sonómetro para efectuar la medición y los cuatro
altavoces deben tener aproximadamente el mismo nivel de presión sonora. Aspectos que se tienen
en cuenta al momento de realizar la medición:
▪ Descripción del espacio: Se acondiciona un espacio no mayor a 1,50 m, el cual está
conformado por cuatro absortores que están elaborados en un material absorbente como lo
es la lana de vidrio. (Ver Fig. 40)
Fig. 40. Acondicionamiento del espacio.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 65
▪ Posición del sonómetro: Este se ubica a un metro de distancia del altavoz, a una altura de
1,17 m esta medida es tomada a partir de la tarima hasta la punta del micrófono, cuyo valor
varía de acuerdo al tipo de señal que se vaya a reproducir, con el propósito de que quede
ubicado perpendicular al altavoz.
▪ Filtro de ponderación: Para este caso se tendrá en cuenta el filtro de ponderación Z, el
cual no aplica ninguna corrección en el rango de frecuencias.
5.1.1. Sonómetro SC260
Es un instrumento de medición (Ver Fig. 41) acústica que permite realizar mediciones acústicas, se
caracteriza por tener una escala de medición sin necesidad de configurar, en el momento de iniciar
la medición esta tiene en cuenta todas las frecuencias de ponderación (A, C, Z).
Fig. 41. Sonómetro SC260
Tiene un micrófono de condensador referencia P-05 marca Cesva, adicionalmente cuenta con una
interfaz de comunicación (Capture Studio)4 que permite la interacción entre el sonómetro y un
ordenador con el fin de almacenar la información de las mediciones directamente en el PC.
4 Enlace para descargar software - https://www.cesva.com/es/productos/pc-software/studio-editor/
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 66
a. Ajustes del sonómetro
▪ Calibración del sonómetro: El objetivo de calibrar el sonómetro es verificar la
sensibilidad, esto es posible utilizando un calibrador donde se introduce el micrófono, donde este
emitirá un tono de 94dB a 1Khz y finalmente comprobar en la pantalla del sonómetro el nivel de
presión sonora que debe ser 94dB ± 0,3dB. (Ver Fig. 42)
Fig. 42. Calibración de sonómetro a 94dB
Retomando el apartado 5.1, para llevar acabo la calibración del sistema se realizó lo siguiente:
1. Se midió el ruido de fondo en condiciones normales (aire acondicionado apagado), durante
14s, se obtuvo un nivel de presión sonora de 44,9dB (Ver Fig. 43).
2. Para establecer el SPL de un altavoz este deberá estar 25dB por encima del ruido de fondo
en cualquier entorno; por tal motivo en esta ocasión se define que el sistema de sonido en
general tenga un nivel de presión sonora de 73.9dB.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 67
3. Para realizar la calibración del sistema se reproduce un ruido blanco ya que este maneja
toda la banda frecuencias y su densidad espectral de potencia es plana. Ahora bien para
lograr un SPL de 73.9dB, se realizara una medición a cada uno de los canales (Ver Fig. 44)
donde se obtiene un valor aproximado de 67dB ±1. (Ver Tabla 3).
Fig. 43. SPL ruido de fondo de la sala.
Tabla 3. Nivel de presión sonora de calibración.
Ruido de fondo 44,9 dB
CH 1 -LF 67,1 dB
CH 2 -RF 67 dB
CH 3 -LB 68,6 dB
CH 4 -RB 67,7 dB
TODOS 73,9 dB
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 68
Fig. 44. SPL de calibración en canal 1, canal 2, canal 3 y canal 4.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 69
Fig. 45. SPL general de calibración del sistema de sonido.
5.2. Mediciones con diferentes tonos
Debido a que el rango audible de una persona puede estar entre los 20Hz – 20Khz, y teniendo el
sistema calibrado, se proceden a realizar 3 tipos de pruebas para el comportamiento del sistema
para diferentes tonos en el rango de frecuencias. (Ver Tabla 4).
Tabla 4. Rango de frecuencias
Frecuencias bajas 20Hz – 250Hz
Frecuencias medias 250Hz – 2KHz
Frecuencias altas 2KHz – 16KHz
Las pruebas consisten en medir el nivel de presión sonora en cada uno de los altavoces; justo en el
mismo punto donde deberá ir la cabeza del oyente, en diferentes posiciones.
5.2.1. Prueba en tonos bajos
De acuerdo a la tabla 3, se escoge un tono grave de 100Hz y el sonido de un instrumento en donde
sus frecuencias sean bajas, en este caso se escoge un piano. Retomando del apartado 4.2 la altura
del sonómetro debe estar a 99cm perpendicular al altavoz, el cual en este caso está a una altura de
1.42m. (Ver Fig. 46)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 70
Fig. 46. Ubicación del sonómetro para prueba de tonos bajos.
Las posiciones sombreadas en gris en la Tabla 5 y Tabla 6 hacen referencia de que en dicho canal es
donde hay un mayor nivel de presión sonora de acuerdo a su posición. En la posición de 90º de la
tabla 4 idealmente debe existir un balance SPL entre el canal LF - LB, al igual que en 270º a
diferencia que su balance seria entre los canales RF – LB, pero como se observa en la tabla; en la
posición de LB a 90º y RB a 270º, presentan una variación aproximadas ±2dB cuyos valores
pueden ser significativos para el oyente.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 71
Tabla 5. Mediciones tono de 100Hz (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z)
TONO 100Hz
0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
LF 79 79,6 78,9 72,9 0 65 0 72,7
RF 79,2 72,8 0 65,4 0 73,5 79,4 80,3
LB 0 74,6 80,5 81,5 80,2 74 0 66,6
RB 0 67,5 0 75,2 81,5 82,4 81,4 63,1
TODOS 84,7 84,7 85,7 85,7 86,8 86,2 86,6 84,1
Tabla 6. Mediciones sonido del piano (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z)
PIANO
0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
LF 50,3 51,8 50,5 45,8 0 44,6 0 46
RF 50,7 46 0 44,3 0 45,6 50 51,4
LB 0 42,9 42,8 43,7 49,6 45,8 0 41,9
RB 0 43 0 43,1 49,5 51,2 49,7 42,7
TODOS 56,9 54,3 50 46,2 55 53,2 51,1 54,3
5.2.2. Prueba en tonos medios
Para la prueba de frecuencias medias, se escoge un tono de 500Hz y un instrumento en el que se
pueda percibir aproximadamente el rango de frecuencias según la Tabla 4. Adicionalmente se tiene
en cuenta que para la zona de audiencia definida sobre una tarima, los altavoces; se ubican a una
altura de 1.60 m respecto al suelo y el sonómetro; 1.17m sobre la tarima. (Ver Fig. 47)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 72
Fig. 47. Ubicación del sonómetro para prueba de tono medio.
En la Tabla 7 y Tabla 8, se evidencia los resultados de las mediciones obtenidas a través del
sonómetro en las diferentes posiciones
Tabla 7. Mediciones tono de 500Hz (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z).
TONO 500Hz
0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
LF 71,3 75,8 75,5 70,6 0 60,8 0 68,2
RF 71,6 70,5 0 63 0 68,3 72,5 73
LB 0 66,7 71,1 71,7 73 68,1 0 60,7
RB 0 59 0 66 73,1 73,7 73,2 68,2
TODOS 77,3 80,5 77,9 77,4 78,7 78,2 78,8 77,7
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 73
Tabla 8. Mediciones sonido del saxofón (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z).
SAXOFÓN
0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
LF 71 72,3 70,9 65,1 0 57,5 0 64,9
RF 71,6 65,4 0 58,3 0 65,8 71,7 72,8
LB 0 64,2 70 71,6 70 64 0 56,7
RB 0 57,3 0 64,5 70,6 72,2 70,7 64,7
TODOS 77 75,4 73,4 74,8 76 75,1 74,3 75,7
5.2.3. Prueba en tonos altos
Así mismo como en los anteriores casos, la altura del sonómetro se ajusta a 1.27m y el altavoz está
ubicado a 1.70m respecto al suelo, se escoge un tono puro de 3KHz; este tono se caracteriza por
ser direccional por sus componentes frecuenciales y el cantar de unos pájaros. (Ver Fig. 48)
En esta prueba tres casos particulares se evidencian en la Tabla 9, el primero; en el canal RB a 180º
su SPL tienes una diferencia de 4dB, la cual puede ser significativa para el oyente generando
confusión en el momento de ubicar la fuente y el segundo; es en el SPL general de la posición 0º y
135º cuyo valor es menor respecto al SPL de cada uno de los canales, esto es debido que en el
momento de la reproducción de las cuatro señales existan cancelaciones.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 74
Fig. 48. Ubicación del sonómetro para prueba de tono alto.
Sin embargo, el tono es percibido de forma direccional, en la Tabla 10 se encuentran los resultados
de la prueba con el sonido del cantar de los pájaros y se evidencia que a pesar de ser un sonido con
componentes frecuenciales quizás no tan altos como de 3KHz, sus niveles de presión sonora son
uniformes.
Tabla 9. Mediciones tono de 3KHz (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z).
TONO 3KHz
0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
LF 76,8 77,3 76,6 71 0 63,3 0 70,9
RF 76 70,4 0 62,9 0 70,4 76 76,7
LB 0 66,3 72 72,4 71,5 66,2 0 58,7
RB 0 63 0 70,9 76,2 77 76,8 71
TODOS 73,1 77,2 80,1 69,2 77,5 81,6 82,3 75,7
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 75
Tabla 10. Mediciones sonido pajaritos (Unidad de medida dB – filtro de ponderación Z).
PÁJAROS
0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
LF 53,1 54,5 52,9 48,2 0 43,9 0 48,2
RF 53,3 48,4 0 43,6 0 48,3 53,9 54,4
LB 0 48,7 53,2 55,1 53,2 48,4 0 44
RB 0 44,3 0 48 53 54,7 53,1 47,7
TODOS 51,5 54,4 56,4 54,5 50,2 53,7 56 51,6
5.3. Encuesta
Con el objetivo de comprobar el funcionamiento de la implementación de la técnica se realiza un
test sobre la percepción de la fuente virtual en varias posiciones a diferentes personas. (Ver Fig. 49
- Fig. 50). El test consta de tres preguntas, la primera; se pregunta si tiene algún tipo de problema
en el oído, la segunda; que si cree posible reproducir un sonido por medio de una fuente virtual, y
tercera; es donde el usuario deberá indicar con un punto en la gráfica en qué lugar percibe el sonido.
Para el análisis de la información obtenida se debe tener en cuenta factores como; tener alguna
deficiencia auditiva y padecer de agudeza auditiva, que hace referencia a la dificultad de ubicar la
procedencia del sonido, entre otros. El test se realiza a 14 personas en un rango de 19-25 años de
edad, la mayoría estudiantes que aparentemente con audición normal y sus oídos no están expuestos
a altos niveles de presión sonora. El 28,5% de las personas acertaron como mínimo en 3 a 4
ubicaciones, el 50% acertaron en 5 posiciones y el 21,5% acertaron más de cinco, para un total de
67 fuentes virtuales ubicadas satisfactoriamente. (ver Tabla 11)
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 76
Tabla 11. Resultados de encuestas
Persona
Edad
Respuesta
Preg 1
Respuesta
Preg 2
Cantidad de
aciertos en test
1 36 NO SI 5
2 23 NO SI 5
3 21 NO SI 5
4 21 NO SI 6
5 23 NO SI 5
6 18 NO SI 6
7 40 NO SI 5
8 20 NO NO 4
9 25 NO SI 5
10 27 NO ESTÁ SEGURO SI 3
11 20 NO SI 3
12 22 NO NO 4
13 21 NO SI 6
14 20 NO SI 5
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 79
CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS
6.1. Conclusiones
▪ En este trabajo de grado se realizó un sistema de sonido, para la generación de fuente virtual
y una interfaz gráfica que permite la interacción entre el usuario y el controlador. Además
se elaboró una propuesta de encuesta y una metodología experimental para la prueba
cualitativa y cuantitativa del sistema, respectivamente.
▪ Este trabajo de grado presenta un aporte en cuanto a la realización de una modificación de
las ecuaciones presentadas en [25], las cuales no correspondían con el análisis realizado
respecto al plano en el que se desea generar la fuente virtual.
▪ Se presenta una metodología, la cual no ha sido presentada en ningún trabajo previo, para
poder realizar pruebas de medición a este tipo de sistemas, que consiste en utilizar un
sonómetro con el fin de calibrar y evidenciar el funcionamiento correcto del sistema como
se explica en el apartado 5.1 y 5.2.
▪ Se puede evidenciar que la técnica ambisónica es útil para la generación de fuentes
virtuales, mediante la realización de dos tipos de pruebas una de ellas con instrumentos de
medición y la segunda una encuesta, la cual, aunque no tiene una muestra representativa se
obtiene un buen resultado.
▪ Como resultado de las encuestas realizadas se puede decir que el 40% de las pruebas, las
personas presentan dificultad en ubicar la fuente en puntos tales como 90º,180º,270º y 360º,
esto puede ser por las siguientes razones; primero que las personas están sugestionadas a
que un sonido solo puede ser reproducido por medio de un altavoz razón por la cual tienden
a indicar el sonido al altavoz más cercano o que se encuentra dentro de su línea visible,
segundo, que el sistema aun es poco preciso por lo que el orden ambisónico no es mayor.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 80
6.2. Trabajos futuros
▪ Mejorar la interfaz en cuanto a que tenga ordenes ambisónicos mayores y adecuar las
ecuaciones necesarias para la codificación y decodificación del formato B.
▪ Modificar el sistema de sonido teniendo en cuenta el orden ambisónico, y que los altavoces
sean de fácil manipulación.
▪ Involucrar médicos especialistas para que puedan aportar sus conocimientos en el proyecto.
▪ Hacer pruebas con personas con discapacidad visual y auditiva para realizar
comparaciones.
▪ Hacer un estudio estadístico más profundo usando las encuestas y si es necesario mejorar
el tipo de encuesta.
SISTEMA DE SONIDO PARA LA GENERACIÓN DE UNA FUENTE SONORA VIRTUAL 81
REFERENCIAS
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ANEXOS
Anexo. 1: Código para calcular la técnica ambisonica
global coordenadas_fuente bandera_uf audioWav bandera_cargar global audio LF RF LB RB angCing_rad bandera_ang bandera_act1 c ta
bandera_act1=(bandera_uf & bandera_cargar);
if bandera_act1==1 if bandera_uf==1
%%%%%%%%%%%%%%%%%% CALCULO ANGULOS PARA CODIFICACIÓN %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %angA es el angulo de x hacia fuente real (radianes) %angD es el angulo de fuente real hacia fuente virtual(radianes) %angC_rad es el angulo de x hacia la fuente virtual (radianes) %angC es el angulo de x hacia la fuente virtual (grados)
%%%% CASO 1: 0<=x<=1 ; 0<=y<=1
if (((0<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<= 1)) &&
((0<= coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)<= 1))) a=coordenadas_fuente(2)/coordenadas_fuente(1); angC_rad=atan(a); angC=floor(angC_rad*(180/pi)); set(handles.ang,'string',angC); %Mostrar angulo en grados angA=45*(pi/180); angD=angC_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=X.*sin(angD)+Y.*cos(angD); fb1='caso_1'
%%%% CASO 2: -1<=x<=0 ; 0<=y<=1 elseif (((-1<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<=
0)) && ((0<= coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)<= 1))) a=coordenadas_fuente(2)/coordenadas_fuente(1); angC_rad=atan(a); angC=angC_rad*(180/pi);
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angC=floor(angC+180); set(handles.ang,'string',angC); %Mostrar angulo en grados angA=135*(pi/180); angD=angC_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=-Y.*cos(angD)+X.*sin(angD); fb2='caso_2'
%%%% CASO 3: -1<=x<=0 ; -1<=y<=0
elseif (((-1<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<
0)) && ((-1<= coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)<=
0))) a=coordenadas_fuente(2)/coordenadas_fuente(1); angC_rad=atan(a); angC=angC_rad*(180/pi); angC=floor(angC+180); set(handles.ang,'string',angC); angA=225*(pi/180); angD=angC_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=X.*sin(angD)+Y.*cos(angD); fb3='caso_3'
%%%% CASO 4: 0<=x<=1 ; -1<=y<=0
elseif (((0<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<=
1)) && ((-1<= coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)< 0))) a=coordenadas_fuente(2)/coordenadas_fuente(1); angC_rad=atan(a); angC=angC_rad*(180/pi); angC=floor(angC+360); set(handles.ang,'string',angC); angA=315*(pi/180); angD=angC_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=-Y.*cos(angD)+X.*sin(angD); fb4='caso_4' end
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% DECODIFICACIÓN %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
LF=(W+((0.707).*(Xp+Yp))); RF=(W+((0.707).*(Xp-Yp))); LB=(W+((0.707).*(-Xp+Yp))); RB=(W+((0.707).*(-Xp-Yp))); % a=audioWav d='decodificado' audio=[LF,RF,LB,RB]; set(handles.ambisonic,'value',0);
end %%% Cuando el ángulo es ingresado por medio del teclado elseif ((bandera_act1==0)&(bandera_ang==0))
%%%% CASO 1: 0<=x<=1 ; 0<=y<=1 if (((0<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<= 1)) && ((0<=
coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)<= 1))) angA=45*(pi/180) angCing_rad angD=angCing_rad-angA %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=Y.*cos(angD)+X.*sin(angD); fb1='caso_1ing'
%%%% CASO 2: -1<=x<=0 ; 0<=y<=1 elseif (((-1<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<= 0)) && ((0<=
coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)<= 1))) angA=135*(pi/180); angD=angCing_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=Y.*cos(angD)+X.*sin(angD); fb2='caso_2ing'
%%%% CASO 3: -1<=x<=0 ; -1<=y<=0 elseif (((-1<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)< 0)) && ((-1<=
coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)<= 0))) angA=225*(pi/180); angD=angCing_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA);
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Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=Y.*cos(angD)+X.*sin(angD); fb3='caso_3ing'
%%%% CASO 4: 0<=x<=1 ; -1<=y<=0 elseif (((0<= coordenadas_fuente(1))&& (coordenadas_fuente(1)<= 1)) && ((-1<=
coordenadas_fuente(2))&&(coordenadas_fuente(2)< 0))) angA=315*(pi/180); angD=angCing_rad-angA; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Multiplica señal mono por angulo de fuente real %%%%%%%% X=audioWav.*cos(angA); Y=audioWav.*sin(angA); Z=audioWav.*sin(0); W=audioWav.*0.707; %%%%%%%%%%%%%%%%%% Operación señal con angulo de fuente real %%%%%%%%%%%%%% Xp=X.*cos(angD)-Y.*sin(angD); Yp=Y.*cos(angD)+X.*sin(angD); fb4='caso_4ing' end LF=(W+((0.707).*(Xp+Yp))); RF=(W+((0.707).*(Xp-Yp))); LB=(W+((0.707).*(-Xp+Yp))); RB=(W+((0.707).*(-Xp-Yp))); d='decodificadoing' audio=[LF,RF,LB,RB]; set(handles.ambisonic,'value',0); else warndlg('Cargue una señal y Ubique la fuente','Error al Reproducir') return end
Anexo. 2: Código para la reproducción
global fs audio channel_12 channel_34 LF RF LB RB ta global bandera_lf bandera_rf bandera_lb bandera_rb c
if isempty(audio)==1 warndlg('Cargue una señal','Error al Reproducir') return end
%%%%%%% Inicializa las variables channel_12 y channel_34 indicando la %%%%%%% direccion de salida channel_12=audioplayer(audio(:,1:2),fs,24,-1); %1-LF y 2-RF channel_34=audioplayer(audio(:,3:4),fs,24,-1); %3-LB y 4-RB
%%%%% Grafica cada una de las señales %%%%% x=(0:ta-1)/fs; axes(handles.axes6); plot(x,LF,'b') grid minor ylim([-1 1]);
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title('Canal 1: Señal LF') xlabel('Tiempo(s)') ylabel('Amplitud')
axes(handles.axes8) plot(x,RF,'Y') grid minor ylim([-1 1]); title('Canal 2: Señal RF') xlabel('Tiempo(s)') ylabel('Amplitud')
axes(handles.axes7); plot(x,LB,'R') grid minor ylim([-1 1]); title('Canal 3: Señal LB') xlabel('Tiempo(s)') ylabel('Amplitud')
axes(handles.axes9); plot(x,RB,'G') grid minor ylim([-1 1]); title('Canal 4: Señal RB') xlabel('Tiempo(s)') ylabel('Amplitud')
estado=get(handles.play,'value');
%%%%%% Reproduce la señal %%%%%%%% if estado==1 parar=imread('imagenes\stopp.jpg'); set(handles.play,'CData',parar); resume(channel_12); resume(channel_34); end if estado==0 player=imread('imagenes\play.jpg'); set(handles.play,'CData',player); stop(channel_12); stop(channel_34);
end
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Anexo. 3: Código para la ubicar la fuente
global coordenadas_fuente bandera_uf
bandera_uf=1 set(handles.ang,'enable','off');
if (get(handles.UF,'value'))==1 m=(get(handles.UF,'Value')) [x,y]=ginput(1) coordenadas_fuente= [x,y]; rade=(coordenadas_fuente).^2; radio_1=sqrt(rade(1)+rade(2)); if ((x>1)&(y>1))&(radio_1>1) warndlg('Ubicación fuera del perimetro','Error al Ubicar Fuente') return elseif radio_1>1 warndlg('Ubicación fuera del perimetro','Error al Ubicar Fuente') return else grid minor plot([x,0],[y,0]); hold on plot(x,y,'o'); grid minor set(handles.coor_x,'string',x); set(handles.coor_y,'string',y); set(handles.UF,'enable','off'); end end