O Audiófilo e a Distorção de Fase

Tenho estado a traduzir uma apresentação interessante que irei publicar em duas partes e que aborda novamente a questão da gravação e da reprodução de música, neste caso com especial relevo para a problemática da imagem estereofónica e da forma como percebemos a representação espacial e localizamos as fontes sonoras no som reproduzido.
Trata-se de um conjunto de slides de uma apresentação oral da autoria de Jean-Michel Le Cléac’h, o que torna a leitura menos maçuda; não é tão agradável de ler como um texto corrido mas serve o seu papel informativo.
O original em Francês pode ser encontrado aqui.

O que é Estereofonia
Processo de registo e reprodução do som que utiliza dois canais por forma a difundir uma sonoridade possuidora de um certo relevo, a Estereofonia permite uma localização espacial dos sons que acrescenta uma dimensão de profundidade e dá ao som (reproduzido) uma qualidade natural.


Quais são os objectivos da Estereofonia
- Reproduzir o evento musical ou sonoro
- Recrear a ambiência sonora da sessão de gravação
- Restituir sem deformações a perspectiva ou relevo sonora (direcção, distância dos instrumentos...)
- Respeitar as dimensões e a forma dos instrumentos tal como foram vistas pelo engenheiro de som


Os instrumentos de música são fontes sonoras complexas
- Não são fontes pontuais
- A emissão sonora dá-se a partir de diferentes zonas do instrumento com direcções distintas de acordo com as frequências


A radiação dos instrumentos

Percepção estereofónica
Em primeiro lugar importa distinguir “ palco sonoro” de “imagem sonora”.
O “palco sonoro” pode ser definido como a zona de onde nos parecem vir as ondas sonoras durante uma escuta.
Normalmente caracteriza-se pela sua extensão em largura e em profundidade.
A maioria dos audiófilos toma como característica positiva um “palco sonoro” que se estende para fora do espaço compreendido entre as duas colunas de som.


Reverberação e “palco sonoro”
Existem estudos que demonstram que uma grande maioria de audiófilos prefere uma maior relação entre a energia sonora reverberante e a energia sonora directa.
A utilização de colunas de som de baixa directividade numa sala de escuta bastante reverberante conduz a uma forte reverberação de que resulta o alargamento e aprofundamento do “palco sonoro”.



Mesmo se o alargamento e aprofundamento do “palco sonoro” provocados pela reverberação é geralmente percebido como agradável, pois permite criar uma ilusão da ambiência do concerto ao vivo, somos obrigados a admitir que se trata de um desvio à fidelidade da gravação.
A escuta dessa mesma gravação com headphones é muito reveladora deste facto.


A imagem sonora tridimensional
De acordo com J. Gordon Holt, a capacidade de um dado sistema está directamente relacionada com a aptidão deste em criar fontes sonoras virtuais distintas das colunas de som.



A ”imagem sonora” caracteriza-se por:
- azimute dos instrumentos
- distância entre os instrumentos

Localização de fontes sonoras em audição binaural
Localizar uma fonte sonora é identificar o seu azimute (plano horizontal) e a sua altura (plano vertical) i.e. a sua direcção, e em seguida a distância que a separa do receptor.
Quando os ouvidos recebem as vibrações de um campo acústico, as diferenças podem apresentar-se a três níveis: intensidade, fase e tempo.
Outros, mais minuciosos, adicionariam ainda: a "sombra" provocada pela cabeça, as diferenças de geometria dos pavilhões auriculares e os reflexos provocados pelos ombros.

Citando Sandrine Lopez em “Para uma tipologia dos espaços...”:

”Espaço: lugar relativamente bem delimitado onde podemos situar qualquer coisa.”

(...)A nossa escuta é tridimensional: permite-nos localizar os sons num determinado espaço e reconhecer a verticalidade,
a horizontalidade e a profundidade.
A escuta estereofónica permite a quem escuta a percepção de um relevo sonoro, de uma perspectiva sonora, da separação
dos planos sonoros, de diferentes espaços, de “imagens mentais” nítidas.
A noção de relevo sonoro é interessante porque só por si revela uma percepção global: nós conseguimos determinar fontes
sonoras oriundas de direcções distintas.
É importante sublinhar que o relevo sonoro e a localização se devem à fase, ou melhor, ao desfasamento.
As ondas em fase são ondas que não se encontram diferenciadas ou em atraso de fase uma da outro no tempo.
Se o atraso existe, então temos desfasamento e é este que origina o relevo.
Nós somos capazes de identificar no espaço.(...)

Podemos concluir que é importante respeitar a repartição das fases no interior de um sinal para garantir uma boa reprodução do relevo sonoro.

Para um som que nos chega da esquerda ou da direita:
- FASE = 0,63ms de diferença inter-auricular, de uma orelha à outra
- INTENSIDADE = 0,5dB de diferença inter-auricular
(Mills, 1958)

Para um som que nos chega de frente ou detrás:
- FASE = nenhum desfasamento ou atraso de fase
- INTENSIDADE = nenhuma diferença

O desfasamento entre as ondas sonoras que chegam a cada uma das nossas orelhas é um dos mecanismos que permite a localização binaural de uma fonte sonora.

Localização em azimute
No plano horizontal, a localização por diferença de fase está limitada aos 1.500Hz; acima desta frequência dois azimutes diferentes podem dar o mesmo desfasamento, e à medida que nos aproximamos dos 3.000Hz nem a intensidade, nem o desfasamento são suficientemente informativos de modo a permitir a localização de uma fonte sonora de forma precisa (Stevens et Newman).
O pavilhão auricular intervém de forma progressiva na localização acima dos 2.000Hz.
A sua configuração constitui um filtro em pente e impõe máximos de intensidade e fendas espectrais ao sinal incidente, dependendo da localização da fonte sonora e do receptor.

registo de frequência	mecanismo de localização
agudo	diferença de intensidade
médio	diferença de intensidade e de fase
grave	diferença de fase

Percepção da distância
A sensação de distância tem essencialmente como referências as variações de intensidade, a relação entre o som directo e o som reflectido e as modificações espectrais.
Quando afastamos a fonte sonora a intensidade diminui, mas é possível recrear artificialmente o mesmo efeito através da variação de intensidade de uma fonte sonora fixa.

A maior parte dos registos é efectuada em estereofonia de amplitude ou de intensidade, um método desenvolvido por Alan Blumlein para a EMI nos anos 30.
A posição de um dado instrumento é definida pelo engenheiro de som através do recurso a um “potenciometro panorâmico”.
Teoricamente, a posição aparente na reprodução de um instrumento não se pode afastar demasiado da linha que une ambas as colunas de som.
Jogamos com a amplitude, o espectro e seguimento das notas para estabelecer uma certa percepção da distância.





Psicoacústica da localização dos sons
É um facto do conhecimento geral que a localização a localização no plano horizontal se deve principalmente às diferenças de intensidade e de tempo entre os sinais sonoros que nos chegam aos ouvidos.
Mas já não é tão comum saber-se que esses dois parâmetros não são suficientes para anular as ambiguidades ao nível da profundidade (frente/trás) e para permitir a localização num outro plano que não o horizontal (cima/baixo).
Apesar disso, a capacidade de localização auditiva é extremamente precisa.



Como se pode ver, a precisão da localização binaural de uma fonte sonora em azimute no plano horizontal é enorme.

Registos efectuados em estereofonia de fase
Em 1940 de Boer introduz a gravação por cabeça artificial que vem melhorar a percepção da localização graças à diferença de intensidade e do tempo de chegada dos sinais.



Em finais dos anos 50, as estações de rádio europeias utilizavam um par de microfones espaçado de 15 a 30 cm e com ângulos variáveis entre os micros para a difusão de concertos.



Para contrabalançar o efeito de distorção de perspectiva sonora das gravações em estereofonia de fase André Charlin coloca os instrumentos em camadas curvilíneas concêntricas.




Audição binaural: o efeito negativo da diafonia (ou crosstalk) interaural
Na escuta estereofónica através de duas colunas de som, a onda emitida por uma delas chega aos dois ouvidos com um certo desfasamento.
Essa diafonia interaural perturba a localização das fontes sonoras virtuais, efeito que se torna evidente quando escutamos com auscultadores.

Muito interessante este tema, estamos sempre a aprender.

Penso que para além de interessante é também de grande relevância para esta nossa prática do Audio, em particular da estereofonia (dois canais).


As primeiras ilustrações demostram na perfeição que o recurso à técnica de close-micing (colocação de microfones a grande proximidade) é um erro, pois os instrumentos produzem as várias frequências ou notas com diferentes partes do corpo e padrões de radiação distintos, o que para além de eliminar a acústica da sala vai também provocar alterações no timbre dos instrumentos.
Em seguida podemos acompanhar a evolução das técnicas de posicionamento dos microfones no sentido de melhor captar e reproduzir o "palco" sonoro.

São-nos também dadas a conhecer as razões pelas quais certos sistemas e posicionamentos de colunas produzem um "palco" aparente de maiores dimensões e é-nos demonstrado que esse "palco" não é uma qualidade mas um defeito já que o "palco" sonoro é uma propriedade da gravação e não da reprodução.


Parece-me óbvia a conclusão de que a colocação de colunas próximo das paredes laterais sem qualquer toe-in (convergência em direcção ao ponto de escuta) é contraproducente já que produz uma enorme quantidade de reflexos; infelizmente o "palco" tornou-se (graças aos reviewers?) numas das prioridades tanto de audiófilos como de fabricantes de colunas.

Por outro lado a obsessão pelo "detalhe", pelo "recorte" e pelo "arejamento" tem levado a que muitos engenheiros recorram à técnica de close-micing, de onde resultam gravações excelentes para demostrar (leia-se vender) equipamentos mas que pouco têm de realista.