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¿Qué es la fase de la Onda Sonora? Algunos fundamentos. ► Episodio I

Comenzamos con este artículo el abordaje de un tema muy importante en el mundo del audio, la música y la tecnología. Comenzar a comprender este concepto nos evitará muchos dolores de cabeza...

♦│LESSON│Acústica│ Comenzamos con este artículo el abordaje de un tema muy importante en el mundo del audio, la música y la tecnología. Comenzar a comprender este concepto nos evitará muchos dolores de cabeza. Cuando se involucran más de una onda sonora, el fenómeno acústico se torna bastante más complejo de lo observado en los artículos anteriores. La correcta comprensión del concepto de la fase, nos permitirá aplicarlo en posteriores situaciones de mezcla, síntesis, mastering y edición de sonido.

Fundamentos:

Cuando dos formas de onda ocurren en el mismo tiempo y en el mismo espacio (frente de onda) interaccionan la una con la otra y crean una nueva forma de onda. La fase describe la posición relativa de una forma de onda con otra, y se expresa en grados. (un ciclo completo de una onda sonora equivale a 360 grados). Para simplificar la comprensión del fenómeno, por ahora limitaremos algunas variables, asumiendo que las dos ondas son idénticas (cosa que no ocurrirá sin duda en el mundo real), por lo que por ahora podemos descartar las sutilezas y complejidades acústicas que devienen de la interacción de varias fuentes sonoras en un mismo ámbito.

Si dos ondas idénticas (en amplitud y frecuencia) se inician en un mismo instante de tiempo, la onda resultante será de una intensidad que representa la suma de las amplitudes. Es decir tendremos dos cuerpos vibratorios ejerciendo presión en el mismo sentido y en el mismo instante de tiempo, por lo tanto es lógico que las amplitudes se sumen. Como ambas ondas sonoras están absolutamente en fase, es decir ambas comenzaron en el mismo instante de tiempo y realizan el mismo tipo de movimiento de amplitud para ese punto en el espacio y en ese momento, las amplitudes se suman formando lo que se llama una interferencia constructiva. En este caso, como no hay desplazamiento de fase, diremos que la fase comparativa es de 0 grados.

 

Si en cambio dos ondas idénticas se inician en distintos instantes de tiempo de tal modo que cuando una está ejerciendo presión en un sentido, la otra lo hace en el sentido inverso? Entonces se cancelarán. Es decir, para ese instante de tiempo y en ese lugar del espacio, la onda uno estará realizando un movimiento de presión positiva, (respetando su ciclo de frecuencias idéntico a la onda dos) al mismo tiempo que la onda dos estará haciendo exactamente lo mismo, pero en sentido contrario. Como consecuencia de esto, los dos movimientos vivratorios se anulan. Las ondas se cancelan completamente. Las ondas estarán 180 grados fuera de fase o desfasadas.

Obviamente hay distintos gradientes de desplazamiento de fase, y no siempre una onda se cancela completamente sino que el resultado de la interacción deviene en una modulación de la amplitud final, dada por como interactúan las distintas ondas mínimamente desfasadas, entre si.

Esta minúscula explicación que hemos dado, solo está teniendo en cuenta dos ondas sonoras idénticas. Imaginemos entonces cuanto más complejo es la interacción de múltiples ondas sonoras; tal como pueden darse dentro de la caja de resonancia de un instrumento musical o dentro de un recinto acústico particular (Catedral, estudio de grabación, etc.)

Implicaciones Prácticas:

Veamos ahora algunas aplicaciones, causas y consecuencias que se desprenden del concepto de fase. O de las interacciones de dos ondas idénticas.

Efectos de Phase Shifting

Cuando dos ondas sonoras ricas en espectro se desfasan (sin llegar a 180 grados) se produce un efecto particular llamado PHASING. Escuchemos en el siguiente ejemplo, para este caso las ondas no se encuentran desfasadas. La resultante es una onda de mayor amplitud y sin efecto PHASING.


En cambio escuchemos en el siguiente ejemplo una onda ha comenzado unos pequeños milisegundos después que la onda original. Por lo tanto estan fuera de fase (no llegan a estar opuestas, es decir no llegan a 180 grados de desfasaje) La audición del efecto de PHASING es aquí verdaderamente notable.


Aqui tenemos dos ejemplos más: Un fragmento (no mayor a 20 segundos) de una obra musical en MONOFÓNICO, en la cual hemos mantenido la fase original (cero grados) entre las dos ondas idénticas que construyeron esta resultante.


Y el mismo fragmento Monofónico, pero esta vez hemos desplazado unos milisegundos la segunda onda y sumado en la mezcla la resultante sonora.


Notemos en este segundo ejemplo, como el desplazamiento de fase ha incidido directamente sobre la resultante de amplitud. No llega a CANCELARLA (anularla completamente) pero sin embargo ha disminuiro su nivel promedio de amplitud (average level).

En general es un efecto no deseado en una mezcla, aunque si puede ser parte del color especial de una guitarra o cualquier otra señal tratada a propósito con un efecto de Flanger

y aquí vemos el funcionamiento de un FX de Chorus


La diferencia entre un fx de flanger y phaser, es que el phaser además de operar sobre la fase, tiene filtros (EQ) que pueden ser controlados y modulados a través del tiempo. Pero en resumen, CHORUS, FLANGUER, PHASER y DELAY son todos efectos que se basan en el principio de demorar una señal original entrante, contra la señal en tiempo real y sumalas en el final. (aunque también modulan algunos otros parámetros). Para conocer un poco más acerca de los Procesos de la señal sonora, te recomendamos que leas nuestro artículo: ¿Que significa DSP?

Colocación de los micrófonos

Cuando dos ondas idénticas impactan sobre el oído con diferencia de milisegundos se produce un desfasaje de las ondas. Para el caso también es valido cuando esto ocurre contra dos micrófonos. Una misma onda sonora, si es recogido por dos micrófonos a distancias diferentes de la fuente, seguramente provocara un efecto de phasing. (ya que la fuente sonora impactará primero en un mic antes que en el otro) Por eso es de vital importancia la colocación de los micrófonos. En especial el microfoneado de las baterías y todas aquellas situaciones en las cuales, para recoger la señal, sea necesario usar mas de un micrófono. Para evitar este y otros tipos de inconvenientes, las consolas de mezcla profesionales tienen un control para poder invertir la fase de un canal determinado si fuera necesario. Aunque lo mas razonable es intentar físicamente colocar los micrófonos para evitar cancelaciones de fase innecesarias.

Evolución de la fase en el timbre musical

A nivel microscópico, a veces los armónicos de un cuerpo vibratorio, o sus fundamentales, producen interactuando con las cajas de resonancia, sutiles diferencias de fase, que terminan siendo características propias del timbre del instrumento. En este caso las interacciones complejas de fase que se dan dentro del instrumento, pueden llegar a ser un factor deseado, puesto que constituyen características esenciales del timbre. Y más aún, de hecho en las secciones de la orquesta, el efecto de desplazamiento de fase es el que dá color a la sección. No es lo mismo un único violin amplificado 16 veces que 16 violines no amplificados.  Porque de hecho, nunca iniciaran sus ciclos en fase, (sin contar con que cada instrumento individual, por su construcción, materiales, posición en el espacio, intérprete, tiene variaciones sutiles de timbre), y el desfase de la sección es el que termina dando característica de chorus o gran sección. (Además de tener en cuenta el factor de que la afinación no será perfecta). Este es el ejemplo típico en donde los errores constituyen una estética deseada. Si los intérpretes fueran tan perfectos, en la masa orquestal solo escucharíamos un único primer violín amplificado y con cierta pobreza tímbrica.

Edición de Sampling y ciclos de fase

Si bien no entraremos en profundidad en el tema de como afecta la fase a la edición de sampling, la mayoría de los diseñadores de sonidos sabe lo que implica hacer un loop en una muestra. El loop (bucle) se realiza para ahorrar memoria (dado que en algunos casos la evolución de la onda se estabiliza y forma ciclos idénticos) y para poder tener control MIDI sobre el período de sustain de la onda resultante (cuando activamos el mensaje MIDI de “note on”, el sintetizador lee el sample y se queda en loop sonando en los puntos marcados a tal fin, hasta que llega el mensaje de “note off”). Sin embargo muchas veces no alcanza con encontrar un loop de frecuencia.Es decir de encontrar un momento en la onda en donde resultan estables los ciclos por segundo y la amplitud.

En algunas muestras  es necesario también encontrar un bucle de fase. Esto se da especialmente en aquellos sonidos de rico espectro, en donde resulta más difícil encontrar puntos de loops, ya que la complejidad de fases y afinaciones de la sección, hay que mirarla también a través de los ciclos de fase. Lá técnica mas habitual consiste en acercar y alejar el zoom para tratar de comprender la onda no solo auditivamente sino también visualmente.

Cuestión de tiempo:

A modo de resumen convenimos que en todos los casos la alteración de la fase es algo que se relaciona directamente con el tiempo. Sólo a modo ilustrativo, ponemos un ejemplo de dos señales idénticas con diferentes grados de desplazamiento en el tiempo. A tal punto, que llegaremos a percibir un delay.

En fase de 0 Grados. Perfectamente alineadas las dos ondas:

Las ondas no tienen desplazamiento de fase alguno

Las ondas están desfasadas unos 180 Grados. Cuando una ejerce presión en un sentido, la otra lo hace exactamente igual en sentido contrario.

Una onda cancela completamente a la otra. Si pusiste play para escuchar, es porque aún tienes que repasar el concepto, o porque eres un científico de verdad que precisa comprobarlo por sí mismo!

Las ondas están apenas fuera de fase. La onda uno inició primero en el tiempo, y luego la onda dos inició. Consecuencia: aumentación de la diferencia de fase.

Dos ondas ligeramente desplazadas en el tiempo: phasing o flanger

 

Las ondas iniciaron con bastante diferencia de tiempo: el resultado es una especie de Chorus. que da la sensación de mayor cantidad de señales. 

Dos ondas con un poco más de desplazamiento: Chorus

Si el desplazamiento en el tiempo es mayor, ya estaremos hablando de una sensación muy elemental de reverberación..

Aumentamos un poco más la diferencia de tiempo: Reberv

Y si aun demoramos más una señal con respecto a otra, nos hallamos en la presencia de un eco simple, o un delay. 

Cuando la diferencia de tiempo es mucho mayor, ya hablamos de DELAY o Eco.

Como hemos visto, la fase tiene sus complejidades, y atraviesa desde la colocación de los micrófonos, nuestra posición en el espacio, la posición de la fuente sonora, las ondas reflejadas por el espació que las contiene, y un sinfín de variables más… que hacen que tengamos siempre que tener atención en este concepto. ¿Que sucede en cada momento con las fases de las señales involucradas en mi propia producción y cómo las percibo?.

En profundidad: ¿Por qué la fase se mide en grados? :Mientras tanto si queremos profundizar un poco, este video, que está en inglés, pero se comprende muy bien gráficamente, podrá ir ampliando nuestros conocimientos un poco más.

 

Continuará…

En la próxima entrega discutiremos acerca de algunos efectos que devienen de la inversión de fases. Hablaremos del Wide Stereo, del Pseudo Stereo y del efecto karaoke.

Para leer la segunda parte, haz click aquí.


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Diego Merlo

 Buenos Aires. Argentina. Ángel Diego Merlo Co-Founder. Dirección de Contenidos. Autor.  Periodismo técnico  Diseño de Sonido  Sampling  Post Producción  Pedagogía  Armonía y Arreglos  Protocolo MIDI[

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Angel Diego Merlo

Diego Merlo es compositor, arreglador y director de orquesta. Con más de 30 años de experiencia docente en el tema, al frente del aula y como director. Técnico de sonido y Sound Designer para varias marcas internacionales. Periodista técnico con más de 900 páginas publicadas en medios gráficos. E incontables artículos publicados en formato digital. Ha resuelto más de 106 horas de post producción para cine y TV emitidas al aire. Ha participado en más de 70 conferencias y congresos nacionales e internacionales, como disertante,  sobre sus especialidades. Varios premios internacionales de composición. Es consultor de algunas universidades para la carrera de imagen y sonido. Quince años de experiencia como operador de Sonido En Espn.

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