El piano es un instrumento enorme en todos los sentidos. Antes de colocar los micrófonos, conviene comprender mejor cómo funcionan los campos sonoros alrededor (y dentro) del instrumento. Realizamos mediciones con un conjunto de diez micrófonos, mediciones que quizás no hayas visto antes. Este artículo te ofrece información para ampliar tus conocimientos y mejorar tu sonido.
El piano como fuente de sonido
Campo cercano vs. campo lejano
El campo cercano se define a menudo como la región alrededor de una fuente de sonido donde la sala no influye, y, en el caso del piano, es básicamente donde los micrófonos están muy cerca de las cuerdas. Sin embargo, no es desde ahí desde donde una persona escucha. Existe otra forma de definir el campo cercano: desde la perspectiva del pianista al teclado. Por eso, el ingeniero de sonido y el pianista no siempre coinciden en qué suena mejor.
El campo lejano es donde se ubican los demás oyentes. Aquí, la acústica de la sala forma parte de la experiencia. Como ocurre con muchos instrumentos acústicos, especialmente en la música clásica, el instrumento y la sala, en conjunto, proporcionan la experiencia completa del instrumento. El sonido se irradia en múltiples direcciones y se «suma» en la sala. Entonces, se trata de encontrar el equilibrio entre el instrumento y la sala.
Conclusión : Ten en cuenta la perspectiva del oyente.
¿Qué capturar y qué no?
Por lo general, queremos capturar todo el rango de frecuencias y el rango dinámico del instrumento. También podemos querer capturar la percepción del tamaño del instrumento, cualquier rasgo «grandioso» del piano.
No queremos capturar el ruido mecánico secundario del piano, como la activación de los pedales, el movimiento del teclado, etc. También se deben evitar las vibraciones mecánicas del marco y el mueble en las pistas grabadas.
Además, queremos evitar captar el sonido de otros instrumentos o de otras fuentes cercanas al piano.
Conclusión : Asegúrese de que los micrófonos no capten los ruidos mecánicos del instrumento.
¿Qué tipo de fuente de sonido es el piano?
El campo sonoro alrededor del piano es complejo. Por eso invertimos tanta energía en la selección y colocación de los micrófonos, así como en otros factores, al grabar o amplificar el instrumento.
En el campo lejano (a más de 5 metros), el piano suele considerarse una fuente puntual. Esto significa que el nivel de presión sonora (SPL) se reducirá en 6 dB por cada duplicación de la distancia (suponiendo que no haya reverberación).
Cerca de una sola cuerda, puede considerarse una fuente lineal (el nivel disminuye 3 dB por cada duplicación de la distancia). Sin embargo, dado que normalmente se tocan varias cuerdas, el campo sonoro sobre la caja de resonancia se aproxima al de una fuente plana, lo que idealmente proporciona un nivel de presión sonora constante. Al no ser una fuente puntual, tampoco se produce prácticamente ningún efecto de proximidad con los micrófonos de gradiente (cardioides).
Aquí se muestran algunas mediciones realizadas con nuestro conjunto de diez micrófonos en posición vertical sobre la caja de resonancia, centrados sobre la mitad del marco (do central), y sin tapa en el piano. La posición más baja del micrófono es de 10 cm por encima de las cuerdas.
Figura 1. La curva roja continua muestra cómo se atenúa el nivel de presión sonora desde 10 cm hasta 100 cm por encima de las cuerdas, como si fuera el promedio de una fuente lineal y una plana. La medición se realizó sin la tapa. Las líneas discontinuas muestran la atenuación teórica de fuentes puntuales, lineales y planas, respectivamente. (La foto se sustituye por un dibujo).
Conclusión : El nivel de presión sonora (SPL) es bastante constante alrededor del instrumento, en comparación con muchos otros. Además, permite usar micrófonos omnidireccionales o cardioides, según las preferencias. El efecto de proximidad es prácticamente inexistente.
Comportamiento de la cadena
La frecuencia fundamental de la cuerda depende de sus dimensiones físicas, su tensión, rigidez y masa. Además, el timbre se ve afectado, en cierta medida, por el punto y la forma en que se golpea la cuerda, al menos durante la parte inicial del sonido. En el piano, los macillos tienen una posición fija a lo largo de la cuerda. (En la guitarra, la cuerda se puede golpear en diferentes puntos a lo largo de su longitud, lo que puede modificar su comportamiento tonal).
Al considerar estos parámetros físicos, observamos que la experiencia, la capacidad auditiva, la tradición y la artesanía en la construcción de pianos han dado como resultado un instrumento en el que las notas de baja frecuencia se generan mediante una o dos cuerdas largas, gruesas y entorchadas, y las notas de alta frecuencia mediante tres cuerdas más cortas y delgadas. Esta diferenciación se realiza para brindar igualdad y coherencia en todo el rango de frecuencias.
Así pues, en principio, la longitud de una cuerda no guarda relación directa con la frecuencia generada, a diferencia, por ejemplo, del órgano de tubos. En principio, una misma longitud de cuerda puede generar toda la escala.
La cuerda está suspendida entre dos puntos. Cuando el martillo golpea la cuerda, se genera un impulso que se propaga a lo largo de ella. Sin embargo, tras un breve lapso, se producen ondas estacionarias. Estas ondas (similares a las ondas estacionarias en habitaciones) tienen longitudes de onda que son fracciones de la longitud de la cuerda. Además, la cuerda vibra tanto vertical como horizontalmente (vibraciones transversales), lo que provoca su rotación. Estos movimientos tienen frecuencias ligeramente diferentes. Por lo tanto, las propiedades físicas de la cuerda pueden dar lugar a armónicos inarmónicos. Esto ocurre especialmente cuando la cuerda se vuelve más gruesa y, por consiguiente, más rígida.
Cabe mencionar que, para que los pianos su afinación resulte agradable al oído, es necesario «extender» las frecuencias más altas para compensar la compresión de la escala auditiva. Esto significa que las frecuencias más agudas se afinan ligeramente más altas de lo que requeriría la escala calculada matemáticamente.
Conclusión : Siempre hay armónicos inarmónicos presentes, que forman parte de las características sonoras del piano.
Nivel de presión sonora (SPL) en función de la posición a lo largo de la cuerda.
El nivel de presión sonora (SPL) a lo largo de una cuerda puede variar según la forma de onda y la vibración de la misma. Aquí se muestra una medición a lo largo de una sola cuerda (A1), desde 10 cm por encima del martillo y con una separación de 10 cm a lo largo de la cuerda, hasta 90 cm desde la posición del martillo.
Figura 2. Medición del nivel de presión sonora (SPL) en función de la posición a lo largo de una sola cuerda (A1 = 55 Hz). El conjunto de micrófonos consta de 10 unidades, espaciadas a 10 cm. 0 cm corresponde a la posición justo encima del martillo. La cuerda se pulsó con una fuerza correspondiente a piano, mezzo forte y fortissimo, respectivamente.
Conclusión : La medición muestra que la diferencia de nivel a lo largo de la cuerda es de aproximadamente 2-3 dB. También muestra que la diferencia entre p (piano) y mf (mezzo forte) es de aproximadamente 6 dB, al igual que la diferencia entre mf y ff (forte fortissimo), también de alrededor de 6 dB.
Correlación frente a posición a lo largo de la misma(s) cadena(s)
Al grabar audio para lograr un sonido envolvente e inmersivo, se busca una correlación adecuada entre los canales. Si es demasiado alta, es como reproducir señales mono: el altavoz más cercano define la dirección, no se oyen los demás y no se experimenta la inmersión. Si la correlación es demasiado baja, suena como si las fuentes fueran independientes y sin relación.
Al microfonear el piano, es común colocar dos micrófonos sobre las cuerdas: uno principalmente para las frecuencias graves y otro para las agudas, para lograr una buena imagen estéreo. En el piano, hay al menos una dimensión más a considerar: la frontalidad/posterioridad. De hecho, es posible usar dos conjuntos de micrófonos estéreo simultáneamente, es decir, un conjunto colocado justo encima de los macillos y otro más abajo en las cuerdas.
En la grabación de nivel mencionada anteriormente, que se realizó con 10 micrófonos a lo largo de la cuerda, se utiliza la misma grabación para demostrar una grabación de piano inmersiva.
Se midió la correlación entre las posiciones. Los resultados se muestran en la tabla a continuación. En todos los casos, el micrófono 00, situado encima del martillo, es la referencia (canal 1), y el otro canal (2) contiene las señales de los micrófonos 10 al 90, sucesivamente.
| Distancia entre micrófonos | Entrada del canal 1 | Entrada del canal 2 | Rango de correlación de -1 a +1 | Comentario |
|---|---|---|---|---|
| 0 cm | Micrófono 00 | Micrófono 00 | 1.00 | |
| 10 cm | Micrófono 00 | Micrófono 10 | 0,95 | |
| 20 cm | Micrófono 00 | Micrófono 20 | 0,86 | |
| 30 cm | Micrófono 00 | Micrófono 30 | 0,72 | |
| 40 cm | Micrófono 00 | Micrófono 40 | 0,60 | |
| 50 cm | Micrófono 00 | Micrófono 50 | 0,40 | |
| 60 cm | Micrófono 00 | Micrófono 60 | 0,25 | |
| 70 cm | Micrófono 00 | Micrófono 70 | 0,20 | Gran variación de correlación durante la desintegración |
| 80 cm | Micrófono 00 | Micrófono 80 | 0,10 | Gran variación de correlación durante la desintegración |
| 90 cm | Micrófono 00 | Micrófono 90 | 0,10 | Gran variación de correlación durante la desintegración |
Tabla 1. Correlación entre diferentes posiciones sobre la misma cadena (A1). Consulte el recuadro informativo al final de este artículo para obtener más información sobre la correlación.
Figura 3. Estas son las dimensiones de la cuerda medida (A1), la posición del martillo y las posiciones de todos los micrófonos.
Conclusión : Vale la pena experimentar con más micrófonos dentro del piano. Es una oportunidad para crear contenido envolvente dentro del mismo instrumento musical.
Enfocar el campo sonoro
Cambiar la posición de la tapa puede alterar la proyección del campo sonoro del piano.
Realizamos una prueba en la que el conjunto de sensores se colocó verticalmente sobre el centro de la caja de resonancia (como se muestra en la Figura 1). Esta grabación se utilizó como referencia para las posiciones fuera del piano, concretamente a 60 cm del arco perpendicular a la abertura de la tapa.
El micrófono más bajo (Mic 00) se colocó a 10 cm por encima de las cuerdas durante todas las mediciones. (Véase la figura 4):
Figura 4. Colocación del conjunto frente al piano, a 60 cm del arco.
Las longitudes de los palos eran de 12 cm (pequeño), 28 cm (mediano) y 80 cm (largo).
Los siguientes espectros de frecuencia ilustran algunos de los resultados de este experimento. También se incluye el nivel de presión sonora (SPL) de cada medición.
SPL, Mic 90
Sobre cuerdas, sin tapa: 89 dB
A 60 cm del arco, sin tapa: 86 dB
A 60 cm del arco, palo pequeño: 80 dB
A 60 cm del arco, bastón mediano: 79 dB
A 60 cm del arco, palo largo: 78 dB
SPL, Mic 40
Sobre cuerdas, sin tapa: 90 dB
A 60 cm del arco, sin tapa: 87 dB
A 60 cm del arco, palo pequeño: 82 dB
A 60 cm del arco, bastón mediano: 82 dB
A 60 cm del arco, palo largo: 81 dB
SPL, Mic 00
Sobre cuerdas, sin tapa: 95 dB
A 60 cm del arco, sin tapa: 87 dB
A 60 cm del arco, palo pequeño: 81 dB
A 60 cm del arco, bastón mediano: 81 dB
A 60 cm del arco, palo largo: 81 dB
Figura 5. Resultados seleccionados de las mediciones (espectros de 1/3 de octava).
Conclusiones : En primer lugar, estas mediciones se basan en un análisis de 1/3 de octava, que suele ser un buen descriptor del timbre de un espectro completo. Sin embargo, los filtros son demasiado amplios para mostrar los armónicos individuales.
Parece que una posición aproximadamente a 50 cm por encima de las cuerdas (micrófono 40) proporciona el espectro más equilibrado, una mejor presencia de las bajas frecuencias y un nivel de presión sonora ligeramente superior.
Sin embargo, el timbre en la posición del micrófono situada a 1 metro por encima de las cuerdas, a 60 cm del arco (Micrófono 90), muestra un poco más de presencia que en otras posiciones.
Si la posición del micrófono es demasiado baja, la sombra del marco del piano afectará al sonido en cierta medida.
La variación del nivel de presión sonora (SPL) con respecto a la longitud de la varilla parece menor de lo esperado. Al escuchar grabaciones, las reflexiones individuales de la tapa pueden provocar filtrado en peine. Sin embargo, debido a la amplitud de la fuente sonora, el efecto es casi imperceptible.
Figura 6: Comparación del nivel de presión sonora (SPL) de tres micrófonos en el arreglo. Esto muestra que, incluso con un palo largo, el nivel es más alto en el micrófono 40 (50 cm por encima del plano de las cuerdas).
Dentro/fuera del piano
Al colocar micrófonos dentro o alrededor de un piano, estos pueden captar sonidos de otras fuentes. Esto debe evitarse especialmente al usar micrófonos para amplificar el instrumento.
Realizamos mediciones para cuantificar la función de la tapa. Es habitual cerrar la tapa cuando se amplifica el piano. Sin embargo, a veces parece que no tiene el efecto deseado.
Así pues, nuestro conjunto de micrófonos se colocó encima de las cuerdas. (Aquí solo se indica la posición del martillo).
Se colocó una fuente externa, un altavoz de megafonía, en la dirección de la abertura de la tapa. La señal del altavoz era ruido rosa (véase la figura 4). El resultado es un promedio de las señales de los 10 micrófonos.
Figura 7. Configuración para la grabación de una fuente de sonido externa (un altavoz PA).
Figura 8. Esta es la diferencia entre las posiciones de la tapa. Las tres curvas muestran la diferencia entre los sonidos medidos dentro del piano:
Curva azul: Palo corto (SS) frente a tapa cerrada (CL). Se observa una ganancia de baja frecuencia cuando la tapa está cerrada. Por encima de 200 Hz, se produce una atenuación del sonido externo.
Curva naranja: Palo largo (PL) frente a tapa cerrada (PC). Se observa una ganancia de baja frecuencia con la tapa cerrada. Por encima de 200 Hz, se produce una atenuación del sonido externo.
Curva verde: Sin tapa (NL) frente a con tapa cerrada (CL). La atenuación de baja frecuencia solo existe porque el nivel es mayor cuando la tapa está quitada.
Conclusión : Cerrar la tapa reduce el ruido externo únicamente por encima de los 200 Hz. A bajas frecuencias, lamentablemente, puede experimentar una ganancia de aproximadamente 5 dB.
Recuadro informativo 1:
Cómo realizamos el análisis
Diseñamos una matriz de micrófonos recta compuesta por 10 micrófonos omnidireccionales (4060 CORE+) dispuestos en un soporte delgado con una separación de 10 cm entre ellos. Se utilizó el adaptador Phantom (DAD9001) con todos los micrófonos.
Los micrófonos se conectaron a un convertidor de audio digital de Dinamarca y se grabaron en ProTools (32 bits, 96 kHz).
Los micrófonos se calibraron utilizando un calibrador acústico (B&K 4230).
Los espectros se analizaron utilizando Smaart Suite y EASERA.
Se analizaron los espectros de pulsaciones de teclas (individuales o en todo el teclado) mediante un promedio infinito (>2 minutos por secuencia, en bucle) y los resultados se transfirieron a una hoja de cálculo para su presentación.
El objeto de las mediciones fue un piano Kawai.
Recuadro informativo 2:
Acerca de la correlación
En audio, medimos la correlación entre los dos canales de una señal estéreo. La mayoría de los DAW incluyen un medidor de correlación, también conocido como medidor de fase. Técnicamente, se trata del coseno del ángulo de fase entre los canales. Por lo tanto, su valor puede variar de -1 a +1. Si los canales están completamente desfasados, la lectura es «-1». Si están completamente en fase, la lectura es «+1».
En la producción inmersiva, es ventajoso que los canales no estén completamente correlacionados (de lo contrario, solo se escuchará el altavoz más cercano). Generalmente, el coeficiente de correlación entre canales debe rondar el 0,2. Existe un factor de tiempo para promediar las señales y estabilizar la lectura. Sin embargo, este promedio también proporciona el valor de correlación global.
Referencia: Brixen, Eddy B.: Medición de audio, 3.ª edición, Routledge.
