Reverberación: nociones básicas, acústica y percepción

Inauguramos con este tutorial unas entregas dedicadas a la reverberación que iremos desgranando en próximas semanas. Para arrancar, nos acercamos de forma sencilla a las bases acústicas y psicoacústicas de la reverberación. Conocerlas con un mínimo de detalle es necesario para saber sacar provecho a sus simulaciones hard y soft. Irán apareciendo algunos consejos y recomendaciones de uso, aunque no es el objetivo principal de hoy.

La reverberación, sin duda, es un aspecto esencial cuando hablamos de cualquier evento no ya musical sino en el que intervenga audio, sea una conferencia, una obra de teatro, un audiovisual, o un concierto. El conjunto de reflexiones que se producen en las paredes del recinto o espacio en el que nos encontramos genera esa cola de reflexiones que llamamos reverberación y que extiende la duración de los sonidos más allá del final de su emisión en la fuente. Las ondas permanecen surcando el aire y rebotando en las paredes hasta que su energía se agota entre tanto viaje y colisión y dejamos de percibir la señal.

Si pensamos en un sonido original corto (una palmada, el estallido de un globo, un disparo…), podríamos concebir la producción del sonido original (1 en la figura), su posterior llegada al punto de escucha (2) ya algo reducido en nivel, y la algo más tardía llegada de las reflexiones, entre las que son perceptualmente muy diferentes las más tempranas (3) respecto a la ‘congestión’ que finalmente se alcanza de rebotes indistinguibles superpuestos (4) producto de reflexiones secundarias y terciarias. [Nota: pinchad en la figura para verla en mayor detalle]

Las primeras reflexiones o early reflections (ER) son especialmente importantes por ser las que corresponden a rebotes directos en las paredes más próximas o en todo caso, antes de que abunden tanto los rebotes que pasen a ser casi un continuo. Llegan pronto y todavía fuertes al punto de escucha.

Poco después, tanto el sonido original como estas primeras reflexiones generan segundos, terceros, etc. rebotes cada vez más débiles individualmente, pero también más complejos y amalgamados, confundidos en una ‘cola’ reverberante difusa en la que no es posible discernirlos individualmente.

Si pintáramos a lo largo del eje de tiempo cada uno de esas llegadas del sonido, tendríamos algo semejante a esto:

Aunque en esta figura hayamos pintado una única primera reflexión en ‘verde’, las primeras reflexiones son en realidad un conjunto. Forman un grupo que se presenta inicialmente sin que pueda establecerse una frontera nítida entre él y la cola o campo reverberante final. Pero aunque no sean fácilmente separables de forma estricta esas dos partes del hecho reverberante, sí tienen un carácter perceptual muy diferente.

La posición temporal de cada una de las primeras reflexiones (ERs) resulta muy significativa perceptualmente. Permite obtener una sensación global de tamaño y configuración de la sala. Informan de la ubicación de las principales paredes y también de dónde están la fuente y el receptor. El patrón que sigan las ERs nos puede hablar de una sala de forma alargada o más equilibrada, de una sala demasiado paralelepipédica o más irregular. Y nos ayuda también a ubicar los instrumentos dentro de la sala. P.ej. un instrumento cercano a una pared tendrá una primera reflexión casi pegada al sonido directo y con un nivel posiblemente fuerte. Si además de estar cercano a una pared estuviera ‘de espaldas’ a nosotros los escuchantes, el sonido directo podría ser más opaco que la propia primera reflexión. Opción por cierto nada habitual en reverbs artificiales, como tampoco es habitual que se toque ‘de espaldas’ al público, aunque pueda tener su gracia.

Además el material de cada pared hará que se absorba de forma diferente el contenido de baja frecuencia y el de alta, dando lugar a que las reflexiones vengan ‘filtradas’, cada una de una forma específica. Por ejemplo un techo sin tratar y muy refractivo y unas paredes laterales cubiertas con cortinas o muebles y libros, harán que la reflexión en el techo sea más brillante y las de las paredes más opacas.

En definitiva, la conformación de las primeras reflexiones (su posición temporal y su ‘color’ espectral) son esenciales y muy relevantes en su detalle para la sensación percibida de ubicación relativa entre fuente, escucha y paredes. Las ER de una reverberación que simule un baño, una habitación, un auditorio, etc. no tienen nada que ver entre sí. Además de las diferencias en el tipo de desarrollo de la cola reverberante, una reverb digital aplica diferentes juegos de ERs para cada algoritmos. Algunas, y eso es bueno, permiten incluso contar con patrones alternativos de ERs para cada tipo de sala. Hay muchas unidades de reverberación digital que permiten elegir entre un repertorio con varias de ellas.

Podréis apreciar enormes diferencias en el carácter de la reverberación final en función del tipo de ERs elegidas. No es la única diferencia entre los algoritmos de reverberación que simulan diferentes espacios, pero sí una que resulta esencial y en la que conviene contar con cierta libertad: varios tipos seleccionables, ajuste de su nivel diferenciado respecto al de la cola, separación en ms. respecto al sonido 'directo',... o incluso más allá con ERs capturadas de posiciones concretas en salas reales. Esas ERs 'muestreadas' de espacios reales son clásicas en reverberadores por convolución, y también hay soft de reverberación para diseñar ERs a partir de la definición de una forma de sala, sus materiales, y ubicando la fuente y la escucha. Esos generadores de ERs calculan el correspondiente patrón, incluso binaural para una correcta sensación estéreo, que podremos aplicar mediante convolución.

Una forma muy útil y realista de conseguir ubicar diferentes instrumentos en una mezcla, pero a la vez dar una adecuada sensación de que los instrumentos comparten un mismo espacio es que cada uno de ellos tenga un patrón de ERs diferente, aunque luego todos envíen su señal a un misma unidad de reverberación destinada a crear la cola reverberante. Es además una solución bien económica en uso de CPU: las ERs son cortas, de decenas de milisegundos. Procesarlas, incluso de forma individual para cada instrumento/pista o en varios grupos para otras tantas ubicaciones virtuales, no exige demasiado uso de CPU. Podemos permitirnos incluso hacer uso de reverbs de convolución sólo para esas ERs variadas sin tener que comprar otros dos o tres ordenadores. Utilizar una reverb completa por convolución para cada instrumento/pista/grupo sí sería capaz de agotar al ordenador más potente, pero no es el caso si configuramos sólo algoritmos o respuestas impulsivas de puras ERs sin cola. La cola puede ser, como decíamos, única y compartida en envío para todas las pistas (eso sí, mejor retirad del algortimo que haga esa cola cualquier presencia de ERs adicionales, que estarían de más y sólo ayudarían a deformar la sensación de separación de ubicaciones lograda con las ERs individuales). Es más, para la cola, una buena reverb algorítmica puede hacer innecesario acudir a una por convolución que es siempre mucho más devoradora de CPU.

En todo caso, seguro que entre vuestras unidades y plugins de efectos encontraréis algunos dedicados sólo a generar ERs. Es hora de sacarles provecho. El que les falte la cola reverberante, lejos de percibirlo como una carencia, es casi una bendición. Os permite hilar fino allí donde se necesita (las ERs) y dejar el devorador de CPU (las colas) en una única instancia de plugin. Y tenerlos aplicados por separado permite un enorme juego para terminar de encajar la mezcla en cuanto a los aspectos de reverberación.

Un excelente y muy práctico ejemplo de esta estrategia de ERs múltiples y cola compartida es la que sensatamente el buen oído de los hispasónicos del taller orquestal recomendaba en un interesante hilo que ya fue portada el pasado octubre y que tiene relevancia más allá del entorno orquestal en el que se debatió. En ese entorno muchas veces las ERs ya vienen 'preimpresas' en las muestras de cada instrumento/sección en las librerías orquestales, haciendo que según para cuales librerías pueda incluso obviarse el tener que crear las ER con reverbs artificiales. Allí veréis ejemplos de librerías que están grabadas a propósito con poca 'cola', algo que también sucederá en las grabaciones con micro 'cercano' en aquellas colecciones que ofrecen varias posiciones de micro.

El patrón de primeras reflexiones es específico para cada combinación posición fuente / posición escucha dentro de cada sala. Pero la cola reverberante, sin ser uniforme, es mucho menos dependiente de esas ubicaciones de fuente / escucha. En la cola reverberante el concepto de ‘posición’ de la fuente está en buena medida ausente: las fuentes que intervienen en la cola son todas las paredes y recovecos de la sala, convertidas en emisoras secundarias y terciarias que nos devuelven sonido desde todas las posiciones imaginables y en todas las direcciones que podamos concebir.

Desde esa perspectiva, mientras que el nivel de las primeras reflexiones tiene diferencias notables según dónde nos ubiquemos, el nivel de la cola difusa final es mucho más homogéneo en toda la sala. Al menos en salas amplias, mientras no nos coloquemos en un recoveco perdido o una confluencia de dos paredes.

Por así decirlo, la fila 3 y la fila 30 del patio de butacas reciben un mismo nivel absoluto de campo reverberante, aunque en la fila 3 el sonido directo es mucho más fuerte que la cola reverberante comparado con lo que se oye en la fila 30. No es la única diferencia. Como la cola reverberante es básicamente uniforme en todo el espacio, llega a la vez a ambos asientos, pero como el sonido directo es más tardío en la fila 30, 'parece' que la cola reberberante está algo más próxima al sonido directo. Son grados de libertad que en ocasiones pueden venir bien y que por eso aparecen como parámetros en las reverbs artificiales mínimamente complejas.

La cola reverberante es una amalgama de reflexiones tan abigarrada que a menudo su detalle interno importa poco. Por hacer una analogía, pensad en una manifestación. Todos vemos bien a los que la encabezan, los reconocemos y distinguimos hasta el punto de saber si llevan gafas o pendientes. Pero la muchedumbre que viene detrás es sólo una masa, un grupo, del que sólo podemos caracterizar aspectos globales y no individuales, como si vienen apelotonados o si son muchos o pocos, pero es imposible saber si tienen o no pendientes. Sólo sabremos decir algo sobre el pelo de esa masa si es una manifestación en favor del rubio de bote o bien en pro de orgullo de ser calvo, porque habrá un rasgo estadísticamente dominante en ese colectivo.

De forma semejante, aunque las ERs llevan mucha información útil sobre posicionamiento detallado, en la cola reverberante los detalles se difuminan y es poco importante la estructura fina interna, siendo perceptualmente relevantes sólo las 'tendencias' que apunta el grupo. Interesa la duración, cuánto tarda en extinguirse. Interesa también su color espectral y la variación de ese color a lo largo de la extinción de la cola. Pero, sinceramente, veo pocas veces justificado acudir para crear la cola a reverberación de convolución que implica detalle fino y requiere mucho cómputo para cosas que no vamos finalmente a percibir. De hecho la convolución fija con una respuesta impulsiva tomada en una sala acaba siendo algo estática, inmóvil, y muchas veces resultan más agradecidas las colas generadas con sistemas algorítmicos de buena calidad, en los que hay cierta modulación y cambio en el patrón interno de reverberación a lo largo del tiempo, capaz de dar algo más de vida al resultado. No pocas reverbs de convolución, de hecho, permiten animar las colas reintroduciendo algo de algoritmia y no obcecándose con el supuesto 'ideal' muestreado de un espacio real por magnífico que sea.

Si lo queréis aún más claro: mi preferencia para la mayor parte de los casos, tanto por cuestión de consumo de CPU como de resultados finales, pasa por usar varios patrones de ERs diferentes (que podrían generarse por convolución) para ubicar los instrumentos/pistas/grupos en lugares diferentes y una cola reverberante común y sin ERs aplicada en envío que sería algorítmica y de cierta calidad, capaz de evitar cualquier sensación 'cíclica' y que logre una buena sensación difusa. Regulación del retardo previo a cada juego de ERs, y un retardo antes de cada envío a la reverb de cola útiles para refinar y descongestionar cuando haga falta. Sin olvidar que pueda haber proyectos que necesiten otras estrategias porque busquen a propósito un sonido técnicamente más deficiente pero estilísticamente más adecuado.

Dicho lo cual, tampoco hay que complicarse siempre la vida tanto porque sí. Pero si en un proyecto con un diseño de reverb más sencillo (p.ej. una única reverb en envío para todo) empezáis a no obtener los resultados apetecidos, pensad en separar los instrumentos más críticos, y dadles su propio juego distintivo de ERs (probando varios hasta dar con el que más encaje, sin descartar no darles ninguno) y añadidles su cola reverberante con el mismo algoritmo que a las demás pistas pero en una instancia que tenga retiradas las ER que estéis aplicando para esa reverb general.

Cómo de fuerte nos llega directamente la señal original al punto de escucha depende de la distancia que nos separa de ella, pero no depende de la sala. Ni de sus dimensiones ni de sus materiales. Las paredes no influyen en la diferencia de nivel entre la señal que emana de la fuente y la que llega directa a nuestro oído. Es un rayo directo sin intervención de pared alguna, que sólo sufre el ‘desgaste’ de nivel y un mínimo de pérdida de agudos por el viaje a través del aire.

Pero en el resto del sonido que nos llega en las componentes reflejadas sí intervienen las paredes. Tal como hemos descrito, de forma diferentes en las ER y en la cola reverberante. Mientras las primeras reflexiones dependen mucho de la ubicación concreta, la cola reverberante es aproximadamente fija para cada sala estemos donde estemos. Por ello prefiero reverbs que ajusten separadamente el nivel de las ER y el de la cola reverberante. Es más, como apuntaba antes, prefiero generar las ERs y la cola separadamente, porque eso permite tratamiento diferenciado, quizá tratando la cola con algún tipo de compresión/expansión o side-chain para controlar su presencia relativa a la señal, o evitando la prolongación de las silibantes en la cola sin negarla en las ERs, etc.

Con todo, la diferencia entre el nivel de sonido directo y el nivel del efecto reverb ‘global’ es importante perceptualmente.

Sonido directo muy alto respecto al reflejado, da sensación de fuente cercana, de la que oímos mucho sonido directo temprano, mientras que el camino de ida y vuelta hasta las paredes reduce el nivel y retrasa la llegada de la reverberación. Sonido directo y reflejado con niveles cercanos hablan de mayor distancia, sensación que se refuerza disminuyendo el retardo entre el sonido directo y sus reflexiones. Y desde luego señal directa más débil que la reflejada (algo que sucede en los espacios naturales, no es sólo una posibilidad artificial) y sin apenas retardo que las separe sitúa la fuente muy, muy alejada, perdiéndose por el fondo del escenario virtual que narra nuestra mezcla.

Desde luego, son todos los parámetros los que intervienen y debería haber una correcta consistencia entre el ajuste de los niveles y el de los retardos de entrada de las ERs y la cola. Si las ERs tardan un tiempo amplio en aparecer, la sensación es de un gran volumen de sala, con paredes bien alejadas tanto del instrumento como del oyente/escucha. Sería atípico encontrar que la cola arranca antes de las ERs, completamente antinatural, pero el ajuste independiente de los tiempos para las ER y para la cola reverberante lo admite en algunos modelos de reverb artificial.

El ajuste individual del retardo pre-ERs y del pre-cola está pensado más para poder definir cuándo llegan las ERs (esa separación con el sonido original que decíamos) y cuánto tiempo van a estar estas ERs expuestas libres de la entrada de la cola. Aumentar el espacio que separa el inicio de las ERs y el inicio de la cola reverberante es algo que ayuda a sentir mejor, con más definición, el impacto de esas ERs y puede ser una forma de realzar la separación de las fuentes, su ubicación espacial en posiciones diferenciadas. Pero hay que vigilar que no retrasemos tanto la cola que se produzca una escisión demasiado artificial entre ambas fases del hecho reverberante que haga antinatural el resultado.

En definitiva algunas de las principales pistas para nuestro oído en la interpretación de la reverberación y que una unidad artificial debería considerar son:

- La relación sonido directo/sonido reflejado (mejor si podemos controlar individualmente nivel de ER y de cola reverberante) y la separación temporal directo/reverberación (de nuevo en sus dos frentes ER y cola) que nos informa de la cercanía de la fuente y nos puede dar más claridad en la sensación de ubicaciones diferentes.

- La mayor o menor presencia de ecos distintivos, esas primeras reflexiones distinguibles frente a la reverberación difusa o borrosa de fondo y que portan una información valiosísima para definir el tipo de sala y la ubicación de fuente y escucha en relación a ella.

- La duración de la cola reverberante, que nos da una una sensación global combinada sobre la viveza de la sala, si es de materiales absorbentes o al contrario muy reflectores. Esa duración se mide con el llamado tiempo de reverberación o T60 al que hemos dedicado otra entrega que os animo a leer.

- La dependencia de la reverberación con la frecuencia, dado que el tiempo de reverberación no es el mismo para todas ellas, y que profundiza en las sensaciones sobre el tipo de material. Las losetas y otros materiales duros y planos reflejan por igual todas las frecuencias, mientras que los más habituales materiales son de tipo ‘paso bajo’ y hacen desaparecer más rápidamente las altas frecuencias en la cola reverberante. Muchas unidades de reverb artificial permiten combinar una acción 'paso bajo' con otra 'paso alto' para evitar un exceso de reverberación en el registro grave, que suele emborronar excesivamente la percepción.