Realización y Análisis de Procesos de Arquitectura Sonora Virtual

148 Pages·2008·1.79 MB·Spanish

PROCESOS DE MEZCLA, MASTERIZACIÓN Y CODIFICACIÓN, PARA
POSTERIOR ANÁLISIS DE CORRELACIÓN Y/O CONVOLUCIÓN, EN UN
ENTORNO VIRTUAL PARA SONIDO ENVOLVENTE 8.1.
PROYECTO DE GRADO
DIANA CAROLINA MARTINEZ MUÑOZ
JOSE DANIEL DELGADILLO GAVIRIA
DANIEL CARVAJALINO MURCIA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA DE SONIDO
BOGOTÁ, 2008
1
TABLA DE CONTENIDO
Introducción 5
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 6
1.1. Antecedentes 6
1.2. Descripción y Formulación del Problema 6
1.3. Justificación 7
1.4. Objetivos de la Investigación 8
1.4.1 Objetivo General 8
1.4.2 Objetivos Específicos 8
1.5. Limitaciones y Alcances del Proyecto 8
1.5.1 Limitaciones 8
1.5.2 Alcances 9
2. MARCO DE REFERENCIA 10
2.1 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 10
2.1.1 Sistemas de Sonido Envolvente 10
2.1.2 Proceso de Mezcla 14
2.1.2.1 Procesos Basados en Tiempo 15
2.1.2.1.1 Reverberación 15
2.1.2.1.2 Delay 16
2.1.2.2 Procesos Basados en Dinámica 17
2.1.2.2.1 Ecualizadores 17
2.1.2.2.2 Compresores y limitadores 19
2.1.2.1.3 Gate 19
2.1.2.3 Procesos Mixtos 19
2.1.2.4 Procesos Basados en Ruteo 20
2.1.2.4.1 Surround Panner 20
2.1.2.4.2 Surround Bridge 21
2.1.2.5 Configuraciones Básicas 21
2.1.2.5.1 Dinámica y Tiempo 21
2.1.2.5.2 Tiempo y Dinámica 21
2.1.2.5.3 Tiempo y Procesos Mixtos 22
2.1.2.5.4 Procesos Mixtos y Tiempo 22
2
2.1.2.5.5 Procesos Mixtos y Dinámica 22
2.1.2.5.6 Procesos de Dinámica y Mixtos 22
2.1.2.5.7 Ruteo y Otros Procesos 23
2.1.3 Proceso de Masterización 23
2.1.3.1 Ecualización 23
2.1.3.2 Dinámica 24
2.1.4 Procesos de Codificación 25
2.1.4.1 Formatos de Codificación 25
2.1.4.2 Metadata 29
2.1.4.3 Opciones de Downmix 30
2.1.4.4 Medios Específicos 31
2.1.5 Procesos de Convolución y Correlación 32
2.1.5.1 Convolución 33
2.1.5.2 Deconvolución 34
2.1.5.3 Convolución por FFT 35
2.1.5.4 Correlación 35
2.1.5.5 Autocorrelación 37
2.1.5.6 Coeficiente de correlación de Pearson 37
3. METODOLOGÍA 39
3.1 Enfoque de la Investigación 39
3.2 Línea de Investigación de USB / Sublínea de Facultad / Campo Temático
del Programa 39
3.3 Técnicas de Recolección de Información 39
3.4 Población y Muestra 40
3.5 Hipótesis 41
3.6 Variables 41
3.6.1 Variables Independientes 41
3.6.2 Variables Dependientes 41
4. DESARROLLO INGENIERIL 42
4.1 Introducción al Sistema de Sonido Envolvente en 8.1 42
4.2 Proceso Anterior a la Mezcla 43
3
4.3 Proceso de Mezcla en 8.1 44
4.4 Proceso de Masterización 49
4.5 Proceso de Codificación 53

4.5.1 Dolby Digital AC-3 54
4.5.1.1 Normalización de diálogos 59
4.5.1.2 Compresión de rango dinámico 59
4.5.2 DTS 59
4.5.3 Windows Media 9 60
4.6 Análisis de los Procesos por Convolución y Correlación 62
4.6.1 Desarrollo de algoritmos de deconvolución y convolución 62
4.6.2 Desarrollo de algoritmos y razonamiento de correlación 71
5. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 79
5.1 Resultados y análisis de los procesos matemáticos 82
5.2 Resultados y análisis de la encuesta 82
6. CONCLUSIONES 84
7. RECOMENDACIONES 86
BIBLIOGRAFÍA 87
GLOSARIO 91
ANEXOS
ANEXO A: Definición audio digital
ANEXO B: Modelo de encuesta
ANEXO C: M-Files programas de convolución
ANEXO D: Contenido de DVD’S adjuntos
4
INTRODUCCIÓN
Los sistemas envolventes multicanal han cobrado protagonismo en producción
musical y cinematográfica gracias a la creación y masificación de formatos
como el DVD, BluRay Disc y HDDVD; los cuales se aplicaron en un principio
para la difusión de material cinematográfico. Con esto se creó una herramienta
que permite el almacenamiento de señales de audio multicanal junto con
archivos de video, lo cual impulsó la rápida implementación de los sistemas de
teatro en casa y brindó nuevas alternativas creativas a los diseñadores de
banda sonora e ingenieros de sonido alrededor del mundo, incentivando la
investigación de nuevas técnicas de grabación y nuevos dispositivos que
pudieran adaptarse a estos sistemas y a estos nuevos y versátiles formatos.
Gracias al desarrollo de sistemas y formatos de codificación como el AC-3,
wmv, Dolby y Dts, ha sido posible que esta técnica de producción de audio sea
aplicada por creadores, diseñadores e ingenieros de sonido, dejándolo al
alcance de todo aquel interesado.
En Colombia los sistemas envolventes multicanal han cobrado gran
importancia en los últimos años, introduciéndose en todos los campos de la
producción, no solo audiovisual sino en el campo puramente sonoro. Es posible
también encontrar en el mercado procesadores de señales multicanal y
software especializado. A pesar de este desarrollo, existe un gran vacío teórico
sobre los procesos que se llevan a cabo para la correcta utilización de las
herramientas de los sistemas en 8.1.
En este documento se encontrará la información necesaria para comprender el
funcionamiento de tres grandes temas (mezcla, masterización y codificación en
el sistema), los cuales son analizados por medio de procesos matemáticos
como lo son la correlación y convolución; sus principales características,
configuraciones básicas y aplicaciones.
Este es un proyecto que expone claramente cada uno de éstos procesos en
forma analítica y audiovisual explícita y especializada.
5
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
En la Universidad de San Buenaventura existen documentos que tratan el tema
de arquitecturas virtuales en sonido envolvente pero están limitados a sistemas
de 5.1 canales y no tratan como tal los tres procesos a los cuales está
dedicado este proyecto de grado (mezcla, masterización y codificación) y
tampoco cuentan con un análisis matemático por convolución y correlación
para verificar los cambios que suceden en cada uno de estos procesos.
En Colombia, no se ha tratado el tema con profundidad y no existen
documentos específicos en el área de ingeniería y además no se han realizado
este tipo de análisis por convolución y correlación en sistemas envolventes. Lo
más aproximado a estos temas es la certificación Dolby para dos estudios y un
teatro1. No existen certificaciones THX en ningún lugar de Colombia.2
En el resto del mundo existen documentos de fabricantes específicos que
brindan información sobre los parámetros de sus productos. Además, éstos
tratan el tema de forma aislada, y ninguno reúne toda la información necesaria
para comprender los procesos que se llevan a cabo en sistemas 8.1. Ninguno
de éstos hace referencia a análisis por correlación y/o convolución.
Desde 1984 con el estreno de la película “Star Wars” del director George
Lucas, y con la implementación por primera vez masiva de sistemas de sonido
envolvente, la industria cinematográfica comenzó a interesarse en el diseño de
sistemas de sonido realmente eficientes que emularan todo evento sonoro que
ocurriese dentro y fuera del espacio diegético, y en el desarrollo de la
tecnología para su correcta difusión.
Desde la década de los 90, con la creación del teatro en casa y el DVD, el
sonido envolvente ha cobrado protagonismo y nuevas exigencias y desarrollos
tecnológicos han llevado a que el procesamiento de señal en estéreo sufra
modificaciones en pro de los sistemas de sonido envolventes multicanal, como
lo son nuevos sistemas de software, codificadores y estaciones de trabajo y
nuevos medios como el HDDVD y el BluRay Disc.
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Para los procesos de mezcla, masterización y codificación en audiovisuales,
especialmente en cine, se requiere un análisis de los cambios que suceden
entre procesos con el fin de estudiar el comportamiento de las arquitecturas
1 http://www.dolby.com/uploadedFiles/zz-
_Shared_Assets/English_PDFs/Professional/mp_lt_0512_Latin_American_Studio_List.pdf
2 http://www.thx.com/cinema/search/index.html
6
sonoras virtuales. Así mismo, evaluar qué tan significativos son los cambios
desde la mezcla hasta la codificación.
Si los procesos de mezcla, masterización y codificación no son tratados con el
debido cuidado, las arquitecturas virtuales cambian, tergiversando las
intensiones propuestas por los directores del audiovisual. Como herramienta de
análisis se utilizan los procesos de convolución y correlación con el fin de
observar los cambios de la señal en cuanto a frecuencia, amplitud y
espacialización.
Los procesos se realizan en 8.1 canales debido a la proliferación de sistemas
de reproducción y codificaciones cuyo objetivo es el de emular cada vez mas
específicamente los espacios en los que suceden los audiovisuales.
La información existente acerca de cómo desarrollar los procesos de mezcla,
masterización y codificación, es superflua, imprecisa y no es de fácil acceso;
por lo cual, para personas interesadas en el tema, es importante documentar
cada uno de los pasos en los diferentes procesos.
¿Por qué desarrollar procesos de mezcla, masterización y codificación, para
posterior análisis de correlación y/o convolución, en un entorno virtual para
sonido envolvente 8.1?
1.3 JUSTIFICACIÓN
La importancia de esta investigación radica en la implementación y análisis de
la información concreta, específica y concerniente a los procesos de mezcla,
masterización y codificación de sistemas de sonido envolvente 8.1.
El documento servirá como sustento teórico para productores musicales y de
banda sonora, además de estudiantes y docentes que tienen especial interés
en el campo de sistemas de sonido envolvente y procesos matemáticos para el
análisis de los mismos.
La investigación igualmente, satisface las necesidades teóricas de ingenieros
que se especialicen en procesamiento de señal, diseñadores y productores de
banda sonora, productores musicales y técnicos que desempeñan cargos
relacionados con el procesamiento de señal envolvente desde 2.1 hasta 8.1.
Por consiguiente, se hace necesario este análisis para obtener criterios
científicos que permitan asegurar que las arquitecturas sonoras se mantengan
a lo largo de los procesos de mezcla, masterización y codificación para sonido
envolvente.
Es preciso realizar esta investigación debido a la falta de información concreta
y explícita de carácter ingenieril para el uso universitario, siendo una propuesta
original debido a que se utilizan medios matemáticos y audiovisuales que
7
complementan el documento escrito de forma eficiente, ayudando al mayor
rendimiento de las curvas de aprendizaje porque implementan completamente
la teoría.
La factibilidad del proyecto se debe a que se requiere de una exhaustiva
búsqueda, análisis y procesamiento de información relevante (información
superflua en los medios de consulta más comunes), se tiene la disponibilidad
de recursos y la ayuda de una de las empresas nacientes en la industria
cinematográfica colombiana como lo es el Grupo Enmente, productora de la
película Flashback, de la cual es tomado un corte para el desarrollo del
proyecto.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
Desarrollar procesos de mezcla, masterización y codificación aplicado en un
audiovisual, para posterior análisis de correlación y/o convolución, en un
entorno virtual para sonido envolvente 8.1.
1.4.2 Objetivos Específicos
Implementar los procesos de mezcla, masterización y codificación para un
audiovisual.
Realizar un algoritmo en un programa de simulación matemática, que analice
por medio de convolución y/o correlación estos tres procesos.
Comprobar mediante un análisis estadístico la evaluación subjetiva de la
percepción de los distintos procesos y arquitecturas sonoras virtuales para
correlacionar y validar los resultados arrojados por los programas de análisis.
1.5 LIMITACIONES Y ALCANCES DEL PROYECTO
1.5.1 LIMITACIONES
Debido a que la tecnología de codificación y almacenamiento de datos no ha
llegado a crear un formato en el que se pueda codificar sistemas de sonido en
8.1, la codificación del sistema se hará en 7.1 y su reproducción en 8.1
canales se hará en sesión abierta.
Para la realización efectiva de los algoritmos, se tomaron fragmentos de los
audios de cada uno de los canales y los procesos del audiovisual debido a que
8
los computadores ni el software actuales, pueden procesar volúmenes tan
grandes de muestras de datos como los planteados en el audiovisual.
El propósito del proyecto es el de exponer y analizar los aspectos
fundamentales en el tema de arquitectura sonora virtual para sistemas de
sonido envolvente 8.1 y por esta razón, se debe discernir claramente entre la
información relevante y suficiente.
Pueden existir limitaciones técnicas en cuanto a equipos al momento de
reproducir el medio audiovisual en ambientes universitarios.
1.5.2 ALCANCES
Con este proyecto, se pretende generar una fuente de información que pueda
ser implementada en Colombia en donde se realiza un aporte de carácter
científico y tecnológico que va a impulsar la profundización en estos temas
enfocados a comunidades ingenieriles, científicas, productores musicales y
audiovisuales, cinematográficas y de banda sonora.
Para productores de cine, audiovisuales, banda sonora y estudios que se
especializan en el campo de producción con sonido envolvente, se puede
garantizar una herramienta que analice la consistencia de sus producciones a
lo largo de los tres procesos tratados.
En ambientes universitarios, el proyecto impulsará el estudio y apreciación de
nuevas tecnologías y herramientas de análisis y producción en distintos
campos del audio y la comunicación.
Se pretende generar una herramienta de análisis de señales digitales en
procesos de mezcla, masterización y codificación; no necesariamente para
procesos de sistemas envolventes en 8.1. Esta herramienta puede ser
utilizada para analizar cualquier tipo de procesamiento de señales digitales.
En Ingeniería de Sonido va a generar un impacto positivo en el área de
investigación y estimulación de nuevos procesos y tecnologías que involucran
el tema de sistemas de sonido envolventes 8.1.
El medio audiovisual se codificará en 7.1 y también se reproducirá en una
sesión abierta en 8.1, en donde se muestran de forma explícita los procesos a
tratar.
Los algoritmos utilizados para realizar las pruebas podrían ser utilizados en
otras aplicaciones del audio, no solo enfocado a sistemas envolventes y
también en sistemas digitales que no necesariamente tienen que ver con el
campo del audio.
9
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL
2.1.1 SISTEMAS DE SONIDO ENVOLVENTE
Es necesario conocer el funcionamiento de los sistemas de sonido envolvente
para poder ejecutar e implementar correctamente los procesos de mezcla,
masterización y codificación para los nueve canales. Una vez expuesto el
funcionamiento, se podrá analizar el comportamiento de las señales antes y
después de estos procesos.
El sonido envolvente o surround, es el nombre que se le asigna a diferentes
técnicas para situar el audio en referencia al oyente y así emular todo evento
sonoro en un audiovisual de una forma muy similar a la real. Este sistema de
audio deja abiertas todas las posibilidades para situar diferentes fuentes de
audio en cualquier punto alrededor del espectador, dándole la sensación de
envolvimiento e involucrándolo de una manera placentera en el audiovisual.
Este sistema consiste en diferentes señales de audio que van direccionadas y
codificadas para ser reproducidas en cierta cantidad de canales o parlantes
dispuestos en posiciones específicas, que finalmente brindarán la sensación
envolvente al oyente.
El sonido envolvente se presenta en diferentes formatos y la diferencia entre
cada uno depende de dos aspectos, el primero, el número de parlantes que
pueden ser desde 3 hasta 24; el segundo es el formato de codificación que
depende del dispositivo de almacenamiento.
Estos sistemas de sonido están compuestos por canales con rango de
frecuencia completa y canales LFE (Low Frequency Effects) reproductor de
bajas frecuencias con un rango aproximado de 25 Hz hasta 120 Hz; cada uno
de los parlantes se encuentran ubicados en puntos específicos: al frente del
espectador va uno central y un par estéreo y los demás parlantes que se
encuentran alrededor del espectador con los cuales se brinda el efecto
envolvente.
Esta nueva reproducción sonora no solo se limita a la parte cinematográfica y
audiovisual sino que también se encuentra en el ámbito puramente musical, en
el cual la distribución se hace con el fin de situar al oyente frente a la banda en
una situación real. En este caso en los parlantes frontales se simula una
mezcla en estéreo y en los parlantes posteriores se recrea el ambiente con la
reverberación o sonidos del público en caso de conciertos en vivo. Existe la
posibilidad de realizar la mezcla de la música en la totalidad de los parlantes
de modo que los instrumentos se sitúen alrededor del espectador como si éste
10