Qué es el sonido espacial HRTF y Steam Audio

Jesús Sánchez, 8 octubre 2020

La HRTF (Head-related transfer function o Función de transferencia relacionada con la cabeza) consiste en una serie de técnicas que nos permiten tener audio posicional en 3D.

Vamos a ver un ejemplo de sonido HRTF implementado mediante la tecnología Steam Audio en el CS:GO.

Como podemos ver, la diferencia es impresionante.

Este es otro ejemplo de Steam Audio.

Cómo funciona

La HRTF trata de describir cómo el oído humado recibe el sonido de una fuente sonora. Cuando un sonido se genera, éste viaja a través del espacio en todas las direcciones, como una esfera que se expande rápidamente.

Los sonidos reverberan en los objetos cercanos a la fuente de sonido y muchas ondas sonoras llegan al oyente desde direcciones diferentes, también hay ondas que llegan directamente al canal auditivo del oyente.

Cuando las ondas sonoras llegan al oyente, son transformadas por la propia fisonomía de su cuerpo. Los oídos, la cabeza, los hombros, la longitud y el diámetro del canal auditivo y las dimensiones de las cavidades bucales y sinusales manipulan las ondas sonoras entrantes potenciando algunas frecuencias y atenuando otras.

Se suele producir un aumento en las frecuencias de 2 a 5 KHz con una resonancia primaria de +17 dB a 2.700 Hz, aunque la curva de respuesta varía significativamente de una persona a otra.

Además, dependiendo de dónde venga el sonido (delante, detrás, arriba, abajo), va a encontrar diferentes obstáculos con diferentes alteraciones acústicas.

Nuestro cerebro ha memorizado finamente estas peculiaridades, y las aprovecha para entender de qué dirección viene el sonido. Esa es la razón por la que, incluso con los ojos cerrados, podemos entender la posición de una fuente de sonido.

Estos cambios en el perfil de frecuencia de un sonido ayudan a crear una perspectiva y percepción únicas para el oyente. Además, estos cambios también ayudan al oyente a señalar la ubicación de la fuente de sonido.

Cómo se calcula

Para encontrar la presión sonora que una fuente arbitraria x(t) produce en el tímpano, todo lo que necesitamos es la respuesta de impulso h(t) de la fuente al tímpano. Esto se llama la Respuesta de Impulso Relacionada con la Cabeza (HRIR), y su transformación de Fourier H(f) se llama la Función de Transferencia Relacionada con la Cabeza (HRTF). Una vez que conoces la HRTF para el oído izquierdo y el oído derecho, puedes sintetizar señales binaurales precisas de una fuente monofónica.

La HRTF es una función complicada de cuatro variables: tres coordenadas espaciales y la frecuencia. En las coordenadas esféricas, para distancias superiores a un metro aproximadamente, se dice que la fuente está en el campo lejano, y la HRTF cae en forma inversa con el alcance. La mayoría de las mediciones se realizan en el campo lejano, lo que esencialmente reduce la HRTF a una función de azimut, elevación y frecuencia.

Fuentes

  1. es.mathworks.com
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