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Instituto Universitario Nacional del Arte Area Trans Departamental de Artes Multimediales Licenciatura en Artes Multimediales Laboratorio de Sonido I Titular: Oscar Pablo Di Liscia Adjunto: Mariano Cura JTP: Marcelo Martínez Ayudantes: Pablo Chimenti, Rafael Subía Valdez.
Percepción Sonora Este apunte fue realizado en base a los Capítulos I, II, III, V y VII del Libro “Percepción Auditiva” (Gustavo Basso, 2006, Colección “Música y Ciencia”,Editorial UNQ, Argentina) con el permiso de su autor, para uso exclusivo de la Cátedra Laboratorio de Sonido Sonido I. Las ilustraciones fueron fueron tomadas de de fuentes diversas. Algunos temas fueron omitidos, simplificados o reexplicados para adaptarlos a las necesidades de la Cátedra.
1-Presión Dinámica e Intensidad de la ondas acústicas. 1.1-Relación entre amplitud, presión e intensidad acústica. La amplitud del movimiento de un cuerpo que vibra y produce una onda sonora es directamente proporcional a la presión y a la intensidad acústica que esta produce. La amplitud del movimiento de las moléculas en las ondas sonoras en la escala del mínimo audible al umbral del dolor es de 10 -11(0.00000000001) (0.00000000001) mts. a 10 -5(0.00001) mts. Pero, como resulta complicado medir la amplitud del movimiento en las moléculas, se toman habitualmente como como referencia las nociones de Presión dinámica dinámica y de Intensidad. 1.2-Presión Estática: La presión es una fuerza ejercida sobre una superficie. Cuando no cambia (o lo hace muy levemente en intervalos de tiempo muy grandes), se considera Presi ón Estática. Por ejemplo, la Presión Estática Media de la atmósfera terrestre es de: 101.300 Pascales (1.013 Hectopascales). Cada Pascal (Abreviado Pa), equivale a una fuerza de 1 Newton por m2. 1.3-Presión Dinámica: Dado que una onda sonora produce cambios de presión en el medio (habitualmente, el aire) a intervalos temporales de su frecuencia, se considera que produce Presión Dinámica. La presión dinámica producida por las ondas sonoras se mide con micrófonos sensibles a presión y se toma como re ferencia a:
Máximo: Mínimo:
20 Pascales (El umbral del dolor) 20 MicroPascales (El mínimo Audible con una sinusoide a 1000 Hz.).
En terminos de acústica, es habitual medir la presión en dB SPL (Sound Pressure Level).
2 La relación entre la presión de las ondas sonoras medida en dB SPL y en Pascales es la siguiente:
Presión
=20 * log10(p/pr ). [Db SPL]
En donde p es la presión y pr =20 micropascales (1 Pa / 1000000). (Umbral de Audición), ambas indicadas en Pascales. La escala de dB SPL va de 0 dB (Umbral de Audición) a 120 dB (Umbral del dolor). Se corresponde mejor con nuestra percepción de la sonoridad (variaciones de presión proporcionales generan sensaciones de variación de sonoridad equivalentes) y reduce notablemente el enorme rango numérico que implica expresar la presión en Pascales. Formulas de Conversión de presión en Pa a dB y en dB a Pa:
xdB = 20*Log10(x pa/x pref ) xPa = (10 (xdB /20))*0.00002 Obsérvese que, a cada 6 dB de aumento o disminución corresponde un cambio de la presión dinámica al doble o la mitad, respectivamente. 1.4-Potencia e Intensidad acústica: La potencia acústica es la cantidad de energía acústica transferida por unidad de tiempo.
P= ∆E/∆t Watts La Intensidad acústica es la Potencia que atraviesa un área. Se mide en W/m2.
I= P/A Watts/m2 En donde A es el área o superficie afectada por la potencia P. La Intensidad acústica de una onda progresiva plana es proporcional al cuadrado de su presión dinámica. Por lo que, tanto Intensidad, Presión Dinámica, como Potencia, son maneras de medir la energía asociada a una onda acústica. 20Pa de presión dinámica (umbral del dolor), equivalen a una Intensidad de 1 W/m 2 y 20µPa (micropascales, umbral de audibilidad) equivalen a 10 -12 W/m2 . De manera análoga a la Presión Dinámica, la Intensidad se puede medir en dB SIL (Sound Intensity Level), de acuerdo con la siguiente correspondencia:
xdB = 10*Log10(I/Iref ) ) (dB SIL) Donde Iref =10-12 W/m2
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Pre sió n Diná m ic a
In te nsid a d
Nive l d e Pre sió n So no ra Situac io nes Típica s 2
20 Pa
1 w/m
2 Pa
1 0 w/ m
200 mPa
1 0 w/ m
20 m Pa
1 0 w/ m
2 mPa
1 0 w/m
200 µPa
1 0 w/m
20 µPa
1 0 w/m
120 dB
Umb ral d e dolor
-2
2
100 dB
Martillllo Marti o neum ático
-4
2
80 dB
Ca lle muy transita ta da
-6
2
60 dB
Conversación Convers ación nor norm m al
-8
2
40 dB
Rui uid d o de fondo en una sala de es estar tar
-10
2
20 dB
Dorm Dor m itor itorio io tr tra a nquilo
-12
2
0 dB
Umb ral de audibili audibilida da d
Diversas relaciones entre Presión Dinámica, Intensidad(dB SIL) y Nivel de Presion(dB SPL).
2-Sistema auditivo periférico y fisiología de la audición El sistema Auditivo Periférico Humano se divide en tres partes: Oído Externo, Oído Medio y Oído Interno.
Ilustración del sistema auditivo Periférico Humano
4 2.1-Oído Externo Componentes: Pabellón auricular Conducto auditivo (7*26 mm, superficie de 1 cm 3)
Ilustración del Oído Externo. Funciones: General: Junto con la cabeza y el torso superior es un sistema que acopla el tímpano con el campo externo. Específicas: El pabellón auricular es un filtro direccional(Ayuda a localizar las fuentes sonoras). Esto se explicará en la sección de Audición Espacial. La función de transferencia del conducto auditivo atenúa las frecuencias bajas y las altas, con un pico en 2800 Hz. Se Ilustra en la Figura siguiente:
Función de transferencia del oído externo ante un estímulo difuso de ruido blanco(La línea vertical gruesa marca el pico cerca de 2800 Hz.)
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2.2-Oído Medio Ocupa una cavidad del hueso temporal denominada caja timpánica.
Ilustración del Oído Medio. Componentes: Tímpano: Membrana cónica de 0.6 cm 2 aprox. Cadena de huesecillos con sus ligamentos y músculos de control: Martillo, Yunque y Estribo. Conducto auditivo (Trompa de Eustaquio). Conducto que conecta con la cavidad nasofaríngea. Ventanas oval y redonda. Funciones: General: Poner en rango (“amplificar”) la energía acústica que llega al tímpano y transmitirla al oído interno. Específicas: Tímpano: vibra y transmite la energía acústica. Huesecillos: funcionan como un control de ganancia variable y transmiten las vibraciones amplificadas o no(puede variar en un rango de entre 20 y 30 dB SPL aprox.). Conducto auditivo: equilibra la presión atmosférica entre las paredes externa e internas del tímpano. La presión atmosférica externa es estática y se iguala con la interna gracias al conducto auditivo, que deja entrar al aire. La presión externa dinámica (ondas) hace vibrar al tímpano porque llega a el desde afuera y con mucha dificultad desde adentro. Observaciones: La curvatura del tímpano hacia adentro por presión externa que se produce por un cambio brusco de presión se neutraliza al tragar, masticar o bostezar, dado
6 que de esta manera entra aire por el conducto auditivo y equilibra la presión externa con la interna en ambas caras del tímpano. Acción de protección de los músculos del oído medio: contracción (“reflejo acústico”) para atenuación (cerca de 20 dB) de señales de gran intensidad. El reflejo acústico aparece entre 10 y 20 ms después del estímulo- mientras que el músculo tensor del tímpano responde más lentamente -tarda unos 100 ms en responder. El retardo del sistema de protección lo vuelve ineficaz cuando el estímulo es de tipo impulsivo, por ejemplo el estallido de un petardo. 2.3-Oído interno Ocupa una cavidad del hueso temporal denominada laberinto óseo.
Ilustración del Oído Interno. Componentes: Vestíbulo: cavidad dividida en dos partes (Utrículo y Sáculo) Canales semicirculares: tres conductos semicirculares en cuadratura. Caracol: Alberga a la cóclea. Está invervado por el nervio auditivo (octavo par craneal) que se divide en dos partes (Audición y Equilibrio). Cóclea: forma un espiral de dos vueltas y media (35 mm. de largo) y tiene una base (membrana basilar) en la que se apoya el Organo de Corti(que contiene las células ciliadas). El Organo de Corti tiene aprox. 3.500 células ciliadas internas dispuestas en una fila y 25.000 externas dispuestas entre tres a cinco filas. Cada célula se conecta con alrededor de 20 neuronas. Funciones: General: transformar las vibraciones mecánicas en impulsos nerviosos y transmitirlas al cerebro. Específicas: Canales semicirculares: equilibrio, no tiene nada que ver con la audición. Organo de Corti: contiene las células ciliadas encargadas de transformar las vibraciones mecánicas en impulsos nerviosos. Células aferentes (internas) y eferentes (externas): transmiten información hacia y desde el cerebro. Se supone que la información “desde” forma parte de un complejo mecanismo de reacción del oído interno que produce, entre otras cosas,
7 las emisiones otoacústicas y de protección frente a estímulos de alta intensidad muy veloces. Observaciones: 1-Una célula ciliada tiene un período refractario de aprox. 1 ms. Por ello, para seguir con precisión la variación de señales acústicas, varias de ellas disparan a intervalos menores entre ellas y la suma de sus movimientos reconstruye el estímulo. Los disparos no son simultáneos, pero están “en fase”. 2-Regiones de la Membrana Basilar y Frecuencia: La membrana basilar es mas angosta y rígida en su base que en su fin o Apex (mas ancho y elástico) su fin. Esto explica que responda específicamente a determinadas bandas de frecuencia en regiones, basándose en su mayor o menor masa y rigidez. Desde el Apex o punta (frecuencias bajas), va cambiando la respuesta a frecuencia hacia la base (frecuencias altas). Se ilustra a continuación un esquema de la resonancia de la cóclea en función de sus zonas. Resonancia de la coclea en base a la frecuencia y a la distancia hasta la base.
3-Percepción de la sonoridad La sonoridad es el rasgo de la sensación auditiva por el que los sonidos se pueden ordenar en una escala que se exiende del silencio a lo muy sonoro. Algunos autores la denominan “Intensidad subjetiva”. Igual que la Altura, la sonoridad es una magnitud perceptual y, por lo tanto, no puede medirse a través de sensores físicos. Por ello, se mide y estudia la Sonoridad a partir de estudios estadísticos del resultado de la experimentación con sujetos. Se ha comprobado, además, que si bien la Sonoridad varía de manera proporcional a la Intensidad o Presión de la Onda Sonora, lo hace de una manera muy compleja en la que tienen gran influencia muchas otras características del estímulo usado (como su timbre, frecuencia y duración). La discusión que sigue intenta presentar un resumen de tales particularidades. 3.1-Umbrales absolutos de Audibilidad Son las mínimas presiones sonoras audibles. Se consideran dos tipos MAP (Mínima Presión Audible, Auriculares) y MAF (Mínimo Campo Audible, Altoparlantes). Se toma como referencia una sinusoide a 1000 Hz.
8 Tanto la MAP como la MAF varían de acuerdo con la frecuencia de la señal sinusoidal que se utilice. Es notable la semejanza de forma que existe entre la sensibilidad del oído derivada de los filtros del sistema auditivo periférico y la inversa de la curva del umbral.
Mínimas intensidades acústicas audibles (umbrales MAP y MAF) en función de la frecuencia. En la práctica médica, se considera un nivel de audibilidad normal a los oyentes que presentan un umbral de hasta 20 dB superior al de los niveles de la ilustración precedente. 3.2-Contornos de Igual sonoridad Se obtienen midiendo el nivel de sonoridad en relación a una sinusoide de 1.000 Hz. Las curvas de contornos de igual sonoridad de la figura siguiente resultan algo diferentes según el laboratorio en el cual fueron determinadas. Pueden ser reproducidas con sencillez al pedirle a un oyente que iguale la sonoridad de una señal sinusoidal, de frecuencia e intensidad variable, con la de un tono estándar de 1.000 Hz a N dB SPL. Son un promedio elaborado sobre la base de las respuestas de cientos o miles de sujetos.
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Curvas isófonas (Fletcher-Munson, 1933). Las curvas de igual sonoridad -o isófonas- son una descripción de la variación de la sonoridad en función de la frecuencia del estímulo (Fletcher & Munson, 1933). El nivel de sonoridad (medido en fones) fones) del sonido de prueba es numéricamente igual a la intensidad N (medida en dB) del tono de referencia de 1.000 Hz. Así, por ejemplo, todo sonido que posea la misma sonoridad que la de una sinusoide de 40 dB a 1.000 Hz, tendrá un nivel de sonoridad de 40 fones. Un contorno de igual sonoridad es una línea que une los niveles de los estímulos -de diferentes frecuencias- que tienen el mismo nivel de sonoridad en fones.
La sensibilidad decrece a medida que nos alejamos de la zona central del espectro hacia las altas y bajas frecuencias. Es necesario aplicar más energía en la región grave que en la media para obtener el mismo resultado auditivo. Para sonoridades intermedias, entre 60 y 70 fones, es menor la diferencia de sensibilidad auditiva en función de la frecuencia. Las curvas de nivel, para altas sonoridades, son prácticamente planas: nuestro oído responde de manera similar en todo el rango audible a consecuencia de la atenuación provista por los mecanismos de protección auditiva. Existe una zona de máxima sensibilidad entre los 2.500 y los 3.500 Hz.
Una consecuencia de las curvas isófonas, muy común en el campo de la música, es el control de sonoridad -o loudnessloudness- que poseen algunos preamplificadores de audio para compensar las desigualdades de sonoridad que se producen al escuchar música que ha sido mezclada con referencia a niveles más altos (en donde nuestro sistema auditivo tiene una respuesta más plana).
10 3.3-Escalas de Sonoridad
El nivel de sonoridad en fones todavía se refiere, sin embargo, a la señal física. Sólo proporciona una escala comparativa y no permite describir la sonoridad propiamente dicha. Stevens definió una nueva unidad, el son, son, para cuantificar directamente la sonoridad. El son es una unidad lineal: un sonido de 2 sones posee el doble de sonoridad que uno de 1 son, y uno de tres sones el triple. Se toma una referencia física externa: una señal 1.000 Hz y 40 dB (40 fones) produce por definición un sonido que posee una sonoridad de 1 Son. A partir de los trabajos de Stevens se encontró que la relación estímulo-respuesta sigue aproximadamente una ley de potencia, diferente a la ley logarítmica de los psicofísicos. Propuso la siguiente relación entre la sonoridad S y la i ntensidad I:
S = k I 0,3 [sones] El valor de la constante k depende k depende de las condiciones experimentales y de las unidades empleadas. Aunque la relación anterior ha sido ratificada para señales mayores a 40 dB, se le hacen varias críticas, dado que varía considerablemente según los individuos. El gráfico de la figura muestra la relación de Stevens. Se puede observar que a un aumento de 10 dB en el estímulo le corresponde una duplicación de la s onoridad.
Relación de Stevens entre intensidad y sonoridad.
11 3.4-Tabla de resumen. Diferentes unidades relacionadas con la sonoridad, sus unidades y características particulares.
Magnitud Amplitud Presión Nivel de presión sonora (NPS) Intensidad Nivel de intensidad (NI) Nivel de sonoridad Sonoridad
Naturaleza Física Física Física
Unidad Metro Pascal DB
Rango audible 10 –11 m - 10 –5 m 20 µPa - 20 Pa 0 dB - 120 dB
Física Física Híbrida Psicológica
W/m2 DB Fon Son
10 –12 w/m2 - 1 w/m2 0 dB - 120 dB 0 fon - 120 fones 0 son - 250 sones
3.5-Limen de intensidad Hay varias definiciones de la Diferencia la Diferencia Apenas Perceptible en intensidad (DAP, ∆ L o JND), también llamada limen de intensidad. Las más comunes son:
∆ L
= ∆ I/I
conocida como fracción de Weber,
∆L = 10 log (∆I/I) la misma, en escala de dB. En todas ellas I ellas I es es la intensidad de la señal de base (el pedestal) y ∆ I la I la intensidad del menor incremento detectable por el oyente. En el ruido de banda ancha, y dentro del rango de 20 a 100 dB, ∆L varía aproximadamente entre 0.5 y 1 dB.
3.6-Influencia de la duración del estímulo en la percepción de la sonoridad
Se ha demostrado que la duración del estímulo infl uye en la percepción de la sonoridad. Hasta aproximadamente los 0.5 segs. de duración del estímulo(según Roederer), la sonoridad crece de manera directamente proporcional esta duración, más allá de los 0.5 segs. la duración no la afecta, salvo que tenga varios minutos (Basso muestra gráficos de 3 minutos) de duración. En este caso, se produce un proceso de atenuación de la sonoridad denominado habitualmente “adaptación auditiva”. 3.7-Medidores de nivel sonoro
Los instrumentos de medición más tradicionales en acústica son los medidores de nivel sonoro, que permiten determinar el nivel de presión sonora. Por lo general tienen un banco de filtros en la etapa de entrada que permite medir la señal acústica tal como llega al micrófono -respuesta plana o lineal- o compensada según cierto patrón espectral. 1-Un medidor de nivel sonoro en compensación “A” sigue de manera aproximada la curva de respuesta del oído para un nivel de sonoridad de 30 fones 2-La compensación “B” la de 70 fones. 3-La compensación “C” es prácticamente lineal.
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Casi toda la normativa relacionada con acústica ambiental está especificada en decibeles A. Por ejemplo, el nivel equivalente de ruido aceptable en zonas residenciales no debería superar los 65 dBA en horarios de actividad diurna ni los 50 dBA durante la noche.
4-Percepción de la Altura En una manera análoga a la sonoridad, la altura es una magnitud perceptual. Si bien se relaciona con la frecuencia, como se vió en la sección anterior, interactúa con la sonoridad y el timbre de una manera compleja. 4.1-DAP(Diferencia apenas perceptible) en Frecuencia Para sonidos sinusoidales, la DAP en frecuencia se mantiene cercana a 1 Hz para frecuencias por debajo de 1 kHz y crece paulatinamente a partir de esta frecuencia. Por encima de 5 kHz la DAP aumenta más rápidamente y, más allá de los 10 kHz, nuestra habilidad para discriminar entre diferentes alturas prácticamente desaparece.
∆ f [Hz]
18 16 14 12 10 b 8 6 4 a 2 frec fr ec uencia [Hz] 64
125
2 50
500
1 .00 0
2.000
4 .00 0
8. 00 0
DAP absoluta en frecuencia (según Wier, Jesteadt Je steadt y Green, 1977). 4.2-Bandas Críticas Para el análisis de la frecuencia y su percepción, tanto en sonidos sinusoidales como complejos, el sistema auditivo no funciona en bloque sino que divide las señales para su tratamiento detallado. La explicación se provee a través del concepto de Banda Crítica (BC), que es una especie de filtro pasa-banda de ancho determinado que utiliza nuestro sistema auditivo para “parcelar” el espectro de una señal sonora. Cuando dos señales, una llamada Señal Enmascarada y la otra Señal Enmascaradora se presentan simultaneamente, entonces solamente si las frecuencias del enmascarador caen dentro de la banda crítica contribuyen a enmascarar (dificultar la audibilidad) de la Señal Enmascarada.
Existen dos conceptos fundamentales relacionados con las bandas críticas:
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1-Frecuencia Central(FC): la frecuencia que está en el centro de la BC de análisis. 2-ERB: la extensión de la BC a ambos lados de la FC. Su nombre viene de Ancho de Banda Rectangular Equivalente. Ambas, FC y ERB se miden en Hz. Las BC no son fijas, sino que se desplazan y varían en ancho de acuerdo con su Frecuencia Central. El cálculo para la ERB es el siguiente (Glasberg y Moore, 1990):
ERB = 24.7 (0.00437 f (0.00437 f + 1) Aquí f Aquí f es es la FC de la banda en Hz.
Estimación del ancho de banda del filtro rectangular equivalente en función de la frecuencia central. La aplicación de la formula anterior a las frecuencias rotuladas del gráfico da: f=100.00Hz ERB = 35.49Hz f=200.00Hz ERB = 46.29 Hz f=500.00Hz ERB = 78.67 Hz f=1000.00Hz ERB = 132.64 Hz f=2000.00Hz ERB = 240.58 Hz f=5000.00Hz ERB = 564.39 Hz f=10000.00Hz ERB = 1104.09 Hz Greenwood propuso en 1961 que el ancho del filtro rectangular equivalente representa una distancia constante a lo largo de la membrana basilar. Cada ERB corresponde a una distancia de alrededor de 0.89 mm en la membrana basilar.
14 En la actualidad se puede predecir a partir de qué nivel una señal compleja puede ser detectada en un ambiente de ruido calculando los umbrales de sus parciales más prominentes. Para frecuencias medias el criterio dice que con una relación señal/ruido de -4 dB la señal comienza a oírse. Es decir que el estímulo debe superar el nivel a -4 dB del ruido de salida del filtro auditivo que le corresponde. 4.3-Percepción de la sonoridad en sonidos complejos Ahora que se explicaron determinadas características de las Bandas Críticas, pueden tratarse algunos aspectos generales importantes de la percepción de la sonoridad sonoridad en señales acústicas de espectro complejos. Consideremos una señal acústica de intensidad fija y ancho de banda variable W. Mientras W se mantenga menor que la banda crítica BC la sonoridad será más o menos independiente de W, e igual a la de un tono puro de igual intensidad situado en la frecuencia central de la banda. Pero cuando W supera la BC, la sonoridad comienza a incrementarse. Por lo tanto, para una dada cantidad de energía la sonoridad es mayor si la energía se reparte sobre un número de bandas críticas, en vez de estar contenida en una sola de ellas.
Sonoridad para un ruido de banda centrado en 1.000 Hz en función del ancho de banda. Este efecto es muy importante en música ya que el aumento de sonoridad depende de la suma de las sonoridades específicas en las diferentes bandas. Por ejemplo, doblar un bajo a la octava es mucho más efectivo, desde el punto de vista de la sonoridad, que doblarlo al unísono aunque la energía física puesta en juego sea la misma. 4.4-Altura Tonal y notación musical. La altura tonal ( pitch chroma en inglés) ha sido definida como "aquel atributo de la sensación auditiva en términos del cual los sonidos pueden ser ordenados en una escala musical" ( American American Standards Association Association,, 1960). La tonicidad de un sonido es el rasgo perceptual que permite que se lo identifique con uno de los grados de la escala musical. De manera análoga a la sonoridad, las variaciones de altura tonal se perciben como proporcionales a los cambios de frecuencia. Existen, sin embargo, algunas particularidades.
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En la música occidental se asume la “identidad de octava”. Por esta asunción, un sonido cuya frecuencia es del doble que la de otro o la mitad es considerado “el mismo sonido, transportado una octava hacia arriba o hacia abajo”, respectivamente. Este es el origen de las notas musicales y el denominado “temperamento igual”. El temperamento igual consiste en la división de la octava en 12 partes consideradas perceptivamente como iguales. Se toma como referencia el llamado La Central, o La 440, porque corresponde a un La de 440 Hz. Los doce grados cromáticos o doce notas son: DO DO# RE RE3 MI FA FA# SOL SOL# LA LA# SI (El # se lee como “sostenido”). “sosteni do”). En virtud de la equivalencia de octava, este sistema es módulo-12, módulo-12, quiere decir que vuelve a comenzar cada doce notas. Para obtener la frecuencia de cualquiera de las notas, se usa la siguiente relación:
f= 440 * 2S/12 En donde f donde f es es la frecuencia que se desea obtener y S es S es la cantidad de semitonos(grados cromáticos) hacia arriba o hacia abajo del LA. Por ejemplo, la frecuencia de un DO debajo del LA central se obtiene:
f= 440 * 2-9/12 = 440* 2-0.75 =440*0.59946=261.2 Hz También existe una unidad que divide a cada Semitono en 100 partes de acuerdo con la misma escala logarítmica. Tal unidad se denomina cent . Subir o bajar la frecuencia de un sonido por 1200 cents equivale a subir o bajar su frecuencia una octava. Para hacer referencia a una nota en particular se usa su nombre y un índice acústico que indica la octava a la que pertenece. Existen varios índices acústicos, pero uno de los más corrientemente utilizados es el que establece el índice de 4 para el llamado “Do Central” de los teclados. Por ejemplo, de acuerdo con este índice, el “La 440”(de 440 Hz.) se denomina La4. Pero en la música por computadoras, la Norma MIDI ( Musical Instruments Digital Interface), utiliza el índice 5 para indicar el Do central.
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Las Notas Musicales y su frecuencia en Hz. tal como se ubican en el teclado t eclado del Piano. El Rango es de 27.5 Hz(La0) Hz( La0) hasta 4186(Do8)
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5-Percepción Espacial de sonido La percepción espacial del sonido involucra tres aspectos: 1-Percepción de la ubicación de la fuente sonora s onora (Angulo y Distancia). 2-Percepción de la direccionalidad de la fuente sonora. 3-Percepción del ambiente acústico. En este apunte se tratarán solo los rasgos fundamentales del primer aspecto. 5.1-Percepción de la localización Angular de la Fuente Sonora ITD ( Interaural Interaural Time Difference, Difference, diferencia interaural de tiempo): La diferencia en el tiempo de arribo de la señal a los oídos orienta en la ubicación de la fuente sonora en el ángulo horizontal. Para sonidos estrictamente sinusoidales, y a partir de aprox. 1500 Hz, su prominencia disminuye. Esto se debe a la confusión en la comparación de fases a altas frecuencias. Este límite varía de acuerdo con las características espectrales y el tipo de ataque de las señales involucradas. ILD ( Interaural Interaural loudness Difference, Difference, Diferencia Interaural de Sonoridad): La diferencia en la sonoridad de la señal en los oídos orienta en la ubicación de la fuente sonora en el ángulo horizontal. Disminuye a partir de 1500 Hz. hacia abajo, y por debajo de aprox. 500 Hz prácticamente no opera. Esto se debe a la difracción de las frecuencias más graves.
En el ángulo horizontal, se obtiene la mayor discriminación cuando el oyente enfrenta a la fuente sonora(aproximadamente 1°). Se pierde precisión a medida que este ángulo se dirige hacia ambos lados de la cabeza. (esto es, de 90º a 0º -derecha- y de 90º a 180º izquierda-). La figura siguiente ilustra la combinación de ITD e ILD.
18 Indicios Espectrales Binaurales Cuando se comparan los espectros de la señal entrante en cada uno de los oídos se descubren significativas diferencias entre estos. Estas diferencias se deben al efecto complejo de “filtrado” debido a la acción del torso superior, cuello, cabeza y, particularmente en este caso, los pabellones auditivos de los oyentes en función del ángulo de incidencia del frente de onda. Las diferencias espectrales binaurales son usadas por el sistema auditivo para la determinación de la posición de la fuente acústica en tres dimensiones (particularmente en el plano medio y en la discriminación frenteatrás, que es en donde los indicios de ITD e IID son ineficaces). La Figura siguiente muestra el espectro de la respuesta a impulso en cada uno de los oídos de un individuo para una ubicación espacial hacia la izquierda de este.
5.1-Percepción de la Distancia de la Fuente Sonora Intensidad del sonido. La intensidad de una señal acústica en un punto determinado de audición disminuye o aumenta de manera inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la localización de la fuente y ese es e punto. Esto implica que, por ejemplo, una señal acústica que llega con una intensidad de 120dB SIL a un punto de audición situado a un metro de esta, llegará a ese punto con una intensidad de 114 dB SIL (12 dB menos) si la fuente se desplaza a 2 metros del
19 punto de audición, y con una intensidad de 96 dB SIL (24 dB menos) si se emite a 4 metros del punto de audición. Proporción entre la señal reverberada y la señal directa. Cuando una fuente acústica se encuentra en un recinto cerrado, además de su señal directa se producen otras por la reflexión de esta en los elementos físicos del recinto. A estas últimas se las denomina reverberación. Se ha visto en el punto anterior que la señal directa llega al punto de audición con una intensidad que es proporcional a la distancia que lo separa de la fuente. No ocurre así con la señal reverberada, que llega al punto de audición con una energía más o menos constante aunque la distancia entre la fuente y este cambie. Por lo tanto, lo que cambia cuando una fuente acústica que emite una señal de la misma energía se aleja o acerca al punto de audición, es la proporción entre la señal directa y la señal reverberada. Este parece ser el principal indicio responsable para la evaluación de la distancia en ambientes con reverberación y/o ecos.
La figura siguiente muestra la comparación de amplitudes entre cuatro señales directas emitidas con la misma intensidad por una fuente desde ubicaciones sucesivamente cada vez más alejadas (1 m., 2 mts., 4 mts. y 8 mts.) del punto de audición. La línea entera muestra la amplitud de la señal directa en el punto de audición, la línea punteada muestra la amplitud de la reverberación. Puede observarse que ésta última se mantiene constante. Como consecuencia de esto, la proporción entre la intensidad de la señal directa y la reverberada en el punto de audición cambia. En el tercer caso ambas son iguales mientras que, en el cuarto caso, la reverberación tiene mayor intensidad que la señal directa.
Gráfico de la proporción entre la señal directa y la reverberada. Absorción de altas frecuencias Debido a la absorción de los gases y la humedad del aire, la energía acústica de los componentes de alta frecuencia es atenuada de manera directamente proporcional a la distancia. Este efecto es similar a un filtro “pasa-bajos”, y es considerado relevante únicamente para distancias superiores a 30 metros.
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Efecto de proximidad Una atenuación similar a la explicada en el punto anterior ocurre cuando la fuente acústica se aproxima mucho a un oído. Se oye un aumento relativo de las bajas frecuencias que se suele denominar “efecto de proximidad”. Este efecto está relacionado directamente con la curva de audibilidad del oído humano. Efectividad de los indicios relacionados con la distancia En general, los juicios auditivos sobre la distancia a la que se encuentra una fuente acústica son relativamente imprecisos, y los errores con relación a la distancia física son del orden del 20 % en situaciones normales. Esto probablemente se deba a que estos indicios se basan en la sensación de Sonoridad que, como ya se vió, es fuertemente dependiente de las características espectrales, temporales y de frecuencia de la señal involucrada.
