Transparencias Oído Humano

1
OÍDO HUMANO
Características principales:
1.
2.
3.
4.
Rango de presión: 2 x 10-5 a 20 [Pa]
Rango de frecuencia: 20 Hz a 20 kHz
Discrimina altura y timbre
Discrimina posición de la fuente
Partes del oído:
1. Oído externo
2. Oído medio
3. Oído interno
Sistema auditivo periférico
1. Oído externo
Pabellón auditivo: - Discriminación direccional
- Ganancia entre 4500-5000 Hz
(Producto de reflexiones)
Canal auditivo: - Conducción de ondas sonoras al oído medio
- 0.7cm. diámetro / 2.7 cm. largo
- Actúa como un tubo abierto cerrado
c
344
(Frecuencia de resonancia f =
=
= 3180 Hz)
4 L 4 ⋅ 2.7 x10−2
- Produce una ganancia de 10 dB
Tímpano: - Membrana en forma de cono: 7mm. diámetro – 0.4 mm espesor.
- Separa al oído externo del oído medio
2
2. Oído medio: - Cavidad de aire de 2 cm3.
- Contiene los osículos (martillo, yunque y estribo) que acopla mecánicamente el
tímpano con el oído interno (medio fluido).
- Contiene la trompa de eustaquio (Canal que une el oído medio con el exterior para
igualar las presiones mediante el bostezo o la deglución.
Esquema del sistema auditivo periférico con la cóclea desenrollada
Reflejo acústico: Contracción de los músculos que sostienen los huesecillos y el tímpano que
reduce su amplitud de oscilación, protegiendo al oído. Se activa después de 0.5
mseg, por lo que no protege contra ruidos impulsivos (Ej: disparos, explosiones).
3. Oído interno: - Origina las señales electroquímicas que se transmiten al cerebro a través del nervio
auditivo
Canales semicirculares
(Rellenos de células pilosas y fluidos)
Órgano del equilibrio
Cóclea o Caracol
3.5 cm. de largo y 1.5 mm de diámetro en
promedio
3
Corte de la cóclea
Diferenciación en frecuencia en membrana basilar
Sección menos gruesa
(menos masa) más tensa
Sección más gruesa (más
masa) menos tensa
4
Principio del lugar
“El sistema nervioso detecta que lugar de la membrana basilar ha sido estimulado producto de su
resonancia. La cantidad de células ciliares estimuladas y la magnitud de su deformación indican la
información de intensidad.”
Altas frecuencias
Captadas cerca de
Ventana oval
Bajas frecuencias
Captadas cerca del
helicotrema
Resonancia en función de la distancia desde la ventana oval (Von Bekesy):
f = 2.5 ⋅10( 4−0.72⋅ X )
[Hz]
⎛ f ⎞
4 − log ⎜
⎟
2.5 ⎠
⎝
X=
0.72
[Cm.]
Ubicación de la zona de respuesta de frecuencias
sobre la membrana basilar.
Esquema vibratorio de la membrana basilar.
El punto de mayor oscilación depende de la frecuencia.
5
CARACTERISTICAS DEL OÍDO HUMANO
1. UMBRALES DE ABSOLUTOS: Establecen los rangos de audición del ser humano, tanto en
nivel como en frecuencia.
Audibilidad: - Mínimo NPS necesario para percibir un sonido
- Se mide en condición de campo libre con escucha en
ambos oídos a 1m de la fuente.
- Varía con la edad.
- Máxima sensibilidad cerca de 4kHz.
Umbral de
Sensación: - NPS donde se produce sensación de cosquilleo
(120 dB).
Dolor: - Sensación de dolor a 140 dB.
Umbrales de audibilidad.
Corrimiento temporal de umbral y corrimiento permanente de umbral (CTU1 y CPU2)
Cantidad en dB en que aumenta el umbral de audición bajo la exposición al ruido
El CTU aumenta con
El CPU
1
2
La intensidad
La duración de la exposición
El contenido espectral (mayor a altas frecuencias)
se produce en exposiciones muy largas a altos niveles
Temporary threshold shift, o TTS
Permanent Threshold Shift, o PTS
DAÑO AUDITIVO !!!
6
2. CONTORNOS DE IGUAL SONORIDAD (O CURVAS ISOFONICAS)
Muestran la relación de intensidades que deben tener dos tonos de distinta frecuencia
para que se perciban igualmente sonoros.
Tono de referencia 1kHz
Nivel de sonoridad LN
Nivel de presión sonora a una frecuencia de 1 kHz que es tan sonoro como el sonido que se está
evaluando
Se mide en FON (Para 1 kHz el SPL corresponde al nivel de sonoridad)
LP(1 kHz) [dB] = LN (1 kHz) [Fon]
Sonoridad N
La sonoridad (Loudness) es el atributo que nos permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte
al más débil.
Las relaciones de dos sonidos con distinto nivel de sonoridad no son proporcionales
(EJ: 80 Fon no necesariamente es doblemente sonoro que 40 Fon)
Se utiliza el SONE. 1 Sone es la sonoridad de un sonido senoidal de 1kHz con un SPL = 40dB
∴ 1 Sone =40 Fon
Relación N v/s LN
LN / 30
[Sone]
N = 0.046 ⋅10
7
(
0.046
(
0.046
N = 1 Sone
LN = 30 ⋅ log 1
N = 2 Sone
LN = 30 ⋅ log 2
) ≈ 40Fon
) ≈ 49.1Fon
Criterio: “Un aumento de 10 dB en el nivel de presión sonora implica duplicar la sonoridad”
Ejemplo de cálculo de la sonoridad:
Tono 1: 40 Hz a 58 dB
Tono 2: 5 kHz a 52 dB
N1 = 0.046 ⋅10
LN = 20 FON
LN = 60 FON
20
N 2 = 0.046 ⋅10
30
60
= 0.21
Sone
= 4.6
Sone
30
Relación de sonoridad entre tono 1 y tono 2
N 2 4.6
=
= 21.9 ≈ 22
N1 0.21
veces
¿ Qué nivel de presión sonora debería tener el tono de 40 Hz para ser igualmente
sonoro que el de 5 kHz ?
- Mirando el contorno de igual sonoridad de 60 Fon
SPL( 40 Hz ) ≈ 70dB
8
3. SENSIBILIDAD DIFERENCIAL A LA PRESION SONORA
Mínima variación de nivel perceptible
Si NPS > 50dB sobre el umbral de audibilidad
Variación mínima 1dB (entre 50 – 10 kHz)
Si NPS < 40 dB sobre el umbral de audibilidad
Variación mínima entre 1 y 3 dB
4. SENSIBILIDAD DIFERENCIAL A LA FRECUENCIA
Mínima variación de frecuencia perceptible a altos niveles (sobre 40 dB):
Para f > 1 kHz , mínima variación perceptible del orden del 0.3 %
Ej:
16 kHz
Mínima variación perceptible
(0.3%)
48 Hz
10 kHz
30 Hz
4 kHz
12 Hz
frecuencia
Se perciben grandes cambios !!!
Para f < 1 kHz , cambios de 3 Hz
Ej:
50 Hz
Mínima variación perceptible
(3Hz)
47 Hz – 53 Hz
100 Hz
97 Hz – 103 Hz
600 Hz
597 Hz – 603 Hz
frecuencia
Se perciben pequeños cambios !!!
9
5. LOCALIZACIÓN BINAURAL DE UNA FUENTE SONORA (TEORIA DUPLEX)
•
Diferencia de Tiempo Interaural 3
-
•
Diferencia de Intensidad Interaural 4
-
3
4
Sonido que llega al oído opuesto viaja un tiempo extra
La diferencia de tiempo entre ambos oídos entrega la información de localización.
Diferentes distancias que deben recorrer las ondas para llegar a uno y otro oído
Sonido que llega al oído opuesto es atenuado.
Sombra acústica a longitudes de onda menores que las dimensiones de la cabeza
Se produce a altas frecuencias.
Interaural Time Difference, o ITD
Interaural Intensity Difference, o IID
10
6. EFECTO HAAS
Utilizado para saber en que condiciones las reflexiones son percibidas o enmascaradas por
el sonido directo dentro de un recinto.
Diferencia de tiempo que debe haber entre dos sonidos para que el oído los integre como uno solo.
< 50 mS ; se reconoce un
sólo sonido
-
Diferencia de tiempo para sonidos complejos
> 50 mS ; Se reconocen dos
sonidos (Eco)
Sonido reflejado es percibido
∆Lp = Lpref − Lpdir
Tiempo de retardo < 30ms y ∆Lp < 10 dB
Zona de fusión: Sonido directo se
fortalece con el sonido reflejado
dando la impresión de una mayor
sonoridad.
Sonido directo enmascara al sonido reflejado
7. EFECTO DE PRECEDENCIA
La procedencia del sonido queda determinada por el sonido que primero llega al oído, o sonido
“PRECEDENTE”.
F1
FUENTE
VIRTUAL
F2 (Delay = 25ms)
•
•
•
Delay < 5 mS. Sonido
proviene del centro (Fuente
virtual).
5 < Delay < 35 mS.
Sonido proviene de altavoz
que llega primero.
Delay > 50 mS. Se escuchan
dos sonidos distintos.
11
NOTA: El efecto de precedencia se modifica si el sonido de la fuente lejana
tiene un nivel de 10 dB superior y el retardo está entre 5 a 35 mS.
Fuente 2
(Lp2 > Lp1+10
5ms < Delay < 20ms)
Diferencia de niveles
∆LP = Fuente 2 − Fuente1 > 10 dB
Fuente 1 (Lp1)
y
5 mS < DELAY < 35 mS.
=
Ejemplo:
SENSACIÓN DE PROCEDENCIA
HACIA LA SEGUNDA FUENTE !!!
Fuente 2
∆d = 15 − 7 = 8
FUENTE VIRTUAL
Fuente 1
C=
d
d
→t =
t
c
∆t =
27
= 23.5ms
340
15m
7m
L
R
Fuente 1 (Lp1 = 70dB)
Fuente 2 (Lp2 = 70dB)
EN EL RECEPTOR
¿Cuánto debe aumentar el nivel de la fuente 2 para centrar la fuente virtual?
∆Lp > 12dB : Fuente se localiza cerca de la
fuente más lejana.
∆Lp = 12dB : Fuente se localiza al centro.
∆Lp > 12dB : Fuente se localiza cerca de la
fuente más cercana.
12dB
23.5ms
12
8. ALTURA o PITCH
Atributo que nos permite ordenar los sonidos en una escala del más grave al más agudo.
Característica subjetiva que depende de
Frecuencia
Intensidad
Espectro
Tiempo
-
-
Dependencia de la intensidad para una misma frecuencia:
a) f < 300 Hz
La altura disminuye si aumenta el NPS
b) 500 < f < 3 kHz
La altura es independiente del NPS
c) f > 4 kHz
La altura aumenta si aumenta el NPS
Dependencia de la frecuencia
=
Se utiliza el MEL
Frecuencia de referencia 1000 Hz 1000 Hz ≈ 1000 Meles
Duplicar la altura ≈ 2000 Meles
Mitad de la altura ≈ 500 Meles
a) f < 1 kHz
La mitad o el doble de la altura está dada por la relación 2 : 1
(Intervalo de octava).
1300
Altura en función
de la frecuencia
Variación de la
altura en función de
la frecuencia
8 kHz
13
-
Dependencia del espectro
Señal periódica en el
dominio del tiempo
Señal periódica en el
dominio de la frecuencia
El oído es capaz de percibir la sensación de altura con la información de los armónicos
Ejemplo
Sonido original
F0
F1
F2
F3
F4
200
400
600
800
1000
Aunque se quite la
fundamental la sensación de
altura NO SE PIERDE
F1
F2
F3
F4
“ALTURA VIRTUAL”
filtrado 400
600
800 1000
Sonido filtrado
F0
-
Dependencia del tiempo
Un tono debe durar al menos 10-15 mS para percibirse como tal, de otro modo se escucha
un “CLICK”.
14
9. ENMASCARAMIENTO
Desplazamiento del umbral de audibilidad producto de la presencia de un ruido que enmascara a la
fuente sonora que se desea oír.
-
Tonos puros de frecuencias cercanas se enmascaran más que tonos puros de frecuencias
distantes.
Un tono puro enmascara más a frecuencias superiores que frecuencias inferiores.
Los ruidos de banda ancha son mejores enmascaradotes que los tonos puros.
A mayor intensidad, el ancho de banda de enmascaramiento aumenta.
10. ANCHO DE BANDA CRITICA
Aumento del umbral
de percepción del tono
Tono puro no es
enmascarado
Porción del espectro de un ruido que es verdaderamente efectiva en el enmascaramiento
de un sonido senoidal.
Dado por aquellas frecuencias más allá de las cuales el aumento del ancho de banda del
ruido no produce un aumento en el umbral de percepción del sonido senoidal.
El ancho de banda aumenta con la frecuencia.
f ≤ 500 Hz
es constante
f > 500 Hz
= 20 % de fc
15
11. TIMBRE
- Espectro (Relación de amplitud de los armónicos)
Dependencia de
- Envolvente de la señal
-
Envolvente de una señal
Decaimiento
(Decay)
Sostenimiento
(Sustain)
Ataque
(Attack)
Relajación
(Release)
Partes de una envolvente típica
ENVOLVENTE
Señal reproducida normalmente
Señal reproducida hacia atrás
16
- Dependencia del espectro
Espectros de dos notas tocadas en guitarra acústica
La amplitud relativa de los armónicos cambia de nota a nota
El cambio de la amplitud relativa de los armónicos produce un cambio del timbre.