Unidad Didáctica 2 Acústica Fisiológica

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Unidad Didáctica 2
Acústica Fisiológica
1.
Sistema Auditivo
2.
Percepción de la Sonoridad
- curvas isofónicas
- umbral de audición
- tono y timbre del sonido
3.
Efecto enmascaramiento
4.
Percepción espacial
5.
Efecto Hass
6.
Representación espacial de la imagen estéreo
Graudio Producciones de Sonido. C/ Estocolmo, 13. 28440 Mejorada del Campo, Madrid. Telf: 91 679 47 85. E-mail: [email protected] www.graudio.es
ACÚSTICA FISIOLÓGICA
La Acustica Fisiológica nos muestra las características de los sistemas físicos con los que el
hombre puede recibir e interpretar el sonido. Oído, cuerdas vocales,etc
El oído humano modifica en ocasiones la información que le llega y lo transmite como señales
nerviosas al cerebro, donde se interpreta. Es importante conocer el mecanismo de la audición
para poder entender conceptos que tienen que ver con la percepción sonora para poder ser
aplicados en labores de grabación y mezcla musical.
El sistema Auditivo
La gráfica siguiente representa el mecanismo del oído y los elementos que lo componen.
El oído externo es la parte del aparato auditivo que se encuentra en posición lateral al tímpano
o membrana timpánica. Comprende la oreja o pabellón auricular o auditivo (lóbulo externo del
oído) y el conducto auditivo externo, que mide tres centímetros de longitud
El oído medio se encuentra situado en la cavidad timpánica llamada caja del tímpano, cuya
cara externa está formada por la membrana timpánica, o tímpano, que lo separa del oído
externo. Incluye el mecanismo responsable de la conducción de las ondas sonoras hacia el oído
interno.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Es un conducto estrecho, o fisura, que se extiende unos quince milímetros en un recorrido
vertical y otros quince en recorrido horizontal. El oído medio está en comunicación directa con
la nariz y la garganta a través de la trompa de Eustaquio, que permite la entrada y la salida de
aire del oído medio para equilibrar las diferencias de presión entre éste y el exterior. Hay una
cadena formada por tres huesos pequeños y móviles (huesecillos) que atraviesa el oído
medio. Estos tres huesos reciben los nombres de martillo,yunque y estribo
El oído interno, o laberinto, se encuentra en el interior del hueso temporal que contiene
los órganos auditivos y del equilibrio, que están inervados por los filamentos del nervio
auditivo. En su interior se encuentra la membrana basilar
Las vibraciones que llegan desde el tímpano y se transmiten a través de los huesecillos
llegan hasta el oido interno para crear ondas de presión con diferencias de presión a
ambos lados de la membrana basilar.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
El sistema Auditivo
Oído externo
Oído medio
Oído interno
Membrana basilar
Conducto auditivo
Cadena de huesecillos
El movimiento de la membrana basilar dependerá de la frecuencia de la
onda sonora, apareciendo un pico en su desplazamiento para altas
frecuencias, mientras que para baja frecuencia se desplaza como un todo.
Por cada octava, la posición de ese pico de vibración se desplaza una
longuitud equivalente sobre la membrana. Este puede ser el motivo por el
que el ser humano prefiera una escala logarítmica para representar la
frecuencia.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Percepción de la Sonoridad
Si un sonido puede o no oirse dependerá principalmente de su intensidad y frecuencia
El espectro audible comprende aquellas frecuencias que es capaz de percibir el oído humano
y cuyo rango varía entre 20hz y 20 khz
También es importante fijar unos márgenes mínimos de intensidad que permitan percibir el
sonido. Por encima de un nivel máximo podemos provocar daños irreversibles en nuestro
sistema auditivo.
Por tanto existe una zona donde es posible la audición, limitada por 2 niveles máximo y
mínimo y por la frecuencia.
Nivel
Zona audición
normal
20hz
20 khz
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
El oído no es uniformemente sensible a todas las frecuencias, la sensación de sonido que
percibimos varía con la frecuencia y con el nivel de intensidad a que se realiza la prueba.
Un tono de 1Khz con 10 db de intensidad podemos oirlo y sin embargo un tono de 100hz con
esos mismos 10 db no se escuchan.
La sensación sonora subjetiva que produce la intensidad de un sonido se conoce como
Sonoridad. Esta sensación dependerá de la frecuencia, intensidad y del ancho de
banda(ancho de banda crítico)
•El ancho de banda crítico es el ancho de banda dentro del cual la sonoridad permanece
constante . El ser humano no es capaz de diferenciar variaciones de frecuencia cuyo ancho
de banda sea menor de 1/3 de octava.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Curvas Isofónicas
Para analizar el comportamiento del oído a las variaciones de frecuencia y nivel, se han
obtenido unas curvas que representan la sensibilidad del oído a diferentes frecuencias en todo
el margen audible
Fletcher y Munson realizaros experimentos para obtener una media estadística que permitan
dibujar curvas con el promedio de “igual sonoridad” que indican para cada frecuencia el SPL
necesario para que un sonido se perciba con un determinado nivel sonoro.
El nivel sonoro se mide en fonios, siendo la curva de cero fonios aquella que pasa por 0 db
de SPL para una frecuencia de 1 Khz. Cualquier punto a lo largo de la curva de 0 fonios tendrá
el mismo nivel sonoro
En la gráfica podemos ver como para conseguir una sonoridad de 60 fonos a 2khz, debemos
aplicar unos 58 db de SPL. Esa misma sonoridad (60fonos) para una frecuencia de 100hz
necesita 65 db de presión sonora.
Estos conceptos son básicos a la hora de mezclar música puesto que el nivel de nuestro
monitorado determinará el nivel de sonoridad para cada una de las frecuencias.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Curvas Isofónicas
Curvas de Fletcher y Munson
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Curvas Isofónicas
Debido a la diferente sensibilidad que presenta el oído a diferentes frecuencias y niveles, para
medir el nivel de sonoridad se utiliza el sonómetro, cuya sensibilidad es análoga al oído.
Para ello se han normalizado internacionalmente unas curvas conocidas como curvas de
ponderación A,B,C y D
La curva A se aproxima al oído para niveles de presión sonora bajos, la curva B para niveles
medios, la curva C para niveles altos y la D para medidas de ruido en niveles muy altos
(aviación)
En la práctica, la curva que se ha estandarizado como medida normalizada es la ponderación
A por su mejor aproximación a la respuesta subjetiva del oído.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Umbral de audición
Observando las curvas podemos ver que existen unos límites de intensidad para el estímulo
físico, por debajo y por encima de los cuales la audición es imposible. A estos límites se les
conoce como umbrales de audición
Umbral intolerable
Área de audición normal
Umbral de audición
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Tono y Timbre de los sonidos
Tono
Es la propiedad de los sonidos que los caracteriza como más agudo o más grave.
Puesto que se trata de un concepto totalmente subjetivo podemos considerar que un tono es
grave,medio ó agudo en función de lo siguiente:
Tonos graves: aquellos cuyas frecuencias van de 20 a 300 Hz. (frecuencias bajas).
Tonos medios: aquellos cuyas frecuencias van de 300 Hz a 2 Khz. (frecuencias medias).
Tonos agudos: aquellos cuyas frecuencias van de 2 Khz. a 20 Khz. (frecuencias altas).
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Timbre
El timbre es la cualidad del sonido que hace que seamos capaces de diferenciar dos sonidos de
igual intensidad y frecuencia fundamental (tono). El timbre viene determinado por el conjunto de
frecuencias armónicas que acompañan a la fundamental y de mayor amplitud
Gracias a esta propiedad el oido puede distinguir la misma nota musical interpretada por 2
instrumentos diferentes.
Subjetivamente, existe un abanico de adjetivos relacionados con el timbre de un sonido y que, en
conjunto, contribuyen al diseño del atributo.
Así, se pueden mencionar frio, caliente; duro, suave; brillante, apagado, etc.
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Efecto Enmascaramiento
Otro aspecto importante en el fenómeno de la audición es el efecto enmascaramiento por el
cual la percepción de un sonido es interferida por la presencia de otro.
El fenómeno enmascaramiento está presente y afecta constantemente a las labores de mezcla
realizada por técnicos e ingenieros de audio. El arte de la mezcla consiste en gran medida en
evitar el efecto de enmascaramiento para evitar que todos los instrumentos o elementos de
una mezcla sean percibidos.
Cuando el enmascaramiento es simultáneo, y los dos sonidos llegan a la vez, el efecto será
mayor si ambos sonidos coinciden en frecuencia.
Lo mismo ocurre cuando el nivel sonoro del sonido enmascarante es mayor frente al sonido
enmascarado.
Aún cuando las frecuencias no están próximas, el enmascaramiento es también efectivo
cuando la frecuencia enmascarante es más baja que la del enmascarado.
Ejemplo: El sonido de un Violonchelo puede enmascarar fácilmente al de un violin
* El efecto enmascaramiento es menos efectivo con 2 señales desfasadas ligeramente.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Podemos encontrarnos el enmascaramiento no simultáneo provocado por que un sonido
quede tapado por otro que llega antes.
Esto se debe a que el aparato auditivo no reacciona a los cambios de nivel presión de una
forma instantánea
Percepción espacial
El concepto de percepción espacial adquiere importancia desde el momento en que la
reproducción sonora se realiza en estéreo y cuando en los sistemas de megafonía se desea
recrear el espacio sonoro y la ilusión de directividad.
Los sonidos se reciben independientemente por cada oído creando efectos diferentes en
diferentes partes del cerebro. Toda esa información es procesada para crear una imagen
única.
A partir de aquí es posible determinar la dirección de una fuente sonora, dependiendo de los
siguientes factores:
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Diferencia de intensidades
En baja frecuencia y debido a la difracción de las ondas sonoras,por debajo de 1.000hz la
diferencia de niveles que llega a ambos oídos es prácticamente despreciable. La longuitud de
onda tan grande permite rodear la cabeza.
En alta frecuencia y debido a las longuitudes de onda menor que las dimensiones de la cabeza
las señales de mayor nivel permiten determinar la dirección de la fuente.
Se ha demostrado que a 250 hz, la sonoridad en ambos oídos es prácticamente igual, sin
importar la ubicación de la fuente sonora. Para 1000hz el oído más cercano percibe 8db más,
y para 10 khz esa cantidad se eleva a 30 db
Diferencia de fase
Podemos identificar la procedencia de un sonido, a partir de la diferencia de tiempo con la que
la onda sonora llega hasta cada oído. En baja frecuencia esta diferencia de fase es grande y
casi despreciable para alta frecuencia.
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Efecto Haas
Cuando 2 fuentes sonoras situadas simétricamente frente al oyente y emiten simultáneamente
la misma señal con la misma intensidad, se forma en la cabeza del oyente una sola imagen
sonora situada en el plano medio. Si una imagen llega con un mínimo retardo de 2 ms se
produce un desplazamiento de la imagen sonora. Efecto que también se consigue con
reduciendo el nivel del altavoz en un margen de 0 a 15 db.
Con un aumento progresivo del retardo entre señales (no mayor a 30 ms) obtenemos ese
efecto de lateralización total ó parcial, variando incluso el timbre y ensanchando la señal.
Es el llamado efecto Haas, en nombre del científico que concluyó afirmando que para que el
sonido retardado aparente tener la misma sonoridad que el no retardado, aquél debe superar
unos cuantos decibelios en amplitud para compensar la llegada del primero
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Efecto Haas. Desplazamiento de la imagen estéreo
Re
ta
rd
o
de
2m
s
- 10 db
En ambos casos tenemos laterización de la imagen estéreo,
unas veces provocado por diferencias de tiempo y otras veces
por diferencia de nivel
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Efecto Haas. Desplazamiento de la imagen estéreo
Re
ta
rd
o
de
2m
s
+ 10 db
Para poder crear una imagen sonora situada en el plano medio,
basta con aumentar el nivel de presión sonora del altavoz
retardado
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Representación espacial de la imagen estéreo
Muchas son las técnicas microfónicas empleadas para trasladar la imagen de
espacialidad a un soporte de grabación para que pueda ser reproducido en un sistema
estéreo.
Todas las técnicas tratan de recrear y respetar la escena buscando la compatibilidad
monoaural precisamente por los problemas de fase que comentábamos anteriormente
y que pueden hacer colorear tímbricamente la señal, así como atenuar determinadas
frecuencias incluso hacerlas desaparecer.
La angulación y el espaciamiento entre micrófonos permitirá modificar la sonoridad
de determinados instrumentos y mejorar el balance de la imagen estéreo.
La próximidad a la fuente sonora determinará la relación entre sonido directo y
reflejado, recreando la acústica natural ó modificándola mediante procesos artificiales.
En el capítulo nº 4 hablaremos en profundidad de microfonía y de sus técnicas de
captación, profundizando en cada una de ellas y analizando ventajas e inconvenientes
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Representación espacial de la imagen estéreo
Técnicas microfónicas
(Localizaciones en el plano horizontal)
Cardioides coincidentes
Par ORTF
Pares espaciados
Par M-S
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ortf
par espaciado
Captación estéreo, combinando pares espaciados y par ORTF
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ACÚSTICA FISIOLÓGICA
Representación espacial de la imagen estéreo
Técnicas microfónicas
(Localizaciones en el plano horizontal y vertical)
Captación y codificación
Surround
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Sistema Decca Tree Surround (Ron Streicher)
center
Soundfield MK-V
50-100cm
Schoeps MK 21(cardioide)
left
right
50CM
100CM
Schoeps MK 41(supercardioide)
Microfonía Schoeps MK21-MK41
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