Percepció auditiva i psicoacústica


La psicoacústica és la ciència que estudia la percepció subjectiva de les qualitats del so: intensitat, to i timbre. Aquestes qualitats o característiques del so estan, al seu torn, determinades pels propis paràmetres del so, principalment, freqüència i amplitud. A causa de la sensibilitat (eficiència de la resposta en freqüència) de l'oïda humana, aquests termes en el context de la psicoacústica no són totalment independents. Els tres s'influeïxen mútuament. Modificant un paràmetre, canvien els altres i la precepció del so canvia. Per exemple, si es modifica la intensitat d'un so (la seva sonoritat) això afecta a la percepció de l'altura i del timbre, etc.

 

Els paràmetres psicoacústics més rellevants són:

  • Sonoritat: Percepció subjectiva de la intensitat (amplitud) sonora (imatge sonora).
  • Alçada: Es troba lligada a la percepció del to (en concret, amb la freqüència fonamental del senyal sonor), com es percep el greu o l'agut.
  • Timbre: És la capacitat que ens permet diferenciar els sons. El timbre està caracteritzat per la forma de l'ona, és a dir, pel seu component harmònic.   

INTENSITAT I/O SONORITAT


La intensitat sonora i la sonoritat es troben estretament relacionades:

 

- Intensitat sonora: es defineix com el valor promig d'energia que travessa la unitat de superfície en la unitat de temps. És dir:   

 

I = <p∙u>

 

Essent p la pressió acústica i u la velocitat de l'ona sonora.

Els factors que determinen la intensitat del so són els següents:

 

1. Amplitud del moviment vibratori de la font que produeix el so. A major amplitud, major energia i, per tant, major intensitat del so.

 

2. Superfície de la font sonora.

 

3. Distància a la font sonora. L'energia que rep l'orella és una fracció de l'energia total emesa per la font, tan menor quan més lluny es trobi l'orella.

 

4. Naturalesa del medi elàstic.

 

D'aquesta manera es pot demostrar, que l'expressió de la intensitat sonora per ones planes i ones esfèriques és la següent:

 

 

Essent Pla pressió eficaç del medi, c la velocitat del so en el medi de propagació i ρla densitat de l'equilibri.

 

No obstant, en l'àmbit de la psicoacústica, interessa molt més la sonoritat, aquesta la definim com una mesura subjectiva de la intensitat amb la que un so és percebut per l'orella humana. Dit d'una altra manera, la sonoritat és el que ens permet ordenar sons distingint-los entre més forts i més dèbils.

 

La sonoritat s'aguditza per sons dèbils i disminueix per sons forts. Això es deu a que l'audició humana no és linial sinó logarítmica. Precissament aquesta, és una de les causes per les quals la sonoritat es mesura en decibels (dB). No obstant, no es tracta d'una magnitud absoluta, i per això el que realment es mesura és el nivell de sonoritat, és dir, determinar com és de fort un so en relació amb un altra.

 

Aquest nivell, es pot mesurar tant en fons com en sons. El fon s'utilitza quan fem referència a la sonoritat d'un determinat so, mentre que el son supleix la carència del fon a l'hora de comparar la sonoritat entre dos sons diferents.

 

- Corbes isofòniques: són corbes d'igual sonoritat que mostren la relació existent entre la freqüència i la intensitat (en dB) de dos sons per a que aquests siguin percebuts igual de forts.

 

En aquesta imatge es pot apreciar tant el llindar d'audició (Threshold of audibility) com el llindar del dolor (Threshold of pain).

 

El primer es defineix com la intensitat mínima de so capaç d'estimular l'oïda humana, mentre que el segon és la potència o intensitat sonora a partir de la qual el so produeix sensació de dolor a l'oïda. 

 

Per tal d'il·lustrar la relació entre intensitat i sonoritat, el següent exemple sonor reprodueix diverses freqüències (de més greu a més agut) a la mateixa intensitat.

 

En aquest arxiu podeu escoltar diverses freqüències a la mateixa intensitat, però es perceben unes més altes que les altres.

 

Descarga
Int_vs_Son.wav
Archivo de Audio Wave 2.0 MB

TO I/O ALÇADA


El to és la propietat dels sons que els caracteritza com a més aguts o més greus, en funció de la seva freqüència. Sol ser emprat com a sinònim d'alçada, que no és una altra cosa que el paràmetre psicoacústic utilitzat per a determinar la percepció del to. Se sol considerar que un to és greu, mig o agut en funció de:

 

1. Tons greus: aquells que la seva freqüència va de 20 a 300 Hz (freqüències baixes).

 

2. Tons mitjos: aquells que la seva freqüència va de 300 Hz a 2 kHz (freqüències mitjes).

 

3. Tons aguts: aquells que la seva freqüència va de 2 kHz a 20 kHz (freqüències altes).

 

Un so pot ser pur, però la gran majoria són una barreja de sons de diversa longitud d'ona que conformen el so resultant, essent generalment el to fonamental (el més greu) el més intens i el que determina la seva alçada. La resta de tons (parcials harmònics del to fonamental) són molt menys audibles i conformen el que anomenem timbre.

 

A continuació podeu escoltar 3 exemples de tons purs, el primer és un arxiu de tons greus, el segon un exemple de tons mitjos i el tercer de tons aguts.

 

Descarga
tono1.wav
Archivo de Audio Wave 389.5 KB
Descarga
tono2.wav
Archivo de Audio Wave 389.5 KB
Descarga
tono3.wav
Archivo de Audio Wave 323.9 KB

TIMBRE


El timbre és la qualitat del so que fa que siguem capaços de diferenciar dos sons d'igual intensitat i freqüència fonamental (to). Gràcies a aquesta propietat, l'orella humana pot distingir la mateixa nota produïda per dos instruments musicals diferents. El timbre és fixa, és la única propietat que no canvia.

 

El timbre dependrà de la quantitat d'harmònics que tingui un so, i de la intensitat de cadascú d'ells. 

 

A continuació un exemple del mateix to amb harmònics secundaris diferents.

Descarga
timbre.wav
Archivo de Audio Wave 1.3 MB

 

A continuació, podem veure els oscil·logrames i espectrogrames de diversos sons:

 


SONIA I SENSACIÓ D'INTENSITAT


UNITATS DE SONORITAT I NIVELL DE SONORITAT

 

1. dB SPL

 

Equival al nivell de pressió sonora i és igual al nivell d'intensitat sonora. És una mesura objectiva.

 

2. FON (PHON)

 

Nivell de sonoritat d'un senyal acústic amb la mateixa sonoritat que un senyal a 1 kHz. Hi ha una relació directa amb les corbes de Weber-Fechner amb l'intensitat sonora. És una mesura subjectiva. Quan un so se sent 10 Fons més que un altra diem que se sent el doble (llei teòrica).

 

3. SON

 

Sonoritat equivalent a 40 fons. Per un augment de 10 fons, doblem la sonoritat en sons. Els sons és la unitat que quantifica la sensació subjectiva d'intensitat. Per tant, ens permet comparar i dir si un so és més fort que un altra de forma més objectiva.

 

 

4. dB HL o HTL

 

Linealització de la corba llindar de sonoritat equivalent a la corba de 7 fons. Les sigles HTL (Hearing Threshold Level; nivell de llindar d'audició). Ens dona un llindar horitzontal (correcció en dB de la corba de 7 fons, la qual varia amb la freqüència). La sensibilitat auditiva a qualsevol freqüència serà referenciada a 0 dB HTL. dB HL (Hearing Loss) és una forma de denominar els dB HTL. Són els que utilitzem per diagnosticar; voldrà dir que els valors de freqüència li haurem de treure una certa quantitat d'Hz (linealització del llindar d'audició).



Bibliografia