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TEMA 2: LOS ESTÍMULOS SENSORIALES PARA LA AUDICIÓN Y LA
VISIÓN.
♦ Estímulos sensoriales para la audición.
El sonido es la variación espacio-temporal de la presión atmosférica. Para que el sonido sea audible, esta variación tiene que estar dentro de un rango.
Tono puro.
El tono puro es el sonido más simple que existe. Es la variación sinusoidal de la presión atmosférica.
Por ejemplo, cuando la membrana de un altavoz se mueve hacia delante, se produce una compresión y un aumento de la presión atmosférica. En cambio, cuando retrocede se produce una rarefacción o descompresión, disminuyendo la presión atmosférica.
Parámetros que caracterizan un tono puro:
- Amplitud (A): Medida de la presión sonora. Está relacionada con la sonoridad, que es un atributo psicofísico cuantitativo. Se mide en unidades de intensidad o de presión sonora (dB).
- Periodo temporal (T): Tiempo que transcurre entre dos sucesos iguales dentro de un fenómeno periódico. Se mide en segundos (s).
- Frecuencia temporal (ν): Es la inversa del periodo temporal (1/T). Se mide en ciclos por segundo (ciclos/s) o en hercios (Hz).
- Fase (φ) se mide en radianes y tiene consecuencia sobre la localización del sonido. Hace referencia a cuando la señal alcanza su primer máximo
Ecuación de la señal de un tono puro: f ( t ) = NPA+A cos(2πν t - φ).En ella la presión atm siempre es 0.
Movimiento ondulatorio armónico simple.
Además de los parámetros descritos anteriormente, también contamos con:
- Velocidad (c), medida en unidades de longitud/s. La velocidad de la luz a 20ºC es 343 m/s
- La longitud de onda (λ) o periodo espacial, que se mide en unidades de longitud
- Frecuencia espacial (u), medida en c/unidades de longitud
Relación entre los 3 parámetros característicos del movimiento armónico:
Ejercicio de la cabeza: si la longitud de onda es mayor que el tamaño de la cabeza, las dos amplitudes son iguales y no hay problema. En cambio si A1 es menor que A2, debemos calcular a qué frecuencia temporal sería audible un determinado sonido.
De media el tamaño de la cabeza mide 17 cm (λ = 0’17m), aplicando la fórmula deducimos que por encima de los 2000 Hz se produce una sombra acústica.
Ej: Una persona puede escuchar sonidos que van desde los 15 Hz a los 20000 Hz. Indique si un sonido de longitud de onda de 17.15 m esta dentro del rango audible, sabiendo que c =343m/s (a 20 grados centígrados).
Solución: λ=c/ν; ν= (343 m/s) / (17.15 m)= 20 Hz. Sí esta dentro del rango audible.
Nivel de presión sonora (dB SPL)
Cuando medimos la amplitud se puede hacer en intensidad sonora (I), medida en W/m 2 o en presión
sonora (N), medida en dB.
I (^) re: 10-12^ W/m 2 (intensidad sonora de referencia)
Si la intensidad coincide con la de referencia, obtenemos como resultado 0 dB, que corresponde a la intensidad mínima para detectar 1000 Hz (Umbral de audibilidad para 1000 Hz)
Si la intensidad que medimos es menor que la de referencia podemos obtener resultado negativo, que no significa que no haya amplitud.
P: Potencia sonora, se mide en dinas/cm 2
P referencia = 0,0002 dinas
Espectro de amplitud de un sonido
Representación alternativa de la amplitud de un sonido en función de su frecuencia temporal.
Un filtro selecciona unas frecuencias temporales (tonos puros) frente a otros, descartándolos y eliminándolos. El filtro se caracteriza por la función de transferencia de modulación. Un filtro nunca es mayor a 1, ya que nunca se amplifica la señal.
Existen 3 tipos de filtro:
- (^) Paso-bajo: selecciona todas aquellas frecuencias inferiores a una frecuencia de corte. Es decir, aquel filtro cuya función de transferencia de modulación (FTM) elimina a aquellas frecuencias temporales del sonido que son superiores a la frecuencia de corte del filtro. Para hacer el filtrado, se multiplica la A por la FTM de aquellas que presenten una señal inferior a la frecuencia de corte, luego se reconstruye la señal con los resultados.
- Paso-banda: selecciona una franja de frecuencias entorno a una frecuencia central, tiene dos parámetros: la frecuencia central y la anchura de la banda.
- Paso-alto: selecciona aquellas frecuencias mayores que la de corte.
Enmascaramiento auditivo:
Los sonidos son enmascarados gracias a la acción de los filtros. La mejor manera de enmascarar un sonido es utilizando un filtro en paso banda con la banda central.
El espectrograma:
El espectrograma representa en una imagen bidimensional el espectro de amplitud de un sonido en función de la duración de éste. En el eje Y se representa la frecuencia y en el eje X el tiempo.
El color del espectrograma determina la amplitud del sonido, siendo rojo la mayor amplitud y azul la menor.
El chirp es un sonido compuesto por un tono que va aumentando su frecuencia progresivamente con el paso del tiempo, representándose éste en el espectrograma con una línea diagonal ascendente.
♦ Los estímulos sensoriales para la visión: La luz.
La luz es el rango de energía electromagnética que tiene la habilidad de activar a los receptores visuales (fotorreceptores).
El espectro electromagnético y el espectro visible.
Son los fotorreceptores los que detectan cual es espectro visible.
Espectro visible: Espectro (electromagnético) visible es el rango de longitudes de onda de las luces naturalmente visibles por el ser humano.
El rango de longitud de onda visible dado por la comisión internacional es de 360nm a 830nm, por debajo de estas longitudes se encuentran los ultravioleta y por encima, los infrarrojos.
La luz son ondas sinusoidales que se desplazan en el espacio. Las luces varían en función a la longitud de onda, cuanto mayor es su longitud, menor es su frecuencia temporal.
Las luces monocromáticas.
Si una luz contiene una sola longitud de onda, se le considera monocromática, que es la luz más simple posible. Además, cada longitud de onda está asociada a un matiz (atributo cualitativo psicofísico).
Luz blanca.
La luz blanca ideal está compuesta por todas las luces monocromáticas del espectro visible en la misma intensidad.
Esto se descubrió gracias a un experimento que llevó a cabo Newton, que consistía en hacer pasar la luz del sol por un prisma. De esta manera ejecutó una descomposición espectral de la luz blanca, descubriendo todas las luces monocromáticas existentes.
Parámetros de medida de la luz.
Amplitud:
Para medir la amplitud podemos utilizar dos medidas:
- La luminancia (L) (físico): se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m2).
- Potencia radiante (P) : se mide en vatios (W)
Con una luminancia entre 10-1^ y 10-6^ cd/m2^ tenemos una visión escotópica, en la que se utilizan sólo
bastones. Entre 1 y 10 cd/m^2 presentamos una visión mesópica, es el límite de visión y se utilizan tanto conos y bastones. Por último de 10 a 10^7 cd/m^2 corresponde a la visión fotópica, en la que actúan solo los conos. Una luminancia mayor de la mencionada produciría efectos muy dañinos.
Cuanto mayor es la luminancia menor es el diámetro de la pupila. La iluminancia retiniana, se mide en trolands y tiene en cuenta la luz que cae dentro del ojo.
La escena visual.
Función de transmitancia de un filtro: proporción de luz incidente que es transmitida en función de la longitud de onda. Luz que se transmite / de la luz que incide; por lo que la luz que se transmite es el producto entre la luz incidente y la transmitancia del filtro.
ζ (λ) = Pt (λ)/ Pi (λ)
Tipos de filtros:
- No selectivos: Son aquellos que transmiten por igual todas las luces monocromáticas dentro del espectro visible.
- Selectiva: sucede cuando el filtro transmite sólo una banda de luces monocromáticas, atenuando y eliminando el resto.
Reflectancia
Los objetos poseen la característica de reflectancia, proporción de luz incipiente que es reflejada en función de la longitud de onda.
- Reflectancia no selectiva: refleja por igual las luces monocromáticas del espectro visible.
- Reflectancia selectiva: refleja una banda del espectro visible y atenúa o absorbe las luces monocromáticas fuera de esa banda.
P (^) R(λ) = Pi (λ) ρ(λ)
♦ Estímulos sensoriales para la visión: imágenes
Imagen: distribución bidimensional de energía electromagnética con una cierta configuración espacio-temporal.
Respecto al matiz las imágenes son:
- Acromáticas: no se percibe matiz
- Cromáticas: si se percibe.
Clases de imágenes:
Imágenes acromáticas elementales.
- Imagen de un punto: se considera elemental aunque tiene dos parámetros, la posición y la luminancia.
- Enrejado sinusoidal: es la más simple. Según el teorema de Fourier: todas las imágenes se pueden descomponer en una suma de enrejados sinusoidales que varían en amplitud, frecuencia, contraste, orientación y fase.
Parámetros de los enrejados sinusoidales:
- Amplitud: Determina el color del enrejado. La luminancia media se calcula haciendo el promedio entre la máxima y la mínima.
El contraste (m): ( Lmax – L min) / (Lmax + Lmin) ; o A/ Lmed. El contraste siempre son números entre 0 y 1
- Frecuencia espacial: Su unidad de medida son los ciclos por grado de ángulo visual (α) (c/ deg) = u; o ciclos/ imagen = K.
Los ciclos/imagen de un enrejado, se obtienen de manera que la suma de una barra blanca y una negra hagan 1 ciclo/imagen. Esta medida, por lo tanto no cambia por más cerca o lejos que se encuentre la imagen. Por esta razón en los enrejados se suelen usar los c/deg como unidad de medida.
→ Ej1: K (estímulo) de 2c/imagen, a una distancia de 100cm y con un tamaño de 25 cm. ¿Cuanto es u? Lo primero que hay que hacer es calcular alfa, para ello se coge el triángulo que forma el ángulo con base en el tamaño y lado en distancia α= 2tangente inversa del (tamaño/2)/d
Niveles de resolución de una imagen:
Existen 3 niveles de resolución, que tienen que ver con el contenido de resolución espacial.
- N. de resolución grueso (bajo): nivel que tienen aquellas imágenes que tienen información entre 0,01 y 1 c/deg. Nivel carente de detalles, los bordes están suavizados, se perciben los objetos como un todo, se percibe la imagen global. Ventajas: se procesa antes que ninguna otra, es la que más rápido se procesa.
- N. de resolución medio o intermedio: se encuentra entre las frecuencias espaciales 1 y 8 c/ deg. Es la más importante para el reconocimiento de los objetos, se pueden encontrar los bordes de las imágenes. Se puede acceder al significado del objeto, encontrar los patrones locales.
- N de resolución alto (fino): aquellas imágenes que tienen el contenido de frecuencia espacial entre 8 y 60, se encuentran los detalles finos que permiten por ejemplo leer.
Funciones de los filtros en imágenes.
Se ha descubierto, que aún en imágenes muy pixeladas y deterioradas, filtrándolas a baso bajo se puede mejorar la calidad y llegar a reconocer una imagen.
Otra utilidad del filtrado se ve reflejada en las imágenes dobles (imagen que presenta a la vez el retrato de Einstein y de Marilyn Monroe). Con un filtrado en paso bajo se conseguiría el mismo efecto que se produce al alejar la imagen, en este caso se vería la cara de Marilyn. Por el contrario, con un filtrado en paso alto, se consigue el mismo que al acercar la imagen, es decir ver la cara de Einstein.
De acuerdo con Ginsburg, determinadas ilusiones aparecen por el procesamiento de bajas frecuencias. Siguiendo este razonamiento, al hacer un filtrado en paso alto dicha ilusión debería desaparecer. Sin embargo observamos que no sucede así, sino que se sigue percibiendo la ilusión.
Enmascaramiento de imágenes:
Si no hubiese mecanismos independientes, cualquier tipo de ruido enmascararía por igual las imágenes. Sin embargo esto no sucede así, sino que solo se enmascara con filtrado en su misma banda. El enmascaramiento sólo es posible si existen varios canales especiales encargados de procesar distintas informaciones.
Imagen espaciotemporal.
La imagen espaciotemporal se define como la variación de la luminancia con el espacio y el tiempo. La imagen puede o no moverse físicamente. Cada punto de la imagen cambia temporalmente de acuerdo con una cierta modulación temporal (independiente o no de punto a punto)
La luminancia puede variar en la posición, en el tiempo o en ambos.
Modulación temporal:
La luminancia cambia en el tiempo. La modulación de luminancia más simple es la modulación sinusoidal.
En este tipo de modulación, la frecuencia crítica de fusión (FCF) es aquella frecuencia temporal donde una fuente fluctuante se percibe como continua. En el ser humano esta frecuencia es de 40 Hz, por lo que toda frecuencia temporal superior a ésta se percibe continua en lugar de parpadeante.
→ Ley de Talgot: esta ley enuncia que toda fuente fluctuante que lo haga a más de la FCF se percibirá con el brillo equivalente a la luminancia media.
Imágenes dinámicas: La luminancia cambia en el espacio y en el tiempo.
- Movimiento de primer orden: La luminancia cambia en el espacio → Estímulo de luminancia moderada: se le añade ruido estático a la imagen en movimiento.
- Movimiento de segundo orden: lo que cambia en la imagen es el contraste, no la luminancia (contraste modulado).
