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Tema 7. Audición del sonido, Apuntes de Psicología de la Percepción

Universidad Autónoma de Madrid (UAM)Psicología de la Percepción

Tema 7 de percepción y atención

Tipo: Apuntes

2018/2019

Subido el 23/02/2019

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Tema%8.%Audición!
AUDICIÓN: La física del Sonido, la psicofísica del sistema auditivo, los mecanismos
biológicos, la tonalidad y la sonoridad.
1. LA FÍSICA DEL SONIDO
La Tonalidad = la cualidad del sonido que describimos como alto (agudo) o bajo (grave)
La Sonoridad = la impresión subjetiva de la magnitud de un sonido
El Timbre = la cualidad perceptiva que distingue sonidos que tienen la misma tonalidad y sonoridad
Sonidos Simples
Los sonidos se producen por el movimiento de un cuerpo. El sonido es representado
generalmente según su dominio temporal (gráfica presión del aire-tiempo). El sonido
puede representarse gráficamente expresada por la función trigonométrica sin(t). La
función del sonido puede verse modificada por operaciones realizadas en la expresión
matemática (sin(t)):
• 2*Sin(t) producirá un cambio en la amplitud.
• Sin(t*2) provocará un cambio en la frecuencia del sonido, aumentándola.
• Sin(t+2) se obtendrá un cambio de fase.
El MAS (movimiento armónico simple) es un tipo de movimiento que se puede
describir con una trasformación de la función sin(t) mediante cambios de amplitud,
frecuencia y fase. Por tanto, se puede resumir el MAS en la expresión: f(t)=A sin
(b*t +c). Por tanto, los MAS provocaran una función similar del sonido con una forma
sinusoidal fija que varía en parámetros como la intensidad, la frecuencia o la fase.
Por un lado, el parámetro de la amplitud, que es definida como el valor máximo que
alcanza la oscilación. Se observará mayor o menor amplitud en función de la presión
provocada en las partículas del aire. Psico-fisiológicamente se correspondería con
la sonoridad (sonidos fuertes-débiles). Las diferencias en la presión del aire (la
amplitud) se pueden medir en pascales, pero dado que nuestro rango de percepción va
desde 0,00002 pascales (2 micro pascales) hasta 200 pascales, existe una escala relativa
que comprime dicho rango los decibelios (se utiliza este más debido a que los micro
pascales tienen un rango muy amplio de detectabilidad). La trasformación de una escala
a otra se hace mediante una transformación logarítmica.
número de dB = 20 log10 (número de µPa / p0) à (siendo p0 = 20 µPa)
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Tema 8. Audición

AUDICIÓN: La física del Sonido, la psicofísica del sistema auditivo, los mecanismos biológicos, la tonalidad y la sonoridad.

1. LA FÍSICA DEL SONIDO La Tonalidad = la cualidad del sonido que describimos como alto (agudo) o bajo (grave) La Sonoridad = la impresión subjetiva de la magnitud de un sonido El Timbre = la cualidad perceptiva que distingue sonidos que tienen la misma tonalidad y sonoridad Sonidos Simples Los sonidos se producen por el movimiento de un cuerpo. El sonido es representado generalmente según su dominio temporal (gráfica presión del aire-tiempo). El sonido puede representarse gráficamente expresada por la función trigonométrica sin(t). La función del sonido puede verse modificada por operaciones realizadas en la expresión matemática ( sin(t) ):

  • 2*Sin(t) producirá un cambio en la amplitud.
  • Sin(t*2) provocará un cambio en la frecuencia del sonido, aumentándola.
  • Sin(t+2) se obtendrá un cambio de fase. El MAS (movimiento armónico simple) es un tipo de movimiento que se puede describir con una trasformación de la función sin(t) mediante cambios de amplitud, frecuencia y fase. Por tanto, se puede resumir el MAS en la expresión: f(t)=A sin (b*t +c). Por tanto, los MAS provocaran una función similar del sonido con una forma sinusoidal fija que varía en parámetros como la intensidad, la frecuencia o la fase. Por un lado, el parámetro de la amplitud , que es definida como el valor máximo que alcanza la oscilación. Se observará mayor o menor amplitud en función de la presión provocada en las partículas del aire. Psico-fisiológicamente se correspondería con la sonoridad (sonidos fuertes-débiles). Las diferencias en la presión del aire (la amplitud) se pueden medir en pascales , pero dado que nuestro rango de percepción va desde 0,00002 pascales (2 micro pascales) hasta 200 pascales, existe una escala relativa que comprime dicho rango los decibelios (se utiliza este más debido a que los micro pascales tienen un rango muy amplio de detectabilidad). La trasformación de una escala a otra se hace mediante una transformación logarítmica. número de dB = 20 log 10 (número de μ Pa / p 0 ) à (siendo p 0 = 20 μ Pa)

El 0 en la escala de decibelios no es absoluto, sino relativo; coincide con el umbral de la audición en humanos. Por otro lado, el parámetro de la frecuencia (temporal) que es definida como número de oscilaciones en un determinado tiempo, se mide por ciclos por segundo o Hz. Psico- fisiológicamente se correspondería con las diferencias de frecuencias se corresponden con diferente tonalidad (sonidos graves-agudos). El parámetro frecuencia (temporal) esta inversamente relacionado con el periodo , definido como tiempo necesario para que se complete un ciclo. Por último, el parámetro fase nos indica cuantos radianes ha recorrido una función en el tiempo. Psico-fisiológicamente las diferencias de fase proporcionan una clave importante para determinar la localización de sonidos en el espacio. Se mide en radianes y ángulos de fase tomando como base la función coseno (esta tendría una fase igual a 0 rad). Sonidos Complejos Los sonidos producidos por MAS provocan sonidos simples, y la combinación de sonidos simples da como resultado sonidos complejos. Ocurre algo similar, según el teorema de Fourier , con las ondas complejas (periódicas) como resultado de suma de ondas simples/ suma sucesiva de ondas sinusoidales. Por tanto, un sonido complejo es definido como aquel que está compuesto por más de una frecuencia. Para sumar tonos puros y crear tonos complejos se emplea la Síntesis Aditiva , el proceso contrario por el cual se descompone un sonido complejo en sonidos simples, se utiliza el análisis de Fourier. Para ello nos ayudamos de una representación de la onda en el dominio de la frecuencia (espectrograma). ESPECTROGRAMA Representación en el dominio temporal

derecha). Este fenómeno se le ha denominado extensión del enmascaramiento hacía arriba Bandas Críticas El umbral de enmascaramiento del tono era mayor según aumentaba la anchura de banda de la máscara de ruido. Sin embargo, esto sólo ocurría hasta que dicha anchura de banda alcanzaba un valor crítico, por encima del cual la función de enmascaramiento se estabilizaba. Justamente este valor crítico de la anchura de banda es el que se denominó banda crítica. Estos experimentos llevados a cabo por Fletcher le permitieron determinar el umbral de audición de un tono en función de la anchura de banda de ruido blanco que actúa como mascara. Se concluye de estas investigaciones que el sistema auditivo se comporta como si estuviese formado por un conjunto de filtros de paso- banda, sintonizados a frecuencias temporales diferentes, aunque con funciones de trasferencia de modulación solapadas. Las curvas de sintonía psicofísica nos permiten saber cual es la forma exacta de los filtros auditivos.

3. LOS MECANISMOS BIOLÓGICOS Oído Externo y Medio Se puede atribuir al oído externo funciones como que actúa como filtro que modifica la presión sonora y proporciona claves de localización , también produce amplificación por resonancia (ganancia de 12 a 15 dB en torno a los 2’5 kHz). Por otro lado, el oído medio tiene la función de ajuste para la mayor resistencia a la transmisión en la cóclea (permite que el sonido sea trasmitido eficazmente hacia las estructuras del oído interno). Oído Interno El oído interno esta compuesto por la cóclea o caracol y los canales semicirculares. La cóclea es una estructura ósea en forma de caracol donde se encuentran las células que responden al sonido, las células ciliadas. Dentro de la cóclea nos encontramos con la membrana basilar que separa diferentes cavidades (zonas). En esas cavidades hay fluidos cocleares. - El sonido que genera una vibración que provoca la vibración del estribo generando una onda que se trasmite por la membrana basilar gracias a los fluidos cocleares. El patrón de movimiento de la membrana basilar dependerá de la frecuencia del estímulo auditivo.

  • Dicha onda aumenta en amplitud según se aleja del estribo y, tras alcanzar un valor máximo decae. La vibración de la membrana basilar siempre tiene la misma frecuencia solo varia su amplitud.
  • Los sonidos de alta frecuencia presentan máximos cerca del estribo y los sonidos de baja frecuencia lejos del estribo (resonancia) Von Békésy mediante técnicas de observación microscópica fue capaz de representar el patrón de desplazamiento de la onda a lo largo de la membrana basilar, de este modo le fue posible dibujar la envolvente de dicho patrón. Se concluye que en la cóclea ocurre un proceso similar a un análisis de Fourier (separa y analiza las ondas complejas separándolas según su frecuencia). Cada banda crítica corresponde con una parte de la membrana basilar de aprox. 1,2 mm. Nervio Auditivo Las fibras del nervio auditivo conectan las células ciliadas de la cóclea con el núcleo coclear en el tronco cerebral. Existen alrededor de 30 000 fibras en cada oído humano. Las fibras del nervio auditivo presentan selectividad en frecuencia. Esto quiere decir que una determinada fibra responde máximamente ante una determinada frecuencia y según nos alejamos de ella la fibra tiende a responder cada vez con más dificultad. Por otro lado, las fibras se sincronizan en fase con la señal. Esto quiere decir que una fibra responde siempre en la misma fase del estímulo. TONALIDAD La tonalidad es la cualidad del sonido que describimos como alto (agudo) o bajo (grave). Los cambios de tonalidad en el tiempo producen una melodía. La variable física más relacionada con la sonoridad es la frecuencia en sonidos simples (recordar que son los producidos por Movimientos Armónicos Simples). En sonidos complejos, la altura del tono se define como la frecuencia del sonido puro que genera una sensación tonal idéntica a la señal en cuestión. Desde el punto de vista psicofísico nos encontramos que las frecuencias máximas y mínimas que el sistema auditivo puede detectar son frecuencias que van desde los 20 hasta los 20 000 Hz. Pero estos límites dependen de otros parámetros como la intensidad del sonido y de la edad. Por otro, el incremento mínimo que ha de producirse en la frecuencia de un tono para que se produzca un cambio perceptible, lo que llamamos umbrales diferenciales de frecuencias (UDF), lo han tratado dos teorías que explican la detección de la frecuencia
  • Teoría del Lugar (Helmholtz) : La frecuencia del sonido se detecta en un análisis periférico en la cóclea
  • Teoría de la Frecuencia (Rutherford) : La frecuencia del sonido se detecta haciendo uso de patrones de descarga en el nervio auditivo à Problema con esta teoría:
  • Al principio del siglo XX se supo que la tasa de descarga de las neuronas no supera los 1000 Hz.
  • ¿Cómo, entonces, detectamos frecuencias por encima de 1000 Hz?

denominadas contornos equisonoros. Para derivar estas funciones se utiliza el paradigma de emparejamiento de sonoridades , donde se toma un estímulo de referencia (tono puro de 1000 Hz), en esta representación se reflejan diferentes tonos que provocan una percepción de sonoridad similar pero que tienen distinta frecuencia y distinta amplitud. Estas curvas se logran pidiendo a los sujetos que regulen la amplitud de diferentes tonos que tienen distinta frecuencia. Por tanto, las curvas muestran diferentes tonos de distinta frecuencia que varían en su amplitud pero que son equisonoros, ya que se perciben con una tonalidad similar. La unidad de sonoridad es el fon , arbitrariamente, se define como la sonoridad que le corresponde a un tono de 1000 Hz presentado a 40 dB. Es decir, la sonoridad correspondiente a un nivel de sonoridad de 40 fons. De esta gráfica se observa además que la relación existente entre amplitud y sonoridad no es lineal. El fon nos indica la diferencia de sonoridad en sonidos con una misma frecuencia, pero esta una unidad de sonoridad no sirve para comparar la sonoridad de dos sonidos diferentes ya que hace referencia solo a un determinado sonido. El son por el contrario es capaz de establecer la relación real de sonoridad de sonidos diferentes (siendo 2son el doble de sonoridad que 1 son). Esta escala (son) fue obtenida mediante los métodos de estimación de magnitudes y producción de magnitudes.