COMO FUNCIONA LA LOCALIZACIÓN ESPACIAL DEL SONIDO

Si podemos determinar la localización de un sonido con solo dos oídos, seria lógico pensar que debe haber una manera de reproducir un sonido con solo dos altavoces. Pero no es así, hay algo que el cerebro y las orejas hacen que los micrófonos y los altavoces no consiguen.

Diferencias de tiempo, de fase, y de espectro .

Distinguimos delante, detrás, izquierda y derecha, gracias a tres tipos de diferencias entre lo que oímos con un oído y lo que oímos con el otro. Además de las diferencias de “loudness”(en español de sensación de nivel), las reflexiones y los movimientos de los objetos también nos ayudan a localizar sonidos.

DIT o iTD (en inglés) Diferencias de tiempo interaural:

Nos hacen percibir sobre todo, la lateralidad. Las DIT son eficaces para f < 1.5 kHz.

 

DII ó ILD (en inglés) Diferencias de intensidad interaural:

 

Fig. 2 DII

 

Nos hacen percibir sobre todo la lateralidad. Las DII existen sólo para frecuencias > 500 Hz y son confiables para f > 3 kHz.

 

DIE ó ISD (en inglés) Diferencias de espectro interaural:

Nos hacen percibir la altura, la distancia y la velocidad, aunque ninguna de estas diferencias actúa por si sola. La localización espacial depende de muchos factores, tan importantes como la vista (todos alguna vez, aparcando un coche, hemos bajado el volumen de la rádio), con la que la audición comparte receptores neuronales, la conciencia de la ubicación, el aprendizaje etc.

La lateralidad es binaural y la determinación de la elevación es monoaural. Así que podemos percibir la elevación con tan solo un oído. Esto se deriva del hecho de que nuestra oreja hace de resonador acústico. De hecho, está demostrado que también es posible para los sordos de un oído determinar la procedencia de un sonido

 


Fig. 3 Diferencia de espectro e intensidad de un sonido procedente de arriba y otro lateral.

 

 

Existen zonas del espacio que nos rodea en las que definimos mejor el origen de los sonidos.

Por ejemplo en el eje vertical, justo cuando tenemos algo situado en nuestro zenit, y desde ahí hacia delante o hacia detrás, perpendicularmente al eje horizontal o azimut, encontramos que dos de las tres variables que nos hacen percibir los sonidos no nos son de gran ayuda al ser iguales entre ellas. Sólo tendremos diferencias creadas por el pabellón auditivo y los distintos pliegues del mismo. Las tres diferencias interaurales se ven limitadas en este caso, a una. Por esta misma razón no somo buenos en tratar de distinguir delante y detrás.

figura 4

Del rango de frecuencias audibles por el ser humano, de 20Hz a 20.000Hz, no percibimos igual todas las frecuencias. Para frecuencias por debajo de los 800Hz, son las diferencias interaurales temporales o DIT las que se evalúan principalmente (retardos de fase), para frecuencias por encima de los 1600Hz son las diferencias de nivel interaural las que se tienen en cuenta. Entre 800Hz y 1600Hz se encuentra la zona de transición, donde los dos mecanismos intervienen.

Somos menos precisos cuando se trata de frecuencias inferiores a unos 730Hz, donde la longitud de la onda, unos 17-18cm coincide con la distancia entre nuestros oídos. Por eso nos es tan difícil distinguir sonidos que se encuentren en esos rangos. Cuando intentamos localizar el sonido de un grillo, a veces es mejor taparse un oído para situarlo mejor.

La precisión de la localización es de 1 grado para las fuentes que se encuentran delante del oyente, y 15 grados para las fuentes a los lados. Los humanos pueden distinguir diferencias interaurales temporales de 10 milisegundos o menos (5ms)

 

Todas estas variables hacen que se produzca un patrón de interferencias en la entrada de nuestro canal auditivo:

 

Efecto de precedencia

Wikipedia:

  • Si el retardo llega en un intervalo inferior a 5 ms, el cerebro localiza al sonido en función de la dirección que tuviera el primer estímulo, aunque los otros provengan de direcciones diametralmente opuestas.
  • Si el retardo está entre los 5 y los 50 ms, el oyente escucha un único sonido, pero de intensidad doble y localiza a la fuente a medio camino entre todas.

Para que el efecto Haas no determine en nuestro cerebro la dirección del sonido (es decir, para que se perciba el sonido como proveniente de un punto central), la señal retrasada debe tener más volumen que la primera.

La llamada curva de Haas indica la intensidad (expresada en dB) necesaria para lograr una equivalencia en cuanto al retardo en milisegundos entre dos señales. Esta curva de Haas se utiliza en acústica, entre otras cosas, para mantener el estéreo en recintos.

(Wikipedia enciclopedia libre: búsqueda efecto precedencia)

El sonido retardado influye en el resultado total de la localización. Si la ubicación del sonido retardado se diferencia mucho de la del sonido que llega primero a nuestros oídos, provoca un desplazamiento en la localización del sonido de hasta 7º, a partir de lo cual se hace cada vez menos efectivo.

También si el sonido retardado es suficientemente más intenso que el primero (10 – 15 dB), se cancela el efecto de precedencia.

El efecto de precedencia sólo se produce en sonidos con carácter transitorio y disminuye si el retardo entre los dos sonido es igual o menor que 5 ms.

El efecto de precedencia se produce también aún cuando el primer y segundo sonido tengan marcadas diferencias espectrales, siempre que la envolvente temporal sea similar.

 

Este fenómeno perceptual llamado también Efecto Precedencia tiene una gran importancia, tanto en Acústica Arquitectónica como en Electroacústica y consiste en la fusión de los sonidos que lleguen en una margen de tiempo de 50ms donde la percepción de la dirección del sonido es la indicada por el sonido inicial.

Una forma simple de demostrar el fenómeno es a partir de un equipo de sonido estereofónico.
[…] -Si las señales son iguales en ambos canales, el sonido sea percibido como proveniente del centro del sistema.

fig 6.Mismo DIT., DII.

En este caso el sonido será percibido saliendo del canal izquierdo, a pesar que las intensidades son iguales.

fig.7Retardo de 5 ms en el canal derecho.

 Si atenuamos 10 dB el canal izquierdo ( o le damos 10 dB de ganancia al canal derecho). El sonido será percibido saliendo otra vez del centro del sistema.

fig.8

 Atenuación de 10 dB en el canal izquierdo.

 

Figuras de la web:
http://www.labc.usb.ve/paginas/EC4514/AUDIO/PSICOACUSTICA/Efecto_Haas.html

 

 

 

 

 

APENDICE C VIDEOS: Fox hunting by sound localization – youtube video.

Ejemplo de supervivencia gracias a la localizacion espacial:

figura 9;

imagen del vídeo de la BBC incluido en la carpeta: “Apendice C videos”

 

Teoría duplex

El hecho de que las pistas de localización estén dadas por las DII para frecuencias altas y por las DIT para las frecuencias bajas fue denominada “teoría duplex” por Lord Rayleigh en 1907.

No obstante, si bien esta teoría es correcta para ondas senoidales (o tonos puros) no explica claramente lo que sucede en el caso de sonidos complejos.

 

 

 

 

 

 

Cono de confusión

Existe una región localizada como en forma de cono naciendo de cada uno de los oidos llamada cono de confusión. La razón es que en esa zona nuestra propia cabeza impide que parte de las frecuencias de las señales propagadas desde el punto radiante alcancen el oído contrario a la fuente sonora (Hombostel y Wertheimer en 1920):

figura 10
extraida de la página web de la nasa: www.nasa.gov

FUNCIONES de transferencia relacionadas con la cabeza (head-related transfer function ,HRTF)

Las funciones relacionadas con la cabeza, llamadas HRTF en inglés o también ATF, por las iniciales de “Anatomic transfer function”, son respuestas de cómo un oído recibe un sonido dependiendo de su ubicación espacial con respecto a una referencia dada. Un ejemplo de su uso es la síntesis de señales binaurales a partir de una estéreo.

Las diferencias espectrales entre el sonido original y el sonido medido junto al oido dan lugar a las HRTF. Estas funciones son obtenidas por medio de un impulso. La respuesta a este impulso da lugar a las HRIR (head related impulse response), las respuestas de impulso relacionadas con la cabeza.

La figura (11) muestra una HRTF extraida de la página web: www.nasa.gov

verde: oído izquierdo

rojo: oído derecho

ejemplo de función de transferencia relaccionada con la cabeza de un sonido que procede del plano horizontal a 45º grados en el lado izquierdo.

 

La convolución de un sonido en un espacio dado usando estas respuestas de impulso, convertirán el sonido al que debería haber sido “oído” en el espacio dado

figura 12;

ejemplos de funciones HRTF, arriba un grafico de la función creada por un oído sin pabellón, y abajo una medición del oído derecho esta vez incluyendo la “Pinna” o pabellón auditivo.

 

 

figura 13; 8

 

Los distintos picos de resonancia en las HRTF corresponden a diferentes localizaciones de las fuentes sonoras en el plano medio. (eje vertical)

figura 14 de E. Zwicker, H. Fastl: Psychoacoustics. Facts and models

Si se presenta un sonido de banda limitada con frecuencias centrales de 300 Hz o 3 kHz la imagen sonora siempre se formará delante del sujeto. Si la frecuencia central es de 8 kHz la imagen estará siempre arriba. Y si la frecuencia central es de 1 o 10 kHz la imagen se formará siempre detrás. […]

 

 

 

 

 

Función de transferencia relaccionada con el pabellón

La percepción de la elevación está condicionada por el pabellón auditivo, produciendo las funciones de transferencia relaccionadas con el pabellón (PRTF). Las frecuencias que toman importancia para esta decodificación espacial son lascomprendidas entre 6 y 8 kHz.

 

figura 15

Arriba: Esquema de la Pinna; Abajo: distintos pabellones de hombre y mujeres.

figura 16

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