Tutorial de Psicoacústica

Para comprender de una manera global como funciona el audio, es importante tener los conocimientos de la Psicoacústica, la cual se dedica a estudiar la percepción del sonido, es decir, como nuestro oído y cerebro procesan la información que nos llega en forma de sonido.

Sensaciones Psicoacústicas

Cuando de repente escuchamos un sonido, percibimos sensaciones que son clasificadas en tres tipos: la altura, la sonoridad y el timbre.

Altura: Es la sensación que nos permite distinguir los sonidos graves de los agudos, y, más específicamente, diferenciar los sonidos de una escala musical.

Sonoridad: Es la sensación por la cual distinguimos un sonido fuerte de uno débil.

Timbre: Es una agrupación de una serie de cualidades por las cuales es posible distinguir los sonidos de los diversos instrumentos y voces.

Con esto tenemos como resultado que cada parámetro físico del sonido se corresponde de manera más o menos directa con un tipo de sensación psicoacústica especifica. Así, la frecuencia esta relacionada con la sensación de altura, la amplitud con la sonoridad, y el espectro (incluyendo las posibles envolventes) con el timbre. Veremos, sin embargo, que la cuestión no es tan sencilla, existiendo en general una importante dependencia entre cada sensación y todos los parámetros del sonido.

Direccionalidad Del Sonido

Los sonidos pueden tener un origen en fuentes que están ubicados en algún lugar del espacio circundante, dando origen a dos tipos de sensaciones: la direccionalidad y la espacialidad.

La Direccionalidad: Se refiere a la capacidad de localizar la dirección de donde proviene el sonido. Esta sensación es la que nos permite ubicar visualmente una fuente sonora luego de escucharla.

La Espacialidad: Nos permite asociar un sonido con el ambiente en el cual este se propaga, y estimar por ejemplo las dimensiones de una habitación o una sala sin necesidad de recurrir a la vista.

La direccionalidad esta vinculada con dos fenómenos. El primero es la pequeña diferencia de tiempos que hay entre la percepción de un sonido con el oído derecho y con el oído izquierdo, debido a que el recorrido de la onda sonora desde la fuente (un instrumento, por ejemplo) hasta cada oído es diferente.

Así, un sonido proveniente de la izquierda llegara antes al oído izquierdo, simplemente porque este esta más cerca de la fuente sonora. Esta diferencia es siempre menor que 0,6 ms.

El otro fenómeno es la diferencia de presiones sonoras, también causada por la diferencia entre distancias. En el ejemplo del sonido que viene de la izquierda, la presión sonora es mayor en el oído izquierdo, no solo por estar más cerca de la fuente, sino porque además la cabeza actúa como barrera para el sonido.

Efecto Haas

Un experimento interesante consiste en alimentar unos auriculares con dos señales iguales, una de las  cuales se encuentra ligeramente retardada respecto a la otra. Si se va aumentando el retardo desde 0 a 0,6ms, se crea la sensación de una fuente virtual (es decir aparente) que aparece desplazarse desde el frente hacia el lado que no experimenta retardo. Después de los 0,6 ms y hasta los 35 ms de retardo, la fuente virtual permanece más o menos fija, pero parece ensancharse cada vez más. Pará retardos mayores de 35ms la fuente virtual se divide en dos, percibiéndose separadamente en ambos canales, como provenientes de fuentes diferentes. A medida que el retardo se hace mayor, el segundo sonido aparece como un eco del primero.

Espacialidad

La espacialidad del sonido depende de varios factores. El primero es la distancia entre la fuente y el oído. Esto está vinculado a la familiaridad que se tenga con una fuente sonora específica (o un tipo de fuente). A Mayor distancia, la presión sonora es menor, lo que hace que si se conoce la fuente, se pueda tener una idea de la distancia.

Por ejemplo, si escuchamos a alguien hablar normalmente, podemos saber si se encuentra cerca o lejos. Si se trata de una fuente desconocida, el cerebro la asociara inconscientemente con alguna fuente que resulte más familiar.

El segundo factor lo constituyen las reflexiones tempranas. En el descampado, la onda sonora generada por una fuente se aleja indefinidamente atenuándose hasta volverse inaudible. En un ambiente cerrado, en cambio, la onda sonora se refleja en las paredes múltiples veces.

Las primeras reflexiones se denominan reflexiones tempranas. Las reflexiones tempranas proveen al sistema auditivo una clave temporal que se relaciona con la distancia entre ambas paredes, lo cual a su vez se vincula al tamaño del ambiente. Esto crea la sensación de ambiencia.

El tercer factor que hace a la especialidad del sonido es la reverberación. El fenómeno de la reverberación se produce como consecuencia de las numerosas reflexiones tardías del sonido. Mientras que las primeras reflexiones están distanciadas considerablemente, las subsiguientes comienzan a superponerse entre si, debido a que aparecen las reflexiones de las reflexiones y así sucesivamente.

Esto lleva a que al cabo de unos pocos instantes se convienen miles de reflexiones que dan origen a la reverberación.

 

El efecto más conocido de la reverberación es el hecho de que l sonido se prolonga aun después de interrumpida la fuente. Por ejemplo si golpeamos las manos, aun que el sonido generado es muy corto, permanece en el ambiente durante algunos instantes. El tiempo de permanencia, o tiempo de reverberación, depende de las características acústicas del ambiente, y nos da una clara sensación de espacialidad que puede y debe ser aprovechada en audiotécnica para evocar ambientes de gran realismo.

 

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El último factor que interviene en la sensación de especialidad es el movimiento de la fuente. Muchas fuentes son fijas, pero otras son móviles, y la movilidad es percibida a través no solo del desplazamiento evocado por la dirección de procedencia del sonido, sino por el denominado efecto Doppler, por el cual la frecuencia de una fuente móvil parece cambiar. Así, cuando una ambulancia se acerca a nosotros, la altura del sonido emitido por la sirena es mayor que cuando la ambulancia se detiene. Cuando contrariamente, esta se aleja, la altura baja.

Este efecto solo rara vez se utiliza en música, ya que normalmente se supone que los instrumentos musicales se mantienen en una posición determinada, o los eventuales desplazados se producen con lentitud, siendo el cambio de frecuencia imperceptible.

Tiene aplicación, sin embargo, en las bandas de sonido de películas o videos, ya que permite simular con mayor realismo una fuente móvil.

Enmascaramiento

Dentro de las cualidades del oído hay una que tiene consecuencias de gran importancia para la audición, y es el hecho de que los sonidos son capaces de enmascarar a otros sonidos. Enmascarar a un sonido significa ocultarlo o hacerlo imperceptible. El enmascaramiento es un fenómeno bastante familiar para todos. Sucede, por ejemplo, cuando intentamos escuchar a alguien que habla en medio de un ruido muy intenso: no podemos discriminar lo que dice porque su voz es enmascarada por el ruido.

El enmascaramiento es, en cierto punto, un defecto del oído, pero también es una virtud, ya que nos permite desembarazarnos de una cantidad de información inútil o difícil de procesar por el cerebro. Una interesante aplicación del enmascaramiento es la comprensión de los datos de audio digital, a manera de reducir la cantidad de espacio requerido para almacenar un tiempo dado de música.

La técnica se basa en aprovechar que mucha información que aparece en una grabación de alta calidad no aporta nada a la audición, ya que es enmascarada por otros tonos presentes, de modo que puede eliminarse, con ahorro de espacio.

Esta idea  se aplica en los Digital Compact Cassette o Cassette y en los Mini Disc, así como en el formato comprimido MP3 usado en internet. Últimamente también se está utilizando para mejorar la calidad de los CD del estándar de 16 bits a 19 o 20 bits.

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