La psicoacústica es una rama de la ciencia que explora la relación entre las características físicas del sonido y la forma en que estos sonidos son percibidos e interpretados por el oído humano y el cerebro.
Este campo integra conocimientos de acústica, psicología, fisiología, y neurociencia para entender cómo y por qué escuchamos de la manera en que lo hacemos.
Oído humano
El aparato auditivo humano se constituye como un complejo sistema que dirige y transforma las ondas acústicas en impulsos eléctricos. Estos impulsos son conducidos a través del nervio auditivo hasta el cerebro, donde finalmente se produce la sensación auditiva.
Podemos diferenciar tres partes fundamentales del oído:
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Oído externo. Recoge, amplifica y dirige las ondas sonoras hasta el tímpano. El oído externo está formado por el pabellón auricular y el conducto auditivo externo (de unos 2,7 cm de longitud y 8 mm de diámetro).
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Oído medio. Las ondas sonoras chocan con el tímpano produciendo la oscilación proporcional de éste. El tímpano comunica dichos desplazamientos a la cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo), que actúan como un sistema de palancas y comunican la información en forma de movimiento adaptado a la ventana oval.
Si el oído recibe un sonido muy fuerte, algunos músculos se contraen actuando sobre los huesecillos para atenuar dicho sonido y evitar así dañar el oído interno. Es lo que se conoce como reflejo estapedial.
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Oído interno. Es donde la señal pasa de movimiento mecánico a impulsos eléctricos. Al desplazar el estribo a la ventana oval, el movimiento se comunica al líquido que hay en el interior de la cóclea o caracol, creando de nuevo una onda de presión que se desplaza a través de la membrana basilar.
Este movimiento es captado por las células ciliadas dentro del órgano de Corti, las cuales lo transforman en pequeñas señales eléctricas que se envían por el nervio auditivo y que serán diferentes en función de la frecuencia y la intensidad de las mismas.
Psicoacústica
El funcionamiento de nuestro oído tiene una serie de características que hace que la percepción del sonido pueda variar según distintos factores que veremos a continuación.
Enmascaramiento
Podemos definir el enmascaramiento sonoro como la falta de percepción de un sonido por la presencia de otro con mayor intensidad.
Cuando mantenemos una conversación por la calle y a nuestro lado pasa una motocicleta ruidosa que nos impide oír a nuestro interlocutor, decimos que su voz se ha visto enmascarada por el ruido producido por la moto.
Si se irradia un tono enmascarador que provoque el enmascaramiento de otros, hará imperceptible un rango de frecuencias determinado en función del nivel de dicho tono y de su frecuencia.
Todos los sonidos que queden por debajo del umbral de enmascaramiento serán inapreciables mientras perdure el tono enmascarador, situado en este ejemplo en 1 kHz y con un nivel de unos 65 dB.
Efecto Haas
El efecto Hass, también conocido como efecto de precedencia, afecta a la percepción humana del sonido y describe cómo si varios sonidos independientes llegan a nuestro cerebro en un intervalo inferior a 50 ms (milisegundos), éste los fusiona y los interpreta como uno sólo. Esto se debe a que el cerebro deja de percibir la dirección y entiende los sonidos posteriores como un eco o reverberación del primero.
Esta interpretación la hace el cerebro de dos modos distintos:
- Si el retardo llega en un intervalo menor de 5 ms, el cerebro localiza el 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 doble intensidad y localiza 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 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 para mantener el estéreo en recintos.
Efecto Doppler
El efecto doppler es el cambio de frecuencia aparente de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador.
Hay ejemplos cotidianos del efecto doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La velocidad de una ambulancia (50 km/h) parece insignificante respecto a la velocidad del sonido (1235 km/h), pero se trata de un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficiente para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del oyente.
Función de transferencia de la cabeza humana (HRTF)
La HRTF (Función de Transferencia Relacionada con la Cabeza), es una representación matemática que describe el proceso de filtrado que ocurre cuando el sonido viaja desde una fuente de sonido hasta los oídos del oyente, teniendo en cuenta las características únicas de la cabeza y los oídos.
Cada individuo tiene un HRTF diferente, ya que la forma y el tamaño de la cabeza, las orejas y el torso afectan la forma en que se percibe el sonido. HRTF captura estas características y las utiliza para simular la percepción espacial del sonido en sistemas de audio inmersivo.
En el gráfico se puede ver una muestra de respuesta en frecuencia de los oídos izquierdo y derecho para una fuente de sonido desde el frente.
Al aplicar los filtros HRTF apropiados, los sistemas de audio inmersivo pueden crear una sensación convincente de dirección, distancia y elevación de las fuentes de sonido. Esto mejora el realismo general y la calidad inmersiva de la experiencia de audio, especialmente cuando se usan auriculares u otras técnicas de escucha binaural.
Después de explorar cómo nuestra mente percibe el sonido a través de la psicoacústica, regresamos a los principios fundamentales con la acústica básica. Aquí profundizaremos en las leyes físicas que gobiernan el comportamiento del sonido en diferentes espacios, elementos clave para diseñar entornos sonoros óptimos.