La psicoacústica es la rama de la ciencia que estudia la conexión entre las propiedades físicas del sonido y cómo éstas son percibidas e interpretadas por el oído y el cerebro humano.
Mientras que la acústica se encarga de estudiar la onda sonora como fenómeno físico, la psicoacústica se adentra en la psicología, la fisiología y la neurociencia para entender por qué escuchamos cómo lo hacemos.
El procesamiento del oído y el cerebro
El sistema auditivo humano es un mecanismo complejo diseñado para captar ondas acústicas y transformarlas en impulsos eléctricos que el cerebro pueda interpretar. Para entender cómo funciona, se divide en tres partes fundamentales:
Oído externo: captación y dirección
Su función principal es recoger, amplificar y dirigir las ondas sonoras hacia el interior del sistema.
- Componentes: Está formado por el pabellón auricular (la oreja) y el conducto auditivo externo, que mide aproximadamente 2,7 cm.
- Procesamiento espacial: El pabellón auricular y la propia cabeza actúan como un filtro físico (relacionado con la función HRTF), lo que ayuda al cerebro a determinar la procedencia, distancia y elevación del sonido.
Oído medio: transmisión y protección
Actúa como un puente mecánico que convierte las ondas de aire en movimiento físico.
- Mecanismo: Las ondas chocan contra el tímpano, haciéndolo vibrar. Esta vibración se transmite a la cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo), que funcionan como un sistema de palancas para llevar el movimiento hacia la ventana oval.
- Función protectora: Posee el reflejo estapedial, que consiste en la contracción de ciertos músculos ante sonidos muy fuertes para atenuarlos y evitar daños en el oído interno.
Oído interno: transducción de la señal
Es el lugar donde ocurre el proceso de la transducción: el paso de movimiento mecánico a impulsos eléctricos.
- El proceso en la cóclea: El movimiento del estribo en la ventana oval desplaza el líquido que se encuentra dentro de la cóclea (o caracol), generando una onda de presión que se mueve por la membrana basilar.
- Conversión eléctrica: Dentro del órgano de Corti, unas células especializadas llamadas células ciliadas detectan este movimiento y lo transforman en señales eléctricas.
- Envío al cerebro: Estas señales, que varían según la frecuencia e intensidad del sonido, viajan a través del nervio auditivo hasta el cerebro, donde finalmente se genera la sensación de escuchar.
Enmascaramiento sonoro
El enmascaramiento sonoro es un fenómeno psicoacústico fundamental que ocurre cuando un sonido nos impide percibir otro. Se define específicamente como la falta de percepción de un sonido debido a la presencia de otro que tiene una mayor intensidad.
El enmascaramiento sonoro funciona del siguiente modo: un tono enmascarador, es decir, un sonido de mayor volumen que "domina" el ambiente crea lo que se denomina un umbral de enmascaramiento.
Dicho enmascaramiento no afecta a todos los sonidos por igual; el tono enmascarador hace imperceptible un rango de frecuencias determinado, el cual depende directamente de la frecuencia y del nivel (volumen) de dicho tono.
Todos los sonidos que queden por debajo de ese umbral de enmascaramiento serán inapreciables para nuestro oído mientras el tono enmascarador esté presente. Por ejemplo, un tono de 1 kHz a 65 dB puede hacer que las frecuencias cercanas a él dejen de escucharse si no superan cierta intensidad.
Un ejemplo habitual es el de una conversación en la calle. Estás hablando con alguien y de repente, pasa una motocicleta ruidosa a tu lado, lo que hace que aunque la persona siga hablando dejes de percibir su voz porque el ruido de la moto ha “tapado” o enmascarado el mensaje.
Efecto Haas (o efecto de precedencia)
El efecto Haas, también conocido como el efecto de precedencia, es un fenómeno psicoacústico que describe cómo nuestro cerebro procesa y fusiona sonidos que llegan con una diferencia de tiempo muy pequeña.
El concepto fundamental es que si varios sonidos independientes llegan al cerebro en un intervalo inferior a 50 ms, este no los escucha por separado, sino que los fusiona e interpreta como uno solo. El cerebro deja de percibir la dirección individual de cada sonido y entiende que los sonidos que llegan después son simplemente un eco o reverberación del primero.
Modos de interpretación según el retardo
La forma en que el cerebro localiza el sonido cambia dependiendo de qué tan corto sea ese intervalo de tiempo:
- Retardo menor de 5 ms: El cerebro utiliza únicamente la dirección del primer estímulo para localizar el sonido. Aunque otros sonidos lleguen desde direcciones totalmente opuestas, el sistema auditivo los ignorará a nivel de localización y creerá que todo proviene de la fuente original.
- Retardo entre 5 y 50 ms En este rango, el oyente sigue escuchando un único sonido fusionado, pero con una intensidad doble. En este caso, la percepción de la fuente se desplaza y el cerebro la localiza en un punto intermedio entre todas las fuentes sonoras.
Para que el efecto de precedencia no determine la dirección del sonido (por ejemplo, para que el oyente sienta que el sonido viene del centro), la señal que llega con retraso debe tener un volumen mayor que la primera.
De aquí surge la curva de Haas, que es una representación de la intensidad (en decibelios) necesaria para compensar el retardo en milisegundos entre dos señales. Esta herramienta es fundamental en el diseño acústico de recintos para lograr mantener una imagen estéreo adecuada en todo el lugar.
Efecto Doppler
El efecto Doppler se define como el cambio en la frecuencia aparente de una onda (en este caso, sonora) cuando existe un movimiento relativo entre la fuente que emite el sonido y la persona que lo escucha.
Para entenderlo mejor, considera estos puntos:
- Cambio de tono según la dirección: El fenómeno provoca que percibamos el sonido de manera distinta dependiendo de si el objeto se acerca o se aleja. Cuando la fuente se aproxima al oyente, el tono se percibe más agudo; en el momento en que el vehículo pasa al lado y comienza a alejarse, el tono cambia y se percibe más grave.
- Velocidad relativa: Este efecto es claramente perceptible cuando la velocidad del objeto es una fracción significativa de la velocidad del sonido. Por ejemplo, una ambulancia viajando a 50 km/h se desplaza a aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido (que es de 1235 km/h). Aunque parezca una cifra pequeña, ese 4% es suficiente para que el oído humano aprecie el cambio de frecuencia en la sirena.
- Frecuencia "aparente": Es importante notar que la fuente siempre emite el sonido a la misma frecuencia real. Lo que cambia es la forma en que las ondas llegan al observador debido al movimiento, creando esa ilusión de cambio de tono o frecuencia aparente.
Función de Transferencia Relacionada con la Cabeza (HRTF)
La Función de Transferencia Relacionada con la Cabeza (HRTF) es una representación matemática que describe el complejo proceso de filtrado que sufre el sonido desde que es emitido por una fuente hasta que alcanza los oídos del oyente.
Dado que la percepción del sonido se ve afectada por la forma y el tamaño de la cabeza, las orejas y el torso, cada persona tiene su propia HRTF. Estos rasgos físicos actúan como un filtro acústico personal que modifica las ondas sonoras antes de que entren al canal auditivo.
La HRTF es la herramienta que utiliza el cerebro para descifrar la dirección, distancia y elevación de una fuente sonora. Al capturar cómo nuestro cuerpo altera el sonido, el sistema auditivo puede interpretar de dónde viene exactamente el estímulo.
En la tecnología actual, se utilizan estos filtros para simular la percepción espacial en sistemas de sonido. Al aplicar los filtros HRTF adecuados, se puede crear una sensación muy realista de tridimensionalidad, lo cual es especialmente efectivo en el uso de auriculares o técnicas de escucha binaural.