El Sonido: Propiedades Físicas y Percepción Auditiva

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El Sonido y la Escena Auditiva

1. Naturaleza Física del Sonido

Variaciones de Presión: Causadas por un elemento capaz de producir vibraciones en un medio elástico. Se producen fenómenos de compresión (aumento de la presión) y rarefacción o enrarecimiento (disminución de presión).

Onda Mecánica: Transmitida a través de un medio elástico, a diferencia de una onda electromagnética. Si ese medio es el aire, se producen variaciones físicas de la presión atmosférica.

Espectro Acústico Audible: Se encuentra entre los 20 y los 20000 Hz aproximadamente. La velocidad del sonido (c) es aproximadamente de 340 m/s.

Acústica: Rama de la física que se ocupa de la propagación y el comportamiento del sonido.

2. Análisis Espectral Temporal del Sonido

Tono Puro: Sonido correspondiente a una variación sinusoidal de la presión; tiene una frecuencia única. Los sonidos se formalizan con una función matemática.

Parámetros: Permiten caracterizar un tono puro.

  • Periodo Temporal (T; s): Tiempo que tarda la onda en recorrer un ciclo completo.
  • Frecuencia Temporal (ν; Hz): Inverso de T: ν = 1/T
  • Amplitud (A)

Representación del Sonido en el Dominio del Tiempo (ν: T) y en el Dominio de la Frecuencia (ν: ν): Cualquier sonido se puede descomponer en una combinación lineal de tonos puros.

Tipos de Estímulos en Función de su Espectro:

  • Tonos Puros
  • Sonidos Complejos: Compuestos por más de una frecuencia.
  • Ruido: Formado por todas las frecuencias audibles.
  • Ruido Blanco: Variación aleatoria de la amplitud.

Relación entre Parámetros Físicos y Perceptivos en Sonido:

  • Amplitud y volumen: a mayor amplitud, mayor volumen.
  • Frecuencia y tonalidad: menor frecuencia, sonidos graves; mayor frecuencia, sonidos agudos.
  • Composición espectral y timbre.

3. Relevancia Perceptiva de la Representación Espectral

Ley Acústica de Ohm-Helmholtz: "El oído realiza un análisis espectral en tiempo real de los sonidos complejos y es el componente espectral más bajo el que determina el tono".

  • Relación entre frecuencia (parámetro físico) y tonalidad (parámetro perceptivo).
  • ¿Cómo se codifica la información sobre la frecuencia del sonido?
  • Oído externo, oído medio y oído interno (membrana basilar y órgano de Corti).

Teorías del Lugar de la Percepción de la Tonalidad:

  • Helmholtz: Teoría de la Resonancia: La membrana basilar está compuesta por fibras sintonizadas a una sola frecuencia.
  • Békésy: Mecánica Coclear: Selectividad Frecuencial: La amplitud del patrón de movimiento de la membrana basilar depende de la frecuencia del sonido.

Frecuencia alta: la onda viajera alcanza su máximo cerca de la base de la cóclea.

Frecuencias baja: la onda viajera alcanza su máximo cerca del ápice de la cóclea.

4. Medidas de Amplitud Sonora

Curva de Audibilidad Humana (CAH): Expresa el umbral absoluto para el ser humano en función de la frecuencia temporal.

Umbral Absoluto: Cantidad mínima de energía necesaria para que un estímulo sea detectado (promedio de 1000 Hz). Cuanto más alta la energía, menos sensible soy; menos energía, más sensible soy. S = 1/m

5. La Escena Auditiva

Sonido Emitido: Fuentes sonoras.

Sonido Transmitido: Filtros. Que pueden ser: paso bajo (selecciona las frecuencias comprendidas entre 0 y las frecuencias de corte), paso alto (selecciona las frecuencias superiores a la frecuencia de corte) y paso banda (selecciona las frecuencias comprendidas en torno a las frecuencias de pico).

Sonido Reflejado: Materiales blandos: absorben el sonido de los materiales duros.

Hay una diferencia muy grande entre campo abierto y reverberaciones.

Escena Auditiva: El patrón de vibración que alcanza finalmente el oído interno procede del sonido emitido, transmitido y reflejado.

Filtro: Cualquier mecanismo capaz de seleccionar ciertas características de la señal y atenuar o eliminar otras.

Caracterización Mediante la Función de Transferencia (de modulación y de fase)

Parámetros:

  • Frecuencia de Pico: Aquella a la que el filtro responde máximamente. El tono puro pasa sin problemas.
  • Ancho de Banda: Rango de frecuencias que se ven menos atenuadas por el filtro.
  • Frecuencia de Corte: Aquellas a partir de las cuales la función de transferencia es 0.

Caracterización Espectral de Fuentes Sonoras:

  • Dominio del Tiempo.
  • Dominio de la Frecuencia: Expresamos el nivel sonoro en función de la frecuencia temporal (análisis espectral del sonido).
  • Espectrograma: Útiles en el estudio de la percepción del habla.

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