Localización horizontal: ángulo de azimut

Para la determinación del ángulo de azimut, el cual indica el posicionamiento horizontal de una fuente sonora, el sistema auditivo utiliza la diferencia de intensidad y la diferencia temporal de las ondas sonoras que llegan a cada uno de los oídos.

2.3.1.1. Diferencias interaurales de intensidad (ILD)

Las diferencias interaurales de intensidad se dan debido a la sombra acústica causada por la cabeza del individuo, la cual estará determinada principalmente por la cantidad de difracción que se produzca en la misma (25).

La difracción consiste en que una onda puede rodear un obstáculo o propagarse a través de una pequeña abertura. La magnitud de este parámetro depende de la relación que existe entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo o abertura:

1. Si una abertura u obstáculo es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño, y la onda se propaga en líneas rectas o rayos, de forma semejante a como lo hace un haz de partículas.

2. Si el tamaño de la abertura u obstáculo es comparable a la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y la onda no se propaga simplemente en la dirección de los rayos rectilíneos, sino que se dispersa como si procediese de una fuente puntual localizada en la abertura.

En bajas frecuencias, la longitud de onda es relativamente grande en comparación al tamaño de la cabeza. Según la definición anterior de difracción, la longitud de onda es suficientemente grande con respecto al obstáculo como para que el efecto de la difracción sea alto y no se produzca la anteriormente denominada sombra acústica.

Figura 7: El obstáculo no produce sombra acústica

En altas frecuencias ocurre el caso contrario, la longitud de onda es relativamente pequeña con respecto al tamaño de la cabeza, por lo que se producirá un efecto de difracción bajo y por tanto, una sombra acústica.

Figura 8: El obstáculo produce sombra acústica

Las diferencias interaurales de intensidad son prácticamente despreciables para frecuencias inferiores a los 500Hz, pero pueden llegar hasta los 20dB para frecuencias mayores de 5kHz. De

manera efectiva, el sistema auditivo utiliza las ILD para determinar la posición de una fuente sonora para frecuencias superiores a 1,5kHz.

Figura 9: ILD en función del ángulo y la frecuencia (19)

2.3.1.2. Diferencias interaurales de tiempo (ITD)

Las diferencias interaurales de tiempo se calculan a partir de la diferencia de caminos existente entre la fuente y cada uno de los oídos del oyente (26).

Las ITD van de 0 s para fuentes sonoras con un ángulo de 0º (exactamente delante del sujeto), hasta cerca de 0.69 ms para fuentes sonoras con un ángulo de 90º.

Figura 10: Diferencias Interaurales de tiempo (19)

En la siguiente figura se observa las ITD en función del ángulo de incidencia de las ondas, siendo 0º para una incidencia totalmente frontal y 180º para una incidencia desde la parte posterior del sujeto.

Figura 11: ITL en función del ángulo (19)

Para tonos puros, las diferencias de tiempo son equivalentes a diferencias de fase entre las ondas que llegan a cada uno de los dos oídos.

La efectividad de la localización sonora por ITD también esta estrictamente relacionada con la frecuencia.

Para tonos puros de baja frecuencia, las diferencias de fase entre las ondas sonoras captadas por ambos sonidos intervienen de forma efectiva en la localización lateral de las fuentes sonoras. Para tonos puros de alta frecuencia, las diferencias de fase no intervienen de forma efectiva en la localización lateral de las fuentes. Esto es debido a que a frecuencias más altas, las diferencias de fase pueden ser tales que haya ciclos enteros de diferencia entre uno y otro oído, y nuestro sistema auditivo no tiene forma de determinar cuál ciclo corresponde a cuál en uno y otro oído. La ambigüedad comienza a ocurrir a partir de frecuencias cuya mitad de longitud de onda sea la dimensión del diámetro de la cabeza (21 cm), es decir para ondas de aproximadamente unos 800 Hz (longitud de onda = 43 cm).

Un sonido senoidal con esa frecuencia exacta (800 Hz) -o múltiplos enteros de ella- produce una sensación ambigua, dado que las ondas en ambos oídos tienen una diferencia de fase de 180º, por lo que el sistema auditivo no puede establecer si uno está adelantado o atrasado medio ciclo con respecto al otro. Pequeños movimientos de la cabeza pueden ayudar a determinar la localización de la fuente sonora.

Las ITD se vuelven totalmente ambiguas para sonidos senoidales con frecuencias superiores a los 1.5 kHz. Es por ello que el sistema auditivo emplea de forma efectiva las ITD para localizar las fuentes con una frecuencia inferior a 1,5kHz.

2.3.1.3. Teoría dúplex

El hecho de que las pistas de localización estén dadas por las ILD para frecuencias altas y por las ITD para las frecuencias bajas fue denominado teoría duplex (27).

La teoría dúplex concluye que complementando la localización por ILD y la localización por ITD, el oído es capaz de determinar la localización de la fuente para todo el rango de frecuencias. Concretamente, las ILD serán efectivas para frecuencias mayores a 1.5 kHz, mientras que las ITD serán efectivas para frecuencias menores de 1.5 kHz.

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

2.3.1.4. Localización horizontal de sonidos complejos

Una característica fundamental del sistema auditivo humano es su capacidad resolución de frecuencia e intensidad. Al momento de estudiar éste aspecto de nuestra audición es fundamental el concepto de banda crítica. Una forma de entender el funcionamiento del sistema auditivo es suponer que contienen una serie de filtros paso banda solapados llamados filtros auditivos (28). Estos filtros tienen como función aumentar la resolución de frecuencia del sistema auditivo y así incrementar la habilidad de discriminar entre distintos sonidos. Este banco de filtros no sigue una configuración lineal, y el ancho de banda y morfología de cada filtro depende de su frecuencia central. El ancho de banda de cada filtro auditivo se denomina banda crítica.

Las bandas críticas son rangos de frecuencia dentro de los cuales un sonido bloquea o enmascara la percepción de otro sonido. Por lo tanto, las frecuencias cercanas a la frecuencia original tienen mucho efecto sobre la sensación de intensidad del sonido. La intensidad percibida no es afectada, en cambio, en la presencia de sonidos fuera de la banda crítica. Es importante destacar aquí que el concepto de banda crítica es una construcción teórica y no algo físicamente comprobado.

Los sonidos que ocurren en situaciones reales tienen fases de ataque y caída, transitorios y características espectrales particulares. La mayoría también cambia su intensidad y su característica espectral en el tiempo.

 Las ITD ya no producen la ambigüedad de los sonidos senoidales, dado que el sistema auditivo compara las ITD (diferencias de fase) entre los distintos filtros auditivos. La ITD común entre los diferentes canales es aceptada como la ITD "correcta".

 Las ILD por su parte no proporcionan información de localización cuando se trata de sonidos complejos.

Actualmente se sabe que también existe un componente de localización para sonidos complejos dado por índices de tipo monoaural. Este tipo de índices viene dado por la modificación que realiza el pabellón auditivo en el espectro del sonido, los cuales se explican mas detalladamente en el siguiente apartado.