INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICACULHUACÁN
“AUDIÓMETROS Y CABINAS AUDIOMÉTRICAS”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO
EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTA:
GUTIÉRREZ NAVA ALLYZON BELÉN
ASESORES:
ING. LUÍS GERARDO HERNÁNDEZ SUCILLA
ING. SERGIO VÁZQUEZ GRANADOS
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACÁN
T E S I N A
QUE GENERA EL TÍTULO: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
POR LA OPCIÓN: SEMINARIO
DENOMINADO: TÉCNICAS DE GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN DEL SONIDO
VIGENCIA: FNS30697/11/2007
DEBERÁ DE REALIZAR: GUTIÉRREZ NAVA ALLYZON BELÉN
“AUDIÓMETROS Y CABINAS AUDIOMÉTRICAS” INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO I. SISTEMA AUDITIVO. CAPÍTULO 2. PSICOACÚSTICA. CAPÍTULO 3. ENMASCARAMIENTO. CAPÍTULO 4. AUDIOMETRÍA.
CAPÍTULO 5. PERDIDA DE AUDICIÓN POR EXPOSICIÓN CON EL RUIDO. CAPÍTULO 6. EVALUACIÓN DE LA AUDICIÓN.
CAPÍTULO 7. CABINAS AUDIOMÉTRICAS. CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFÍA
MÉXICO D.F. ABRIL DEL 2008
ASESORES
______________________________________ ___________________________
ING. LUIS GERARDO HERNANDEZ SUCILLA ING. SERGIO VÁZQUEZ GRANADOS
_______________________________________________
M. EN C. HÉCTOR BECERRIL MENDOZA
AGRADECIMIENTOS
En especial quisiera agradecer a mis padres y hermanos ya que ellos siempre estuvieron a mi lado en todos momentos me apoyaban tanto moralmente como económicamente y sin ellos jamás hubiera podido lograr este objetivo ya que me costo demasiado pero con ese apoyo y esa paciencia lo logre.
Le agradezco a mi esposo Ernesto ya que el me dio su apoyo, su cariño y todo su amor en el momento más importante de mi vida, obteniendo así al fruto de nuestro amor mi hijo Bryan, dándome mas fuerza y entereza para cumplir con este objetivo.
Le agradezco a toda mi demás familia sin dejar fuera a nadie ya que todos pusieron un granito de arena fuera lo que fuera ya se material económicamente, etc. Para que yo siguiera adelante.
Por ultimo les agradezco a todos mis amigos que de igual manera me ayudaron y apoyaron sobretodo con mucha paciencia para llegar ala meta.
INDICE
INTRODUCCIÓN 1
CAPITULO I. “SISTEMA AUDITIVO” 4
1.1 Sistema auditivo periférico. 5
1.2 Oído externo. 5
1.2.1 Anatomía y Funcionamiento 5
1.2.2 Respuesta en frecuencia. 6
1.3 Oído medio. 6
1.3.1 Anatomía y Funcionamiento 6
1.3.2 Reflejo timpánico o acústico 7
1.4 Oído interno. 7
1.4.1 Anatomía y Funcionamiento 7
1.4.2 La Cóclea como analizador de frecuencia 10
1.4.3 Ondas viajeras y transformación de frecuencia a posición 10
1.5 Respuesta Auditiva 13
CAPITULO 2. “PSICOACUSTICA” 14
2 Psicoacustica 15
2.1 Timbre 15
2.1.2 Ruido Usado para mediciones psicoacústicas 17
2.2 Rango dinámico y respuesta en frecuencia del oído 17
2.3 Umbral de la audición 18
2.6 Umbrales de malestar tacto y dolor 19
2.7 Desplazamiento temporal del umbral (TTS). Fatiga auditiva 19
2.8 Umbral de audibilidad 19
2.9 Umbrales psicológicos 21
2.10 Umbral absoluto 21
2.11 Umbral diferencial 22
2.12 La “ley” de Weber – Fechner 22
2.13 So n o r i d a d. 23
2.14 La percepción de la sonoridad 24
2.15 Excitación y Nivel de Excitación 25
2.16 Estadísticas de población sobre la audición 27
2.16.1 Audición normal. 27
2.16.2 Audición de una población representativa. 27
2.16.3 Efecto de la edad sobre la audición (presbiacusia) 27
CAPITULO 3. “Enmascaramiento” 28
3.1 Enmascaramiento por tonos puros o bandas finas de ruido. 29
3.1.1 Enmascaramiento por ruido de banda ancha. Bandas criticas. 29
3.2 Enmascaramiento Sonoro 30
3.2.1 Pre-enmascaramiento 31
3.2.2 Post-enmascaramiento 32
3.3 Efectos temporales 34
3.4 Umbral de enmascaramiento y nivel de sensación 34
3.5 Enmascaramiento simultáneo 35
3.6 Efectos espectrales 35
3.7 Dependencia del nivel de señal 38
3.8 Localización auditiva. 39
3.8.1 Precisión 39
3.8.2 Sensibilidad Auditiva a Pequeñas Diferencias 39
Capitulo 4. “Audiometría” 40
4.1 Audiometría 41
4.2 ¿Cómo se realiza una audiometría? 41
4.3 ¿Cómo interpretar una audiometría? 42
4.3.1 Valores de referencia 42
4.4 El Audiómetro 44
4.5 Audiometría tonal umbral 44
4.6 Audiometría tonal supraliminar 45
4.7 Estudio de las cortipatías (reclutamiento) 45
4.8 Estudio de la adaptación auditiva patológica 46
4.9 Audiometría vocal o de la palabra 46
4.10 Pruebas acumétricas 47
Capitulo 5. “Perdida de audición por exposición con el ruido” 49
5.1 Tipos de pérdida de audición por exposición al ruido 50
5.1.2 Trauma acústico 50
5.1.3 Desplazamiento temporal del umbral inducido por el ruido (NITTS). 50
5.1.4 Desplazamiento permanente del umbral inducido por el ruido (NIPTS). 50
5.1.4.5 Ubicación de la patología orgánica 50
5.3 Desplazamiento transitorio (temporal) del umbral 50
5.4 Patrón temporal de exposición 50
5.5 Regla de la fracción on time 51
5.6 Ruido fluctuante 51
5.7 Ruido impulsivo. 52
5.8 Efectos interactivos. 53
5.9 Recuperación del desplazamiento temporal del umbral. 53
5.10 Variaciones individuales. 54
5.11 Nivel sonoro durante la exposición. 56
5.12 Ruido intermitente. 57
Capitulo 6. “Evaluación de la audición” 58
6.1 Nivel de audición (umbral de audición) 59
6.2 Audiómetro de tono puro 59
6.2.1 Audiómetros de tono puro operado manualmente 60
6.2.2 Utilización de un audiómetro manual. 60
6.2.4 Calibración del audiómetro 62
6.2.5 Calibración anual 62
6.3 Ruido de fondo permisible durante la evaluación audiométrica 64
6.4 Conducción ósea 64
6.4.1 Calibración del vibrador de conducción ósea 65
6.4.2 Colocación del vibrador de conducción ósea sobre el cráneo. 65
6.5 Audiometría del habla 66
6.5.1 Examen de reconocimiento del habla 66
Capitulo 7. “CABINAS AUDIOMETRICAS “ 67
7.1 Cabina Audiométrica 68
Conclusión 73
Introducción
La función de nuestro sistema auditivo es, esencialmente, transformar las variaciones de presión originadas por la propagación de las ondas sonoras en el aire en impulsos eléctricos (variaciones de potencial), información que los nervios acústicos transmiten a nuestro cerebro para la asignación de significados.
Podemos dividir el sistema auditivo en:
• sistema auditivo periférico
• sistema auditivo central.
La psicoacústica es una rama de la psicofísica que estudia la relación existente entre el estímulo de carácter físico y la respuesta de carácter psicológico que el mismo provoca. Estudia la relación entre las propiedades físicas del sonido y la
interpretación que hace de ellas el cerebro. Hasta hace poco los estudios se habían concentrado primordialmente en el comportamiento del sistema auditivo periférico.
Los objetivos generales de la psicoacústica pueden resumirse en determinar:
1. la característica de respuesta de nuestro sistema auditivo, es decir, cómo se relaciona la magnitud de la sensación producida por el estímulo con la magnitud física del estímulo;
2. el umbral (absoluto) de la sensación;
3. el umbral diferencial de determinado parámetro del estímulo (mínima variación y mínima diferencia perceptibles),
4. la resolución o capacidad de resolución del sistema para separar estímulos simultáneos o la forma en que estímulos simultáneos provocan una sensación compuesta;
5. la variación en el tiempo de la sensación del estímulo.
La psicoacústica es una disciplina empírica. Los resultados se obtienen estadísticamente a partir de los resultados concretos de los experimentos realizados con cada uno de los sujetos del experimento. Si los resultados son muy dispares, no es posible extraer conclusiones.
El diseño del experimento en sí y las condiciones en las que se realiza son críticas para la obtención de resultados válidos. Todo un conjunto de resultados obtenidos puede ser cuestionado si el diseño del experimento no fue lo suficientemente cuidadoso como para tener en cuenta los diferentes factores que podrían influir sobre los resultados.
A continuación se describen algunos métodos utilizados en la psicoacústica, debiendo señalarse que cada uno de ellos será más apropiado para un tiempo de investigación, y que los diferentes métodos implicarán también diferentes demoras en el logro de resultados satisfactorios.
Método de ajuste
El sujeto tiene control sobre el estímulo.
Método de seguimiento (tracking)
El sujeto tiene control sobre el estímulo, pero sólo sobre la dirección en la cual varía el estímulo. {Seguimiento de Békésy)
Estimación de magnitud
A los estímulos se les asignan números correspondientes a la magnitud percibida en alguna de las dimensiones posibles.
Procedimiento Sí-No
El sujeto debe decidir si una señal está presente o no. De alguna manera es un procedimiento de elección forzada (elección forzada de un intervalo y dos
alternativas), dado que el sujeto sólo puede contestar "Sí" o "No", y no por ejemplo "No Sé".
Elección forzada de dos intervalos
Al sujeto se le presentan dos intervalos y debe decidir si la señal ocurre en el primero o el segundo intervalo.
Procedimientos adaptables
En los procedimientos de elección forzada la sucesión de estímulos es escogida por el investigador. En estos casos, los estímulos presentados dependen de las
respuestas que vaya dando el sujeto.
Comparación de pares de estímulos
Un par de estímulos AB tiene diferencias en una dimensión, mientras que el siguiente par CD tiene diferencias en otra dimensión. El sujeto debe decidir si la diferencia percibida en el primer par AB es mayor o menor que la percibida en el segundo par CD.
La realización de experimentos a efectos de obtener valores y escalas que pudieran reflejar las características del funcionamiento de nuestro sistema auditivo es sólo una parte del trabajo en psicoacústica. La otra componente importante es el diseño de modelos que ayuden a explicar los resultados del experimento, es decir, el funcionamiento del sistema auditivo.
La determinación de modelos de funcionamiento del sistema auditivo tiene una estrecha relación con los estudios del funcionamiento de nuestro cerebro. Allí falta mucho aún por determinar y apenas estamos comenzando a acercarnos a descubrir pautas de su funcionamiento. Diferentes autores han propuesto diferentes modelos, y muchos de ellos parecerían explicar los resultados obtenidos, a partir del estado actual del conocimiento en dicha área.
Audiometría
La audiometría es una exploración de medida funcional de la audición, de reducido coste y de fácil realización, siendo necesario un aprendizaje para el uso del audiómetro, aparato electrónico que nos va a medir el umbral de audición, entendiendo como tal el mínimo nivel auditivo de la persona explorada para una frecuencia determinada.
CAPITULO I.
“FISIOLOGIA DEL SISTEMA AUDITIVO
”
Aquí se examina la estructura y funcionamiento del oído, con el fin de lograr una mejor comprensión de los fenómenos y modelos psicoacústicos. Se estudia la anatomía y la fisiología del aparato auditivo, haciendo énfasis en aquellas partes y estructuras del mismo más importantes para el desarrollo de modelos preceptúales.
1.1 SISTEMA AUDITIVO PERIFÉRICO
El sistema auditivo periférico (el oído) está compuesto por el oído externo, el oído medio y el oído interno.
Figura: Sistema auditivo periférico
El sistema auditivo periférico cumple funciones en la percepción del sonido, esencialmente la transformación de las variaciones de presión sonora que llegan al tímpano en impulsos eléctricos (o electroquímicos), pero también desempeña una función importante en nuestro sentido de equilibrio.
1.2 OÍDO EXTERNO
1.2.1 Anatomía y Funcionamiento
El oído externo (figura 1), está formado por el pabellón auricular u oreja, el cual dirige las ondas sonoras hacia el conducto auditivo externo a través del orificio auditivo. El otro extremo del conducto auditivo se encuentra cubierto por la membrana timpánica o tímpano, la cual constituye la entrada al oído medio.
La función del oído externo es la de recolectar las ondas sonoras y encauzarlas hacia el oído medio. Asimismo, el conducto auditivo tiene dos propósitos adicionales: proteger las delicadas estructuras del oído medio contra daños y minimizar la distancia del oído interno al cerebro, reduciendo el tiempo de propagación de los impulsos nerviosos.
1.2.2 Respuesta en frecuencia
El conducto auditivo es un "tubo" de unos 2 cm. de longitud, el cual influye en la respuesta en frecuencia del sistema auditivo. Dada la velocidad de propagación del sonido en el aire (aprox. 334 m/s).
El pabellón auricular, junto con la cabeza y los hombros, contribuye a modificar el espectro de la señal sonora. Las señales sonoras que entran al conducto auditivo externo sufren efectos de difracción debidos a la forma del pabellón auricular y la cabeza, y estos efectos varían según la dirección de incidencia y el contenido espectral de la señal; así, se altera el espectro sonoro debido a la difracción. Estas alteraciones, en forma de "picos" y "valles" en el espectro, son usadas por el sistema auditivo para determinar la procedencia del sonido en el llamado "plano medio" (plano imaginario perpendicular a la recta que une ambos tímpanos).
1.3. OÍDO MEDIO
1.3.1 Anatomía y funcionamiento.
El oído medio está constituido por una cavidad llena de aire, dentro de la cual se encuentran tres huesecillos, denominados martillo, yunque y estribo, unidos entre sí en forma articulada. Uno de los extremos del martillo se encuentra adherido al tímpano, mientras que la base del estribo está unida mediante un anillo flexible a las paredes de la ventana oval, orificio que constituye la vía de entrada del sonido al oído interno.
Finalmente, la cavidad del oído medio se comunica con el exterior del cuerpo a través de la trompa de Eustaquio, la cual es un conducto que llega hasta las vías respiratorias y que permite igualar la presión del aire a ambos lados del tímpano.
Los sonidos, formados por oscilaciones de las moléculas del aire, son conducidos a través del conducto auditivo hasta el tímpano. Los cambios de presión en la pared externa de la membrana timpánica, asociados a la señal sonora, hacen que dicha membrana vibre siguiendo las oscilaciones de dicha señal.
Las vibraciones del tímpano se transmiten a lo largo de la cadena de huesecillos, la cual opera como un sistema de palancas, de forma tal que la base del estribo vibra en la ventana oval. Este huesecillo se encuentra en contacto con uno de los fluidos contenidos en el oído interno; por lo tanto, el tímpano y la cadena de huesecillos actúan como un mecanismo para transformar las vibraciones del aire en vibraciones del fluido.
Ahora bien, para lograr que la transferencia de potencia del aire al fluido sea máxima, debe efectuarse un acoplamiento entre la impedancia mecánica característica del aire y la del fluido, puesto que esta última es mucho mayor que la primera.
1.3.2 Reflejo timpánico o acústico
Cuando se aplican sonidos de gran intensidad (> 90 dB SPL) al tímpano, los músculos tensores del tímpano y el estribo se contraen de forma automática, modificando la característica de transferencia del oído medio y disminuyendo la cantidad de energía entregada al oído interno.
Este "control de ganancia" se denomina reflejo timpánico o auditivo, y tiene como propósito proteger a las células receptoras del oído interno frente a sobrecargas que puedan llegar a destruirlas. Este reflejo no es instantáneo, sino que tarda de 40 a 160 ms en producirse.
El reflejo timpánico debe ser tomado en cuenta en cualquier modelo matemático del procesamiento del sonido en el aparato auditivo, siempre que se trabaje con sonidos de gran intensidad, puesto que es un mecanismo no lineal que introduce un término cuadrático en la relación entrada-salida del oído medio.
1.4 OÍDO INTERNO
El oído interno representa el final de la cadena de procesamiento mecánico del sonido, y en él se llevan a cabo tres funciones primordiales: filtraje de la señal sonora, transducción y generación probabilística de impulsos nerviosos.
1.4.1 Anatomía y funcionamiento.
Está constituido por el laberinto, cavidad ósea que contiene a los canales semicirculares, el vestíbulo, y el caracol. Los canales semicirculares son el órgano sensor del sistema de equilibrio. Son tres pequeños conductos curvados en semicírculo, con ejes aproximadamente en cuadratura. Interiormente están recubiertos por terminaciones nerviosas y contienen líquido endolinfático. Al rotar la cabeza en alguna dirección, por inercia el líquido tiende a permanecer inmóvil.
Se crea un movimiento relativo entre el líquido y los conductos que es detectado y comunicado al cerebro por las células nerviosas, lo cual permite desencadenar los mecanismos de control de la estabilidad. Al haber tres canales en cuadratura se detectan movimientos rotatorios en cualquier dirección.
El vestíbulo comunica los canales semicirculares con el caracol, y al mismo tiempo comunica el caracol con la caja timpánica a través de dos orificios denominados
ventana oval y ventana redonda (también llamada tímpano secundario), cubiertos
por sendas membranas de unos 3 mm y 2 mm respectivamente. El estribo, última pieza de la cadena osicular, se encuentra adherido a la ventana oval.
La cóclea o caracol, es un conducto rígido en forma de espiral de unos 35 mm de longitud, lleno con dos fluidos de distinta composición.
Esquema del sistema auditivo periférico con la cóclea desenrollada
La base del estribo, a través de la ventana oval, está en contacto con el fluido de la escala vestibular, mientras que la escala timpánica desemboca en la cavidad del oído medio a través de otra abertura (ventana redonda) sellada por una membrana flexible (membrana timpánica secundaria).
Sobre la membrana basilar y en el interior de la escala media se encuentra el órgano de Corti, el cual se extiende desde el vértice hasta la base de la cóclea y contiene las células ciliares que actúan como transductores de señales sonoras a impulsos nerviosos. Sobre las células ciliares se ubica la membrana tectorial, dentro de la cual se alojan las prolongaciones o cilios de las células ciliares externas.
Dependiendo de su ubicación en el órgano de Corti, se pueden distinguir dos tipos de células ciliares: internas y externas. Existen alrededor de 3500 células ciliares internas y unas 20000 células externas. Ambos tipos de células presentan conexiones o sinapsis con las fibras nerviosas aferentes (que transportan impulsos hacia el cerebro) y eferentes (que transportan impulsos provenientes del cerebro), las cuales conforman el nervio auditivo.
Sin embargo, la distribución de las fibras es muy desigual: más del 90% de las fibras aferentes inervan a las células ciliares internas, mientras que la mayoría de las 500
Célula ciliar interna estimulada Célula ciliar externa estimulada (Excitación) (Realimentación)
1.4.2 La Cóclea como analizador de frecuencia
La membrana basilar es una estructura cuyo espesor y rigidez no es constante: cerca de la ventana oval, la membrana es gruesa y rígida, pero a medida que se acerca hacia el vértice de la cóclea se vuelve más delgada y flexible.
La rigidez decae casi exponencialmente con la distancia a la ventana oval; esta variación de la rigidez en función de la posición afecta la velocidad de propagación de las ondas sonoras a lo largo de ella, y es responsable en gran medida de un fenómeno muy importante: la selectividad en frecuencia del oído interno.
1.4.3 Ondas viajeras y transformación de frecuencia a posición
Las ondas de presión generadas en la perilinfa a través de la ventana oval tienden a desplazarse a lo largo de la escala vestibular. Debido a que el fluido es incompresible la membrana basilar se deforma, y la ubicación y amplitud de dicha deformación varía en el tiempo a medida que la onda de presión avanza a lo largo de la cóclea. Para comprender el modo de propagación de las ondas de presión, supóngase que se excita el sistema auditivo con una señal sinusoidal de una frecuencia dada, la membrana basilar vibrará sinusoidalmente, pero la amplitud de la vibración irá en aumento a medida que se aleja de la ventana oval (debido a la variación en la velocidad de propagación), hasta llegar a un punto en el cual la deformación de la membrana basilar sea máxima; en ese punto de "resonancia", la membrana basilar es acústicamente "transparente" (es decir, se comporta como si tuviera un orificio), de modo que la amplitud de la vibración y, por ende, la
Dos vistas de coclea hipotéticamente rectificada. Arriba vista superior abajo vista lateral
A partir de esa región, la onda no puede propagarse eficientemente, de modo que la amplitud de la vibración se atenúa muy rápidamente a medida que se acerca al helicotrema. En la figura anterior se observa la onda en la membrana basilar en un instante de tiempo. En este modo de propagación, las ondas de presión son ondas viajeras, en las cuales (a diferencia de las ondas estacionarias) no existen nodos. En la figura siguiente se observa la amplitud de oscilación de la membrana basilar en dos instantes de tiempo, junto con la envolvente de la onda viajera, en función de la distancia al estribo.
La ubicación del máximo de la envolvente de la onda viajera depende de la frecuencia de la señal sonora, como puede observarse, mientras menor es la frecuencia del tono, mayor es la distancia que viaja la onda a lo largo de la membrana antes de ser atenuada, y viceversa. De esta forma, la membrana basilar dispersa las distintas componentes de una señal de espectro complejo en posiciones bien definidas respecto a la ventana oval. En las animaciones a la izquierda se ve una oscilación se la membrana de 400 Hz. y a la derecha de 4000 Hz.
1.5 Respuesta Auditiva
El área de sensación auditiva limita, a niveles bajos de presión sonora, con el
umbral de la audición, y a niveles muy altos, con el umbral de malestar, sensación de tacto y dolor. Los límites de frecuencia no están bien definidos. A menudo, se considera que el limite de las frecuencias altas esta en 20.000 Hz, pero varía notablemente de una persona a otra. Habitualmente decae con la edad y puede estar afectado negativamente por la exposición al ruido. El límite de las frecuencias bajas suele especificarse a 20 Hz, pero el sistema auditivo puede responder a
CAPITULO 2
“PSICOACUSTICA
”
En este capítulo se describen los conceptos y fenómenos relacionados con la percepción del sonido. Para ello, se estudiarán y discutirán en forma cualitativa los resultados de numerosos experimentos psicoacústicos que aparecen en la literatura, y se justificarán (siempre que sea posible) en términos de la estructura y fisiología del aparato auditivo. No todos los fenómenos preceptúales auditivos están relacionados directamente con un fenómeno físico sino que reflejan un conjunto muy complejo de relaciones que, para poder ser descritos, requieren de calificativos subjetivos de difícil repetibilidad entre observadores.
2.1 Psicoacústica
La psicoacústica estudia la percepción subjetiva de las cualidades (características) del sonido: intensidad, tono y timbre. Estas cualidades o características del sonido están, a su vez, determinadas por los propios parámetros del sonido, principalmente, frecuencia y amplitud.
Los parámetros psicoacústicos más relevantes son:
1. Sonoridad. Percepción subjetiva de la intensidad (amplitud) sonora.
2. Altura está ligada a la percepción del tono (en concreto, con la frecuencia fundamental de la señal sonora). ¿Cómo se percibe lo grave o agudo? ¿que es sonido?
3. Timbre: Es la capacidad que nos permite diferenciar los sonidos. El timbre está caracterizado por la forma de la onda, es decir, por su componente armónico.
Debido a la sensibilidad (eficiencia de la respuesta en frecuencia) del oído humano, estos términos en el contexto de la psicoacústica no son totalmente independientes. Los tres se influyen mutuamente. Modificando un parámetro, cambian los otros y la percepción del sonido cambia. Por ejemplo, si se modifica la intensidad de un sonido (su sonoridad) esto afecta a la percepción de la altura y del timbre, etc.
2.1.1 El Timbre
El timbre es el atributo que nos permite diferenciar dos sonidos con igual sonoridad, altura y duración. Como se ve, el timbre se define por lo que no es.
En todo caso, se podría afirmar que el timbre es una característica propia de cada sonido, de alguna manera identificatoria de la fuente sonora que lo produce.
Hay diferentes grados de generalización en la consideración del timbre de una fuente sonora.
• aquello que diferencia elementos de diferentes clases (por ejemplo, una guitarra de una flauta);
• aquello que diferencia elementos de una misma clase (por ejemplo, dos guitarras);
• aquello que diferencia las distintas posibilidades dentro de un único elemento (por ejemplo, diferentes posibilidades sonoras -tímbricas- en una misma guitarra);
• aquello que caracteriza las diferencias producidas por la variación temporal de un sonido (el sonido como fenómeno dinámico, que varía en el tiempo).
Los principales factores que influyen en la determinación del timbre son:
• la envolvente espectral, es decir, la intensidad relativa de los parciales;
• la envolvente dinámica, en particular la conjunción de las envolventes dinámicas de cada uno de los parciales;
• los transitorios, que son parciales de muy corta duración que se generan en el ataque, pero también en la caída de un sonido. Ello hace que todos los sonidos tengan siempre una componente de ruido.
El timbre es un fenómeno dinámico, quiere decir que varía en el tiempo. Esto se debe a la evolución de las envolventes dinámicas de cada uno de los parciales que hace que la envolvente espectral (es decir, la intensidad relativa de los parciales) sea distinta en cada momento.
La envolvente tímbrica es la superficie que generan las envolventes dinámicas de todos los parciales que componen ese sonido.
Análisis espectral del sonido de "madera" en los tambores
Análisis espectral de un sonido simple (seno) estacionario 2.1.2 Ruido usado para mediciones psicoacústicas
El ruido blanco tiene una densidad espectral independiente de la frecuencia. Su rango (a los efectos de mediciones en psicoacústica) va de los 20 Hz a los 20 kHz. Se usa también el ruido rosado, el cual tiene una distribución pareja de la energía en cada una de las octavas.
El ruido de enmascaramiento uniforme se obtiene modificando el ruido blanco en función de la curva de enmascaramiento.
2.2 Rango dinámico y respuesta en frecuencia del oído
Se define el rango dinámico del oído como la relación entre la máxima potencia sonora que éste puede manejar y la mínima potencia necesaria para detectar un sonido. Asimismo, el rango de frecuencias asignado convencionalmente al sistema auditivo va desde los 20 Hz hasta los 20 kHz, aun cuando este rango puede variar de un sujeto a otro o disminuir en función de la edad del sujeto, de trastornos auditivos o de una pérdida de sensibilidad (temporal o permanente) debida a la exposición a sonidos de elevada intensidad.
Ahora bien, la sensibilidad del sistema auditivo no es independiente de la frecuencia; por el contrario, dos sonidos de igual presión sonora pueden provocar distintas sensaciones de intensidad o "sonoridad", dependiendo de su contenido espectral. Estos tres parámetros del oído (rango dinámico, respuesta en frecuencia y sensibilidad en función de la frecuencia) se resumen en la siguiente figura, que ilustra el área de audición.
El extremo superior del rango dinámico está dado por el umbral de dolor, el cual define las presiones sonoras máximas que puede soportar el oído. Más abajo de este nivel, se encuentra el límite de riesgo de daños, el cual representa un umbral de presión sonora que no debe sobrepasarse por más de un cierto período de tiempo (ocho horas diarias por día laboral), o de lo contrario puede producirse un pérdida de sensibilidad permanente.
El extremo inferior, denominado umbral de audibilidad (UA), representa la sensibilidad del aparato auditivo, es decir, el valor mínimo de presión sonora que debe tener un tono para que éste sea apenas perceptible. De la Figura resulta obvio que esta sensibilidad depende de la frecuencia de la señal sonora; a modo de ejemplo, un tono de 1 kHz y 20 dB SPL será audible (está por encima de la curva), mientras que un tono de 50 Hz e igual nivel será inaudible (está por debajo de la curva). Como se ve en la figura el aparato auditivo es capaz de operar sobre un rango de presiones sonoras muy amplio (unos 150 dB). Las presiones sonoras correspondientes al mínimo del umbral de audibilidad (a 0 dB SPL) equivalen a desplazamientos de la membrana basilar inferiores a 1010 m, distancia comparable al diámetro de un átomo. Tan extraordinaria sensibilidad se debe a los mecanismos activos y no lineales; es decir, a la acción combinada de varias células ciliares
externas sobre cada célula interna.
2.3 Umbral de la audición.
Para un sonido especificado, el umbral de audición (también conocido como umbral de audibilidad) es el nivel de presión sonora mínimo capaz de evocar una sensación auditiva. Para una persona, el umbral no es un límite preciso, sino que se define en términos de la probabilidad de que el sonido sea oído. La probabilidad suele considerarse del 50 por 100, salvo que se especifique de otra manera
El umbral de las características del sonido (tales como la frecuencia), de la forma en que se presente al oyente (auriculares, altavoz con el oyente de cara a la fuente, etc.,) y del punto en que se mida el nivel de presión sonora (a la entrada del canal auditivo, en campo libre en ausencia del oyente, etc.,)
2.4 Umbral del mínimo campo audible (MAF).
El umbral del mínimo campo audible es el nivel de presión sonora del umbral de audición en jóvenes adultos con audición normal, medida de un campo libre, en la posición del cabeza del oyente, pero en ausencia de éste. Se determina para los tonos puros con el oyente frente a la fuente y escuchando con ambos oídos. Depende de la dirección de llegada del sonido, debido a los efectos de difracción de la cabeza y oído externo. El umbral del mínimo campo audible es la curva inferior.
El MAF se ha establecido a partir de medidas con oyentes normales (personas que no tienen historial de problemas auditivos) y personas jóvenes (entre 18 y 25 años), par
2.5 Umbral de mínima presión audible (MAP).
El umbral de mínima presión audible es el nivel de presión sonora para el umbral de audición en jóvenes adultos con audición normal, medido mediante la presentación del sonido a un oído a través de auriculares .El umbral de mínima presión audible se determina retirando el auricular del oído del oyente y colocándolo de forma que envíe el sonido a una cavidad de paredes sólidas, cuyo volumen al que encierran el auricular y su almohadilla cuando se coloca sobre le oído del oyente. El nivel de presión sonora desarrollado en esta cavidad se controla mediante un micrófono.
2.6 Umbrales de malestar tacto y dolor
El oyente medio experimenta malestar significativo en un campo libre a niveles de presión sonora por encima de 120 dB. A un nivel de aproximadamente 140 dB, el malestar alcanza el punto de dolor. La gran amplitud del movimiento del tímpano y de los componentes del oído medio a niveles de presión sonora próximos a 130 dB produce a menudo una sensación táctil o de cosquilleo.
2.7 Desplazamiento temporal del umbral (TTS). Fatiga auditiva
Si una persona se expone a un ruido por encima de determinado nivel critico y luego se retira, su umbral de audición puede aumentar (es decir, la audición puede empeorar). Si la audición vuelve a la normalidad en poco tiempo, este cambio se denomina desplazamiento temporal del umbral.
2.8 Umbral de audibilidad
La sensibilidad del aparato auditivo puede variar considerablemente de un sujeto a otro; además, como se verá más adelante, puede cambiar según las condiciones de propagación del sonido. Por esta razón, resulta conveniente definir un umbral de audibilidad promedio, también llamado mínimo campo audible promedio; éste se representa mediante una curva que indica la presión sonora de un tono puro de larga duración (> 200 ms), el cual se propaga en condiciones de campo libre y en ausencia de cualquier otro sonido, y que puede ser detectado por el 50% de una población de sujetos jóvenes (entre 18 y 25 años) y audiológicamente normales.
Los valores medios del umbral de audibilidad han sido objeto de un proceso de estandarización, descrito en un documento de la ISO].
Dado que el UA así definido representa un promedio, algunos sujetos serán capaces de percibir tonos que se encuentren por debajo de esta curva, como se ve en la figura. Se indica que algunos individuos jóvenes pueden detectar tonos que se encuentran 20 dB por debajo del UA promedio. Asimismo, si bien la curva del UA promedio es razonablemente "suave", mediciones cuidadosas revelan que en cada sujeto dicha curva de sensibilidad puede presentar fluctuaciones del orden de 10 dB en intervalos de frecuencia pequeños (de menos de 100 Hz).
Por lo tanto, es preciso tener en mente que el umbral de audibilidad promedio no representa un límite absoluto, sino una medida estadística asociada con la probabilidad de detección de un tono de determinada frecuencia y amplitud y que, por ende, debe ser empleado con cautela; por ejemplo, si el UA promedio se utiliza en un sistema que evalúa la calidad del sonido sometido a algún proceso de codificación, puede proporcionar resultados optimistas e inducir a errores. La sensibilidad del sistema auditivo humano disminuye con la edad, especialmente en las altas frecuencias, debido al deterioro de las células ciliares del órgano de Corti; esto se refleja en el aumento del UA que se observa en la figura.
Umbrales de audibilidad para el 10%, 50% (umbral promedio) y 90% de una población.
Umbrales de audibilidad según la edad de los sujetos.
El umbral de audibilidad no sólo es función del sujeto y de los parámetros ya mencionados, sino que además presenta una dependencia con respecto al modo de propagación de las ondas sonoras.
La curva del UA promedio antes definida corresponde a sonidos que se propagan en forma de ondas viajeras planas, y que inciden frontalmente sobre la membrana timpánica (condición de "campo libre").
Ahora bien, el modo de propagación de "campo libre" sólo es posible en ambientes anecoicos o utilizando audífonos cuya respuesta en frecuencia haya sido adecuadamente corregida; sin embargo, en situaciones cotidianas (ambientes reverberantes; aplicación directa del sonido, sin audífonos) las características en frecuencia del lugar en el cual se encuentre el sujeto, por una parte, y la difracción provocada por la cabeza y el pabellón auricular, por otra, hacen que la propagación del sonido se asemeje a la condición de "campo difuso", en la cual el sonido incide desde todas las direcciones posibles. En esta condición, la sensibilidad del oído varía notablemente, como se observa en la Figura.
2.9 Umbrales psicológicos
Los umbrales psicológicos estos corresponden al mínimo nivel de un determinado estímulo para provocar una reacción observable. Existen dos tipos, Umbrales absolutos y Umbrales diferenciales.
2.10 Umbral absoluto
Es la mínima intensidad de un estímulo para la cual en un 50% de los intentos el sujeto considera que el estímulo está presente. Siempre se deben especificar cuidadosamente las condiciones en las cuales se determina el umbral. Por ejemplo, para el umbral absoluto de frecuencia, debe indicarse la intensidad del sonido, si el sujeto se encuentra en un recinto acústicamente aislado, si está descansado auditivamente, etc.
Hay dos métodos para determinar el umbral absoluto:
1) El de mínimos cambios, que consiste en aproximarse gradualmente desde abajo hasta que el sujeto declara que el estímulo está presente, y luego desde arriba, bajando hasta que indica que el estímulo desaparece. Se promedian ambos valores.
2) El de los estímulos constantes, consistente en exponer al sujeto a estímulos de intensidades fijas alrededor del probable umbral, los cuales se repiten ordenados aleatoriamente. El umbral corresponde al valor que el sujeto declare como presente un 50% de las veces.
2.11 Umbral diferencial
Es la mínima intensidad con que un estímulo debe exceder a otro para que el sujeto los reconozca como diferentes en un 50% de las pruebas. Al igual que en el caso anterior, son importantes las condiciones de ensayo, entre las cuales debe especificarse la intensidad del estímulo más débil.
Para la determinación del umbral diferencial pueden utilizarse los dos métodos anteriores, o bien el método del error promedio.
En éste, el sujeto controla la intensidad del estímulo variable y lo ajusta hasta hacerla “igual” a la de un estímulo fijo. El error promedio cometido es el umbral diferencial.
Es interesante hacer notar que los umbrales no son valores perfectamente determinados.
No sólo los diversos métodos pueden arrojar valores diferentes, sino que además un mismo método puede variar de un momento a otro, ya que el sujeto puede cansarse, o bien agudizar su percepción al realizar más intentos.
2.12 La “ley” de Weber – Fechner
Esta es una ley empírica que en realidad no se cumple perfectamente, sobre todo fuera del rango central de intensidades de los estímulos. Sin embargo, es indicativa del fenómeno de compresión que caracteriza a la percepción sensorial.
Denominando diferencia apenas perceptible (DAP) al umbral diferencial, Weber concluyó, en 1834, que la DAP es proporcional a la intensidad física del estímulo, E,
DAP = K.E
lo que es lo mismo, que el incremento relativo de intensidad del estímulo correspondiente a una DAP es constante. Fechner fue aún más lejos, postulando en 1860 que la DAP corresponde subjetivamente a un incremento constante en la sensación provocada por el estímulo. Dicho de otro modo, el incremento en la sensación correspondiente a una DAP puede ser considerado como la unidad de sensación.
Si E es el estímulo y S a la medida de la sensación, buscamos una relación funcional S = f(E) entre ambas que se desprenda de la ley de Weber y el postulado
de Fechner.
Sean E y E' dos estímulos que difieran en una DAP, es decir
E ' −E = DAP
Podemos escribir
Por la ley de Weber,
S ' −S = f '(E).K.E
Asimismo, adoptando como unidad de sensación la provocada por una DAP por el postulado de Fechner,
S ' − S = 1
Se llega así a la ecuación
f '(E) = 1 / K.E
Que, integrada, resulta en
f(E) = C. ln (E / Eo)
Donde C = 1/K, y Eo es un valor de referencia arbitrario (tomado habitualmente como el umbral absoluto). En términos de la sensación:
S = C. ln (E / Eo)
Esta relación logarítmica constituye la ley de Weber-Fechner, y como ya se señaló, en general sólo tiene validez en el rango medio de los estímulos.
2.13 SONORIDAD
La sonoridad es el atributo de los sonidos, percibido subjetivamente, que permite al oyente ordenar su magnitud sobre una escala, de bajo a alto.
Las pruebas de laboratorio que han empleado procedimientos como éstos muestran que las personas hacen enjuiciamientos acerca de la sonoridad razonable.
Dependencia entre audición y edad. Las funciones están basadas sobre varios estudios y representan la mediana del nivel auditivo para una gran muestra
internacional de personas no expuestas a ruido laboral.
La sonoridad depende fundamentalmente del nivel de presión sonora del estimulo sonoro y en menor medida, de su frecuencia, duración y complejidad
espectral. 2.14 La percepción de la sonoridad
La sonoridad es el otro parámetro perceptivo fundamental del sonido. La sonoridad se ve notablemente afectada por la frecuencia, la duración, etc., de manera que al igual que con otras magnitudes psicológicas, se debe prestar especial atención a las condiciones en que se la determina o especifica.
Recordemos que la intensidad sonora se define como la potencia que atraviesa la unidad de área normal a la dirección de propagación de la onda. Para el caso de ondas planas o aproximadamente planas puede expresarse en términos de la presión sonora eficaz de la onda, Pef, como sigue:
Donde ρ o es la densidad del aire y c, la velocidad de propagación del sonido en el mismo. El rango de presiones que es capaz de manejar el oído es enorme, variando entre 20 µPa para el umbral de audición y 20 Pa para el límite de dolor.
Existen tres notaciones para el nivel de presión sonora: SPL, siglas en inglés, sound pressure level, NPS, siglas en castellano, y Lp, simbología internacional utilizada en las normas IEC e ISO.
Donde Pref = 20 µPa, valor adoptado por ser aproximadamente el umbral absoluto de audición a 1000 Hz.. En términos de la intensidad sonora,
SPL = 10 log [I / Iref]
Donde
2.15 Excitación y Nivel de Excitación
El comportamiento de la membrana basilar frente a los estímulos sonoros puede resumirse en tres propiedades: existencia de ondas viajeras, dispersión de las componentes de distinta frecuencia a lo largo de la membrana y comportamiento pasabajos (considerando la totalidad de la membrana). Ahora bien, supóngase que se estimula a la membrana basilar con un tono puro, de nivel X dB SPL. Debido a las propiedades antes descritas de la membrana basilar, la propagación del tono será tal que se producirá una onda viajera, cuya envolvente se muestra en la figura siguiente. La amplitud máxima de la envolvente depende de la intensidad del estímulo. Por otro lado, debido a la naturaleza del mecanismo de transducción de la señal sonora, dicha envolvente está asociada directamente con la actividad neural en el órgano de Corti, puesto que la tasa de generación de impulsos nerviosos depende de la amplitud de la señal. Así pues, se puede establecer una equivalencia directa entre la intensidad de la señal, la envolvente de la onda viajera y el grado de estimulación o excitación de los receptores auditivos (esto es, las células ciliares internas) y sus terminaciones nerviosas asociadas.
Por esto, se define el patrón de excitación como la curva que representa, en función de la frecuencia, la magnitud de la actividad neural (o, lo que es equivalente, la envolvente de la onda viajera) expresada en unidades de intensidad sonora.
De esta manera, es posible interpretar el patrón de excitación como una curva que resume las transformaciones de que es objeto la señal sonora en el oído interno.
Envolvente de la onda viajera provocada por un tono puro.
La figura siguiente muestra el patrón de excitación correspondiente a un tono de 1 kHz y 60 dB SPL.
El valor del patrón de excitación en cualquier punto de la curva, expresado en dB SPL, se denomina nivel de excitación; por definición, el nivel de excitación máximo en la curva corresponde al nivel de presión sonora del tono.
Patrón de excitación producido por un tono
A pesar de que, obviamente, no es posible determinar directamente el patrón de excitación mediante experimentos psicoacústicos, éste puede inferirse indirectamente a partir de resultados de experimentos fisiológicos y de su relación con diversos fenómenos perceptuales, tales como el enmascaramiento y la sonoridad.
2.16 Estadísticas poblacionales sobre la audición
Las personas se diferencian notablemente en su agudeza auditiva. Son muchas las razones de las diferencias e incluyen la edad, la exposición a largo plazo a ruidos de nivel alto y las enfermedades del oído. Esto dificulta el establecimiento de qué es audición normal y que desviaciones de la normalidad pueden esperarse en una población determinada.
2.16.1 Audición normal.
La audición normal es la mediana del nivel auditivo para un grupo grande de adultos jóvenes, con edad entre 18 y 25 años, sin historia conocida de enfermedades del oído , ni exposición apreciable a un ruido de alto nivel ., Se ha establecido un conjunto de niveles de presión sonora, que representan el umbral para la audición como el nivel de referencia cero para audiometría.
2.16.2 Audición de una población representativa.
Se han obtenido medidas de la agudeza auditiva de gran número de personas a partir de varios sondeos que muestran estadísticamente cómo se desvían las personas de la audición normal. Los datos de uno de estos sondeos, con mas de 6000 personas, llevado a cabo entre 1959 y 1962 por el Servició de Salud Publica de Estados Unidos. Se marcan los umbrales para tonos puros expresados como nivel auditivo (nivel en decibelios por encima del nivel cero de referencia audiométrica) para frecuencia entre 500 y 6000 Hz. Los umbrales son los correspondientes al mejor oído de una población adulta estadounidense (por encima de los 18 años), sin discriminación por exposición del ruido o problemas auditivos. Se muestran curvas para diferentes porcentajes de la población, entre el 5 e el 95 por 100.
Por ejemplo la curva del 95 por 100 indica que, para cada una de las frecuencias el 95 por 100 de las personas examinadas poseía una agudeza auditiva tan buena o mejor que el nivel auditivo indicado.
2.16.3 Efecto de la edad sobre la audición (presbiacusia)
La presbiacusia es la pérdida de la audición que tiene lugar al aumentar la edad. Está perdida se produce incluso en personas que son otológicamente normales no han sido expuestas a elevados niveles de ruido laboral. Para una persona media, la presbiacusia puede empezar a aparecer a edades tan tempranas como los 20 años, ocurriendo principalmente en frecuencias altas.
Capitulo 3.
“Enmascaramiento”
En este capitulo hablamos de enmascaramiento cuando un sonido impide la percepción de otro sonido, es decir, lo enmascara. Se produce una modificación (desplazamiento) del umbral de audibilidad en el sujeto.
El enmascaramiento es el proceso mediante el cual el umbral de audibilidad de un sonido, la señal, se eleva en presencia de otro sonido (enmascarador) Se denomina umbral enmascarado al umbral elevado. La medida cuantitativa del enmascaramiento es el número de decibelios en que el umbral se eleva. Al elevar un ruido particular como molesto o no deseado, un factor importante es el grado en que enmascara la audición de ciertos sonidos deseados, como el habla y la música Para que se oiga, su nivel de presión sonora debe igualar o superar: El umbral de audición del oyente y el Umbral enmascarado para la señal concreta sobre el ruido de fondo existente.
En general, el enmascarador es el sonido que enmascara la señal y es el mayor cuando ambos sonidos se producen simultáneamente en el tiempo y están en fase en ambos oídos.
3.1 Enmascaramiento por tonos puros o bandas finas de ruido.
Los efectos de enmascaramiento producidos por un tono puro son parecidos. Salvo que las asimetrías son más pronunciadas y las funciones más irregulares. En cada caso, tono puro o ruido, la forma de las funciones de enmascaramiento es casi independiente a la frecuencia del sonido que produce el enmascarador.
Una propiedad importante del enmascaramiento, es que los sonidos de baja frecuencia son eficaces para enmascarar sonidos de alta frecuencia, pero no al contrario.
3.1.1 Enmascaramiento por ruido de banda ancha. Bandas criticas.
Cuando el sonido enmascarador es un ruido de banda ancha y la señal es un tono puro, distintas partes del espectro contribuyen de forma diferente al efecto de enmascaramiento. La banda crítica para el enmascaramiento hace referencia a esta porción del ruido que es eficaz para enmascarar una señal de tono puro. Es como si la señal y el sonido enmascarador pasaran a través de un filtro de bandas que esta centrado a la frecuencia de la señal, con el enjuiciamiento auditivo o el sistema de respuestas actuando sobre la salida del filtro. En otras palabras, sólo aquella parte del ruido que esta próxima a la señal tiene un efecto sobre su umbral enmascarado. La proporción crítica es la anchura de la banda del ruido enmascarador que contiene una potencia sonora igual a la de un tono puro centrado en esa banda, cuando el tono es mínimamente.
Una propiedad importante del enmascaramiento por ruido de banda ancha es que aumenta 10 dB por cada incremento de 10dB en el nivel del ruido enmascarador, siempre que la magnitud del enmascaramiento sea de 20 dB o más. Cuando es inferior, o sea, cuando el enmascaramiento es tan pequeño que el umbral está en la región de transición entre el umbral absoluto de audibilidad y un umbral completamente enmascarado el aumento en el umbral es menor que el incremento en el nivel del ruido, si una señal dirige a un oído y el ruido enmascarador al otro, los oídos actúan de forma independiente, siempre que ambos sonidos tengan larga duración y posean ondas no correlacionadas. El enmascaramiento en este caso puede describirse básicamente como monoaural, con la cabeza sirviendo de atenuador, reduciendo el ruido en aproximada mente 50 dB. Así el enmascaramiento interaural sólo es importante cuando el nivel sonoro supera notarialmente al del oído obstruido
3.2 Enmascaramiento Sonoro
El enmascaramiento cae dentro de los estudios psicoacústicos que buscan determinar de qué manera la presencia de un sonido afecta la percepción de otro sonido.
Enmascaramiento se produce, por ejemplo, cuando dos personas están conversando y el sonido del tráfico impide que una escuche total o parcialmente lo que está diciendo la otra. También puede darse en un conjunto musical, cuando la dinámica de un instrumento (o la suma de varios) impide percibir los sonidos que está produciendo otro instrumento musical.
Si se aumenta de manera constante el nivel de un ruido (enmascarador) se podrá percibir también una transición continua entre un sonido de prueba audible y uno enmascarado. Esto quiere decir que existe también un enmascaramiento parcial, en el cual el nivel de percepción del sonido de prueba disminuye, pero no desaparece.
Existen dos tipos básicos de enmascaramiento: el enmascaramiento simultáneo y el no simultáneo. En el simultáneo el sonido de prueba y el enmascarador coinciden temporalmente.
En el caso del enmascaramiento no simultáneo, el sonido de prueba puede ser anterior (pre-enmascaramiento) o posterior (post-enmascaramiento) al enmascarador. También puede suceder que el sonido de prueba continúe después de haberse apagado el enmascarador. También en ese caso recibe el nombre de post-enmascaramiento.
Nivel de sensación de una señal de prueba apenas audible, en función del tiempo.
3.2.1 Pre-enmascaramiento
El pre-enmascaramiento es un fenómeno inesperado, pues pareciera implicar que el sistema auditivo es no causal: una señal puede enmascarar a otra antes de ser aplicada. Sin embargo, es posible justificar la existencia del pre-enmascaramiento si se piensa que cualquier sensación sonora no se produce instantáneamente, sino que se requiere de un cierto tiempo para que se origine dicha sensación; de hecho, un estímulo sonoro debe tener una duración mínima para que se generen impulsos en las terminaciones nerviosas del órgano de Corti. Las señales de gran intensidad requieren de un tiempo de formación de la sensación menor que el de las señales de baja intensidad; así, si una señal "grande" se presenta unos pocos milisegundos después que una señal "pequeña", la sensación asociada a ésta puede no llegar a producirse, quedando efectivamente enmascarada.
La comprensión que se tiene del pre-enmascaramiento es pobre, puesto que los resultados experimentales obtenidos sólo son reproducibles con sujetos altamente entrenados, y en muchos casos no permiten concluir con certeza acerca de sus propiedades.
El fenómeno se extiende hasta unos 20 ms antes de la aparición de la señal enmascarante, independientemente del nivel de ésta.
Debido a la corta duración del pre-enmascaramiento y a la escasa información disponible, recién ahora los modelos perceptuales ponderan usualmente los efectos de pre-enmascaramiento, siendo de gran importancia en sistemas de codificación de audio basados en transformadas.
3.2.2 Post-enmascaramiento
El post-enmascaramiento, por el contrario, es un efecto fácil de medir aun en sujetos no entrenados. Por regla general, se determina experimentalmente mediante señales de prueba de corta duración (del orden de los 5 ms o menos), aplicadas luego de una señal enmascarante de duración variable.
El efecto de post-enmascaramiento existe durante un intervalo máximo de unos 200 ms después de la desaparición de la señal enmascarante.
En la figura siguiente se observa el comportamiento del umbral de enmascaramiento en función del retardo entre el instante en que desaparece la señal enmascarante y el instante en que desaparece la señal de prueba, y de la intensidad de la señal enmascarante. La señal de prueba en este caso es un impulso de presión de forma "gaussiana", de 20 ms de duración; la señal enmascarante es ruido blanco de 0,5 s y nivel de densidad espectral variable.
En el instante td = 0, el UE alcanza su valor máximo, el cual es idéntico al obtenido en el enmascaramiento simultáneo. Para td > 0, el UE decae con el tiempo hasta que, eventualmente, se hace igual al UA. El decaimiento es tal que se alcanza el UA en un intervalo no mayor de 200 ms, por lo que la tasa de decaimiento es mayor para señales enmascarantes de mayor intensidad.
Decaimiento del post-enmascaramiento en función del tiempo y de la intensidad de la señal enmascarante.
Las líneas punteadas de la figura muestran el decaimiento correspondiente a una constante de tiempo de 10 ms; las diferencias entre estas curvas y las curvas de post-enmascaramiento indican que el fenómeno no puede ser modelado mediante una única constante de tiempo. Sin embargo, en ciertos intervalos es posible suponer que el UE decae linealmente en función del logaritmo del retardo, como se observa en los tramos casi rectos de las curvas de decaimiento.
A diferencia de lo que ocurre en el enmascaramiento simultáneo, en el post-enmascaramiento un incremento de X dB en el nivel de presión sonora de la señal enmascarante no produce, en general, un aumento de X dB en la cantidad de enmascaramiento (es decir, en el nivel de sensación de una señal de prueba apenas audible).
La duración de la señal enmascarante influye también sobre el post-enmascaramiento, como se aprecia en la figura siguiente. El efecto de una señal enmascarante de corta duración (p. ej., 5 ms) decae más rápidamente que el de una señal de larga duración (p. ej., 200 ms); para señales de más de 200 ms no se observa ninguna alteración en la tasa de decaimiento, sin embargo, señala que algunos estudios indican que la tasa de decaimiento no cambia para duraciones de la señal enmascarante de más de 50 ms.
Dependencia del post-enmascaramiento frente a la duración de la señal enmascarante
Por último, el post-enmascaramiento depende del contenido frecuencial de las señales enmascarante y enmascarada. Diversos experimentos descritos en la literatura permiten concluir que la cantidad de post-enmascaramiento es mayor en las bajas frecuencias que en las altas. En cuanto a las causas del post-enmascaramiento, se cree que tiene su origen en dos procesos fisiológicos distintos:
1. Las propiedades mecánicas de la membrana basilar son tales que ésta vibra durante un cierto tiempo luego de la desaparición del estímulo sonoro. Este es un efecto de corta duración (< 20 ms).
2. Efectos de "adaptación" o "acomodación" neural. Este es un efecto de mayor duración que el anterior.
Duifhuis propuso un modelo exponencial satisfactorio del post-enmascaramiento, en el cual se incluyen dos constantes de tiempo: una inferior a 10 ms, para considerar la mecánica de la membrana basilar, y otra de 75 ms, para tomar en cuenta los procesos neurales.
3.3 Efectos temporales
Los ejemplos estudiados hasta ahora corresponden a señales de prueba de gran duración (> 200 ms). Ahora bien, tanto el umbral de audibilidad como el de enmascaramiento dependen de la duración de la señal de prueba. La siguiente figura muestra la variación del UA para tonos de 200, 1000 y 4000 Hz, así como la variación del UE producido por ruido uniformemente enmascarante (RUE), en función de la duración de la señal de prueba. El valor de umbral indicado en el gráfico es igual al nivel de un tono de duración infinita (potencia del tono) a partir del cual se extrae un segmento de señal con la duración indicada. Las curvas correspondientes al RUE son válidas en el rango de frecuencias audibles.
Umbral de audibilidad y de enmascaramiento en función de la duración de la señal enmascarada
Para duraciones de la señal de prueba de más de 200 ms, el umbral permanece constante, mientras que para duraciones inferiores a 200 ms el umbral aumenta en 10 dB por década de tiempo
3.4 Umbral de enmascaramiento y nivel de sensación
Para medir cuantitativamente la magnitud del enmascaramiento, así como para distinguir entre el umbral de audibilidad en condiciones de "silencio" (es decir, en ausencia de otra señal distinta a la señal de prueba) y el UA en condiciones de enmascaramiento, se define el umbral de enmascaramiento (UE) como "el nivel de presión sonora de un sonido de prueba necesario para que éste sea apenas audible en presencia de una señal enmascarante".
De la definición anterior resulta obvio que los umbrales de audibilidad y de enmascaramiento deben ser idénticos en ausencia de señales enmascarantes. Si se representa en forma gráfica el valor del UE en función de la frecuencia (u otra variable análoga), se obtiene una curva denominada patrón de enmascaramiento.
Como se verá, debido a la estrecha relación entre la excitación y el enmascaramiento, los patrones respectivos asociados a una misma señal son muy similares en su forma (no así en sus valores). Adicionalmente, se define el nivel de sensación (NS) de una señal de prueba como la diferencia, en dB SPL, entre el umbral de enmascaramiento y el umbral de audibilidad correspondiente a dicha señal y expresado en dB SPL:
La unidad "dB SPL", aplicada a cualquier parámetro relacionado con estímulos sonoros, se utiliza para recalcar el hecho de que es una medida relativa al umbral de audibilidad.
3.5 Enmascaramiento simultáneo
Dependiendo de la ubicación temporal de la señal de prueba (P) con respecto a la señal enmascarante (E), se pueden distinguir tres situaciones posibles :
1. Enmascaramiento simultáneo: E y P se presentan solapados en el tiempo (E está presente durante toda la duración de P)
2. Enmascaramiento previo a la presentación de la señal enmascarante, o pre-enmascaramiento: E se presenta después de P.
3. Enmascaramiento posterior a la presentación de la señal enmascarante, o post-enmascaramiento: E se presenta antes que P.
Ubicación temporal de las señales enmascarante y enmascarada. 3.6 Efectos espectrales
A continuación se examinan algunos ejemplos que muestran la dependencia del enmascaramiento simultáneo con el contenido espectral de la señal enmascarante y con su nivel de presión sonora.
La siguiente figura muestra el patrón de enmascaramiento generado por ruido blanco (de espectro plano entre 20 Hz y 20 kHz) con distintas densidades espectrales. La curva punteada inferior corresponde al UA; El extremo izquierdo y derecho de las curvas de los U Es se superponen con el UA.
Patrón de enmascaramiento producido por ruido blanco.
En la curva superior de la figura (correspondiente al ruido de mayor intensidad), en la cual el efecto del UA es mínimo, se observa que:
1. El umbral de enmascaramiento asociado al ruido blanco es prácticamente constante (independiente de la frecuencia) en el rango de 20 a 500 Hz; por encima de los 500 Hz aumenta con la frecuencia, con una pendiente de aproximadamente 10 dB/década.
2. A pesar de que la intensidad de la señal enmascarante se encuentra
distribuida uniformemente en frecuencia, resulta más fácil enmascarar (con ruido blanco) un tono de alta frecuencia que uno de baja frecuencia.
Como se verá posteriormente, el punto (1) es consecuencia de la no uniformidad de la resolución en frecuencia del sistema auditivo, aunada a un mecanismo de integración de la intensidad sonora en el dominio frecuencial; el resultado descrito en el punto (2) puede generalizarse a cualquier señal enmascarante, y se debe a las propiedades de la membrana basilar.
En la siguiente figura se puede observar el patrón de enmascaramiento provocado por bandas de ruido de una banda crítica de ancho y nivel de 60 dB SPL. Las bandas de ruido, centradas en 70, 250, 1000, 4000 y 8000 Hz, tienen anchos de 100, 100, 160, 700 y 1700 Hz, respectivamente. Las pendientes superior e inferior de cada banda de ruido son superiores a 200 dB/octava, por lo que sus espectros pueden ser considerados rectangulares (ruido pasabanda ideal). La curva inferior corresponde al UA.
Escala lineal de frecuencia. Escala logarítmica de frecuencia Patrón de enmascaramiento producido por bandas de ruido angostas.
Nótese que:
1. El efecto de enmascaramiento se extiende fuera del intervalo de frecuencias en el cual está confinada la señal enmascarante. Se observa que el efecto de enmascaramiento se extiende en un rango más amplio hacia las altas frecuencias que hacia las bajas.
2. El máximo valor del UE en cada curva decrece al aumentar la frecuencia central de la banda de ruido, a pesar de que el nivel SPL de cada banda es idéntico; en la banda centrada en 250 Hz, el máximo del UE es aproximadamente igual a 58 dB SPL, mientras que en la banda centrada en 4 kHz es de unos 55 dB SPL.
3. Existe una fuerte dependencia del UE con la frecuencia; se ve que, en una escala logarítmica de frecuencias, la forma y las pendientes de la curva correspondiente a la banda de ruido centrada en 1000 Hz son muy similares a las de la curva centrada en 4000 Hz. Por otro lado, en una escala lineal de frecuencias las curvas de las bandas de ruido centradas por debajo de los 500 Hz son similares entre sí.
A partir del punto anterior y del punto en el caso del ruido blanco como señal enmascarante, podría pensarse que el efecto de enmascaramiento depende de la frecuencia en forma lineal, por debajo de los 500 Hz, y en forma logarítmica por encima de 500 Hz.
3.6 Dependencia del nivel de señal
En la siguiente figura se muestra el patrón de enmascaramiento correspondiente a bandas de ruido centradas en 1 kHz. Todas las bandas de ruido tienen el mismo ancho de banda (160 Hz), pero difieren en el nivel de presión sonora.
Patrón de enmascaramiento producido por bandas de ruido de distinta intensidad sonora
En esta figura se nota que el valor máximo del patrón de enmascaramiento depende del nivel de la señal enmascarante, en forma tal que un incremento de X dB en la presión sonora de la señal provoca un incremento de X dB en el UE máximo (situado aproximadamente en la frecuencia central de la banda de ruido). Por otro lado, la dependencia de las pendientes con respecto al nivel de señal resulta un tanto inesperada: hacia las frecuencias inferiores a la frecuencia central de la banda de ruido, la pendiente permanece prácticamente constante (es casi independiente del nivel), mientras que hacia las altas frecuencias la pendiente aumenta (en magnitud) a medida que disminuye el nivel de señal. Este fenómeno está relacionado, aparentemente, con el mecanismo de realimentación a cargo de las células ciliares externas: un tono o banda estrecha de ruido de gran intensidad provoca la saturación de las células (es decir, desaparece la realimentación), por lo que la selectividad en frecuencia de la membrana basilar es más pobre y, por ende, la excitación neural se distribuye en una zona más amplia de dicha membrana;
Por el contrario, cuando la señal es de baja intensidad, la acción de las células ciliares externas aumenta drásticamente la selectividad, de modo que la envolvente de la onda viajera es más estrecha y, en consecuencia, la excitación se concentra en un intervalo de la membrana más pequeño.
Las pendientes hacia las bajas frecuencias permanecen casi constantes debido a la acción pasabajos de la membrana basilar: la señal se atenúa rápidamente una vez que sobrepasa la zona de la membrana en la cual produce la máxima vibración y se acerca al helicotrema, por lo que el nivel de actividad neural provocado por dicha señal es bajo y, en consecuencia, el umbral de enmascaramiento es menor (es decir, es más difícil que la señal pueda enmascarar a un tono de menor frecuencia).
3.8 Localización auditiva.
La localización auditiva es la capacidad del sistema auditivo para localizar la dirección de una fuente de sonido. La localización es útil en situaciones tan diversas como la ubicación de un potencial peligro. La localización del sonido es posible con un solo oído, pero es muy deficiente; la localización es un fenómeno esencialmente biaural.
3.8.1 Precisión
La precisión de la localización auditiva puede especificarse en términos de: (1) localización aparente de la fuente y (2) ángulo mínimo audible. La localización aparente de la fuente es la dirección en el espacio desde que el sonido parece surgir y se mide mediante la descripción del oyente o, más a menudo, señalalando la dirección.
Audiograma empleado en el cálculo de muestra de porcentaje de limitación auditiva apartir de un audiograma detono puro
El ángulo mínimo audible es la mínima diferencia angular detectable entre dos fuentes y se mide haciendo que el oyente indique si dos sonidos sucesivos proceden de la misma o diferente localización.
3.8.2 Sensibilidad auditiva a pequeñas diferencias.
La capacidad del oído para recibir información acústica depende crucialmente de su capacidad para discriminar pequeñas diferencias en el estímulo acústico. La comprensión del habla y la identificación de un sonido particular como, por ejemplo, el de un automóvil determinado o instrumento musical, son procesos muy complejos que implican la síntesis cerebral de un padrón de información que incluye la discriminación de frecuencia, amplitud y claves temporales.
Capitulo 4
“Audiometría “
En este capitulo vamos a estudiar lo que es la audiometría ya que es una perdida en nuestro umbral de audición por excesos de trabajo o exponernos a ruidos elevados, también la forma en la que se hace, como y donde se hace el examen y la forma de interpretar los resultados.
