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A psicoacústica é uma subdisciplina da psicofísica que estuda a relação entre estímulos sonoros e as sensações auditivas decorrentes destes estímulos. Ela pode ser dividida em psicoacústica externa e psicoacústica interna.  

A psicoacústica externa se preocupa com a quantificação das sensações auditivas e estabelece relações matemáticas entre os estímulos acústicos e as sensações auditivas. Desta forma pode-se prever sensações auditivas, como a sensação de volume sonoro ou a sensação de tonalidade, a partir das características físicas do estímulo sonoro. Entretanto a psicoacústica não pode prever a percepção sonora, como por exemplo o incômodo gerado por um som pois ela não pode prever a interpretação das sensações auditivas por processos cognitivos. A predição da influência destes processos cognitivos é assunto da disciplina de acústica subjetiva. Para medir as sensações auditivas a psicoacústica usa métodos de medição psicológica e de medição física. Os métodos de medição psicológica quantificam as sensações auditivas a partir dos relatos ou reações psicológicas do ouvinte. Métodos clássicos são o tracking de Békesy, Estimativa de Magnitude e o Método de Limites.
 
Os métodos de medição física quantificam representações físiológicas das sensações, normalmente a partir da medição de potenciais evocados ou de ondas cerebrais.

Já a psicoacústica interna estuda os mecanismos fisiológicos responsáveis pela transformação do estímulo sonoro em sensações auditivas. A partir destes estudos é possível explicar processos como mascaramento no tempo e na frequência, discriminação de frequências, entre outros. os conhecimentos sobre os processos fisiológicos responsáveis por estes fenômenos podem ser utilizados em aplicações técnicas, como no desenvolvimento de algoritmos de compressão de dados de aúdio (codecs), desenvolvimento de displays auditivos (auditory displays), sonificação de dados, criação de sinais de alerta, etc. 

Pela impossibilidade de quantificar o estímulo no local da ocorrência dele, que seria na entrada da orelha interna, a psicoacústica, tanto externa como interna, estudam também a parte da transformação do evento sonoro em estímulo sonoro, através do mecanismo físico da audição biauricular conforme mostra a Figura a lado.

Nos experimentos, que são parte essencial da psicoacústica, os estímulos normalmente são apresentados por alto-falantes ou fones de ouvido. Como resultado, obtém-se uma relação entre as magnitudes físicas do estímulo e as magnitudes das sensações auditivas evocadas pelo estímulo. Essa relação pode ser dada tanto por equações quanto por gráficos, e ela dependerá também do método utilizado para medi-la. 

Uma das premissas da psicoacústica é que uma pequena variação na magnitude do estímulo não necessariamente leva a uma variação na magnitude da sensação. Isso ocorre porque é necessário que haja uma variação mínima no estímulo para que se tenha uma variação na sensação que pode ser diferenciada. A diferença na magnitude do estímulo que causa uma variação que pode ser justamente percebida é conhecida como diferença no limite do observável (Just Noticeable Difference), limiar diferencial (Difference Threshold) ou diferença no limiar (Difference Limen). Desta forma a psicoacústica fornece informações importantes para a engenharia de produtos ou para o controle de ruído, pois em ambos os casos a alteração de uma característica física do sinal, por exemplo do nível de pressão sonoro, deve ser maior do que a diferença no limite do observável para surtir algum efeito.

A psicoacústica, disciplina que se encontra na fronteira entre a acústica e a fisiologia auditiva, ocupa-se essencialmente das relações entre as características do som e a sensação auditiva que ele provoca.

Designa-se sonoridade à componente da perceção auditiva ligada à intensidade acústica. Essa sensação, principalmente ligada à pressão acústica, permite-nos diferenciar um som forte dum som fraco. 

CARACTERÍSTICAS DA SONORIDADE

Limiar auditivo
 Chamamos limiar auditivo da audição ao nível mínimo de pressão acústica eficaz necessária para provocar uma sensação auditiva, num ambiente silencioso. O limiar varia para cada ouvinte e para cada frequência.

Limiar de desconforto
 Para cada frequência, limiar de desconforto corresponde ao nível mínimo de pressão acústica eficaz necessária para produzir uma sensação de desconforto auditivo.

Limiares normais
 O limiar normal (absoluto e de desconforto) corresponde ao valor médio dos limiares (absolutos e de desconforto) dum grande número de indivíduos normouvintes.

CAMPO AUDITIVO

Nas frequências audíveis, a área delimitada pelas curvas do limiar auditivo e do limiar de desconforto define o campo auditivo, zona de sensação auditiva ou área de audição. A dinâmica do campo auditivo é a diferença entre as duas curvas dos limiares.

Champ auditif

O campo auditivo humano está compreendido entre uma pressão acústica de 0,02 mPa (0 dB SPL) e 20 Pa (120 dB SPL). Estes valores do campo auditivo aplicam-se apenas para as frequências compreendidas entre 0,5 e 8 kHz, onde a sensibilidade do ouvido é melhor. Para frequências inferiores e superiores é necessária uma pressão acústica muito superior para atingir o limiar auditivo.

Nota: Por antropomorfismo, designamos por infrassons todas as frequências inferiores a 20 Hz, mesmo que sejam audíveis para o ouvido de certos animais (ex: toupeira) em que a gama de perceção auditiva se estende a mais uma ou duas oitavas nos graves. Da mesma forma, designamos ultrassons a todos os sons acima de 20 kHz, apesar do cão ouvir até aos 40 kHz e o morcego até aos 160 kHz, ou seja respetivamente uma e três oitavas mais que o homem, nos agudos.

Curvas de iguais intensidades sonoras ou curvas isossónicas.

Uma curva isossónica representa o conjunto de sons puros que produzem a mesma sensação de intensidade, a mesma sonoridade, em função da frequência ( de acordo com a norma iso 206 e 2003).

Curvas de iguais intensidades sonoras ou curvas isossónicas.

O gráfico representa as curvas isossónicas médias de 50 indivíduos jovens normouvintes, obtidas numa câmara anecóica, em audição binaural e em campo livre. A unidade para caracterizar uma curva isossónica é o fone. Corresponde ao nível sonoro expresso em dB SPL a 1000 Hz. Por exemplo um som puro da frequência de 1000 Hz emitido a 20 dB SPL é igual a 20 fones, tal como um som puro da frequência de 100 Hz emitido a 43 dB SPL.
Nota: O fone é igual ao dB SPL unicamente para um som da frequência de 1000Hz.

O Sone

Não sendo o fone um índice de sensação mas sim de igualdade de sensações,foi criada uma segunda unidade: O sone. Para níveis superiores a 40 fones e para as frequências médias, o sone está ligado ao fone pela relação:

sone = 2(fone-40)/10. Assim a 1000Hz, um som de 40 fones valerá 2(40-40)/10= 1 sonio

Le sone

A sonoridade varia de forma diferente em função da frequência. Em comparação com sons de 1 e 8 kHz, a sonoridade dum som de 0,1 kHz aumenta muito mais rapidamente. Isto reflete que a dinâmica auditiva a esta frequência é inferior à dinâmica auditiva para um som de frequência de 1 kHz ou 8kHz (ver acima, campo auditivo).

Limiar diferencial absoluto de intensidade.

É a mais pequena variação de intensidade física que provoca uma variação de sonoridade. Depende quer do nível de intensidade quer da frequência. Nas intensidades mais fortes, o ouvido é capaz de distinguir diferenças de intensidades de apenas 0,4dB. Estima-se em 150 o número de escalões de sonoridade.

SONORIDADE E BANDAS CRÍTICAS DO OUVIDO

Se apresentarmos ao mesmo ouvido um som complexo composto de dois sons puros de frequências diferentes mas próximas, a sonoridade mantem-se a mesma desde que a diferença entre as 2 frequências seja inferior à largura da banda crítica; Se ultrapassa a largura da banda crítica, a sonoridade aumenta.

As bandas críticas podem ser comparadas com um conjunto de filtros de passa-banda justapostos em que as frequências de corte não são fixas ao longo da cóclea mas sim em função da composição frequencial do som que é apresentado.

EFEITO DE MÁSCARA (MASCARAMENTO)

A perceção dos diversos componentes dum som complexo não se faz de forma independente. Com efeito, por razões fisiológicas, a perceção de certas frequências impede a perceção doutros componentes: é o efeito de máscara.

Effet de masque

Esta figura mostra os limiares auditivos obtidos sem mascaramento em verde, e com mascaramento por uma banda de ruido (1100 a 1300Hz) a diferentes níveis de intensidade.

A vermelho, podemos verificar a modificação dos limiares auditivos obtidos para um nível de ruido de 60 dB SPL. Por exemplo, um som puro de 1000 Hz só será percebido a uma intensidade de 45 dB SPL em vez de 3dB SPL na ausência de ruido.

Este gráfico mostra igualmente que o efeito do mascaramento aumenta com a intensidade e é mais pronunciado nas frequências agudas. Dito doutra forma, as frequências graves mascaram mais facilmente as altas frequências que o inverso.

Existe também um mascaramento central, isto é, uma modificação da perceção da intensidade do som teste, a nível central e não periférico. Por exemplo, quando se estimula um ouvido com um som puro e o outro com um ruido, a influência do mascaramento do ruido sobre os centros vai modificar a sonoridade do som puro. Portanto, cria-se um mascaramento sem atuar sobre o ouvido em estudo.

OUTROS FATORES QUE INFLUENCIAM A SONORIDADE

Curvas de iguais intensidades sonoras ou curvas isossónicas.

O efeito da duração
 A sonoridade aumenta até um valor crítico compreendido entre 50 e 400 ms e depois diminui ligeiramente.

A previsibilidade do sinal
 Quando um ouvinte espera um som de forte intensidade, a sonoridade que este provoca é menor do que se não o esperasse.

Reflexo estapediano
 Este reflexo atua essencialmente sobre sons breves de frequências médias e intensidades superiores a 80 dB.  Ele atua tornando mais rígida a cadeia tímpano-ossicular, o que se traduz numa diminuição da vibração sonora e por consequência numa diminuição da sonoridade. No entanto, este reflexo é fatigável.

Fadiga auditiva
 Depois da exposição do ouvido a um ruido muito intenso, observa-se a elevação dos limiares auditivos devido à fadiga das fibras nervosas. Podemos perceber este fenómeno quando saimos duma discoteca ou depois de usar um leitor de MP3.

Autores:
Ayuda a la realización: Nuno Trigueiros-Cunha