Ingegneria del suono – Percezione del suono

Ingegneria del suono – Percezione del suono

Estratti da Corso Audio Multimediale by Marco Sacco

(C) 2001-2005 by Marco Sacco

2.3. Percezione del suono da parte del cervello

Senza entrare in discorsi filosofici che, per quanto interessanti non contribuirebbero a raggiungere
le finalità di questo corso, diremo solo che la percezione di un suono, come quella della realtà del
resto, è un concetto in gran parte soggettivo. Un suono in sé stesso è quello che è, ma la nostra
percezione varia in quanto dipende da innumerevoli variabili. Alcune di queste variabili sono: la
nostra posizione rispetto al suono, le condizioni del nostro apparato uditivo e soprattutto la forma
che il cervello conferisce al suono. L’udito, al pari della vista che interpreta la luce, è capace
di percepire solo una parte delle onde acustiche che ci circondano e dunque restituisce un quadro
parziale. Inoltre le onde percepite vengono elaborate dal cervello che così ‘interpreta’ i suoni che
deve elaborare. Nel seguito verrà descritto il comportamento del suono dal punto di vista della sua
percezione e si mostrerà come in determinate condizioni sia evidente l’azione del cervello che
interpreta la realtà sonora piuttosto che restituirla fedelmente. Un esempio molto eloquente in
proposito viene descritto nel seguito e prende il nome di battimenti.

2.3.1. Battimenti

Quando siamo in presenza di due suoni le cui frequenze differiscono di poco, percepiamo un ulteriore
suono simile a un battito il cui ritmo è dato dalla differenza delle due frequenze originarie. Se
queste frequenze sono troppo diverse tra di loro il cervello non è più in grado di percepire il
suono differenza. Questo dipende dal fatto che le due frequenze, per essere percepite come
battimento, debbono eccitare ciglia appartenenti alla stessa banda critica. La frequenza del
battimento è pari al numero di volte che le due sinusoidi componenti vanno in fase e fuori fase in
un secondo. Vediamo un esempio pratico. Consideriamo due sinusoidi pure di frequenza pari a 400 Hz e
405 Hz. Quando le due sinusoidi vengono sommate danno luogo ad una nuova forma d’onda che viene
percepita come battimento.

2.3.4. Mascheramento

Una frequenza con ampiezza elevata può mascherare frequenze vicine con ampiezze inferiori in quanto
frequenze vicine vengono decodificate da ciglia appartenenti alla stessa banda critica. Questa
proprietà viene massicciamente sfruttata per realizzare algoritmi di compressione dei dati audio in
formato digitale quali l’MP3 e l’ATRAC impiegato sui sistemi MiniDisc. Tali algoritmi consentono
compressioni dell’ordine di 5:1.

2.3.5. Effetto Doppler

Questo fenomeno si verifica quando o la sorgente sonora o l’ascoltatore sono in movimento. Il
classico esempio che viene sempre fatto è quello della sirena di un’ambulanza che arriva di gran
carriera, ci supera e prosegue sfrecciando via nella notte.

Facciamo riferimento alla figura precedente in cui l’ambulanza è ferma e la sirena emette un suono
che, essendo di una certa frequenza, genera dei fronti d’onda a distanza costante l’uno dall’altro.
Quando invece il mezzo è in movimento e si avvicina all’ascoltatore, la stessa sirena genera un
suono con dei fronti d’onda più ravvicinati rispetto a quando il mezzo era fermo perché muovendosi
comprime i fronti d’onda. Dato che ora i fronti d’onda sono più ravvicinati percepiamo una frequenza
più alta cioè un suono più acuto. Quando il mezzo ci supera (e sfreccia via nella notte),
allontanandosi distanzia i fronti d’onda e dunque in questa fase percepiamo un suono più grave
perché ci arriva una frequenza più bassa.

2.3.6. Curve isofoniche

Sono grafici molto importanti che permettono di avere un riferimento su come l’orecchio umano
reagisca alle diverse frequenze. Sono state ricavate elaborando i dati su un campione statistico
sottoposto ad una serie suoni prodotti in una camera anecoica. Tale camera viene disegnata con lo
scopo di ridurre al minimo le riflessioni sulle pareti in modo che l’ascoltatore sia raggiunto
unicamente dal segnale diretto. Le curve indicano come l’orecchio umano reagisca diversamente alle
varie frequenze in termini di intensità sonora percepita. Supponiamo di avere una sorgente sonora in
grado di generare onde sinusoidali con frequenza variabile e ampiezza costante. Fissando l’ampiezza
per esempio a 80 dBspl noteremmo che un ascoltatore percepisce le basse frequenze come aventi un
volume molto basso e man mano che frequenza viene aumentata avrebbe la percezione che anche il
volume aumenta (mentre la pressione sonora realmente generata è sempre di 80 dBspl). Questo
comportamento si spiega con il fatto che l’orecchio umano ha una percezione diversa dell’intensità
sonora al variare della frequenza. Le curve isofoniche sono dette tali in quanto indicano il valore
di dBspl necessario per percepire un suono sempre allo stesso volume lungo ogni curva. La frequenza
di riferimento per ogni curva è 1KHz e a tale frequenza, il valore di dBspl è pari al valore che
identifica una particolare curva e che prende il nome di phon. Per esempio la curva isofonica a 40
phon è quella che a 1 KHz ha un’ampiezza di 40 dBspl. Cominciamo a dare un’occhiata a questi grafici
che sembrano un pò ostici e vediamo di capirci qualcosa:

Prendiamo una delle curve, per esempio quella a 80 phon e seguiamola dalle basse verso le alte
frequenze. Vediamo che a 20 Hz è necessario produrre una pressione sonora di 118 dBspl e questo ci
mostra come l’orecchio umano abbia una minore sensibilità alle basse frequenze. Scorrendo la curva
verso le alte frequenze vediamo che affinchè l’orecchio percepisca sempre la stessa intensità sonora
sono necessari livelli di pressione sonora più bassi. A 1KHz incontriamo il valore di riferimento
della curva isofonica che stiamo considerando, dunque 80 dBspl. Oltre questo valore vediamo che la
curva ha un minimo in corrispondenza dei 3KHz e vediamo come affinchè l’orecchio percepisca sempre
la stessa pressione sonora, la frequenza di 3 KHz deve generare 70 dBspl. Confrontando questo valore
con quello a 20 Hz notiamo una differenza di circa 50 dBspl in meno, è una differenza enorme. Questo
valore di minimo dipende dal fatto che la frequenza di risonanza del canale uditivo è di circa 3 KHz
e dunque tale frequenza viene percepita già a bassi valori di dBspl. Oltre i 3 KHz la curva risale
mostrando il livello di dBspl necessario per avere la stessa percezione di volume alle alte
frequenze. Le curve vengono mostrate per diversi valori di phon in quanto il comportamento
dell’orecchio varia ai diversi valori della pressione sonora. Notiamo come per elevati valori della
pressione sonora, l’andamento delle curve isofoniche è quasi piatto.

Suggerimento
Il controllo di loudness negli amplificatori da casa è regolato proprio dall’andamento di queste
curve. Quando il volume è molto basso, l’inserimento del circuito di loudness avrà come effetto
quello di aumentare le basse frequenze allineandone l’ampiezza con le altre. Per volumi elevati,
questo allineamento avviene in modo naturale da parte dell’orecchio e dunque l’azionamento del
loudenss a questi volumi avrà un effetto pressoché nullo.

2.3.6.1. Descrizione delle curve isofoniche

2.3.6.1.1. Soglia di udibilità (0 phons)

La curva isofonica più bassa di tutte viene denominata soglia di udibilità e indica la più piccola
variazione di pressione che l’orecchio è in grado di individuare alle diverse frequenze. Ricordiamo
che queste curve sono ottenute elaborando dati statistici e dunque che i valori che stiamo
considerando possono avere differenze anche notevoli da individuo a individuo.

2.3.6.1.2. Soglia del dolore (120 phons)

Per pressioni sonore i cui valori si trovano al di sopra di questa curva l’orecchio comincia a
percepire dolore fisico e per esposizioni prolungate si possono generare danni non reversibili.

Il volume ideale per eseguire un missaggio (mixdown) è intorno a 80-90 phons. A questi valori il
bilanciamento dei volumi delle frequenze è abbastanza uniforme. Se il mixdown venisse eseguito a un
volume troppo basso, per esempio a 40 phons, si avrebbe una minore percezione dei bassi e si
potrebbe essere tentati ci compensare agendo sugli equalizzatori. Una volta però che il nostro mix
fosse riascoltato al 80 phons risulterebbe inondato di bassi…

(C) 2001-2005 by Marco Sacco

da audiosonica.com

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