Psicoacustica – VI

Lateralizzazione ed Effetto Precedenza

L’ITD come visto nel precedente articolo è la funzione che regola come percepiamo la provenienza del suono per la differenza di tempo di arrivo alle nostre orecchie. Questo però considera un singolo segnale audio (tonale o broadband). Se invece abbiamo ad esempio 2 o più suoni che arrivano alle nostre orecchie (come il caso di avere più diffusori, trovarsi in ambienti confinati riflettenti, misto di questi), con differenza di tempo x, avremo un processo di localizzazione chiamato Lateralizzazione o Effetto Precedenza.

In pratica la posizione del suono non è più definita solamente dal processo ITD ma attraverso una lateralizzazione dei due suoni da parte del cervello, una fusione che da priorità di provenienza al suono che è arrivato per primo. Questo considera però suoni di pari intensità, altrimenti entrano in gioco anche i Mascheramenti e ILD.

Quindi a parità di intensità il suono che arriva prima darà la localizzazione, mentre l’altro risulterà meno focalizzato (fino a non essere percepito se il ritardo è molto breve), a seconda del ritardo questi segnali secondari incideranno sul definire un processo di estensione dell’immagine che vedremo quando parleremo di ascolto stereofonico.

Lo stesso effetto ma ancor più presente per via dei mascheramenti che entrano in gioco, avviene in caso che i segnali secondari abbiano un livello di intensità via via inferiore. A livello di intensità sonora percepita ci sarà un aumento complessivo in base all’energia delle onde sonore che arrivano in ritardo e tempo di ritardo stesso.

n.b. E’ possibile valutare l’effetto precedenza posizionando la nostra testa per un ascolto frontale di un segnale mono (possibilmente tonale), proveniente da 2 diffusori, spostandoci con la testa verso il diffusore destro o sinistro si percepisce come il segnale audio venga localizzato verso destra o sinistra secondo lo spostamento.

E’ ritenuto che la localizzazione ITD è limitata per differenze temporali entro i 2 – 5 ms, mentre tra i 5 e i 35 ms si comincia a percepire un estensione dell’immagine sonora. Se il ritardo è molto grande a partire sempre da 5 ms in su (perchè dipende dalla frequenza, dall’ampiezza di banda e dallo spettro audio preso in esame), da singolo segnale localizzato si cominceranno a percepire entrambi i segnali ben distinti tanto maggiore è il ritardo, generando un eco. Questo fenomeno di percezione eco per ritardo tra due suoni è detto Effetto Haas.

n.b. Orecchie molto allenate e risolutive possono essere in grado di percepire echi anche dopo 3 ms di ritardo.

Effetto Haas

L’Effetto Haas, dato dal nome del suo scopritore Helmut Haas nel 1951, è dunque la sensazione di percepire eco acustico dovuto alla differenza di tempo di arrivo tra due o più suoni che presentano lo stesso spettro in frequenza.

Come accennato è possibile percepire eco già dopo 3 – 5 ms, ma questo in realtà dipende dalla frequenza presa in esame perchè a livello di sensazione incidono i fattori di direzionalità dati da ILD e ITD (frequenze più basse necessiteranno di ritardi superiori rispetto a frequenze più alte per via della fatica di localizzazione dovuta alla grande lunghezza d’onda come visto nel precedente articolo, frequenze altissime necessiteranno anche loro di ritardi superiori per via della scarsa sensibilità dell’orecchio e un impronta di localizzazione specifica al solo livello ILD), dipende anche dalla durata dell’impulso, e se i due impulsi sono di tonalità differenti questi tempi si accorciano notevolmente.

Un primo test fu eseguito calcolando quanto ritardo era necessario per percepire un ritardo tra il suono diretto emesso da una sorgente e quello riflesso dall’ambiente (al variare della dimensione quindi ritardo dell’ambiente) dopo l’invio di un impulso (anche la lunghezza dell’impulso è fondamentale per cui impulsi più brevi necessitano un tempo di ritardo maggiore).

In figura 1 il risultato (da Audiocostruzioni.com).

Fig. 2 hass1.JPG

Dalla figura 1 si capisce che tanto più è alto il ritardo e tanto meno energia sonora servirà per percepire indistintamente e chiaramente i due impulsi.

In A.1 un esempio audio di due impulsi tonali a 1.000 Hz distanziati da 3 ms.

A.1

In A.2 un esempio audio di due impulsi tonali a 1.000 Hz distanziati da 30 ms.

A.2

Sulla base delle analisi di Haas sono state applicate curve che determinano sempre il livello di pressione sonora necessario per percepire due suoni indistintamente non solo considerano due impulsi ma una serie di riflessioni (fig. 2), al fine di rappresentare un contesto più realistico di ambiente riverberante..

Fig. 2 (da Audiocostruzioni.com) curva di seraphim adattata a quella di haas per rappresentare l'estendersi dela zona fusione in presenza di riflessione e spaziature temporali.jpg

Dalla figura 2 si rilevano 4 riflessioni (R1-R2-R3-R4) con tempi di arrivo differenti, riflessioni successive alla prima vengono a loro volta lateralizzate dal nostro cervello fino a che i valori di pressione sonora od il tempo di ritardo non superi un determinato livello. Come si vede la ciclicità di sensazione è ripetuta anche per le altre riflessioni. Quindi via via un suono sovrasta l’altro, dalla terza riflessione in avanti, dipende tutto dal valore energetico e tempo di ritardo che può mascherare il precedente o sommarsi e via di seguito. Questo significa che il nostro sistema uditivo non pone diverse modalità di percezione in base al numero di riflessioni che arrivano, ma anzi tende sempre a fonderle insieme secondo i principi dell’effetto precedenza e mascheramenti. E’ per questo che quando le riflessioni sono molte non riusciamo a percepirle indistintamente ma percepiamo un riverbero, lungo quanto il numero di riflessioni sono presenti all’interno dell’ambiente (vedremo il riverbero in dettaglio quando parleremo di acustica architettonica).

n.b. In realtà il riverbero non esiste, siamo noi che lo percepiamo cosi per i motivi appena visti.

Anche il grafico in figura 2 è abbastanza approssimativo in quanto tiene conto del parlato come sorgente sonora e un tipo di direzione delle riflessioni frontale. Per un ambiente reale in cui si hanno suoni con diverso spettro in frequenza, dinamica, e diversi sono gli angoli di arrivo delle riflessioni, il principio rimane anche se le curve possono variare.

Distorsione Aurale e Armoniche

E’ dimostrato che il nostro sistema uditivo non è lineare e trasparente, ma come ad esempio un qualsiasi componente artificiale (altoparlante, amplificatore, processore audio) produce e genera un certo livello di distorsione armonica (vedremo meglio le armoniche quando parleremo di acustica). Queste armoniche vanno a sommarsi al segnale diretto o riflesso dal padiglione auricolare e condotto uditivo, determinando tutti i fattori di percezione visti in questa serie di articoli. Ma anche aspetti non analizzabili in quanto molto soggettivi, come ad esempio la percezione di pulizia di un suono.

Il numero di armoniche generate dal nostro orecchio non è definito, si parla di oltre il 10° ordine.

Il livello SPL delle armoniche dipende dalla frequenza.

In figura 3 un grafico che mostra l’andamento di 4 armoniche auto generate considerando la frequenza.

Fig. 3 arm.JPG

Il grafico di figura 3 mostra il fatto che più la frequenza è bassa e meno valore avranno le armoniche, fino ad un massimo valore in medio-alta frequenza oltre cui il sistema tende a linearizzarsi.

n.b. Per questo è molto importante non enfatizzare mai troppo le medio-alte e alte frequenze, sono le prime che se troppo elevate danno una sensazione di distorsione.

In figura 4 un esempio grafico del livello SPL delle armoniche in relazione alla fondamentale di un impulso tonale con SPL variabile inviato alle orecchie, generate naturalmente dal nostro orecchio (questi valori in realtà dipendono fortemente dal tipo di suono, come visto frequenza, larghezza di banda, stato fisiologico e strutturale delle orecchie).

Fig. 4 image013.gif

Dalla figura 4 si capisce come più aumenta il livello di pressione sonora e più aumenta di conseguenza anche il livello SPL delle armoniche generate, questo aumento è lineare soprattutto per alti valori armonici (dalla 4th – 5th armonica in su), fino ad un valore massimo di compressione che va di pari passo con la soglia del dolore e rottura del timpano o danneggiamenti del sistema uditivo. La 2nd e 3rd armonica sono le armoniche che danno il maggiore contributo di distorsione alla percezione, mentre le altre sono in media inferiore all’ 0,1% del livello SPL della fondamentale (in molti casi trascurabili).

n.b. Questo conferma il fatto che ascoltare un suono ad alti livelli di pressione sonora non porta benefici in termini di pulizia, ma un aumento del valore di distorsione aurale ed impoverimento dell’intelligibilità.

Un ascolto ottimale deve presentarsi il più possibile verso zone di livello SPL che permettano la corretta percezione dinamica dello strumento (spesso oltre i 60 dB), che siano ad un livello adeguato sopra al rumore ambientale (possibilmente in ambienti acusticamente idonei), (con differenza di livello SPL di almeno 15 dB), in una zona di più possibile linearità della risposta soggettiva del nostro orecchio (per ottimizzare i processi di taratura impianto audio e mixaggio), lontano il più possibile dai valori armonici di più alta intensità (soprattutto della 2nd e 3rd armonica, di cui la 3rd tenerla inferiore all’1% del valore di intensità della fondamentale). Questo livello di pressione sonora SPL si attesta in un range che va dai 75 dB (con attrezzatura di ottima qualità e rumore di fondo inferiore ai 15 – 20 dB) ai 95 – 100 dB (limite considerando come visto negli articoli precedenti anche l’intervento del riflesso aurale).

Ricostruzione Apparente

E’ poi ritenuto che l’orecchio (principalmente il sistema nervoso centrale) è un risolutore di errori automatico, tanto è vero che se un suono è privo di fondamentali informazioni per la sua percezione e focalizzazione, come ad esempio la registrazione, amplificazione o riproduzione di suono da altoparlante per cui le caratteristiche tecniche di queste attrezzature fanno dipendere anche il grado di fedeltà del suono percepito, riesce a ricostruire in parte il suo spettro, soprattutto la fondamentale. Questo principio è legato soprattutto all’esperienza e allenamento, regolato dai principi di Suono Reale e Suono Atteso che vedremo più avanti.

n.b. Attrezzatura audio di qualità aiuta quindi ad affaticare meno l’ascolto che automaticamente cerca di risolvere tutta questa serie di errori.

Terzo Suono di Tartini

Giuseppe Tartini violinista tra il ‘600 e ‘700, scopri che se si suonano contemporaneamente un LA (440 Hz) e un MI (660 Hz) si percepisce una terza nota, il LA (220 Hz), cioè l’ottava sotto, rappresentata dalla relazione (660 – 440 = 220).

Questo è evidente soprattutto quando si suonano 2 toni di ottava ravvicinata, più è alto il livello di pressione sonora e più questo fenomeno viene percepito.

Si ritiene sia legato alle distorsioni naturali dell’orecchio che producono armoniche e subarmoniche come precedentemente visto, la cui fondamentale del tono risultante per  differenza dei due toni prodotti avrebbe più valore di intensità rispetto alle altre armoniche.

Effetto Doppler

L’effetto Doppler è quel fenomeno fisico acustico per cui una sorgente in movimento in relazione ad un ascoltatore fermo genera un tipo di percezione apparente con spettro variabile nel tempo. L’esempio più classico è quando siamo in macchina (soprattutto da fermi) e sentiamo passare l’ambulanza con le sirene accese.

La sensazione che si ha è come un “pitch” tonale che varia aumentando quando si avvicina e calando quando si allontana. Questo varia in base alla differenza di velocità tra la sorgente che emette il suono e l’ascoltatore.

Il fenomeno avviene in quanto la velocità del suono (determinata dal tempo di arrivo del suono da quando viene emesso dalla sorgente a quando lo sentiamo) varia, più veloce avvicinandosi (impiega meno tempo), più lenta allontanandosi (impiega più tempo), questa variazione di velocità si traduce (come vedremo meglio quando parleremo di acustica) in variazioni della lunghezza d’onda della frequenza nel tempo, e quindi una percezione di variazione tonale.

L’immagine più rappresentativa di questo fenomeno è quella in figura 5, in cui si vede chiaramente come l’onda sonora si stringa fino al punto centrale (più vicino all’ascoltatore) e poi si allarga fino a che la sorgente una volta allontanata non è più percepibile.

Fig. 5 1000px-Doppler_effect.svg.png

La formula generica che regola l’Effetto Doppler é:

doppl.JPG

Dove f’ è la frequenza percepita dall’ascoltatore, f è la frequenza emessa dalla sorgente sonora in movimento, vos è la velocità dell’osservatore, vs,r è la velocità della sorgente rispetto al mezzo, vm è la velocità del mezzo.

n.b. Vedremo più avanti alcuni esempi pratici su molti degli effetti spiegati in questa serie di articoli.

n.b. Questo effetto è molto utilizzato anche in altri ambiti, come medicina, astronomia, scienza, per capire la distanza di oggetti ed il loro movimento nello spazio e nel tempo.

Effetto Franssen

L’effetto Franssen determina un tipo di illusione acustica che avviene in un ambiente chiuso riverberante quando si verificano due particolari fenomeni:

  1. Ci sono due diffusori, uno a destra e uno a sinistra dell’ascoltatore. Ogni diffusore è a circa un metro dall’ascoltatore e a circa 45°. Il diffusore sinistro inizia a riprodurre un tono puro. Il volume viene diminuito (in modo esponenziale) a sinistra e aumentato a destra. Ad un certo punto il diffusore destro è la principale sorgente di suono. L’ascoltatore però percepisce il suono ancora proveniente da sinistra.
  2. In un ambiente chiuso ci sono due altoparlanti in posizioni diverse. L’esperimento inizia con l’altoparlante 1 che emette un segnale sinusoidale che inizia passando immediatamente da 0 alla massima ampiezza. Questo altoparlante viene facilmente localizzato. Il segnale viene spostato lentamente dall’altoparlante 1 al 2. Anche quando è solo l’altoparlante 2 a emettere la sinusoide l’ascoltatore continua a localizzare la sorgente nell’altoparlante 1.

Questi esperimenti determinano che il nostro sistema uditivo è in grado di localizzare e focalizzare correttamente la provenienza di un suono in un ambiente riverberante solo se questo suono è impulsivo (tanto più lungo sarà l’impulso e tanto meno ci sarà localizzazione) od ottiene dei rapidi cambiamenti di intensità.

Il cambio di localizzazione di un suono avviene solo quando viene stabilita una nuova direzione di provenienza (un nuovo transitorio) ed è limitato al suono diretto ed alla prima riflessione come confermato dall’analisi dell’Effetto Haas visto precedentemente.

Effetto Cocktail Party

L’Effetto Cocktail Party evidenzia la capacità di un individuo di effettuare un ascolto intenzionale o critico, tanto più allenati siamo e tanto più preciso e critico sarà questo ascolto.

n.b. Fondamentale per un buon tecnico audio avere un ottimo ascolto critico.

In pratica è la capacità naturale che abbiamo nel filtrare suoni da altri suoni, isolare un tipo di suono dal rumore di fondo o altri disturbi, migliorando la sua intelligibilità e riuscendo cosi meglio a capire il messaggio trasmesso. Si ritiene che il nostro cervello sia in grado di isolare uno strumento con un guadagno sul rapporto segnale-rumore fino a 15 dB.

Più si ascolta una tipologia di suono spaziale (molte persone che parlano in giro all’interno di una stanza, ma anche un ascolto stereo, surround, 3D) e tanto più siamo in grado di separare singoli suoni da altri. Mentre per ascolti monofonici e sempre più piatti il livello di difficoltà aumenta, facendo molta fatica a filtrare un suono da un altro.

n.b. Questo è un altro motivo come i tanti visti per cui NON è buona cosa mixare in mono più strumenti musicali, che sia live ma anche studio, in mono ci andrebbe sempre e solo un singolo segnale (strumento). Un ascolto spaziale aiuta sempre l’ascoltatore a concentrarsi sullo strumento che preferisce o che gli prende più attenzione (meno fatica di ascolto), in quanto come visto non siamo comunque in grado di percepire più di 3 strumenti alla volta all’interno di un mix. Aiuta molto anche il concetto di Assolo, a focalizzare l’ascolto verso chi lo sta eseguendo.

Effetto Zwicker o Zwicker Tone

Il Tono Zwicker è un tipo di illusione uditiva, in pratica evidenzia il fatto che considerando un rumore a banda larga con un buco centrale (silenzio) di una certa larghezza di banda, se improvvisamente stoppato, viene percepito per un alcuni secondi un tono con frequenza pari alla larghezza di banda del buco. Si presenta quindi come una sensazione uditiva transitoria, generata a quanto si pensa come metodo di auto-soppressione del rumore di fondo da parte del cervello. Può essere una delle cause che portano alla generazione e quindi spiegazione degli acufeni.

Scala di Shepard

Anche la Scala di Shepard è un tipo di illusione acustica, si tratta di particolari scale che quando ripetute sembrano crescere di tonalità in modo esponenziale ed infinito, anche se la frequenza della scala rimane la stessa.

Questa illusione viene spesso applicata nelle colonne sonore del cinema ma anche brani musicali per catturare l’attenzione verso un tipo di sensazione di crescendo, che qualcosa sta per succedere, di un cambio improvviso.

Psicoacustica e Loudness

Considerando la frequenza (come vedremo meglio quando parleremo di acustica), la sua ampiezza determina il livello di pressione sonora di quel suono (fig. 6).

Fig. 6 Fig.1

In figura 6 un esempio di struttura di una frequenza sinusoidale in cui si evidenziano i picchi ed il lvello medio percepito dall’uomo (V efficaci, V RMS, Veff).

E’ dimostrato che l’orecchio umano non ha una risoluzione tale da percepire tutte le variazioni di ampiezza di ogni frequenza (i picchi), pressochè infinite, (con limite di percezione minima come definito nel precedente articolo di 0,5 dB di variazione di ampiezza), mentre finite sono per il campionamento digitale che vedremo quando parleremo di audio digitale, e li il numero di campioni sarà fondamentale per rispecchiare la forma d’onda analogica in dominio digitale creando meno distorsioni possibili.

La percezione dell’intensità di un suono è sempre una media delle variazioni di pressione sonora sulle nostre orecchie (circa lo 0,75 dell’ampiezza di picco della sinusoide, nel contesto reale dello spettro sonoro).

n.b. Quando parleremo di audio mastering, mixaggio e processazione dinamica vedremo come lavorando su questo valore medio è possibile determinare un livello di “volume” percepito più basso o più alto, giocare sul mascheramento e sulle differenze di livello al fine di generare suoni più emozionali, più naturali, più dinamici, più compressi, e molto altro.

Rimando per ulteriori informazioni agli articoli di Decibel e Meter.

Anche se non percepiti, i picchi sono comunque spostamenti d’aria e quindi movimenti corrispondenti da parte del nostro timpano, catena di ossicini e conseguente risposta del sistema nervoso centrale. Sono proprio questi picchi ad avere il maggiore contributo energetico, a creare un livello di percezione di disagio, dolore e ha poter danneggiare il nostro apparato uditivo. E’ per cui bene tenerli sempre sotto controllo all’interno di un mixaggio ed esporsi il meno possibile a forti picchi di intensità sonora.

Il Loudness Parziale invece è riferito alla sensazione sonora di un range di frequenze contenuto, tipicamente entro la banda critica di ascolto (come visto in questa serie di articoli), la somma dei Loudness Parziali determina il Loudness Complessivo percepito.

Quando si lavora ad esempio con l’equalizzazione, il range di frequenza equalizzato farà parte del contributo di loudness parziale in quella bandwith di frequenza interessata al processamento.

n.b. Equalizzare in boost determina una percezione di loudness parziale superiore ad equalizzare in cut (che invece determina una percezione di attenuazione del loudness parziale, con senso di meno presenza), questo perchè l’orecchio è più sensibile a variazioni in ampiezza che in attenuazione, e questo spiega anche il perchè siamo più attratti da un suono con più loudness rispetto ad uno con meno loudness.

n.b. E’ anche uno dei motivi per cui si preferisce ed è più qualitativo oltre che più preciso in fase di equalizzazione di uno strumento musicale, percepire quali sono le frequenze che eccedono per poi attenuarle. Lavorare quindi in Sottrazione e non in Boost. E’ importante agire finemente (magari utilizzando un equalizatore peaking o digitale, comunque con campanatura variabile) sulle frequenze che disturbano per ovviare al problema che attenuando si percepisce anche meno loudness, meno presenza ed è meno gradito all’orecchio. Utilizzare eventualmente (rispettando sempre la dinamica dello strumento), un processore di dinamica per recuperare parte del loudness percepito perso, e insieme od in alternativa regolare in amplificazione il guadagno del pre-amplificatore, fino a percepire un segnale pieno e chiaro, nonostante si sia agito in sottrazione per eliminare eventuali disturbi, risonanze, colorazioni del suono eccessive.

Lo stesso discorso vale per un processamento dinamico, utilizzabile in certi contesti per aumentare il livello di Loudness Parziale o Totale.

Vedremo meglio equalizzatori e processori dinamici in altre argomentazioni.

Suono Reale e Suono Atteso

Il suono reale è quello emanato dalla sorgente sonora, che sia naturale o registrato, il suo spettro grazie alla memoria è riconosciuto ed interpretato dal nostro cervello sempre allo stesso modo, tanto è vero che riusciamo sempre a riconoscere che quella è una voce, che è un pianoforte, che è un tamburo, la stessa cosa per gli oggetti.

Il suono atteso è invece una sensazione soggettiva secondo l’esperienza e memoria di cui disponiamo, può in certi casi (soprattutto a non tecnici audio, a chi ha poca esperienza con musica, strumenti musicali e poco ascolto), portare a percepire un suono differente da quello reale, elaborare e concepire un suono cosi come immaginato, può portare ad esempio a far percepire un suono più acuto di quello che è realmente, ma anche per chi è abituato ad ascoltare sempre lo stesso impianto audio, con gli stessi microfoni, stessi processori ecc..a concepire più scadenti altri impianti, microfoni, ecc…

Questo conferma la teoria per cui la vista ma anche immaginazione è prioritaria per il nostro cervello e come esso riesca in certi casi a ricostruirlo lo spettro di un suono non pienamente focalizzato.

n.b. Per questo un buon tecnico audio oltre che avere attrezzatura di qualità, deve sempre risultare imparziale a questo tipo di sensazione, ma porre una tipologia di ascolto sempre oggettiva di ciò che è il suono dello strumento/impianto audio e non quello immaginato.

Psicoacustica del Rumore e Sensazione Soggettiva della Distorsione

La sperimentazione di come percepiamo il rumore ha avuto il suo maggiore sviluppo nelle tecniche di riduzione del rumore, cui rimando alla serie di articoli sul Noise Reduction. E’ stato studiato che il rumore da la sensazione di un suono concentrato sulle medio-alte ed alte frequenze, un rumore maschera più facilmente un segnale audio pulito, perchè il nostro sistema uditivo facendo maggiore fatica a focalizzarne provenienza e spettro in frequenza tende maggiormente a concentrarsi su di esso, essendo un segnale aperidodico molto causale nel tempo e nello spettro. Sempre per il principio dei mascheramenti visti in questa serie di articoli, un rumore di intensità e larghezza di banda superiore maschera facilmente un rumore di intensità e larghezza di banda inferiore. Queste tecniche sono molto usate nei mix di riduzione del rumore per mascherare rumori più sgradevoli con rumori meno sgradevoli.

E’ stato poi sperimentato che un aumento dei valori di distorsione (es. prodotti da un amplificatore o altoparlante), oltre che essere sgradevoli per l’ascolto, vengono elaborati dal nostro cervello come se questa distorsione sia generata dal nostro orecchio, dai valori di distorsione aurali generati dall’orecchio. La sensazione soggettiva di questo è una percezione immaginaria di un suono più forte (anche se questo non avviene), come se alle nostre orecchie giunga un suono di più alto livello di intensità al fine di generare quel determinato livello di armoniche come visto in questo articolo per le distorsioni aurali.

Psicoacustica Transizionale

La Psicoacustica Transizionale è una disciplina che studia il legame tra ascolto e sensazione fisica. E’ ritenuto che se si ascolta uno specifico suono stazionario (rumore rosa a = 1/f) attraverso il sistema audio AVS®, viene stimolato nel soggetto un incremento dei sincronismi tra popolazioni neuronali nella corteccia celebrale. Questi sincronismi porterebbero ad un aumento delle capacità fisiche e creative migliorando l’equilibrio psicofisico per 24 – 48 ore. Aumentando le capacità di comunicazione tra le aree del cervello, il soggetto è più consapevole di ciò che fa e di ciò che gli è attorno, aumentando anche le doti comunicative. Anche le frequenze subsoniche ed ultrasoniche anche se non percepite possono incidere sulla stimolazione neuronale (fig. 7).

Fig. 7 (da mariobon.com)

sxc.JPG

Come si vede dalla figura 7, la figura di sinistra rappresenta l’attività neuronale con evidenziato in verde la parte neuronale in fase dell’emisfero sinistro del cervello quando non stimolato e con occhi chiusi. Mentre nella figura di destra c’è l’attività neuronale con sempre la parte in verde che evidenzia i neuroni in fase nella parte destra dell’emisfero celebrale quando stimolato. Si nota nella parte destra una maggiore concentrazione di neuroni, che come detto è sinonimo di un aumento delle capacità psicofisiche.

Il sistema audio AVS è formato da 4 canali audio che emettono un rumore rosa, questi 4 canali sono ritardati in modo indipendente tale da raggiungere l’ascoltatore con lo stesso ritardo a passi di 30 microsecondi, inviando diversi stimoli (impulsi) attraverso un processore 3D (quindi che possono poi essere localizzati in diversi punti dello spazio dal soggetto sotto esame) è possibile interagire con l’attività neuronale.

Tramite questo sistema è possibile quindi stimolare l’attività neuronale del cervello e studiare diverse patologie che fanno parte non solo dell’orecchio ma anche dello stato psico-fisico dell’individuo, come ad esempio generazione di acufeni, cefalea ed emicrania, disturbi neurologici, ansia e panico, insonnia, depressione, psicosi, ma anche come accennato il benessere psicofisico soprattutto rivolto a patologie come demenza, schizofrenia ed autismo, aumento delle capacità psicofisiche generali e qualità della vita, prestazioni mentali e fisiche.

Per maggiori informazioni sul sistema AVS http://www.avsresearch.org/index.html

Effetto Specchio

Sempre sulla base dei 4 diffusori dell’ AVS Research, è stato studiato un nuovo fenomeno di illusione acustica l’Effetto Specchio. Si posizionano 4 diffusori 2 frontali in stereo e 2 opposti, dietro, in configurazione speculare a quella frontale (fig. 8).

Fig. 8 image018.gif

Inviando contemporaneamente uno stesso segnale ai 4 diffusori si percepirà un suono provenire dal davanti e contemporaneamente lo stesso da dietro, distorcendo le capacità di localizzazione-focalizzazione. In realtà è stato studiato che questo avviene solo per pochi minuti (massimo mezz’ora), dopo di chè il cervello prende una decisione ed elabora la provenienza del segnale attorno alla testa, come un’immagine sonora olografica. Ad ogni ripetizione di questo test si ha un tempo di localizzazione olografica inferiore, in quanto che il cervello memorizza la posizione del segnale.

Questo fenomeno è particolarmente rilevando per suoni non sinusoidali ma a più ampio spettro.

n.b. Per questo in caso di ascolto surround e 3D evitare di inviare lo stesso segnale a tutte le sorgenti attive, in quanto si genera un rapporto di distorsione nella localizzazione-focalizzazione tanto più alto quanto più sono i segnali in fase che arrivano alle nostre orecchie.

Psicoacustica nel Campionamento Digitale

Quando parleremo di Audio Digitale analizzeremo il funzionamento dei convertitori A/D – D/A, del campionamento e quantizzazione del segnale audio analogico e molto altro. In particolar modo per quanto riguarda l’aspetto psicoacustico nella fase di campionamento, diversi studi definiscono il tipo di approccio alla sensazione sonora percepita quando varia la posizione del filtro passa–basso (il filtro passa-basso viene utilizzato nella fase di conversione A/D e ricampionamento D/D, per eliminare distorsioni alias derivate dalla conversione stessa, la sua pendenza e caratteristiche determinano anche la qualità del filtro stesso, per una maggiore pendenza si otterrà anche una più corretta eliminazione delle distorsioni alias, ma porta anche a generare un più alto livello di distorsione armonica derivata dal filtro stesso, al contrario pendenze più dolci filtreranno meno precisamente ma con anche meno rumore introdotto, vedremo comunque in dettaglio queste cose quando parleremo di audio digitale).

La posizione ottimale del filtro è sempre a metà della frequenza di campionamento.

Per fare alcuni esempi senza entrare troppo nel dettaglio, se campiono a 44.1 Khz la posizione ottimale del filtro è a 22 Khz, se campiono a 96 Khz è invece a 48 Khz.

In realtà visto che la percezione umana non supera i 20 Khz, tutte quelle frequenze in più prelevate per la conversione A/D sarebbero inutili, es. i 2 KHz in più per il campionamento a 44.1 Khz ed i 28 KHz in più per il campionamento a 96 KHz.

Infatti spesso viene spostata la frequenza di taglio proprio all’inizio della banda ultrasonica a circa 22 Khz indipendentemente dalla frequenza di campionamento, questo garantisce per elevati campionamento come appunto 96 Khz una pendenza del filtro più dolce (fig. 9).

Fig. 9camp.JPG

n.b. Posizionare il filtro a 20 Khz non sarebbe buona cosa perchè verrebbero percepite le distorsioni ed oscillazioni prodotte attorno al “ginocchio” della frequenza di taglio del filtro stesso (in quanto come visto in questa serie di articoli, in certi casi possono essere percepite anche freuqenze ultrasoniche tramite battimenti), mentre spostandolo più avanti questo problema è più mascherato. Si pensa anche che a quella frequenza di taglio il filtro interferisce con il sistema cocleare dell’orecchio creando dei fenomeni di pre-echo interpretati dal nostro cervello come perdita di informazioni, oscurando leggermente la percezione di un suono più chiaro e definito.

Ma questo spostamento della frequenza di taglio del filtro e di conseguenza una più ampia o più stretta bandwith di conversione (soprattutto in frequenze ultrasoniche), porta un tipo di percezione sonora differente?

Tramite diversi test è stato evidenziato che se il filtro è di ottima qualità, in cui il ripple della risposta in frequenza rientra entro i 0.5 dB, non si percepisce alcuna differenza, mentre per ripple più elevati si percepiscono le distorsioni del filtro stesso, che possono aumentare aumentando la pendenza del filtro stesso. Per questo motivo con buoni filtri aumentare il grado di pendenza di taglio è sicuramente la migliore soluzione.

n.b. Alcune persone, soprattutto quelle poco allenate e non tecnici professionisti, non percepiscono nemmeno la differenza tra la presenza del filtro anti-alias e la sua assenza.

n.b. Alcuni convertitori di campionamento digitale, permettono in ogni caso di decidere la frequenza di taglio del filtro in base al livello di distorsione percepito.

Si pensa poi che la frequenza di campionamento minima che consente una digitalizzazione del segnale audio ottimale, senza la percezione di numerosi artefatti, e che consenta di introdurre un filtro anti-alias più dolce, sia circa 48 Khz – 50 Khz (lo standard minimo per il campionamento professionale).

Altro su Psicoacustica

Psicoacustica – I ( Orecchio Esterno, Orecchio Medio, Orecchio Interno, Sistema Uditivo Centrale, Emissioni Oto-Acustiche, Acufeni ).

Psicoacustica – II ( Percezione Sonora, Bande di Percezione Logaritmica, Bande di Frequenza, Livello di Sensazione Sonora, Sensazione Sonora, Livelli di Intensità Sonora ).

Psicoacustica – III ( Curve di ponderazione A-B-C, Curve di Egual Fastidio D, Curve CCIR-468 o ITU-468, ISO 21727, CCIR-AMS, Curve RC, NCB, Bande Critiche, Rumore Bianco, Rumore Rosa, Rumore Marrone ).

Psicoacustica – IV ( Mascheramenti, Battimenti, Risposta Soggettiva all’Impulso, Riflesso Aurale, Distanza di Ascolto ).

Psicoacustica – V ( Localizzazione, ILD, ITD, Errore di Localizzazione, Funzione Anatomica di Trasferimento, Percezione Controfase, Errore di Focalizzazione, Distorsione dell’Immagine, Teoria delle Decisioni, Parti Anatomiche ).

Psicoacustica – VII ( Sensazione di Localizzazione, Ascolto Monofonico, Ascolto Monoaurale, Ascolto Binaurale, Ascolto Stereofonico, Phantom Image, Ascolto Multicanale o Surround, Ascolto Virtuale o 3D, Ascolto Intercanale, Ascolto Interaurale, Ascolto Transcanale, Ascolto Transaurale, Ascolto Olofonico, Campo Libero, Campo Diffuso, Ambiente Anecoico, Ambiente Riverberante, Ambiente Semi-Riverberante, Silenzio ).

Psicoacustica – VIII ( Psicoacustica Visiva e Video, Effetto McGurk, Effetto Ventriloquo, Ottimizzazione della Focalizzazione e Localizzazione in Eventi Live, Abitudine di Ascolto ).

Psicoacustica – IX ( Test ed Esercitazioni, Audiometria e Patologie )

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