Percezione sonora

Ciao, benvenuto su gregorioferraris.com. In questo articolo voglio approfondire alcune tematiche inerenti alla percezione sonora. Questo è il terzo articolo della serie di articoli sulla psicoacustica. Nel primo articolo ho analizzato a livello macroscopico il funzionamento dell’orecchio, sopratutto la sua interazione con il cervello per creare una sensazione cosciente; nel secondo o parlato di particolari effetti che il nostro cervello ricrea in determinate situazioni. In questo voglio analizzare come le modalità e le caratteristiche dello specifico suono influenzano la nostra percezione sonora.

Se ti interessa l’argomento ma non conosci le basi fisiche del suono puoi approfondire con questi articoli:

  • Il suono semplice. In questo articolo parlo delle basi del suono e dei suoi parametri fondamentali.
  • Il suono complesso. In questo articolo spiego come sono composti i suoni del mondo reale.
  • I decibel. In questo articolo ti parlo di cosa sono i decibel e della loro importanza come unità di misura.

La percezione sonora in base alle caratteristiche del suono

percezione sonora

Siamo abituati a pensare che il suono sia facilmente descrivibile in base ai parametri che lo compongono. Anche se possiamo accuratamente scrivere il suono tramite le unità di misura della fisica, a livello percettivo la situazione è differente. Le unità di risposta in frequenza, lo spettro e i decibel sono comode per confrontarsi con altre persone, per scrivere specifiche tecniche e creare leggi; non riescono tuttavia a descrivere in maniera efficace la sensazione uditiva nel suo complesso.

L’udito è un senso molto raffinato, in grado di adattarsi a molteplici situazioni. Raccoglie informazioni molto utili sul mondo circostante e le invia al cervello che le interpreta per indagare il mondo attorno a noi. Questo processo però non è esente da problematiche e inganni. Anche un organo così raffinato può commettere errori di precisione nella decodifica dell’informazione. In questo articolo voglio parlare delle incongruenze percettive tra il suono come fenomeno fisico e la nostra percezione. Differenze basate sulle modalità di emissione e caratteristiche del suono.

La percezione sonora e la pressione

Come abbiamo visto nello scorso articolo non tutte le frequenze a parità di pressione sonora sono percepite allo stesso volume. Per descrivere la sensazione cosciente del volume si è adottato il phon come unità di misura. E’ ancora aperto invece il dibattito su quanti decibel siano necessari per raddoppiare la sensazione uditiva. Non abbiamo ancora stabilito una scala di valori oggettiva che sia univoca per tutti gli esseri umani. Alcuni ricercatori sostengono che per sentire un tono di 1.000 Hz con un raddoppio di volume siano necessari 10 dBspl, mentre altri sostengono che 6 dBspl siano sufficienti.

Se non siamo in grado di definire una scala univoca per tutti siamo però riusciti a stabilire una scala per descrivere la sensazione oggettiva. La scala è chiamata son, e si basa sulla curva isofonica di 40 phon. Ogni punto della scala son è distanziato di 10 dBspl dal successivo. Questo da origine a una scala lineare.

relazione tra phon e son, fonte

Larghezza di banda e rumore

Un fattore che di solito non viene preso in considerazione quando analizziamo la percezione del volume è la larghezza di banda del suono. Con larghezza di banda intendiamo l’estensione in frequenza di un suono, ovvero quante frequenze sono presenti al suo interno. La larghezza di banda è un fattore molto significativo della percezione del volume.

Supponiamo di ascoltare 3 suoni diversi in successione. Tutti i suoni in questione sono riprodotti con una pressione di 60 dBspl e centrati sulla frequenza di 100 Hz ma con larghezza di banda differente. Il primo ha una larghezza di banda di 100 Hz, il secondo 160 Hz e il terzo di 220 Hz. Ascoltando i suoni in sequenza non percepiremo un aumento di volume nei primi 2, mentre il terzo ci sembrerà nettamente più forte. Perché succede questo fenomeno?

Nello scorso articolo abbiamo visto come il nostro orecchio sia suddiviso in bande critiche, entro le quali due suoni vicini in frequenza tendano a mascherarsi tra loro. Anche per quanto riguarda la percezione del volume del suono le bande critiche rivestono un ruolo importante. Quando la larghezza di banda di un suono cade dentro la singola banda critica dell’orecchio la sensazione resta invariata. Se il suono ha un ampiezza maggiore della singola banda critica allora la sensazione sonora (son) sarà maggiore a parità di dBspl. Infatti le bande critiche hanno un ampiezza di circa 100Hz, larghezza che va ad aumentare con l’aumento della frequenza di centro banda. Analizzando l’esempio sopra riportato i primi due suoni ricadono all’interno della banda critica, mentre il terzo ha un ampiezza di banda maggiore quindi andrà a sollecitare anche un altra zona della membrana basilare.

Percezione sonora è impulsi

In tutti gli articoli ho sempre analizzato suoni continuativi nel tempo, ma come percepiamo i suoni impulsivi?

Un suono impulsivo non genera la stessa sensazione di volume rispetto a un suono continuativo nel tempo. Secondo il manuale di Acustica di Everest è necessario che un tono di 1.000 Hz duri almeno un secondo per essere riconosciuto come tale e sotto questa durata sia percepibile click. Tutta via con un rapido test, di scarsa validità scientifica, trovo che la quantità di tempo indicata sia eccessiva. Personalmente sono riuscito a percepire il tono fino a durate di circa 50 millisecondi prima che diventassero un click di cui non si potesse riconoscere il tono. Il test da me fatto non può vantare certamente basi statistiche e metodologie scientifiche, ma basta a dire che noi riusciamo a riconoscere toni semplici in frazioni di secondo. E che un impulso per essere sentito come un click deve avere una durata massima di qualche decina di millisecondo.

La durata dell’impulso modifica prontamente la percezione del volume del suono. Test hanno evidenziato come suoni più brevi di 100 ms necessitano di un quantitativo maggiore di pressione sonora per mantenere la stessa sensazione. Sotto la soglia dei 100 ms la quantità di pressione necessaria per mantenere la stessa sensazione di volume è inversamente proporzionale alla durata dell’impulso. Superata questa soglia la percezione rimane invariata a prescindere dalla durata del suono. Questo schema di funzionamento della nostra percezione pare che sia invariato a sia per i toni che per rumori casuali.

Questo comportamento descrive un concetto di cui i fonici possono fare tesoro. Il nostro orecchio è meno sensibile ai transienti molto brevi che quasi non verranno percepiti.

Altezza e frequeza

Siamo soliti pensare all’altezza del suono in termini di lunghezza d’onda e frequenza, ma la correlazione non è lineare . La nostra percezione dell’altezza di un suono è influenzata anche in parte dalla pressione sonora a cui la percepiamo. Ovviamente la frequenza di un tono rimane invariata ad ogni pressione sonora a cui la percepiamo ma il nostro cervello la interpreta in maniera diversa.

Per descrivere la sensazione in frequenza è stata creata un unità di misura soggettiva, chiamata mel. La scala dei mel è stata creata usando come riferimento un tono di 1 KHz a 60 dBspl (60 phon). A questa pressione sonora il tono da 1KHz corrisponde a 1000 mel. Le ricerche in laboratorio evidenziano come l’orecchio umano riesca a percepire circa 280 livelli di intensità sonora e 1.400 altezze. Con un semplice calcolo riusciamo a dire che il nostro orecchio riesce a discriminare 392.000 combinazioni. Tuttavia questi valori si riferiscono a situazioni di laboratorio, usando toni puri in contesti estremamente silenziosi. In test che simulano un suono reale in un contesto reale tuttavia è stato analizzato che noi riusciamo a discriminare 7 gradazioni di sensazione e 7 ampiezze diverse. Calcolando sulla base di questi dati risulta noi possiamo discriminare 49 combinazioni di suoni.

Scala di mel
Grafico della scala di mel che rappresenta la correlazione tra percezione sonora e frequenza per toni di 60 dB

La scala di mel è molto simile alla distribuzione delle frequenze sulla membrana basilare dell’orecchio interno. Questo lascia supporre che i due fatti siano relazionati tra loro, ma non ci sono evidenze scientifiche di ciò.

Timbro e percezione dello spettro

Anche l’ascolto di suoni complessi non è un fenomeno oggettivo ma soggettivo. Quando due strumenti suonano la stessa nota noi li riusciamo a distinguere come strumenti diversi grazie al timbro. La fisica che regola l’emissione è la stessa quindi avranno, anche se con rapporti diversi, le stesse armoniche e parziali. Il nostro orecchio analizza in maniera soggettiva le parziali e le armoniche. Anche la fondamentale può essere percepita leggermente diversa in base alla pressione di emissione, come abbiamo visto con la scala mel.

Quando si misura oggettivamente un suono la susa composizione diversa da quello che ci aspetteremo di rilevare basandoci sulla nostra percezione. Il suono e la musica, specialmente dal vivo, sono fenomeni molto complessi. Non riusciamo a descrivere il suono solo con un pentagramma o la l’analisi delle caratteristiche fisiche di un suono. Quando un orchestra suona in una sala, o una band in un locale, l’ascolto che ne ha il pubblico è anche influenzato dalla fase delle riflessioni e dalla sua interazione con il suono diretto. Quindi anche questi fenomeni influenzano il timbro di un suono. Possiamo quindi asserire che il timbro e spettro sono correlati ma non sono la stessa cosa. Parlando dello spettro di un suono si fa riferimento al fenomeno e alla conformazione fisica di tale suono, mentre il timbro descrive parametri puramente soggettivi.

Conculusioni

Con questo articolo concludo la prima serie di articoli inerenti a questo affascinante argomento. La percezione del suono è un campo dove le ricerche sono ancora sono attive, in quanto non riusciamo a spiegare in maniera totale i nostri meccanismi percettivi. Se riusciamo a descrivere in maniera raffinata come il fenomeno sonoro venga tradotto in una sensazione cosciente a livello biologico e le caratteristiche di un fronte d’onda sonora, ancora non riusciamo a comprendere il meccanismo del funzionamento del fenomeno come una sensazione cosciente.

Probabilmente l’udito è il senso più soggettivo dell’uomo. Senza entrare troppo nel filosofico possiamo dire che la soggettività dell’udito è probabilmente ciò che rende difficile indagare questo senso.

Spero che tu abbia trovato interessante questo viaggio nel mondo della nostra percezione. ci vediamo al prossimo articolo!

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Percezione sonora fonti

Manuale di acustica – F. Alton Everest

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