daniel maggiolo apuntes de acústica musical

RESOLUCIÓN TEMPORAL


La resolución temporal de nuestro sistema auditivo es importante porque prácticamente todos los sonidos varían en el tiempo y porque la información -tanto en música como en el habla- está dada fundamentalmente por el ordenamiento temporal de los sonidos y por las transformaciones que se producen en el tiempo.

Se ha estudiado la capacidad de nuestro sistema auditivo de detectar:

  • interrupciones en un sonido
  • variaciones de la señal a lo largo del tiempo
  • variaciones en la duración de los estímulos (umbrales diferenciales de duración).

No nos vamos a referir aquí a la problemática de la percepción del ordenamiento temporal de los sonidos y cómo ellos se combinan para generar significados. Si bien éste es un fenómeno fundamental en los casos de comunicación acústica (música o habla), merecen un capítulo especial aparte.

La resolución temporal depende de

  • el análisis de los patrones temporales que ocurren dentro de cada canal de frecuencia
  • la comparación de patrones temporales entre distintos canales de frecuencia.

Una dificultad en la medición de la resolución temporal de nuestro sistema auditivo radica en el hecho de que variaciones en los patrones temporales traen aparejadas variaciones en los patrones espectrales que también son usadas para discriminar la variación.

Por ejemplo un sujeto puede discriminar un "click" de dos "clicks" separados por apenas unas decenas de microsegundos. El click y los dos clicks tienen diferencias espectrales especialmente detectables en las frecuencias altas. Si se incluye un ruido a efectos de enmascarar frecuencias mayores que los 10 kHz, el umbral aumenta significativamente, lo que indica que eran esas pistas (las variaciones espectrales) las que estaban siendo utilizadas primordialmente para detectar la variación general.


Detección de interrupciones en un sonido

En el caso de ondas senoidales los resultados se ven claramente afectados por las condiciones de fase en las cuales la senoide es interrumpida y continúa. Los experimentos se han realizado en tres condiciones de fase (la senoide es interrumpida siempre en el momento de cruzar el cero en dirección positiva):

  • la senoide arranca en fase positiva (fase estándar)
  • la senoide arranca en fase negativa (fase revertida)
  • la senoide arranca donde hubiera seguido si no se hubiera detenido (fase preservada).

FIGURA 01

La figura es de B.J.C. Moore: An Introduction to the Psychology of hearing


En el caso de preservación de fase el umbral de detección de la interrupción aumenta de manera directamente proporcional al incremento de la interrupción.

Los experimentos sugieren que dicho umbral de detección sería dependiente también de la frecuencia de los sonidos senoidales. Un experimento ha mostrado que el umbral sería más o menos constante (entre 4.5 - 5 ms) para frecuencias de entre 400 Hz y 2 kHz. Pero otro experimento estableció que el umbral para dicha banda de frecuencias sería de 6 - 8 ms, que aumenta algo para frecuencias de 200 Hz y que se dispara a unos 18 ms para frecuencias de 100 Hz. (También la variación individual entre los diferentes sujetos aumentó marcadamente para frecuencias de 100 Hz.)

Para las otras dos condiciones los resultados no eran monotónicos (regulares) y tenían una diferencia de fase de 180º entre ellos.

FIGURA 02

La figura es de B.J.C. Moore: An Introduction to the Psychology of hearing


En el caso de ruidos de banda limitada el umbral de detección de la interrupción disminuye a medida que aumenta el ancho de banda. Esta disminución aumenta incluso cuando el ancho de banda supera el ancho de banda de uno de los filtros auditivos (banda crítica). Esto sugiere que los sujetos utilizan la información proveniente de más de un filtro auditivo para detectar interrupciones en un ruido. El umbral aumenta cuando los niveles de presión sonora son inferiores a aproximadamente los 30 dB.

En el caso de ruidos de banda ancha el umbral para detectar una interrupción temporal es típicamente de entre 2 - 3 ms. También en este caso, para niveles de presión sonora muy bajos (por debajo de los 30 dB) el umbral aumenta.

El patrón espectral de un sonido no cambia cuando un sonido es reproducido invertido en el tiempo. Por ejemplo dos impulsos A y B, de diferente amplitud, son reproducidos en el orden AB o BA, con una interrupción en el medio. Los experimentos muestran que fue posible detectar interrupciones también de 2 - 3 ms.


Variaciones de la señal en el tiempo (funciones de transferencia de modulación temporal)

Ruido blanco modulado senoidalmente en amplitud es usado para determinar la detección de la modulación en función de la frecuencia de modulación.

Para frecuencias de modulación inferiores a los 16 Hz la respuesta está limitada por la resolución de amplitud del sistema auditivo, más que por la resolución temporal, de manera que el umbral es independiente de la frecuencia de modulación.

Para frecuencias de modulación entre 16 Hz y 1 kHz el umbral aumenta en función de la frecuencia de modulación.

Para frecuencias de modulación mayores que 1 kHz la modulación no es detectada.

La forma de las funciones de transferencia de modulación temporal varían muy poco en función del nivel sonoro, pero los umbrales aumentan para niveles de presión sonora bajos.


Discriminación de la duración (umbrales diferenciales de duración)

Los experimentos de discriminación de cambios en la duración de un sonido o de un intervalo de silencio rodeado por sonidos han mostrado que para duraciones de T > 10 ms el umbral dT aumenta con T. El umbral dT es bastante independiente de las propiedades espectrales de los sonidos.

Esto es cierto tanto para el caso de sonidos, como para la discriminación de variaciones en la duración de un intervalo de silencio rodeado (precedido y sucedido) por sonido, siempre y cuando los sonidos sean idénticos a ambos lados del silencio. El umbral dT aumenta para niveles bajos de presión sonora y también cuando los sonidos alrededor del silencio tienen diferentes niveles o frecuencias.


Análisis temporal basado en procesos de comparación de información de diferentes canales

Las llamadas secuencias de Huffman son sonidos cortos de banda ancha con patrones espectrales idénticos en el largo plazo, pero en los cuales la energía en cierta región de frecuencias está retardada con respecto a otras regiones de frecuencia.

Experimentos han mostrado que son detectables retardos de 2 ms en la región de frecuencias 650 Hz - 4.2 kHz, y no hay evidencias de que los valores varíen significativamente con el cambio de la frecuencia central. No obstante, la diferencia es percibida como una variación tímbrica en el sonido, y no como si una parte del sonido siguiera a la otra.

Se han establecido umbrales de unos pocos milisegundos en la detección de asincronías en los ataques o caídas de un sonido. También se ha mostrado que las asincronías en el ataque son más fáciles de detectar que las asincronías en la caída. Esto es particularmente importante en el reconocimiento tímbrico de los instrumentos musicales, en los cuales cada parcial tiene su propia envolvente dinámica, y no necesariamente todos comienzan en t = 0.




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