Sistema Auditivo Periférico Noções de Psicoacútica. Roteiro

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Leonardo Moreira Rocha
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1 Seminário 0 Sistema Auditivo Periférico Noções de Psicoacútica Maurílio Nunes Vieira Depto. Física/ICEx/UFMG Roteiro Ouvido. Ouvido externo, médio e interno: anátomo-fisiologia e aspectos acústicos básicos. Psicoacústica: Curvas de audibilidade igual. Percepção de altura, audibilidade e duração. Menores diferenças percebidas. Mascaramento e bandas críticas. 1

2 O ouvido pavilhão auditivo meato acústico membrana timpânica ossículos tuba auditiva nervo auditivo cóclea 2 mm Fenômenos Físicos Diretividade em altas frequências Ressonância em ~3kHz Casamento de impedância ar/líquido Transdução mecânico-elétrica Analise Espectral Reflexo acústico Equilíbrio de pressão estática 2

3 Meato acústico Tubo aberto (pavilhão) e fechado no tímpano ~2,5 cm de comprimento 1ª. ressonância em: λ = 4 2,5cm v 4F = 2,5cm F = 3,4kHz ( v = 340 m / s) Ouvido médio Acoplamento ar (baixa impedância)-líquido (alta impedância) Reflexo Acústico (proteção momentânea contra sons intensos) tensor do tímpano 3

passa-baixas (Fc ~1kHz) A1 d1 P2 = P1 { A2 { d2 15 1,5 Ouvido interno Janelas oval e redonda

4 Casamento de impedância Aumentar a pressão na janela oval P 1 P 2 Relação de área (tímpano/janela redonda) e alavanca (ossículos) A 1 o A 2 d 1 d 2 Inércia (massa): filtro passa-baixas (Fc ~1kHz) A1 d1 P2 = P1 { A2 { d2 15 1,5 Ouvido interno Janelas oval e redonda (membranas) bigorna Canais semicirculares (equilíbrio) Nervo auditivo Membrana basilar martelo estribo cóclea 4

5 Membrana basilar Comprimento ~32 mm Tensão e massa variam ao longo de seu comprimento Vibração diferenciada com a freqüência (efeito tonotópico) f Base 1 = 2L τ µ Ápice (larga e frouxa) Base Ápice (tensa fina) tensão massa Membrana basilar: Efeito Tonotópico Base ápice 5

6 Órgão de Corti (transdução mecânico elétrico) Canais semicirculares (equilíbrio) bigorna martelo estribo cóclea Nervo auditivo Células ciliadas (vibração estímulo nervoso) Nervo auditivo Membrana basilar (tonotopia) Células ciliadas internas Maioria das sinapses aferentes (para o cérebro) vibração )))) Libera neurotrans- missor Célula ciliada despolariza Nervo Célula Ciliada 6

freqüências sonora sincronismo e tonotopia (tempo) (frequência) Base Efeito tonotópico Ápice limiar (db) Característica dos neurônios

7 Células ciliadas externas Penetram na membrana tectória Maioria das sinapses eferentes (comando vindo do cérebro) Motilidade! Cóclea ativa: aumento da sensibilidade auditiva por realimentação cerebral Inibição lateral Análise espectral e codificação da freqüências sonora sincronismo e tonotopia (tempo) (frequência) Base Efeito tonotópico Ápice limiar (db) Característica dos neurônios (frequência característica) FC freq. período refratário (re-estabelecimento de concentrações iônicas intracelulares) sincronismo apenas em baixas frequências 7

8 Codificação da amplitude sonora Mais neurônios excitados Numa mesma região da membrana basilar há sinapses com limiares (sensibilidades) diferentes elevada faixa dinâmica perceptível Processamento superior 8

9 Físico (instrumental) Amplitude Frequência Duração Psicoacústica não linear loudness) fraco (volume, (tom,... pitch) forte Perceptivo grave... agudo Audibilidade Altura curto Duração ão?... longo Timbre... Intensidade sonora x audibilidade pressão (Pa) Nível de pressão sonora (db) ref: 0,00002 Pa fala ressonância do meato ,2 0,02 0,002 0,0002 0,00002 Frequência (Hz) 9

10 Níveis de Pressão e Intensidade em decibel (db) Nível de intensidade sonora (db) NIS I 12 2 db = 10 log10, I = 10 W/m ref I ref 2 p Pressão e intensidade: I =, zar = 415 rayl zar (impedância característica do ar) log p NPS db = 10, p = Pa ref pref Níveis sonoros Incômodo é subjetivo Perturbação do sono Vasconstrição Stress Noradrenalina dependência Perdas auditivas temporárias e permanentes 10

11 Intensidade (I) Audibilidade (ψ) Lei de Potência (expoente varia de 0,22 a 0,33) +10 db dobra audibilidade: ψ 1 k I 2 2 0,3 ψ k (10 I) 0,3 = 10 { k I 1,995 ψ 2 ψ 1 0,3 0,3 audibilidade ψ k I 0,3 Intensidade (W/m 2 ) Dinâmica Musical (I) 11

12 Duração Audibilidade Audibilidade plena após 100 a 200 ms (período de integração) Dependência com estímulo Flauta-doce, pizzicato... Audibilidade relativa (db) Tom puro Ruído de banda larga Cf. Zwicker Duração (ms) (justnoticeabledifferece/jndou DifferenceLimen) Menores Diferenças Percebidas (MDP) Físico Perceptivo MDP = menor divisão da escala perceptiva Lei de Weber ( furada ): variação relativa constante I I = k I = k I 12

13 Menor Diferença Percebida (MDP) na amplitude Sonora Amplitude ref freq. MDP <1 db ( ( 25%) para moderada a elevadas intensidades MDP diminui com aumento da frequência Menor 10 log Diferença (1 + I/I) = Percebida I (db) (db) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 70 Hz 1000 Hz Menor diferença percebida (tom puro) Segue lei de Weber I/I = 0,26 Cf. Stevens, , Nível de Nível, Intensidade I (db SPL) sonora (db) Menor Diferença Percebida na Frequência Amp. freq f (Hz) Menor diferença percebida 0,040 Menor diferença percebida (tom puro modulado em 2 Hz) (tom 60 db NPS) 0,035 0,030 0,025 Segue lei MDP 0,020 de Weber 1/10 constante 0,5%, de acima semitom( 6% e menor de 1kHz que 2,5 Hz, abaixo de 1 0,015 0,010 Cf. Shower & Biddulph, ,005 Cf. Shower & Biddulph, ,000 0, , Frequência (khz) Frequência (khz) , f/f ) 13

14 Mascaramento temporal (depende dos intervalos de tempo e das amplitudes) A vante (forward masking): tom mascarado por outro som que termina ms antes do seu início período refratário das células ciliadas? À retaguarda (backward masking): tom mascarado por outro som que inicia até 10 ms mais tarde processamento auditivo central? mascarador ms < 10 ms mascarado t t Δf Δf < ΔfD> 10 Hz:Batimentos Batimentos( tremor tremor ) Interação de 2 Tons Simultâneos mas fundidos(freq claramente < 15 surge Hz: freq. uma percebidos.. Batimentos média); aspereza aspereza (como Tons somem (mesma amplitude) (ainda uma f > cigarra). ΔfD com fd: tons aspereza) Tons são ainda diferenciados ΔfD fd JND fundidos B 247 Hz fd 0,5 0,5-1,5 semitons A 220 Hz aspereza roughness smooth suave h batimento beats sem discriminação de tons f D f > banda crítica: aspereza desaparece lentamente Amplitudes diferentes: mascaramento f CB Banda Crítica tempo smooth suave h f (Hz) 14

15 Bandas Críticas e Mascaramento em frequência 24 bandas críticas 30mm/1,3mm Até 500 Hz, larguras 100 Hz Acima de 1 khz, largura 1/3 menor da oitava (ou 20%) Harmonia intervalos e consonância... Base Ápice Referências T. Rossing (1990 ), The Science of Sound, 2nd Ed., Addison-Wesley, Reading, MA J. G. Roederer (1995), The Physics and Psychophysics of Music An Introduction (3rd. Ed.), Springer-Verlag, New York B. C. J. Moore (2001), An Introduction to the Psychology of Hearing, Academic Press, London W. H. Hartman (1998), Signals, Sound, and Sensation Springer-Verlag, New York. E. Zwicker and H. Fastl (1990), Psychoacoustics Facts and Models (2nd Ed.) Springer-Verlag, Berlin. 15

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