PSICOACUSTICA
La
psicoacustica è quel ramo dell’acustica che si interessa a studiare l’apparato
uditivo e a capirne il funzionamento. Molti aspetti sulla percezione e
l’elaborazione del cervello ai suoni rilevati sono ancora sconosciuti, ma molti
passi in avanti sono stati fatti e altrettanti se ne faranno.
Limitiamoci
quindi ad una spiegazione generica senza approfondimento, anche perché l’aspetto
approfondistico, spetta più a medici che a tecnici audio.
Qui di
seguito sono illustrati i principi fondamentali della percezione del suono :
ENERGIA
ACUSTICA ( ci da la sesazione di volume )
ENERGIA MECCANICA
ENERGIA ELETTROCHIMICA ( ci da la sensazione
uditiva )
Comiciamo
ad analizzare l’orecchio ( come da figura ) partendo dalla parte più esterna
arrivando a quella più interna.
L’orecchio
è suddiviso in 3 parti fondamentali :
1.
Orecchio
esterno ( a cui arriva l’energia acustica )
2.
Orecchio
medio ( trasforma l’energia acustica in energia
meccanica )
3.
Orecchio
interno ( trasforma l’energia meccanica
in energia elettrochimica )
Dell’orecchio
esterno fanno parte: il padiglione
auricolare, il condotto uditivo e la
membrana timpanica.
Il padiglione auricolare, che è la parte più esterna del nostro
orecchio, ha il compito tramite tutte quelle smussature che si vedono e la sua
inclinazione, di coinvogliare il suono all’interno del condotto uditivo, e quindi
di aiutare la nostra percezione a identificare la provenienza del suono. La sua
inclinazione genericamente verso l’interno fa si che la percezione dei suoni
acuti provenienti dalla parte posteriore dell’orecchio, sia leggermente
inferiore alla percezione degli acuti proveniente dal davanti. Questo perché le
alte frequenze, hanno una maggiore direttività, rispetto alle basse, che
possono considerarsi omnidirezionali.
In
pratica per sentire in egual misura un suono proveniente da dietro rispetto ad
uno proveniente davanti, si necessita di enfatizzare le frequenze alte.
Il
padiglione poi, avendo tutte queste smussature può darci la percezione errata
di provenienza del suono, perché il suono se non arriva direttamente al
condotto uditivo, va a sbattere contro il padiglione, ed esso lo riflette
coinvogliandolo generalmente verso il condotto uditivo. Questo può comportare
ritardi di percezione ( un ritardo di percezione tra due suoni può causare la
localizzazione errata della sorgente che emette il suono ), tra un suono che
arriva diretto e uno riflesso dal padiglione auricolare, proprio perché il suono
riflesso, compie un maggiore tragitto. E quindi ci sarà una distorsione del
suono.
In
realtà questo avviene, ma noi, non possediamo fortunatamente un orecchio cosi
sensibile e perciò questo errore di localizzazione è poco percepito, per
percepirlo c è bisogno di ritardi ben più grandi tra il suono diretto e il
suono rilfesso.
Il condotto uditivo è quella parte come
abbiamo visto dove vengono coinvogliati i suoni, e ha il compito di portare
l’onda acustica fino alla membrane timpanica. Ha una lunghezza di circa 25 - 30 mm, e quando il suono
passa attraverso questo condotto risuona ( risuona a ¼ della lunghezza, perché
quando si ha un condotto chiuso ad un’estremità, esso risuona pari a ¼ della
lunghezza d’onda, quindi una frequenza di maggiore intensità rispetto alle
altre). Come si può notare questa lunghezza in risonanza, coincide con la
lunghezza d’onda di frequenze di centrobanda come 3000 - 4000 Hz. E quindi frequenze
che hanno lunghezze d’onda di quel tipo verranno percepite con più volume a
causa della risonanza. Se si vanno ad analizzare le curve isofoniche, si vede
chiaramente come sia proprio questa la zona di massima sensibilità
dell’orecchio. Bhè adesso abbiamo capito perché. Questo casualmente gioca a
nostro favore, in quanto lo spettro in frequenza del parlato ( genericamente 80
– 1200 Hz con armoniche fino a 4 – 5 Khz), viaggia proprio anche su quelle
frequenze.
La membrana timpanica, è l’ultimo elemento
che troviamo nell’orecchio esterno, il timpano è una membrana sottilissima, che
segue gli andamenti della pressione a cui è sottoposto, le sue escursioni sono
nell’ordine di micromillimetri, esso ci dà i valori di massima pressione
sopportata e banda in frequenze percepita, in quanto anch’esso, ha una sua
sensibilità e inerzia, oltre la quale non riesce più ad ottenere movimenti
corrispondenti. Ad esso è collegato il martello, uno dei 3 ossicini che fanno
parte dell’orecchio medio.
Orecchio Medio
Nell’orecchio
medio, come accennato, fanno parte 3 ossicini, questi, hanno il compito di
trasformare l’energia acustica in energia meccanica, dettata dal loro
movimento. Quando arriva l’onda sonora
al timpano, esso si muove con corrispondenza alla pressione esercitata, e con
esso anche il primo dei tre ossicini, il martello,
in quanto è strettamente collegato. Questo martello, andrà a colpire con i
corrispondenti movimenti il secondo ossicino subito vicino, chiamato incudine, la quale vibrando porrà a sua
volta in vibrazione il terzo ossicino strettamente collegato al secondo
chiamato staffa.
La
staffa andrà ad agire come vedremo all’interno della coclea, al fine di
trasdurre il movimento meccanico in variazioni di fluido elettrochimico.
Sempre
nell’orecchio medio, come si nota
anche guardando la figura, è presente un’apertura detta tromba di eustacchio. L’ apertura arriva direttamente alla nostra
bocca e al nostro naso.
Questa
serve per equilibrare gradualmente la pressione ( l’aria ), che arriva
direttamente dal condotto uditivo con quella esterna. Se non fosse presente
questa apertura sentiremmo continuamente sbalzi di pressione.
Un
‘esempio è quando si va in montagna o in aereo che, più si va in alto e più la
pressione aumenta, spingendo maggiormente la membrana timpanica dal condotto
uditivo, dandoci la sensazione di “ orecchio tappato”, perché la membrana
timpanica viene costretta a rimanere in posizioni genericamente ferme o poco
mobili e non oscillanti come avviene normalmente. Qui appunto interviene la tromba
di eustacchio che gradualmente ristabilisce la pressione e ci fa sentire uguale
a prima.
Orecchio Interno
Abbiamo
poi l’orecchio interno, costituito dalla coclea a cui alle estremità sono
collegati i canali semicircolari, che hanno la funzione di darci l’equilibrio
tramite l’udito. La coclea poi è un lungo cavo attorcigliato su se stesso
formando appunto una specie di chiocciola ( da qui deriva il nome ),
all’interno della quale vi è la membrana basilare , su cui vi sono
delle cellule nervo sensibili, a forma di peli, chiamate cellule ciliate.
All’interno
della coclea vi è un fluido elettrochimico, generato dalla coclea stessa. La
staffa, è immersa da un lato nel fluido, quindi il movimento della staffa,
comporterà una variazione del flusso. Questo fluido appunto andrà a creare
delle onde, di maggior elevatura e intensità a seconda della pressione
esercitata e della frequenza. Di conseguenza, anche le cellule ciliate immerse
in questo fluido subiranno degli spostamenti corrispondenti. Muovendosi creano
impulsi nervosi che arrivano direttamente al nostro sistema uditivo centrale
presente nel cervello, e questo ci fa capire la frequenza e la provenienza del
suono. Si ritiene che la nostra percezione, sia derivata da una sensazione
fisiologica, quindi uno stimolo del corpo corrispondente alla sensazione
uditiva.
La
frequenza percepita, secondo gli esperti, è derivata da quanto queste onde di
fluido riescono ad arrivare con movimenti più lontano sulla membrana basilare,
quindi per le alte frequenze, vi sarà un movimento solo nella parte iniziale
della membrana, mentre per le basse frequenze il movimento del fluido e delle
cellule, verrà interessato anche a maggiori distanze.
Queste
cellule ciliate, con il tempo e quindi l’invecchiamento, calano la loro sensibilità
di movimento e con forti pressioni possono anche rompersi, questo ovviamente
comporta nel primo caso una caduta della percezione, quindi sentire meno. Nel
secondo caso la sordità piena.
Tutto
questo procedimento fino alla percezione, ci porta ad avere una sensibilità e
risposta come da curve isofoniche.
Veniamo
dunque ad analizzare alcuni fenomeni fondamentali ( i difetti ), che ci danno
un’errata percezione del suono sia come spettro in frequenza, che come
provenienza.
Il
fenomeno dei battimenti si genera
quando al nostro orecchio arrivano ad es. due frequenze molto vicine tra loro,
come 10.000 e 10.010 Hz. Come abbiamo già visto, la nostra percezione viaggia
in ottave e quindi siamo più sensibili a sentire minime differenze di frequenze
nella parte bassa che nella parte alta dello spettro. Questo comporta che una
variazione di frequenze come quella dell’esempio, quindi facenti parte
dell’ultima ottava di percezione, con una conseguente minore sensibilità
dell’orecchio, ci da una sensazione di battimento, come se qualcosa ci pulsasse
nell’orecchio. Infatti per frequenze cosi alte, dove non riusciamo a captarne
la differenza, udiremo una frequenza intermedia ( quindi 10.005 Hz ), che
oscillerà pari alla sottrazione della frequenza maggiore meno la minore fratto
2 / ( 10.010 – 10.000 )= 10/2 = 5 Hz ), quindi 5 volte al secondo, tra la
frequenza 10.000 Hz e quella a 10.010 Hz.
Un altro fenomeno molto
importante è quello del mascheramento,
il quale avviene se si hanno due frequenze molto vicine tra loro, che arrivano
al nostro orecchio, ma una con pressione sonora molto maggiore rispetto
all’altra. In pratica la frequenza con intensità minore verrà via via
mascherata all’aumento dell’altra.
Un altro
fenomeno molto conosciuto è l’effetto doppler,
generato quando si hanno due componenti, una sorgente sonora in movimento e
un’ascoltatore che può essere fermo, o anche lui mobile, ma non alla stessa
velocità della sorgente in movimento. Ad esempio il classico passaggio
dell’ambulanza con la sirena accesa rispetto ad un ascoltatore fermo in
macchina al semaforo. La sensazione di
questo effetto è una prima percezione di chiarezza del suono quando la sorgente
è vicino a noi, e un successivo ovattamento quando la sorgente in movimento si
allontana. Questo è provocato perché mammano che la sorgente si allontana, più
tempo l’onda acustica ci mette ad arrivare all’ascoltatore, perché varia la
velocità del suono. Quindi noi percepiremo in un breve istante ( più la
sorgente è veloce e più l’effetto è percepito ), un cambiamento rapido delle
lunghezze d’onda che ci arrivano all’orecchio. Prima rapida con brevi periodi,
quindi chiara e poi lenta con lunghi periodi, quindi scura.
Noi siamo abituati a sentirlo in aria, ma come tutti
gli effetti psicoacustici, si può generare anche in acqua o in un qualsiasi
materiale elastico.
L’ultimo
effetto che analizziamo e forse il più importante è l’effetto Hass . La zona
di Hass, nome dato dal suo scopritore, è quella zona per cui ritardi di fase
tra una frequenza ed un’altra tendono a farci percepire un unico suono con
variazioni timbriche, a seconda che le due frequenze siano in fase, in
controfase o una via di mezzo. Tale zona determina questo limite a circa 20 –
30 ms per le frequenze basse e 4 – 5 ms per le frequenze alte. Con maggiori
ritardi il nostro cervello, riesce a percepire distintamente due suoni
differenti, eliminando cosi il problema di percepire la controfase o la somma
di fase. Questi parametri che come si nota dipendono fortemente dalla
frequenza, possono essere variati anche per differenza di ampiezza, per suoni
molto forti rispetto a suoni deboli di arrivo, i ritardi si riducono
notevolmente.
In breve la zona Hass è
quella zona in cui nonostante il ritardo tra due suoni, si percepisce la
risultante come un unico suono.
La percezione sonora, non è solamente derivata dal
suono entrante nel condotto uditivo, ma attraverso studi, si è arrivato a
capire che, soprattutto le basse frequenze con forte ampiezza, riescono a porre
in vibrazione il nostro apparato scheletrico, trasferendo il suono lungo le
ossa, fino al cervello per poi essere decifrate dai neuroni, che ci danno
l’informazione di frequenza, ampiezza e fase. Un esempio tipico, è quello di
provare a registrare la propria voce, e quando andiamo a risentirci, sentiamo
una risposta diversa, da quella percepita quotidianamente ogni volta che
parliamo. Questo oltre che per la non idealità dello strumento di
registrazione, deriva principalmente dal fatto che quando noi parliamo,
ascoltiamo il suono risonante all’interno della nostra testa, più quello che
attraversa il nostro corpo e quello in uscita dalla bocca. Tutte le persone che
ascoltano il nostro parlato, sentono una risposta differente, proprio perchè,
come anche lo strumento di misura, viene rilevato e percepito, solo il suono
diretto in uscita dalla bocca, magari con un po’ di contributo risonante della
bocca stessa.
LA
DISTORSIONE DELL’ORECCHIO
Ma come captiamo il
suono e capiamo la sua provenienza?
La nostra testa è formata da due orecchie, alle
quali arrivano i suoni e quindi le frequenze. Le dimensioni delle stesse
orecchie poi, e la loro separazione ( la distanza fra un’orecchio e l’altra),
può incidere sulla percezione dei suoni, molto più per la separazione che per
la dimensione e inclinazione.
La direzione di un suono viene percepita secondo due
aspetti fondamentali :
1. ILD
2. ITD
L’ ILD, (
interaural level difference ) è appunto la differenza di livello sonoro tra le
due frequenze o suoni che arrivano all’orecchio ( generalmente uguali ). Se ad
esempio abbiamo una sorgente che emette un suono, e alle nostre orecchie
arrivano due livelli sonori differenti, capteremo che la provenienza di quel
suono è dalla parte dell’orecchio in cui è arrivata un’intensità maggiore.
Quindi se a destra arriva un segnale maggiore che a sinistra diremo che quel
suono proviene da destra.
Questo però non è cosi drastico, infatti abbiamo
anche valori intermedi. Diciamo che con un livello sonoro di 20 dB maggiore
rispetto ad un altro ( su segnali localizzati ), si ha la completa percezione
del segnale proveniente da quella direzione. Più si abbassa la differenza di
livello e più la direzione del suono ci sembrerà spostarsi verso il centro
della nostra testa, fino allo 0 e cioè uguale valore. Quindi percepito in
mezzo.
Se il suono che arriva è diverso, ad esempio due
frequenze diverse si può ancora percepire la differenza tra i due livelli, e
quindi distinguerli, ( uno da destra e uno da sinistra ),questo comunque
dipende sempre anche da quanto sono vicine le due frequenze come spettro.
Entrano quindi in gioco anche gli altri fattori visti precedentemente. Ci
vorranno poi maggiori differenze di livello per far sovrastare l’una rispetto
all’altra.
Questo vale anche per 2 sorgenti che emetto un
suono, il suono che arriva con maggiore intensità ci dirà che il suono proviene
da quella determinata sorgente, e l’altra ci sembrerà spenta.
Nel caso che arrivi una sola frequenza, se essa ha
una lunghezza d’onda maggiore della testa, ( e quindi circa 15-20 cm
corrispondenti a circa 1500 – 2000 Hz ), prendiamo come esempio una
frequenza di 50 Hz che ha come lunghezza d’onda 6,8 m, abbondantemente
superiore a quella della testa, questa
frequenza dal nostro apparato uditivo, invece che localizzata, verrà
lateralizzata e cioè percepita come facente parte della nostra testa, ma non
riusciamo ad identificarne un punto. Se
poi abbiamo due sorgenti che emettono la stessa frequenza come quella di 50 Hz,
se rimaniamo entro una certa distanza e diamo una notevole maggiore intensità
ad una rispetto all’altra, tipo 20 – 25 dB riusciamo se pur non capendo
correttamente la direzione di provenienza del suono, a capire che quella con
maggiore intensità è la sorgente in cui esce quella frequenza. Quindi non la localizziamo ma il valore ITD
anche per frequenza lateralizzata è comunque valido, a patto di rimanere entro
una certa distanza.
Frequenze inferiori al diametro della testa saranno
correttamente percepite in direzione, in quanto la stessa testa funge da
ostacolo. Crea come si dice un effetto
ombra, e cioè un orecchio ci da la percezione perché gli arriva il suono,
mentre l’altro rimane oscurato perché la testa assorbe e fa calare d’intensità
il suono.
Per frequenze intermedie come quelle con lunghezza
d’onda pari al diametro della testa, si avrà un principio di diffrazione, e
cioè a volte, può capitare di localizzarla centralmente.
L’ITD (
interaural time difference ), è la percezione del suono tramite differenza
temporale tra due frequenze.
Es. se abbiamo due frequenze uguali, che arrivano
all’orecchio in ritardo una rispetto all’altra, vale la legge di hass vista
prima.
Se si ha una sola sinusoide che arriva all’orecchio,
proveniente da una sorgente mobile in orrizzontale, e noi posizioniamo la
nostra testa fissa di fronte alla sorgente, noteremo che, con anche solo 1-2 °
di spostamento, avremo la percezione del cambiamento di provenienza. Mentre per
spostamenti della sorgente in verticale, abbiamo una sensibilità minore, che
comincia da circa 6-7°.
Attraverso lo studio dei processi su come il
cervello capta la provenienza del suono, si è scoperto che per captare suoni in
banda d’ottava, sono necessari dai 6 ai 40 neuroni per terzo d’ottava, i quali
appunto gestiscono tutte le informazioni nel cervello.
Se abbiamo due sorgenti che emettono un suono, e noi
ci troviamo perfettamente in mezzo, capteremo una provenienza centrale. Mano a mano
che ritardiamo una sorgente rispetto all’altra e più la nostra percezione si
sbilancerà sulla sorgente il quale suono arriva prima. In genere un ritardo di
1,5 m/s ci da già la percezione che il suono proviene solo dalla sorgente in
anticipo.
Prendiamo la nostra testa sferica, e presupponiamo
che il suono arrivi da sinistra verso destra, quindi raggiungerà prima
l’orecchio sinistro, poi quello destro. Sia che sia assorbito dalla testa come
nel caso di alte frequenze, sia che non lo sia come nel caso delle basse
frequenze. Presupponiamo quindi che arrivi una frequenza bassa con lunghezza
d’onda ben oltre la distanza che intercorre tra un’ orecchio e l’altro, il
problema non persiste in quanto comunque la nostra testa rimarrà dentro al
semiciclo della frequenza bassa, quindi verrà lateralizzata.
Il problema c è invece quando la distanza tra i due
lobi ( orecchie ), prende dentro più di un semiciclo. Infatti quando arriva una
frequenza alta, ad esempio, prima colpirà l’orecchio sinistro poi quello
destro, dato che la differenza di tempo che intercorre tra l’arrivo ad un’
orecchio e poi all’altro è molto breve, cadremo nell’inganno percependo la
direzione del suono in senso opposto alla realtà, e quindi come in questo
esempio a destra.
Fortunatamente però il nostro sistema uditivo, a
questo tipo di sensibilità, si riduce molto nel range 1000 – 1500 Hz, proprio dove comincia questo
problema di fase. A frequenze superiori invece, il problema in realtà non
persiste proprio, in quanto, la nostra sensibilità non riesce a codificare
periodi cosi brevi e veloci nel tempo.
Per suoni che provengono da
dietro, davanti, alto o dal basso, in teoria non riusciamo a percepire
effettivamente la loro provenienza in quanto la nostra sensibilità a questi
fattori è minima. In un caso reale invece non è cosi, riusciamo a percepirle,
grazie all’associazione ad una sensazione fisiologica.
Nel caso di suoni provenienti da dietro, dato anche
l’inclinazione in avanti dell’orecchio, il suono ci sembrerà più scuro, dal
davanti più chiaro, da sopra enfatizzato sulle medio alte, e da sotto sulle
medio basse. Grazie a queste sensazioni fisiologiche, riusciamo a localizzare
anche se non perfettamente questi tipi di provenienze. Questo tipo di
percezione è detto “ funzione anatomica
di trasferimento “.
Allo stesso modo se davanti a noi abbiamo una
sorgente che emette un suono, e la stiamo guardando, il suono che percepiremo
avrà una certa chiarezza, mentre se proviamo a chiudere gli occhi ci sembrerà
più scuro. Questo perché il suono, è molto legato come sensazione fisiologica alla
vista, e viceversa.
In conclusioni di questo vasto argomento che è la
psicoacustica, posso dire che tutti gli studi che sono fatti su queste teorie,
sono stati eseguiti in stanze anecoiche, e quindi prive di riflessioni. In
ambienti chiusi reali, i problemi della percezione derivano anche dalle
riflessioni delle pareti.
La dolby poi ( nota per avere scoperto e diffuso il Surround
e sistemi diriduzione dinamica del rumore ), ha scoperto che per emulare la
percezione umana su suoni che sentiamo tutti i giorni, e quindi a 360°, non
bastano uno o anche i classici due diffusori in stereofonia, anche se in effetti
basterebbero ma per emulare un ascolto esclusivamente
frontale, ma se si ha bisogno di riprodurre correttamente suoni provenienti da
dietro o dal lato, vi è la necessità di introdurre altri sistemi di diffusione,
in modo da circondare pienamente e correttamente, attraverso il posizionamento
dei diffusori, l’ascoltatore. ( nasce qui il surround che verrà poi
approfonditamente spiegato in “ surround “ ).
Ad oggi queste tecniche di
emulazione hanno preso molto piede in ambito cinematografico, ma piano piano
stanno venendo fuori anche in campo musicale.
Questi studi, sono in continua fase di sviluppo e
modifiche, basti pensare che si è partiti da un solo canale centrale mono, fino
ad arrivare ad oggi con ben 7.1 canali.
Ovviamente l’introduzione di più sistemi di
diffusione sonora, che suonano a volte anche tutti insieme, crea maggiori
distorsioni all’orecchio, come quelli precedentemente visti.
A parte questo, sempre studi sulla percezione dei suoni, a portato a definire 3 tipologie di ascolto :
1. ascolto monoaurale
2. ascolto binaurale
3. ascolto transaurale
L’ascolto monoaurale
avviene, quando abbiamo una singola sorgente che emette una radiazione sonora.
Quindi noi percepiremo un suono unico proveniente da quella sorgente.
L’ ascolto binaurale
è il caso di due diffusori che emettono un suono sia esso uguale che diverso,
un ascolto perfettamente binaurale è quelle delle cuffie in cui un’orecchio
percepisce il suono in arrivo da una sorgente, e l’altro orecchio percepisce il
suono proveniente dall’altra sorgente. Questo tipo di ascolto permette appunto
di identificare un programma stereofonico. Con due diffusori posti davanti
all’ascoltatore, l’ascolto, non è più perfettamente binaurale, ma quasi binaurale perché il suono
proveniente da una sorgente arriverà prima all’orecchio più vicino e poi
all’altro con un leggero ritardo. E anche la seconda sorgente farà lo stesso in
maniera opposta. Quindi non si avrà un ascolto perfettamente stereo.
L’ascolto transaurale serve a correggere, anche se
non perfettamente, questo ascolto quasi binaurale, mandando in controfase il
segnale uguale tra le due sorgenti in modo da ottenere solamente il suono puro
che determina un perfetto ascolto stereo ( chiamato anche joint stereo ).
Variando i valori di controfase e i ritardi tra una sorgente e l’altra
si è arrivati a capire che anche solo con due sorgenti si riesce ad ottenere una
spazialità dell’immagine sonora che ci avvolge quasi perfettamente a 360°.
Proprio perché con differenze di fase e tempi di arrivo, la nostra percezione
ci induce a capire il punto di fuoco da cui proviene il suono.
Per quanto riguarda la sensazione fisiologica
relativa alla frequenza percepita, si può dire che :
50 – 80 Hz = provocano una sensazione di spinta sul
petto, molto gradita soprattutto quando suona una cassa o un basso.
100 – 500 Hz = percezione nasale.
500 – 1000 Hz = percezione di una conversazione
telefonica, può arrivare anche fino a 3000 Hz.
4000 – 8000 Hz = chiarezza.
8000 – 10.000 Hz = brillanza e apertura dello
strumento.
10.000 – 20.000 Hz = ambienza, aria, armoniche.
Danni
Fisiologici
Quando le cellule ciliate subiscono un sovraccarico,
non trasferiscono più le informazioni al cervello in quanto rimangono immobili
al passare del fluido elettrochimico sulla membrana basilare. Se il danno è
permanente si ha la sordità, mentre se si ha un danno temporale, queste
cellule, vibrano ma compiendo movimenti molto più piccoli rispetto a quelli
richiesti, a seconda dell’entità del danno, provocando cosi un fenomeno
chiamato ACUFENI.
Gli acufeni, sono appunto il sovraccarico del
sistema di cellule dell’orecchio, che inducono a noi a percepire un suono acuto
in genere ( 8 Khz ), di bassa o alta intensità, e allo stesso modo di durata
nel tempo a seconda del danno fisiologico. Quando questo “ rumore di fondo “,
sparisce, significa, che le cellule ciliate, hanno ripreso il loro
funzionamento a regime. Si ritiene però che nella vita di tutti i giorni,
soprattutto di chi vive in città, gli acufeni siano sempre presenti e
percepibili, se ci si fa particolare attenzione, in ambienti molto silenziosi.
Questo perché le cellule che continuamente sono poste in vibrazione, tendono a
stancarsi e a diminuire la loro sensibilità. Ce se ne accorge ancora di più,
quando si va a dormire, con un rumore di fondo ambientale di norma 40 dB, della
presenza di acufeni, che mammano si attenuano perché le cellule tornano a
regime in modo graduale, in quanto il rumore esterno non è tale da
sovraccaricare gli acufeni.
Il livello del sovraccarico, dipende da persona a
persona, ognuno a la propria sensibilità.
Un esempio di acufeni, è quello dopo una serata in
discoteca, in cui ci si è trovati per molto tempo sotto i riflettori di grossi
impianti e grosse sensibilità, quando si esce dal locale ,si può percepire una
leggera sordità, con un’ovattamento della percezione, questo perché il nostro
sistema uditivo, è stato sovraccaricato e la sensibilità sia del timpano che
delle cellule ciliate, ne è venuta a meno, col tempo poi questo ovattamento
sparisce e si torna alla normalità, a meno di non avere subito lesioni
permanenti, cosa che invece può facilmente capitare, con la ripetuta
esposizione dell’udito a suoni cosi forti. Insieme a questa sordità, si può
percepire chiaramente un sibilo costante, che è appunto l’acufene.
Adattamento
del sistema uditivo al campo sonoro.
Il campo sonoro, è quel campo in cui si ha la
percezione del suono, indipendentemente dal livello di pressione acustica a cui
il sistema uditivo è sottoposto. Su questo stesso principio, si può basare
anche la vista, solamente che, invece di essere sonoro, sarà un campo visivo,
regolato dai colori e dalla loro intensità.
Tramite uno studio personale sulla percezione
acustica, ho determinato che la linearità di percezione, varia a seconda di
quanto tempo si rimane in assenza di movimento acustico o dai repentivi cambi
di intensità. In pratica se le nostre orecchie, rimangono per lungo tempo
isolate, senza alcun rumore o comunque minimo, quando le si riemergono nel
campo sonoro, inizialmente non si ha una percezione che segue la linearità
delle curve isofoniche, ma si ha una maggiore sensibilità a percepire valori
alti di pressione sulle basse, che si avvicinano molto alla percezione delle
alte, e un’aumento di sensibilità sulle medie frequenze. Questo perché il
nostro orecchio e quindi il nostro sistema uditivo, si adatta all’ambiente
sonoro in cui si trova, con cambiamenti di percezione in maniera graduale, ( quindi
solo dopo un certo tempo il sistema percettivo riprenderà le sue normali funzioni
), dovuto al fatto che, si ha un sovraccaricamento acustico, quando si passa da
suoni deboli a suoni forti, e quindi affaticamento del timpano, e
desovraccaricamento quando si passa da suoni forti a suoni deboli, perché il
timpano da prima sovraccaricato e sensibilizzato dai suoni forti, si stabilizza
e desensibilizza ai suoni deboli. Mentre, se il sistema uditivo, si è adattato
ad un campo sonoro di bassa intensità, quando si va a medio o forti campi
sonori, la sensibilità è generalmente quella vista precedentemente, in quanto,
l’udito, si è sensibilizzato maggiormente perchè non era sottoposto a forti
campi sonori.
Un’ esempio è quando si va a dormire in cui il
rumore di fondo è generalmente sotto i 40 dBA, la percezione del sistema
uditivo, si adatta a questo tipo di rumore e la nostra curva di percezione, si
adatta generalmente come da curva isofonica. Quando ci svegliamo, e ci
immergiamo in un campo sonoro, es 80 dBA, la nostra sensibilità uditiva, non
sarà subito come da curva isofonica, ma, inizialmente si comporterà
generalmente come sopra descritto, perché il nostro timpano e tutto il processo
uditivo si sensibilizzano maggiormente, per poi arrivare gradualmente alla
curva degli 80 dBA.
Inoltre, la sensibilità iniziale, e il passaggio
graduale tra una curva isofonica e l’altra, dipenderà dal tempo in cui il
nostro orecchio si troverà immerso nel campo sonoro per poi passare ad un
altro; e quindi quanto si fa abituare il sistema uditivo ad un campo sonoro. Da
quanto repentivo è il cambiamento tra un campo sonoro ed un altro, e dai
livelli di intensità dei due campi. E fondamentalmente, dallo stato fisiologico
della persona ( raffreddore, febbre e altre malattie ), tutti quegli aspetti
che variano la sensibilità dell’udito.
Se si sottopone il sistema uditivo ad un campo
sonoro, praticamente nullo es. ( sala anecoica ), per troppo tempo, si può
causare anche la perdita di informazione una volta riemersi nel campo sonoro
attivo, e quindi con pressioni acustiche di valore maggiore di 0 dB, causando
appunto la sordità, in quanto il timpano perde la sua sensibilità, e il sistema
uditivo smette gradualmente di funzionare.
ALTRE
INFORMAZIONI :
Parlando della velocità
supersonica, la quale è, come dice la parola stessa, il superamento della
velocità del suono, varia anch’essa a seconda, del materiale. Da non confondere
con l’ultrasuono che è appunto come precedentemente visto, la frequenza o le
frequenze oltre la percezione uditiva, che per noi è oltre i 20.000 Hz, ma per
altri esseri viventi ad es. i cani è altre i 25.000 – 30.000 Hz ( diciamo che
hanno un orecchio più fino, anche se non arrivano cosi in basso come noi ).
Quando ad es. un aereo oltrepassa la velocità del suono in aria, si sente una
specie di tuono. Rumore che raggiunge tranquillamente i 200 dB nel punto in cui
si genera. Questo rumore è causato dal fatto che, finché l’aereo viaggia a
velocità inferiori la velocità del suono in aria ( 344 m/s 21° C ), non c è
problema, in quanto le onde sonore si propagano in avanti rispetto la direzione
del moto, mammano che ci si avvicina a codesta velocità, l’onda sonora fatica
sempre di più a propagarsi, in pratica non fa in tempo a generarsi, che
un’altra successiva è già pronta ad espandersi. Quindi si crea un muro, formato
da tutte queste onde che non riescono a propagarsi. Superata la velocità, il muro
è rotto, ( la rottura di questo muro sonoro comporta quel frastuono che si ode
), questo perché l’onda sonora, non riesce più ad espandersi e rimane indietro
rispetto alla velocità del mezzo in movimento. Visivamente si manifesta come
una nube di vapore acqueo condensato.
Presupponendo di trovarci in una macchina cabrio,
con la capottina giù e con la radio accesa, se viaggiassimo ad una velocità
inferiore alla velocità del suono nell’aria, sentiremmo tranquillamente le
nostre trasmissioni radio. Mentre se superiamo la velocità del suono, proprio
perché le onde sonore rimangono indietro, noi non udiremmo nulla, ma se tiriamo
giù la capottina, continueremo a sentire tranquillamente. Questo perché si crea
uno spazio chiuso, all’interno del quale il suono viaggia e si espande
normalmente. La velocità del suono oltre a superarla in aria, può essere
superata anche in qualsiasi altro mezzo elastico. Un esempio chiaro, sono gli esplosivi. I
quali si dividono in due principali categorie. 1. Esplosivi a basso potenziale (
inferiore alla velocità del suono ), 2. Esplosivi ad alto potenziale ( superiore
alla velocità del suono ).
Sono detti a basso potenziale quegli esplosivi in
cui la reazione di propagazione e di raggiungimento all’esplosione, ( quindi
più sono rapidi e più si genera una pressione alta e quindi un boato più grande
), viaggia ad una velocità pari o inferiore a quella del suono, che come
ricordiamo può arrivare fino a 5000 m/s nei solidi.
Sono detti ad alto potenziale quegli esplosivi in
cui la reazione è più veloce della velocità del suono, ma si parla di anche 100
volte maggiore.
Quindi un maggiore moto supersonico all’interno di
materiali esplosivi, creerà una maggiore “ esplosione “.
IL
MACH
La velocità del suono poi, soprattutto in ambito
aeronautico, viene definita come mach 1 (
unità di misura della velocità del suono utilizzata in aeronautica ), questo
sta ad indicare appunto la velocità del suono ad esempio in aria.
344 m/s = mach 1
Quando si parla di mach 2, mach 3 ecc…. si indica il
raddoppio della velocità del suono.
Mach 1 = 344 m/s
= 1238 Km
/h Mach 2 = 2,477 Km/h Mach 3 = 4954 Km/h
Velocità a livello di Mach 7 sono state raggiunge
tramite mezzi sperimentali.
Questi valori di mach però si riferiscono a valori
di pressione e quindi di velocità del suono in mare. Il valore di mach, e
quindi della velocità del suono come sappiamo varia secondo la temperatura, ma
anche secondo la pressione, infatti, noi stiamo con i piedi per terra e quindi
sentiamo sempre la stessa pressione che ci arriva alle orecchie. Ma, più ci si
alza da terra e più la pressione aumenta, facendo variare la pressione
atmosferica, e quindi tutti i calcoli che ne derivano. Infatti la velocità del
suono a livello di mach 1 a
terra è di 1238 Km/h
ma ad esempio in aria ad una certa altitudine può diventare 1500 Km/h.
IL
TUONO
Un altro fenomeno che può avere suscitato alcune
domande tipo, perché vedo il lampo e poi sento il suono?
Questo avviene perché la velocità della luce è molto
maggiore rispetto a quella del suono, la si può considerare istantanea per
sorgenti luminose sulla terra. Quindi quando vediamo il lampo
contemporaneamente si sviluppa anche il rumore del tuono, ma il suo suono ci
arriva in ritardo proprio per la sua lentezza.
La distanza in cui si è generato il lampo può essere
calcolata con una breve formuletta :
Appena vediamo il lampo cominciamo a calcolare il
tempo che intercorre dall’istante in cui vediamo la luce, all’istante a cui
sentiamo il suono. Se ad es. calcoliamo 6 s. sapendo che la velocità del suono
generalmente, anche se come abbiamo visto dipende dall’altitudine, è di 344
m/s. Dato che il suono percorre 344 metri in 1 secondo
basterà moltiplicare il tempo trovato per 344. Nel nostro caso 6*344 = 2064 m
IL
BINARIO
Un ultimo aspetto che vediamo, è il caso dei binari
del treno, se appoggiamo l’orecchio sul binario, possiamo sentire l’arrivo del
treno ancora prima di sentirlo attraverso l’aria. Questo perché come sappiamo
la velocità del suono nei solidi è molto più veloce che nei liquidi o negli
aeriformi.
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