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Curso: ACCurso: ACÚÚSTICA (66.67)STICA (66.67)
INGENIERINGENIERÍÍA ELECTRA ELECTRÓÓNICANICAFacultad de IngenierFacultad de Ingenierííaa
Universidad de Buenos AiresUniversidad de Buenos Aires
OOíído y do y PsicoacPsicoacúústicastica
11ºº Cuatrimestre 2011Cuatrimestre 2011
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Oído
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Oído externo
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Oído medio
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YunqueYunque
Esquema funcional del oído medioCadena de transmisiCadena de transmisióón de sen de seññal del universo acal del universo acúústico stico al universo mecal universo mecáánico con efectividad hasta 25 nico con efectividad hasta 25 kHzkHz
MartilloMartillo
Ventana ovalVentana oval3 mm3 mm22
Tímpano80 mm2
EstriboEstribo
Trompa de EustaquioTrompa de Eustaquio
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Membrana timpánica y su acoplamiento a la cadena de transmisión ósea
TTíímpano visto desde el mpano visto desde el canal auditivo externocanal auditivo externo
Vista del tVista del tíímpano desde el mpano desde el ooíído internodo interno
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Sistema de protección del oído medio
MMúúsculosculo del del martillomartilloMMúúsculosculo estapedioestapedio MMúúsculosculo estapedioestapedio MMúúsculosculo del del martillomartillo
Vista de los mVista de los múúsculos desde el canalsculos desde el canalauditivo (tauditivo (tíímpano removido)mpano removido)
Vista de los mVista de los múúsculos en corte transversalsculos en corte transversal
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Acción de los músculos de protección
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El oído internoEn el se produce la transducción de las vibraciones mecánicas a impulsos neurales, en cierta forma un universo eléctrico
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Corte transversal de la cócleaLa membrana basilar contiene al órgano de Corti, con células ciliadas
que producen impulsos eléctricos al ser actuadas por las vibraciones haciendo uso del potencial electroquímico de la perilinfa y la endolinfa.
Escala coclear
Escala vestibular
Escala timpánica
Membrana tectoria
Organo de Corti
Membrana de Reissner
Membrana basilar
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Vista interna de la Cóclea y sus terminales nerviosas
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Camino de la onda presión dentro de la cóclea
(1) Escala coclear (2) Escala vestibular (3) Escala timpánica (4) gángleo espiral (5)
nervios auditivos
Movimiento de la cóclea debido a la onda de presión
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Distribución de frecuencias en la membrana basilarDescubrimiento de Georg Von Bekesy, que le valió el premio Nobel de Medicina de 1961. Se relevaron los patrones de ondas estacionarias para distintas frecuencias mediante fotografía
estroboscópica usando partículas de platino como medio reflectante.
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Distribución de frecuencias en la membrana basilar
UbicaciUbicacióón de la frecuencia de resonancia en la cn de la frecuencia de resonancia en la cóóclea clea acorde a la variaciacorde a la variacióón de la dureza y ancho de la n de la dureza y ancho de la
membrana basilar con la distanciamembrana basilar con la distancia
Mapa tonotópico relevado por Von Bekesy
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Armónicos y octavasSubjetivamente, al ser humano le agrada las relaciones armónicas, dado que "suenan bien" al oído. La octava es un concepto logarítmico que está muy arraigado en la
escala musical y que guarda relación con las características del oído. Es un intervalo natural que el oído percibe como una determinada relación de frecuencias. En
acústica, esto se aprovecha para realizar mediciones
(Aud. Dem. 1)
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Escala bien temperadaA fin de homogeneizar la calibración de los instrumentos musicales, J. S. Bach
propone “la escala bien temperada” en la cual el intervalo entre las 12 notas del clavicordio (siete blancas y cinco negras) tienen una relación matemática igual a (2)1/12
(Aud. Dem. 18)
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Mecanismo de excitación de las células ciliaresEl movimiento de las cilias controla un intercambio iónico que produce diferencias de
potencial a modo de impulsos neurales.
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Microfotografía de las Cilias internas y externas sobre la superficie del órgano de Corti
Cilias internas
Cilias externas
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Generación de impulsos neuralesLa relación entre la deflección de las cílias y los impulsos eléctricos generados muestran una sensibilidad del orden del diámetro de un átomo de hidrógeno
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Selectividad en frecuencia del sistema auditivo
Para este incremento de selectividad requiere de un suministro de energía adicional. La destrucción de celulas cilíadas externas (OHC) resulta en un incremento del umbral de
audición y el deterioro de la selectividad en frecuencia
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Cilias dañadas por altos niveles de presión sonoraLos daños a las células ciliares son irreversibles puesto que
como toda célula nerviosa no se regenera.
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Las células ciliares externas poseen electromotilidadEsto significa que tienen la capacidad de contraerse como respuesta a un impulso eléctrico como lo hace un músculo. Mediante esta particularidad estando solidarias a la membrana tectoria aplican realimentación positivamecánica siguiendo a la excitación vibracional
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Sensibilidad del oído
Curvas isofónicas o de igual sonoridad (loudness) según Fletcher y Munson (1933)
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Sensibilidad del oído
1. Audio: Barrido de frecuencia
2. Aud. Dem. 6: Contar los pulsos audibles de cada secuencia
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Transferencias del oídoLas curvas de transferencia del oído dan origen a las curvas de ponderación para
mediciones aproximando su respuesta.
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Transferencias normalizadas de las curvas de ponderación
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fT
100100
LLTT
dBdB
8080
6060
4040
2020
2020 5050 100100 200200 500500 1 k1 k 2 k2 k 5 k5 k 10 k10 k 20 kHz20 kHz
20
40
LN = 60phon
80
100
1 son
4 sones
16 sones
2 sones
8 sones
ffTT
El Son, sonoridad subjetiva o linealSe convino en que un incremento de la presión sonora de 10 dB produce sobre el
oyente la sensación subjetiva de la duplicación de la sonoridad. Un son se define a 40 db SPL a 1 KHz. (Aud. Dem. 4a)
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Localización del sonidoHay 3 mecanismos que intervienen en la localización del sonido:1. Diferencia de tiempos interaural (ITD)2. Diferencia de intensidad interaural (IID)3. Forma de la oreja
En la figura se muestra como el mecanismo de IID no es efectivo para frecuencias bajas
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Localización del sonidoDiferencia de tiempos interaural (ITD)
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Localización del sonidoDiferencia de tiempos interaural (ITD): sonidos continuos
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Localización del sonido
A medida que las distintas cavidades de la oreja son ocluídas, la capacidad de localización con un solo oído se ve deteriorado
Si bien se utilizan ambos oídos para ubicar espacialmente al sonido, el cerebro puede adaptarse a utilizar solamente uno
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Localización del sonido
En el gráfico se muestra el espectro de un barrido de frecuencias que llega al oído proveniente de una fuente a 90 grados. La línea punteada representa un filtro peine
originado por un retardo de 61 μs
La diferencia de tiempos entre el sonido directo y el reflejado varia entre 10 μs y 300 μs. El primer nulo está en 1/2t
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Las reflexiones en el pabellón producen variaciones de la respuesta en frecuencia en función de la modificación de la altura de la fuente; esto es conocido como el efecto
“Pinna”
Localización del sonidoSensación del altura
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Diferentes respuestas medidas para diferentes ángulos de elevación de la fuente o HRTF, “Head Related Transfer Functions”
0º
10º
20º30º
Localización del sonido
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Bandas CríticasExisten dos formas diferentes de definirlas:
1. Es la banda de frecuencias en la cual la sonoridad de una banda con nivel de presión sonora distribuido uniformemente y centrada en una frecuencia, es percibida como independiente de su ancho de banda (Ejemplo 3)
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Bandas CríticasEl hecho de que los filtros de tercio de octava “sigan” el comportamiento de los ancho
de banda críticos explica su popularidad
Anchos de banda críticos en función de la frecuencia comparado con filtros de porcentaje constante utilizados comúnmente en mediciones
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Bandas Críticas
Esquema de los cambios perceptuales que ocurren cuando un tono puro a una frecuencia F1 se escucha al mismo tiempo que otro con frecuencia variable F2
Las bandas críticas también se manifiestan al escuchar simultáneamente 2 tonos puros
Una segunda forma de definir bandas críticas fue propuesta por Scharf (1970):
2. La banda crítica es el ancho de banda al cual las respuestas subjetivas cambian abruptamente
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Bandas Críticas y JNDAl escuchar sonidos separados temporalmente la mínima diferencia
perceptible (JND) en frecuencia es muy diferente
(ejemplo 17)
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Enmascaramiento
Patrones de desplazamiento en la membrana basilar en
respuesta al sonido
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8080
dBdB
6060
4040
2020
00
0.020.02 0.050.05 0.10.1 0.20.2 0.50.5 11 22 55 1010 20 kHz20 kHz
20
40
60
80
100 dB
LCB =
Frequency of test tone, Frequency of test tone, ffTT
Leve
l of t
est t
one,
LLe
vel o
f tes
t ton
e, L
TT
EnmascaramientoEs el incremento del umbral de audición de un tono puro a causa de la presencia
de un tono o ruido enmascarante (de mayor amplitud) (ejemplo 2)
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Sonoridad de los ImpulsosEl oído es menos sensible a los sonidos de corta duración
(ejemplo 8)
La figura muestra como decrece el nivel de presión sonora para mantener la misma sonoridad, a medida que aumentamos la duración del pulso
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Daños auditivos por exposición al ruidoEl oído es un órgano sensible y preciso. Aunque puede ser dañado
debido a altos niveles de exposición de sonido o ruido.
El daño auditivo puede manifestarse de tres formas:
1. Pérdida de sensibilidad auditivaSe manifiesta como un desplazamiento en el umbral de audiciónEste desplazamiento puede ser permanente o temporal (TTS)
2. Pérdida de selectividad en frecuenciaEl ancho de banda de nuestros “filtros acústicos” se incrementa• Dificultad en discriminar diferentes frecuencias• Reducción en sensibilidad
3. AcúfenosEs una condición en la que el sistema auditivo genera espontáneamente ruido, tonos o una combinación de ambos
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Desplazamiento temporal del umbral (TTS)El daño ocasionado será función de la intensidad del ruido, el tiempo
de exposición y la susceptibilidad individual
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-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Frecuencia (Hz)
Pérd
ida
audi
tiva
(dB)
C.O.C.A.
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Frecuencia (Hz)
Pérd
ida
audi
tiva
(dB)
C.O.C.A.
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Frecuencia (Hz)
Pér
dida
aud
itiva
(dB
)
C.O.C.A.
Pérdida de sensibilidad auditivaDebido a que el daño auditivo se produce por excesiva exposición al
ruido, es más probable que ocurra en las zonas más sensibles
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Hipoacusia conductivaEl hueso actúa como transmisor de sonido, que llega al oído
interno sin utilizar el canal auditivo externo
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Hipoacusia de percepciónAfección de oído interno, nervio auditivo o centros nerviosos
En el caso del oído interno se puede recurrir a implantes cocleares
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PresbiacusiaEs el deterioro producido en el sistema auditivo generado por la
La pérdida de audición es más marcada en alta frecuencia
Pérdidas medias de la agudeza auditiva debidas a la edad en personas de 20, 40 y 60 años
Oído derecho
Oído izquierdo
Audiograma de un minero de 55 años, con 37 de actividad profesional
A
B Audiograma de un artista de 47 años, con 23 de actividad en una orquesta sinfónica
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PresbiacusiaRiesgo porcentual de pérdida auditiva por ruido ocupacional,
en función de la edad
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Dosis de ruidoSe define como el nivel de ruido equivalente sobre un
período fijo de tiempo
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Mediciones objetivas / subjetivasCuando haya que valorar un parámetro objetivamente (fuentes, materiales, aislamiento, absorción, ...) no se utilizará ninguna red de ponderación, se hará una medición lineal (objetiva)
Siempre que se tenga que medir cómo es percibido un sonido o qué efecto puede causar (molestia), habrá que utilizar una red de ponderación: A o C (medición subjetiva)
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Efectos del ruido sobre la salud
FISIOLÓGICOS y PSICOLÓGICOS
OTRAS CONSECUENCIAS
Interferencia en la comunicación
Pérdida de capacidad auditiva
Acúfenos
Efectos cardiovasculares
Perturbación del sueño
Malestar, estrés, Nerviosismo
Interferencia con el aprendizaje
Disminución rendimiento laboral
Incremento de accidentes
Cambios en el comportamiento
social
Costo sanitario y de seguros
Pérdida de valor de propiedades
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Efectos del ruido sobre la calidad de vidaA partir de este
valor en decibeles:
Se empiezan a sentir estos efectos nocivos:
30Dificultad en conciliar el sueño
Pérdida de calidad del sueño
45 Probable interrupción del sueño
50 Dificultad en la comunicación verbal
50 Malestar diurno moderado
55 Malestar diurno fuerte
65 Comunicación verbal muy difícil
75 Pérdida de oído a largo plazo
110 ‐ 140 Pérdida de oído a corto plazo
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Efecto HaasHaas (1951) estudió bajo que condiciones se percibe una reflexión y
cuando se fusiona con el sonido directo (Audio: mono)
Esquema del sistema experimental propuesto por Helmut Haas
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Efecto HaasHaas (1951) estudió bajo que condiciones se percibe una reflexión y
cuando se fusiona con el sonido directo (Audio: mono)
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Efecto Precedencia
• Los oyentes tienden a identificar la dirección de la fuente en función del primer sonido que llega, haciendo caso omiso a sonidos secundarios retrasados.
• Sonidos secundarios que llegan dentro de aproximadamente 30 ms respecto al inicial o primario, producen un claro aumento de la sonoridad.
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Fusión temporal
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• La capacidad de distinción es mayor cuando los oradores se encuentran en diferentes lugares
• El oído permite “sintonizar” a alguno de los dos oradores.
• Esto es una consecuencia de la habilidad que tiene el sistema auditivo de sumar las señales de interés de ambos oídos y cancelar la interferencia.
Efecto “Cocktail Party”Es la capacidad que tiene el sistema auditivo de distinguir a un orador
de otro que habla al mismo tiempo