1

1

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

2

3

Oído

4

Oído externo

2

5

Oído medio

6

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

7

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

8

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

3

9

Acción de los músculos de protección

10

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

12

Vista interna de la Cóclea y sus terminales nerviosas

4

13

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  

14

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.

15

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)

5

17

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)

18

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.

19

Microfotografía de las Cilias internas y externas sobre la superficie del órgano de Corti

Cilias internas

Cilias externas

20

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

6

21

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

22

Cilias dañadas por altos niveles de presión sonoraLos daños a las células ciliares son irreversibles puesto que 

como toda célula nerviosa no se regenera.

23

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

24

Sensibilidad del oído

Curvas isofónicas o de igual sonoridad (loudness) según Fletcher y Munson (1933)

7

25

Sensibilidad del oído

1. Audio: Barrido de frecuencia

2. Aud. Dem. 6: Contar los pulsos audibles de cada secuencia

26

Transferencias del oídoLas curvas de transferencia del oído dan origen a las curvas de ponderación para 

mediciones aproximando su respuesta.

27

Transferencias normalizadas de las curvas de ponderación

28

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)

8

29

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

30

Localización del sonidoDiferencia de tiempos interaural (ITD)

31

Localización del sonidoDiferencia de tiempos interaural (ITD): sonidos continuos

32

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

9

33

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

34

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

35

Diferentes respuestas medidas para diferentes ángulos de elevación de la fuente o HRTF, “Head Related Transfer Functions”

0º

10º

20º30º

Localización del sonido

36

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)

10

37

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

38

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

39

Bandas Críticas y JNDAl escuchar sonidos separados temporalmente la mínima diferencia 

perceptible (JND) en frecuencia es muy diferente

(ejemplo 17)

40

Enmascaramiento

Patrones de desplazamiento en la membrana basilar en

respuesta al sonido

11

41

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)

42

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

43

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

44

Desplazamiento temporal del umbral (TTS)El daño ocasionado será función de la intensidad del ruido, el tiempo 

de exposición y la susceptibilidad individual

12

45

-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

46

Hipoacusia conductivaEl hueso actúa como transmisor de sonido, que llega al oído 

interno sin utilizar el canal auditivo externo

47

Hipoacusia de percepciónAfección de oído interno, nervio auditivo o centros nerviosos

En el caso del oído interno se puede recurrir a implantes cocleares

48

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

13

49

PresbiacusiaRiesgo porcentual de pérdida auditiva por ruido ocupacional, 

en función de la edad

50

Dosis de ruidoSe define como el nivel de ruido equivalente sobre un 

período fijo de tiempo

51

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)

52

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

14

53

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

54

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

55

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.

15

57

Fusión temporal

58

• 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