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Psicoacustica -2- Fenomeni

Scritto da Fulvio Liuzzi

giovedì 02 marzo 2006

Qui di seguito sono elencati una serie di fenomeni legati strettamente alla conformazione dell'orecchio umano, conformazione trattata nell'articolo precedente.

Mascheramento

Una frequenza con ampiezza elevata può mascherare frequenze vicine con ampiezze inferiori in quanto
frequenze vicine vengono decodificate da ciglia appartenenti alla stessa banda critica. Questa proprietà
viene massicciamente sfruttata per realizzare algoritmi di compressione dei dati audio in formato digitale
quali l'MP3 e l'ATRAC impiegato sui sistemi MiniDisc . Tali algoritmi consentono compressioni dell'ordine di 5:1 vedremo in un prossimo capitolo come la base della compressione sia appunto la psicoacustica.

Curve isofoniche

Sono grafici molto importanti che permettono di avere un riferimento su come l'orecchio umano reagisca
alle diverse frequenze. Sono state ricavate elaborando i dati su un campione statistico sottoposto ad
una serie suoni prodotti in una camera anecoica. Tale camera viene disegnata con lo scopo di ridurre al
minimo le riflessioni sulle pareti in modo che l'ascoltatore sia raggiunto unicamente dal segnale diretto.
Le curve indicano come l'orecchio umano reagisca diversamente alle varie frequenze in termini di intensità
sonora percepita. Supponiamo di avere una sorgente sonora in grado di generare onde sinusoidali
con frequenza variabile e ampiezza costante. Fissando l'ampiezza per esempio a 80 dBspl noteremo
che un ascoltatore percepisce le basse frequenze come aventi un volume molto basso e man
mano che frequenza viene aumentata avrebbe la percezione che anche il volume aumenta (mentre la
pressione sonora realmente generata è sempre di 80 dBspl). Questo comportamento si spiega con il fatto
che l'orecchio umano ha una percezione diversa dell'intensità sonora al variare della frequenza. Le curve
isofoniche sono dette tali in quanto indicano il valore di dBspl necessario per percepire un suono sempre
allo stesso volume lungo ogni curva. La frequenza di riferimento per ogni curva è 1KHz e a tale frequenza,
il valore di dBspl è pari al valore che identifica una particolare curva e che prende il nome di phon. Per esempio la curva isofonica a 40 phon è quella che a 1 KHz ha un'ampiezza di 40 dBspl. Cominciamo
a dare un'occhiata a questi grafici che sembrano un pò ostici e vediamo di capirci qualcosa:

Prendiamo una delle curve, per esempio quella a 80 phon e seguiamola dalle basse verso le alte frequenze.
Vediamo che a 20 Hz è necessario produrre una pressione sonora di circa 112 dBspl e questo ci mostra
come l'orecchio umano abbia una minore sensibilità alle basse frequenze. Scorrendo la curva verso
le alte frequenze vediamo che affinchè l'orecchio percepisca sempre la stessa intensità sonora sono necessari livelli di pressione sonora più bassi. A 1KHz incontriamo il valore di riferimento della curva isofonica che stiamo considerando, dunque 80 dBspl. Oltre questo valore vediamo che la curva ha un minimo in corrispondenza dei 3KHz e vediamo come affinchè l'orecchio percepisca sempre la stessa pressione sonora, la frequenza di 3 KHz deve generare 70 dBspl. Confrontando questo valore con quello a
20 Hz notiamo una differenza di circa 50 dBspl in meno, è una differenza enorme. Questo valore di minimo
dipende dal fatto che la frequenza di risonanza del canale uditivo è di circa 3 KHz e dunque tale
frequenza viene percepita già a bassi valori di dBspl. Oltre i 3 KHz la curva risale mostrando il livello di
dBspl necessario per avere la stessa percezione di volume alle alte frequenze. Le curve vengono mostrate
per diversi valori di phon in quanto il comportamento dell'orecchio varia ai diversi valori della
pressione sonora. Notiamo come per elevati valori della pressione sonora, l'andamento delle curve isofoniche è quasi piatto. L’uomo percepisce i suoi nell'intervallo limitato di frequenze fra i 20 Hz e i 20.000Hz. Nel grafico seguente sono rappresentate, su base sperimentale, alle varie frequenze la soglia di udibilità (intensità minima di un suono per essere udito) e quella di dolore (intensità minima per avere danni uditivi anche per brevi esposizioni).

Soglia di udibilità (0 phons)

La curva isofonica più bassa di tutte viene denominata soglia di udibilità e indica la più piccola variazione
di pressione che l'orecchio è in grado di individuare alle diverse frequenze. Ricordiamo che queste
curve sono ottenute elaborando dati statistici e dunque che i valori che stiamo considerando possono
avere differenze anche notevoli da individuo a individuo.

Soglia del dolore (120 phons)

Per pressioni sonore i cui valori si trovano al di sopra di questa curva l'orecchio comincia a percepire dolore
fisico e per esposizioni prolungate si possono generare danni non reversibili.
Il volume ideale per eseguire un missaggio (mixdown) è intorno a 80-90 phons . A questi valori il bilanciamento dei volumi delle frequenze è abbastanza uniforme. Se il mixdown venisse eseguito a un volume troppo basso, per esempio a 40 phons, si avrebbe una minore percezione dei bassi e si potrebbe essere tentati ci compensare agendo sugli equalizzatori. Una volta però che il nostro mix fosse riascoltato
al 80 phons risulterebbe inondato di bassi..., bisogna comunque tener presente ad un piccolo risvolto psicologico che si instaura nel nostro cervello, e cioè il livello della nostra attenzione tende ad aumentare abbassando il volume creando così una sorta di compensazione.

Campo di Udibilità

L’area compresa tra la soglia di udibilità e la soglia del dolore è detta campo di udibilità.

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