Hispanopedia WikiEn el procesamiento de señales de audio , el enmascaramiento auditivo ocurre cuando la percepción de un sonido se ve afectada por la presencia de otro sonido. [ 1 ]
El enmascaramiento auditivo en el dominio de la frecuencia se conoce como enmascaramiento simultáneo , enmascaramiento de frecuencia o enmascaramiento espectral . El enmascaramiento auditivo en el dominio del tiempo se conoce como enmascaramiento temporal o enmascaramiento no simultáneo .
Umbral enmascarado
El umbral sin enmascaramiento es el nivel más bajo de la señal que se puede percibir sin la presencia de una señal de enmascaramiento. El umbral enmascarado es el nivel más bajo de la señal que se percibe al combinarse con un ruido de enmascaramiento específico. La cantidad de enmascaramiento es la diferencia entre los umbrales enmascarado y sin enmascaramiento.
Gelfand proporciona un ejemplo básico. [ 1 ] Digamos que para un individuo dado, el sonido de un gato arañando un poste en un entorno que de otro modo sería silencioso es audible por primera vez a un nivel de 10 dB SPL . Sin embargo, en presencia de un ruido enmascarador (por ejemplo, una aspiradora que está funcionando simultáneamente) ese mismo individuo no puede detectar el sonido del gato arañando a menos que el nivel del sonido del arañazo sea de al menos 26 dB SPL. Diríamos que el umbral sin enmascaramiento para ese individuo para el sonido objetivo (es decir, el arañazo del gato) es de 10 dB SPL, mientras que el umbral enmascarado es de 26 dB SPL. La cantidad de enmascaramiento es simplemente la diferencia entre estos dos umbrales: 16 dB.
La cantidad de enmascaramiento variará según las características tanto de la señal objetivo como de la señal enmascaradora, y también será específica para cada oyente. Mientras que la persona del ejemplo anterior pudo detectar el rascado del gato a 26 dB SPL, otra persona podría no oírlo con la aspiradora encendida hasta que el nivel de sonido aumentara a 30 dB SPL (lo que resultaría en un enmascaramiento de 20 dB para el segundo oyente).
Enmascaramiento simultáneo
El enmascaramiento simultáneo se produce cuando un sonido se vuelve inaudible debido a un ruido o sonido no deseado de la misma duración que el sonido original. [ 2 ] Por ejemplo, un pico potente a 1 kHz tenderá a enmascarar un tono de menor nivel a 1,1 kHz. Asimismo, dos tonos sinusoidales a 440 y 450 Hz se pueden percibir con claridad cuando se presentan por separado. No se pueden percibir con claridad cuando se presentan simultáneamente.
Ancho de banda crítico
Si se reproducen simultáneamente dos sonidos de frecuencias diferentes, a menudo se oyen dos sonidos separados en lugar de un tono combinado . La capacidad de oír frecuencias por separado se conoce como resolución de frecuencia o selectividad de frecuencia . Cuando las señales se perciben como un tono combinado, se dice que se encuentran en la misma banda crítica . Se cree que este efecto se produce debido al filtrado dentro de la cóclea , el órgano auditivo del oído interno. Un sonido complejo se divide en diferentes componentes de frecuencia, y estos componentes provocan un pico en el patrón de vibración en un punto específico de los cilios dentro de la membrana basilar de la cóclea. Estos componentes se codifican de forma independiente en el nervio auditivo , que transmite la información sonora al cerebro. Esta codificación individual solo se produce si los componentes de frecuencia son lo suficientemente diferentes; de lo contrario, se encuentran en la misma banda crítica, se codifican en el mismo punto y se perciben como un solo sonido en lugar de dos. [ 3 ]
Los filtros que distinguen un sonido de otro se denominan filtros auditivos , canales de escucha o anchos de banda críticos . La resolución de frecuencia se produce en la membrana basilar debido a que el oyente elige un filtro centrado en la frecuencia que espera oír, la frecuencia de la señal. Un filtro sintonizado con precisión tiene una buena resolución de frecuencia, ya que permite el paso de las frecuencias centrales pero no de otras frecuencias (Pickles 1982). El daño a la cóclea y a las células ciliadas externas de la cóclea puede afectar la capacidad de distinguir sonidos (Moore 1986). Esto explica por qué una persona con pérdida auditiva debido a un daño en la cóclea tendría más dificultad que una persona con audición normal para distinguir entre diferentes consonantes en el habla. [ 4 ]
El enmascaramiento ilustra los límites de la selectividad de frecuencia. Si una señal es enmascarada por un enmascarador con una frecuencia diferente a la de la señal, el sistema auditivo no puede distinguir entre ambas frecuencias. Al experimentar con condiciones en las que un sonido puede enmascarar una señal previamente escuchada, se puede poner a prueba la selectividad de frecuencia del sistema auditivo. [ 5 ]
Frecuencias similares
La eficacia del enmascarador para elevar el umbral de la señal depende de la frecuencia de la señal y de la frecuencia del enmascarador. Los gráficos de la Figura B muestran una serie de patrones de enmascaramiento, también conocidos como audiogramas de enmascaramiento . Cada gráfico muestra la cantidad de enmascaramiento producida en cada frecuencia del enmascarador, indicada en la esquina superior: 250, 500, 1000 y 2000 Hz. Por ejemplo, en el primer gráfico, el enmascarador se presenta a una frecuencia de 250 Hz simultáneamente con la señal. Se representa gráficamente el aumento del umbral de la señal por parte del enmascarador, y este proceso se repite para diferentes frecuencias de señal, representadas en el eje X. La frecuencia del enmascarador se mantiene constante. El efecto de enmascaramiento se muestra en cada gráfico a distintos niveles de sonido del enmascarador.
La figura B muestra en el eje Y la cantidad de enmascaramiento. El mayor enmascaramiento se produce cuando el enmascarador y la señal tienen la misma frecuencia, y disminuye a medida que la frecuencia de la señal se aleja de la del enmascarador. [ 1 ] Este fenómeno se denomina enmascaramiento en frecuencia y ocurre porque el enmascarador y la señal se encuentran dentro del mismo filtro auditivo (Figura C). Esto significa que el oyente no puede distinguirlos y los percibe como un solo sonido, enmascarado el más débil por el más fuerte (Figura D).
La cantidad en que el enmascarador eleva el umbral de la señal es mucho menor en el enmascaramiento fuera de frecuencia, pero tiene cierto efecto de enmascaramiento porque parte del enmascarador se superpone al filtro auditivo de la señal (Figura E) [ 5 ].
El enmascaramiento fuera de frecuencia requiere que el nivel del enmascarador sea mayor para que tenga efecto de enmascaramiento; esto se muestra en la Figura F. Esto se debe a que solo una cierta cantidad del enmascarador se superpone al filtro auditivo de la señal y se necesita más enmascarador para cubrir la señal. [ 5 ]
Frecuencias más bajas
El patrón de enmascaramiento cambia según la frecuencia y la intensidad del enmascarador (Figura B). Para niveles bajos en el gráfico de 1000 Hz, como el rango de 20 a 40 dB, la curva es relativamente paralela. A medida que aumenta la intensidad del enmascarador, las curvas se separan, especialmente para señales con una frecuencia superior a la del enmascarador. Esto demuestra que el efecto de enmascaramiento se propaga hacia frecuencias más altas a medida que aumenta la intensidad del enmascarador. La curva es mucho menos pronunciada en las frecuencias altas que en las bajas. Este aplanamiento se denomina propagación ascendente del enmascaramiento y explica por qué un sonido interferente enmascara las señales de alta frecuencia mucho mejor que las de baja frecuencia. [ 1 ]
La figura B también muestra que, a medida que aumenta la frecuencia del enmascarador, los patrones de enmascaramiento se comprimen cada vez más. Esto demuestra que los enmascaradores de alta frecuencia solo son efectivos en un rango estrecho de frecuencias, cercano a la frecuencia del enmascarador. Por otro lado, los enmascaradores de baja frecuencia son efectivos en un amplio rango de frecuencias. [ 1 ]
Harvey Fletcher realizó un experimento para determinar la contribución de una banda de ruido al enmascaramiento de un tono. En el experimento, una señal de tono fija presentaba diferentes anchos de banda de ruido centrados en ella. Se registró el umbral de enmascaramiento para cada ancho de banda. Su investigación demostró que existe un ancho de banda crítico de ruido que produce el máximo efecto de enmascaramiento, mientras que la energía fuera de dicha banda no afecta al enmascaramiento. Esto se explica por el hecho de que el sistema auditivo posee un filtro auditivo centrado en la frecuencia del tono. El ancho de banda del enmascarador que se encuentra dentro de este filtro auditivo enmascara eficazmente el tono, pero el enmascarador fuera del filtro no tiene efecto (Figura G).
Esto se utiliza en archivos MP3 para reducir el tamaño de los archivos de audio. Las partes de las señales que están fuera del ancho de banda crítico se representan con menor precisión. Las partes de las señales que percibe el oyente se reproducen con mayor fidelidad. [ 6 ]
Efectos de intensidad
Los niveles de intensidad variables también pueden tener un efecto en el enmascaramiento. El extremo inferior del filtro se vuelve más plano con el aumento del nivel de decibelios, mientras que el extremo superior se vuelve ligeramente más pronunciado. Los cambios en la pendiente del lado de alta frecuencia del filtro con la intensidad son menos consistentes que en las bajas frecuencias. En las frecuencias medias (1–4 kHz) la pendiente aumenta a medida que aumenta la intensidad, pero en las bajas frecuencias no hay una inclinación clara con el nivel y los filtros en las altas frecuencias centrales muestran una pequeña disminución en la pendiente con el aumento del nivel. La nitidez del filtro depende del nivel de entrada y no del nivel de salida al filtro. El lado inferior del filtro auditivo también se ensancha con el aumento del nivel. [ 5 ] Estas observaciones se ilustran en la Figura H.
Enmascaramiento temporal
El enmascaramiento temporal o enmascaramiento no simultáneo ocurre cuando un sonido de estímulo repentino hace inaudibles otros sonidos presentes inmediatamente antes o después del estímulo. El enmascaramiento que oculta un sonido inmediatamente anterior al enmascarador se denomina enmascaramiento hacia atrás o preenmascaramiento , y el enmascaramiento que oculta un sonido inmediatamente posterior al enmascarador se denomina enmascaramiento hacia adelante o postenmascaramiento . [ 5 ] La efectividad del enmascaramiento temporal se atenúa exponencialmente desde el inicio hasta el final del enmascarador, con una atenuación inicial que dura aproximadamente 20 ms y una atenuación final que dura aproximadamente 100 ms.
De forma similar al enmascaramiento simultáneo, el enmascaramiento temporal revela el análisis de frecuencia realizado por el sistema auditivo; los umbrales de enmascaramiento hacia adelante para tonos armónicos complejos (por ejemplo, una sonda de diente de sierra con una frecuencia fundamental de 500 Hz) presentan picos de umbral (es decir, altos niveles de enmascaramiento) para bandas de frecuencia centradas en los primeros armónicos. De hecho, los anchos de banda auditivos medidos a partir de los umbrales de enmascaramiento hacia adelante son más estrechos y precisos que los medidos mediante enmascaramiento simultáneo.
El enmascaramiento temporal no debe confundirse con el reflejo acústico del oído , una respuesta involuntaria en el oído medio que se activa para proteger las delicadas estructuras del oído de los sonidos fuertes.
Otras condiciones de enmascaramiento
El enmascaramiento ipsilateral ("mismo lado") no es la única condición en la que se produce. Otra situación en la que ocurre el enmascaramiento es el enmascaramiento simultáneo contralateral ("otro lado"). En este caso, la señal puede ser audible en un oído, pero se suprime deliberadamente aplicando un enmascarador en el otro oído.
La última situación en la que se produce el enmascaramiento se denomina enmascaramiento central. Esto se refiere al caso en el que un enmascarador provoca una elevación del umbral. Esto puede ocurrir en ausencia de otro efecto o además de este, y se debe a interacciones dentro del sistema nervioso central entre las distintas entradas neuronales obtenidas del enmascarador y la señal. [ 1 ]
Efectos de diferentes tipos de estímulos
Se han realizado experimentos para observar los diferentes efectos de enmascaramiento al utilizar un enmascarador que se presenta en forma de ruido de banda estrecha o de tono sinusoidal .
Cuando se presentan simultáneamente una señal sinusoidal y un enmascarador sinusoidal (tono), la envolvente del estímulo combinado fluctúa siguiendo un patrón regular descrito como pulsaciones. Estas fluctuaciones se producen a una velocidad definida por la diferencia entre las frecuencias de ambos sonidos. Si la diferencia de frecuencia es pequeña, el sonido se percibe como un cambio periódico en la intensidad de un solo tono. Si las pulsaciones son rápidas, se puede describir como una sensación de aspereza. Cuando existe una gran separación de frecuencias, los dos componentes se escuchan como tonos separados, sin aspereza ni pulsaciones. Las pulsaciones pueden indicar la presencia de una señal incluso cuando esta no es audible. La influencia de las pulsaciones puede reducirse utilizando un ruido de banda estrecha en lugar de un tono sinusoidal, ya sea para la señal o el enmascarador. [ 3 ]
Mecanismos de enmascaramiento
Existen diversos mecanismos de enmascaramiento, uno de ellos es la supresión. Esta se produce cuando la respuesta a una señal disminuye debido a la presencia de otra. Esto sucede porque la actividad neuronal original causada por la primera señal se ve reducida por la actividad neuronal del otro sonido. [ 7 ]
Los tonos de combinación son productos de una señal y un enmascarador. Esto ocurre cuando los dos sonidos interactúan, generando un nuevo sonido que puede ser más audible que la señal original. Esto se debe a la distorsión no lineal que se produce en el oído. Por ejemplo, el tono de combinación de dos enmascaradores puede ser un enmascarador más eficaz que los dos enmascaradores originales por separado. [ 5 ]
Los sonidos interactúan de muchas maneras dependiendo de la diferencia de frecuencia entre ambos. Los dos más importantes son los tonos de diferencia cúbica y los tonos de diferencia cuadrática . [ 5 ]
Los tonos de diferencia cúbica se calculan mediante la suma.
2F1 – F2 [ 8 ]
(F1 es la primera frecuencia, F2 la segunda). Estas frecuencias son audibles la mayor parte del tiempo, especialmente cuando el nivel del tono original es bajo. Por lo tanto, tienen un mayor efecto en las curvas de afinación psicoacústica que los tonos de diferencia cuadrática.
Los tonos de diferencia cuadrática son el resultado de
F2 – F1
Esto ocurre a niveles relativamente altos, por lo que tiene un efecto menor en las curvas de sintonización psicoacústica. [ 5 ]
Los tonos combinados pueden interactuar con los tonos primarios dando como resultado tonos combinados secundarios debido a que son similares a sus tonos primarios originales en naturaleza, como estímulos. Un ejemplo de esto es
3F1 – 2F2
Los tonos de combinación secundarios son nuevamente similares a los tonos de combinación del tono primario. [ 5 ]
Escucha fuera de frecuencia
La escucha fuera de frecuencia se produce cuando un oyente elige un filtro con una frecuencia ligeramente inferior a la de la señal para mejorar su rendimiento auditivo. Este filtro de "frecuencia fuera de frecuencia" reduce el nivel del enmascarador más que el de la señal en el nivel de salida del filtro, lo que significa que pueden oír la señal con mayor claridad y, por lo tanto, mejoran su rendimiento auditivo. [ 2 ]
Aplicaciones
El enmascaramiento auditivo se utiliza en los enmascaradores de tinnitus para suprimir zumbidos, silbidos o pitidos molestos, o tinnitus, frecuentemente asociados con la pérdida auditiva. También se utiliza en diversos tipos de audiometría, incluyendo la audiometría tonal y la prueba auditiva estándar para evaluar cada oído unilateralmente y para evaluar el reconocimiento del habla en presencia de ruido parcialmente enmascarante.
El enmascaramiento auditivo se utiliza para comprimir datos de señales de sonido ( MP3 ).
Véase también
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gelfand, SA (2004) Audición: Introducción a la acústica psicológica y fisiológica, 4.ª ed. Nueva York, Marcel Dekker
- 1 2 Moore, BCJ (2004) Introducción a la psicología de la audición , 5.ª ed. Londres, Elsevier Academic Press
- 1 2 Moore, BCJ (1986) Selectividad de frecuencia en la audición , Londres, Academic Press
- ↑ Moore, BCJ (1995) Consecuencias perceptivas del daño coclear , Oxford, Oxford University Press
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Moore , BCJ (1998) Pérdida auditiva coclear , Londres, Whurr Publishers Ltd
- ↑ Sellars, P. (2000), Codificación perceptiva: cómo funciona la compresión MP3 , Cambridge: Sound on Sound, archivado del original el 31 de julio de 2015 , consultado el 12 de diciembre de 2020.
- ↑ Oxenham, AJ Plack, CJ Supresión y propagación ascendente del enmascaramiento, Journal of the Acoustical Society of America, 104 (6) pp. 3500–10
- ↑ Lee, Kyogu y Kim, Minjong. Estimación de la amplitud del tono de diferencia cúbica mediante un filtro Volterra adaptativo de tercer orden , Actas de la 8.ª Conferencia Internacional sobre Efectos de Audio Digital (DAFx'05), Madrid, España, 20-22 de septiembre de 2005, pág. 297.
- Pickles, JO (1982) Introducción a la fisiología de la audición , Londres, Academic Press
Enlaces externos
- "Adición de enmascaramiento simultáneo" por B. Lincoln de la Universidad de Stanford.
- Enmascaramiento auditivo y codificación de audio de banda ancha : videoconferencia del profesor E. Ambikairajah
- Audiología
- Audiencia
- Acústica