Percezione uditiva
Corso di Principi e Modelli della Percezione
Prof. Giuseppe Boccignone
Dipartimento di Informatica
Università di Milano
[email protected]
http://boccignone.di.unimi.it/PMP_2015.html
Cos’è il suono?
• I suoni sono creati dalle vibrazioni degli oggetti
• Le vibrazioni di oggetti producono vibrazioni nelle molecole in prossimità degli
oggetti stessi.
• Questo causa differenze di pressione nell’aria che si propagano in ogni direzione
(Es. sasso nello stagno)
Cos’è il suono?
• Le onde sonore viaggiano con una certa velocità di propagazione
• Questa dipende dal mezzo di trasmissione. • Esempio: La velocità del suono attraverso l’aria è di circa 340 metri al secondo,
ma nell’acqua essa cresce sino a 1500 metri al secondo
Velocita’
340 m/sec
1200 km/ora
Cos’è il suono?
• Caratteristiche fisiche delle onde sonore
– Ampiezza: Grandezza del profilo di variazione di pressione dell’onda sonora
– Intensità: Quantità di energia di un suono che cade su una unità di area
– Frequenza: Per i suoni è il numero di cicli (in termini di variazione di pressione)
che si ripetono in un secondo
• Caratteristiche psicologiche delle onde sonore
– Volume (loudness): L’aspetto psicologico del suono correlato alla intensità
percepita
– Altezza (pitch): L’aspetto psicologico del suono correlato alla frequenza
percepita
Caratteristiche del suono
dipende da un insieme
di proprietà spettrali
(armoniche, ecc)
Livello
psicologico
Livello fisico
Pitch
Frequenza
Cos’è il suono?
//Ampiezza e frequenza
dipende da frequenza,
rumore, ambiente acustico
Loudness
Ampiezza / Intensità
Cos’è il suono?
//Ampiezza e frequenza
• L’udito degli umani è sensibile ad un ampio range di intensità
• Il rapporto fra il volume più basso e quello più alto di un suono che risulta percepibile
è quasi di uno su un milione
• Al fine di descrivere differenze in ampiezza, i livelli del suono sono misurati su una
scala logaritmica le cui unità sono i decibels (dB)
• Cambiamenti relativamente piccoli in decibels possono corrispondere a cambiamenti
fisici molto consistenti ( un incremento di 6 decibels corrisponde circa ad un
raddoppio della pressione del suono)
dB = 20 log(p/po)
per p = po, dB = 0
Cos’è il suono?
//Ampiezza e frequenza
• La frequenza è associata con l’altezza (pitch) di un suono
• Suoni a basse frequenze corrispondono a suoni “bassi” (e.g., i suonati da una
tuba)
• Suoni ad alta frequenze corrispondono a suoni “acuti” (e.g., i suonati da un
clarino)
Cos’è il suono?
//Ampiezza e frequenza
• La frequenza è associata con l’altezza
di un suono
• L’udito degli umani è sensibile ad un
ampio range di frequenze: da circa
20 a 20,000 Hz
Cos’è il suono?
//Ampiezza e frequenza: rumori ambientali
Cos’è il suono?
//Sinusoidi e toni puri
• Uno dei più semplici tipi di suoni: onde sinusoidali = toni puri
• Onde sinusoidali: Onde per cui le variazioni in funzione del tempo sono descritte
da un’ onda sinusoidale
• Il tempo per un ciclo completo dell’onda sinusoidale è definito periodo
• Ci sono 360 gradi di fase in un intero periodo
Diapason
Cos’è il suono?
//Sinusoidi e toni puri
• Non sono molto comuni fra i suoni che sentiamo tutti i giorni perché poche
vibrazioni sono così pure
• I suoni più comuni nel mondo sono suoni complessi (e.g., voci umane, di uccelli,
suoni di macchine etc.)
• Però tutti i suoni complessi possono essere descritti come combinazioni di onde
sinusoidali (teorema di Fourier).
Cos’è il suono?
//Sinusoidi e toni puri
Cos’è il suono?
//Sinusoidi e toni puri
• Se il segnale non è periodico
Cos’è il suono?
//Sinusoidi e toni puri
• Se il segnale non è periodico
Cos’è il suono?
//Spettro armonico
• Spettro armonico: causato da
una semplice fonte di vibrazioni
(pe. corda di chitarra o un
sassofono)
• Prima armonica: la componente
fondamentale più bassa del
suono
• Suoni con la stessa armonica
fondamentale possono essere
percepiti come diversi
Cos’è il suono?
//il timbro
• Il timbro è quella particolare qualità del suono che permette di giudicare
diversi due suoni con uguale intensità e altezza. • Rappresenta quell'attributo della sensazione uditiva che consente all'ascoltatore
d'identificare la fonte sonora, rendendola distinguibile da ogni altra.
• Suggerisce numerose analogie con il colore: il timbro viene designato come
colore del suono tanto in inglese (tone-colour) quanto in tedesco (klangfarbe)
• Concezione classica, basata sulla teoria del suono di Helmholtz: • il timbro viene determinato sulla base della sola composizione spettrale del
suono, ossia in base alla distribuzione dell'energia delle diverse componenti di
frequenza che compongono il suono.
Il sistema uditivo
• Come sono percepiti e riconosciuti i suoni dal sistema percettivo acustico?
• L’udito si è evoluto per milioni di anni
• Animali diversi hanno diverse capacità uditive
Il sistema uditivo
Orecchio interno
trasduce i suoni
(converte energia
meccanica in
risposte neurali)
Orecchio esterno
raccoglie e
trasforma
i suoni
Orecchio medio
amplifica i suoni
Il sistema uditivo
//orecchio esterno
• Il padiglione + canale uditivo formano l’orecchio esterno
• I suoni sono per prima cosa raccolti dall’ambiente esterno attraverso il
padiglione
• Le onde sonore sono incanalate dal padiglione dentro il canale uditivo
• La lunghezza e la forma del canale uditivo intensificano le frequenze del
suono
• Il fine principale del canale uditivo è quello di isolare la struttura al suo fondo:
la membrana timpanica:
• Il timpano è un sottile strato di pelle alla fine del canale uditivo esterno che vibra
in risposta ai suoni
• è il confine fra l’orecchio esterno e quello medio
Il sistema uditivo
//orecchio esterno
• Il fine principale del canale
uditivo è quello di isolare la
struttura al suo fondo: la
membrana timpanica:
• Il timpano è un sottile strato di
pelle alla fine del canale uditivo
esterno che vibra in risposta ai
suoni
• è il confine fra l’orecchio
esterno e quello medio
Il sistema uditivo
Orecchio interno
trasduce i suoni
(converte energia
meccanica in
risposte neurali)
Orecchio esterno
raccoglie e
trasforma
i suoni
Orecchio medio
amplifica i suoni
Il sistema uditivo
//orecchio medio
• Consiste di tre ossicini che amplificano la pressione dei suoni per bilanciare le
impedenze acustiche diverse fra l’aria e l’acqua:
• Martello, Incudine e Staffa. Questi sono gli ossi più piccoli di tutto il corpo
• La staffa trasmette le vibrazioni delle onde sonore alla finestra ovale un’altra
membrana che rappresenta il confine fra orecchio medio e orecchio interno
Il sistema uditivo
//orecchio medio
• Consiste di tre ossicini che
amplificano la pressione dei suoni per
bilanciare le impedenze acustiche
diverse fra l’aria e l’acqua:
• Martello, Incudine e Staffa. Questi
sono gli ossi più piccoli di tutto il
corpo
• La staffa trasmette le vibrazioni delle
onde sonore alla finestra ovale
un’altra membrana che rappresenta il
confine fra orecchio medio e orecchio
interno
Il sistema uditivo
//orecchio medio
• L’amplificazione della pressione provvista dagli ossicini è essenziale per la
capacità di sentire suoni deboli
• Amplificazione del suono:
• giunture degli ossicini
• Gli ossicini sono comunque importanti anche per i suoni molto forti
• membrana timpanica più larga della base delle staffe
• La finestra ovale (della coclea) è l’interfaccia fra orecchio medio e interno
• L’orecchio interno è formato da una camera piena di liquido:
• richiede più energia per essere mossa
Il sistema uditivo
//orecchio medio; riflesso acustico
• Muscoli:
• tensor timpani
• stapedio
• si tendono per ridurre l’amplificazioni di
suoni forti: riflesso acustico
• seguono l’inizio dei suoni forti di circa un
quinto di secondo quindi non si può avere
protezione contro suoni bruschi come lo
sparo di una pistola
Il sistema uditivo
Orecchio interno
trasduce i suoni
(converte energia
meccanica in
risposte neurali)
Orecchio esterno
raccoglie e
trasforma
i suoni
Orecchio medio
amplifica i suoni
Il sistema uditivo
//orecchio interno
• Orecchio interno: cambiamenti fini nella pressione dei suoni vengono tradotti
in segnali neurali
• La sua funzione può essere assimilabile a quella della retina per la visione
Il sistema uditivo
//orecchio interno:coclea
• Le vibrazioni trasmesse attraverso le membrane timpaniche e gli ossicini
dell’orecchio medio fanno in modo che la staffa faccia oscillare la finestra
ovale fuori e dentro il canale vestibolare alla base della coclea
• Qualsiasi pressione rimanente è trasmessa attraverso l’ elicotrema indietro
alla base cocleare attraverso il canale timpanico dove viene assorbita da
un’altra membrana: la finestra rotonda
Il sistema uditivo
//orecchio interno: coclea
• Le vibrazioni trasmesse attraverso le membrane timpaniche e gli ossicini
dell’orecchio medio fanno in modo che la staffa faccia oscillare la finestra
ovale fuori e dentro il canale vestibolare alla base della coclea
• Qualsiasi pressione rimanente è trasmessa attraverso l’elicotrema indietro alla
base cocleare attraverso il canale timpanico dove viene assorbita da un’altra
membrana: la finestra rotonda
Il sistema uditivo
//orecchio interno: coclea
• Canali e membrane cocleari
• Coclea: Struttura fatta a spirale dell’orecchio interno contenente l’organo di Corti
• divisa in tre canali paralleli è riempita da un liquido acquoso
Il sistema uditivo
//orecchio interno:coclea
• I tre canali della coclea
• Canale timpanico
• Canale vestibolare
• Canale di mezzo
• I tre canali sono separati da
membrane: la membrana di
Reissner e quella basilare
Organo del Corti
Il sistema uditivo
//orecchio interno:coclea
• I tre canali della coclea
• Canale timpanico
• Canale vestibolare
• Canale di mezzo
• I tre canali sono separati da
membrane: la membrana di
Reissner e quella basilare
Il sistema uditivo
//orecchio interno:coclea
• I tre canali della coclea
• Canale timpanico
• Canale vestibolare
• Canale di mezzo
• I tre canali sono separati da
membrane: la membrana di
Reissner e quella basilare
• Svolge la funzione
fondamentale di analizzare il
suono in frequenza
Il sistema uditivo
//orecchio interno: codifica nella coclea
Codifica tonotopica:
Parti diverse della
coclea sono sensibili a
frequenze diverse cioè
ogni particolare zona
della coclea risponde
in maniera più robusta
ad una determinata
frequenza e meno ad
altre
Il sistema uditivo
//orecchio interno: organo di Corti
• L’organo di Corti
• I movimenti degli strati della
coclea sono tradotti in
segnali neurali dalle
strutture nell’ organo di Corti
che si estende sulla parete
superiore della membrana
basilare
• Questa è fatta da neuroni
specializzati chiamati cellule
ciliari, da dendriti delle fibre
del nervo uditivo che
terminano alla base delle
cellule ciliari e da una
impalcatura di cellule di
supporto
place code
Il sistema uditivo
//orecchio interno: organo di Corti
• L’organo di Corti
• I movimenti degli strati della
coclea sono tradotti in segnali
neurali dalle strutture nell’
organo di Corti che si estende
sulla parete superiore della
membrana basilare
• Questa è fatta da neuroni
specializzati chiamati cellule
ciliari, da dentriti delle fibre
del nervo uditivo che
terminano alla base delle
cellule ciliari e da una
impalcatura di cellule di
supporto
• disposte in 4 righe che
corrono lungo la membrana
basilare
Il sistema uditivo
//orecchio interno: organo di Corti
Il sistema uditivo
//orecchio interno: organo di Corti
le stereocilia regolano
l’afflusso di ioni nelle
cellule ciliari
Il sistema uditivo
//orecchio interno: organo di Corti
• Cellule ciliari interne ed esterne
• Cellule ciliari interne: Convogliano quasi tutta l’informazione sui suoni al cervello
• Cellule ciliari esterne: Convogliono le informazioni dal cervello (uso di fibre
efferenti). Queste sono coinvolte in processi di feedback molto elaborati
• Le scariche dei neuroni che formano il nervo acustico in attività neurale
completano il processo di trasduzione dei segnali da onde sonore a segnali
neuronali
Il sistema uditivo
//nervo acustico
• Il nervo acustico
• Le risposte di ognuna fibra del
nervo acustico sono correlate al
loro posizionamento lungo la
coclea (place code)
• Selettività alle frequenze: E’ più
chiara quando i suoni sono
molto deboli
Funzioni di isointensità per
una fibra che risponde a
una frequenza caratteristica
di 2000 Hz
Il sistema uditivo
//nervo acustico
• Il nervo acustico
• Le risposte di ciascuna fibra del nervo acustico sono legate al loro
posizionamento lungo la coclea (place code)
• Selettività alle frequenze: più chiara quando i suoni sono molto deboli
• Mappa della selettività alle frequenze (TTC, threshold tuning curve): • Mappa riportante le soglie di un neurone o una fibra in risposta a una onda
sinusoidale che varia in frequenza alla più bassa intensità da essi percepibile (come
sensitibita’ al contrasto visivo)
• Soglia (threshold) = la minima intensità che dà origine a una risposta
Il sistema uditivo
//threshold tuning curve
• Soglia (threshold) = la minima intensità che dà origine a una risposta
Threshold tuning curves for six auditory nerve fiber
Il sistema uditivo
//saturazione di scarica (rate saturation)
• Le fibre del nervo acustico sono selettive per
ben determinate frequenze (come accade per
suoni molto deboli) anche quando i suoni
sono molto sopra soglia?
• Curve di isointensità: indicano il profilo del
tasso di scarica delle fibre del nervo acustico
per un ampia gamma di frequenze tutte
presentate ad una certa intensità
• Saturazione di scarica: Punto in cui una fibra
del nervo acustico scarica al massimo della
sua possibilità ed un ulteriore aumento della
intensità di stimolazione non comporta alcun
incremento nel tasso di scarica
Il sistema uditivo
//Funzione di intensità di scarica
• Funzione di intensità di scarica: mappa del tasso di scarica di una fibra del
nervo acustico in risposta ad un suono di frequenza costante ma di intensità
crescente
High
Spontaneous
Firing rate
plotted against
sound intensity
for six auditory
nerve fibers
Low
Spontaneous
Come coni
e
bastoncelli
Il sistema uditivo
//Codifica temporale
• Il sistema acustico utilizza un secondo sistema per codificare le varie
frequenze oltre alla codifica tonotopica della coclea
• Aggancio di fase (Phase locking) : la scarica di un singolo neurone ad un
determinato punto del periodo di un ‘onda sonora ad una certa frequenza
• Esistenza dell’aggancio di fase: i pattern di scarica di fibre del nervo acustico
creano un codice temporale
Phase locking
Histogram showing neural spikes for an auditory nerve fiber in response to the same
low-frequency sine wave being played many times
Il sistema uditivo
//Codifica temporale
• Codice temporale:
l’informazione circa la frequenza
di un suono in entrata è
codificata dal profilo temporale
di scarica dei neuroni poiché
questo è dipendente dal periodo
del suono
• Il principio di scarica (volley
principle): una popolazione di
neuroni può creare un codice
temporale se ogni neurone
scarica in un determinato punto
del periodo del suono ma non
scarica per tutti i periodi.
Il sistema uditivo
//Dal nervo acustico al cervello
Temporal
lobes
Primary auditory cortex (A1): The first area
within the temporal lobes of the brain responsible
for processing acoustic organization
Medial geniculate nucleus: The part of the
thalamus that relays auditory signals to the
temporal cortex and receives input from the
auditory cortex
Inferior colliculus: A midbrain nucleus in the
auditory pathway
Brain stem
nuclei
Nervo acustico
(VIII nervo cranico)
Superior olive: An early brain stem region in the
auditory pathway where inputs from both ears
converge
Cochlear nucleus: The first brain stem nucleus at
which afferent auditory nerve fibers synapse
Il sistema uditivo
//Dal nervo acustico al cervello
• Organizzazione tonotopica: Un
dispiegamento per cui neuroni che
rispondono a frequenze diverse
sono organizzati anatomicamente
ordinati per frequenza
• Questa organizzazione è
mantenuta nella corteccia
Acustica primaria (A1)
• I neuroni di A1 sono connessi e
passano l’informazione all’aria belt
e questa poi all’area parabelt
Belt area: neuroni rispondono a
caratteristiche complesse del suono
Parabelt area: neuroni rispondono
a caratteristiche complesse del
suono + integrazione
multimodale
Il sistema uditivo
//Dal nervo acustico al cervello
• Un confronto fra il sistema visivo e
quello acustico
• Sistema acustico : gran parte delle
elaborazioni è fatta prima di A1
(tranne linguaggio) • Sistema visivo: gran parte delle
elaborazioni è fatta dopo V1
• Queste differenze potrebbero essere
dovute a ragioni evoluzionistiche
Percezione acustica ambientale
//Psico-acustica
• Lo studio dei correlati psicologici alla dimensione fisica degli stimoli acustici • un ramo della psicofisica
dipende da un insieme
di proprietà spettrali
(armoniche, ecc)
Livello
psicologico
Livello fisico
dipende da frequenza,
rumore, ambiente acustico
Pitch
Frequenza
Loudness
Ampiezza / Intensità
Percezione acustica ambientale
//Psico-acustica
• Percezione della loudness: dipende da frequenza, rumore, ambiente acustico
• Soglie acustiche: Una mappa dei suoni appena percepibili per varie frequenze
• Equal-loudness curve:
sound pressure level (dB SPL)
vs.
frequenza a cui un ascoltatore
percepisce uguale loudness
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni
• Come localizziamo i suoni?
• Un esempio: la localizzazione di un
grillo
• Un dilemma simile si ha anche quando
si deve valutare la distanza di una fonte
sonora
• Due orecchi: Fattore critico per la
localizzazione dei suoni
• Differenze temporali
• Differenze di volume (loudness)
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
• Come localizziamo i suoni?
• Interaural time difference (ITD): La
differenza in ordine di tempo (ritardo/
anticipo) con cui un suono arriva ad un
orecchio rispetto a quando arriva
all’altro orecchio
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
• Come localizziamo i suoni?
• Interaural time difference (ITD):
La differenza in ordine di
tempo (ritardo/anticipo) con cui
un suono arriva ad un orecchio
rispetto a quando arriva
all’altro orecchio
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
azimuth =
angle in the horizontal
plane (relative to head)
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
• Come rilevare l’ITD ?
• detettore di Jeffress
• linee di ritardo
neurons
neurons
t=0
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
• Come rilevare l’ITD ?
• detettore di Jeffress
• linee di ritardo
neurons
t =1
neurons
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
• Come rilevare l’ITD ?
• detettore di Jeffress
• linee di ritardo
neurons
t=2
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD
neurons
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: fisiologia dell’ ITD
• Come rilevare l’ITD ?
• L’oliva mediale superiore
(MSOs): E’ il primo luogo
dove gli inputs dei due
orecchi convergono
• Detettori dell’ITD formano
connessioni con gli inputs
provenienti dai due
orecchi già nei primi mesi
di vita
Oliva superiore: convergenza degli input
dai due orecchi
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: fisiologia dell’ ITD
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni
• Come localizziamo i suoni?
• Un esempio: la localizzazione di un
grillo
• Un dilemma simile si ha anche quando
si deve valutare la distanza di una fonte
sonora
• Due orecchi: Fattore critico per la
localizzazione dei suoni
• Differenze temporali
• Differenze di volume (loudness)
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ILD
• Come localizziamo i suoni?
• Interaural level difference (ILD): • Differenza in intensità percepita da un
orecchio rispetto a quella percepita
dall’altro orecchio in relazione alla
stessa stimolazione acustica
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ILD
• Interaural level difference(ILD): • Differenza in intensità percepita da un
orecchio rispetto a quella percepita
dall’altro orecchio in relazione alla
stessa stimolazione acustica
• I suoni sono più intensi per l’orecchio
più vicino alla fonte sonora
• ILD è massimo per 90 gradi, mentre è
nullo per 0 gradi e 180 gradi
• ILD correla generalmente con l’angolo
della fonte sonora, ma la correlazione
non è così robusta come per l’ITDs
• E’ piu’ importante per le frequenze alte.
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ILD
• Interaural level difference(ILD):
Differenza in intensità percepita da un
orecchio rispetto a quella percepita
dall’altro orecchio in relazione alla
stessa stimolazione acustica
• I suoni sono più intensi per l’orecchio
più vicino alla fonte sonora
• ILD è massimo per 90 gradi, mentre è
nullo per 0 gradi e 180 gradi
• ILD correla generalmente con l’angolo
della fonte sonora, ma la correlazione
non è così robusta come per l’ITDs
• E’ piu’ importante per le frequenze alte.
Interaural level differences for tones of different frequencies
presented at different positions
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: fisiologia dell’ILD
• Oliva superiore laterale
(LSOs): Qui ci sono
neuroni che sono
sensibili alla differenza di
intensità fra i due orecchi
• Connessioni eccitatorie
con LSO provengono
dall’orecchio ipsilaterale
• Connessioni inibitorie
con LSO provengono
dall’orecchio
contralaterale
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: ITD vs. ILD
ILD piu’ importante
per le frequenze
alte
ITD piu’ importante
per le frequenze
basse
Percezione acustica ambientale
//Localizzazione dei suoni: Percezione attiva
• Potenziali problemi legati all’utilizzo degli indizi di ITDs e ILDs per la
localizzazione dei suoni
• Si possono superare utilizzando la percezione attiva:
• girare il capo
Percezione acustica ambientale
//Percezione della distanza del suono
• Come si stima la distanza di una fonte sonora?
• L’intensità relativa del suono (volume, loudness)
• Legge dell’inverso del quadrato: al crescere della distanza della sorgente sonora
l’intensità sonora descresce con il quadrato della distanza
• Componenti spettrali dei suoni: • Le frequenze più alte dei suoni perdono energia più rapidamente rispetto alle
basse frequenze via via che i suoni si propagano nello spazio (d > 1000m)
• Esempio il tuono
• Energia riverberante
• Quantità relativa di energia diretta (fonti vicine) vs quella di ritorno (fonti lontane)
Percezione acustica ambientale
//Percezione della distanza del suono
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
• La più bassa frequenza nello spettro delle armoniche = Frequenza
fondamentale
• Esempio: 220 (F1), 440 (F2), 660 (F3), 880 (F4), 1100 (F5)...
• Il sistema acustico è molto sensibile ai rapporti naturali fra le armoniche
• Oggetti naturali tendono a vibrare a frequenze di risonanza
• molte vibrazioni si attenuano altre persistono perchè la loro lunghezza d’onda è
rinforzata dalle proprietà fisiche dell’oggetto
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
• Anche la voce ha una decomposizione armonica
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
• Cosa accade quando la prima armonica viene a mancare?
• Effetto della assenza della fondamentale
• L’altezza del suono (pitch) è percepito identico
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
• Cosa accade quando la prima armonica viene a mancare?
• Effetto della assenza della fondamentale
• L’altezza del suono (pitch) è percepito identico: sufficienti 3 armoniche
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
• Cosa accade quando la
prima armonica viene a
mancare?
2
• Effetto della assenza della
fondamentale
• L’altezza del suono (pitch)
è percepito identico:
sufficienti 3 armoniche
• Poichè sono allineate sulla
fondamentale, il phase
locking potrebbe
mantenere la percezione
della fondamentale
3
4
2+3+4
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e armoniche
• Cosa accade quando la
prima armonica viene a
mancare?
2
• Effetto della assenza della
fondamentale
• L’altezza del suono (pitch)
è percepito identico:
sufficienti 3 armoniche
• ma potrebbe anche essere
un meccanismo di pattern
matching sul place code
della coclea
3
4
2+3+4
Percezione acustica ambientale
//Suoni complessi e timbro
• Timbro: sensazione psicologica
tramite la quale un osservatore riesce
a distinguere come diversi due suoni
che hanno la stessa altezza (pitch) e lo
stesso volume (loudness). Il timbro è
estrapolato dalle armoniche e da altre
alte frequenze
• La percezione del timbro dipende dal
contesto in cui il suono viene udito
• Esperimenti di Summerfield et al.
(1984)
• “Il contrasto del timbro” o “Post
illusione del timbro”
Tre strumenti diversi suonano “mi”
Percezione acustica ambientale
//Attacco e caduta di un suono
• Attacco: La parte di un suono
durante la quale l’ampiezza
cresce (onset)
• Caduta: Parte di un suono
durante il quale l’ampiezza
descresce (offset)
• Importanti per distinguere suoni
e fonemi
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Che cosa accade in situazioni ecologiche (naturali)?
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Che cosa accade in situazioni ecologiche (naturali)?
• Un ambiente acustico può essere un luogo molto complesso
• Fonti acustiche multiple
• Come fa il sistema acustico a distinguere fra queste diverse fonti?
• Segregazione della fonte o analisi della scena acustica
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• L’effetto “cocktail party”:
• riusciamo a prestare attenzione a una conversazione fra tante (Colin Cherry,
1953)
• possiamo utilizzare indizi spaziali, temporali, e spettrali per separare gli stream,
ma non possiamo prestare attenzione a più stream contemporaneamente
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Segregazione della fonte o analisi della scena acustica
• Strategie possibili:
• Separazione spaziale fra i suoni
• Separazione sulla base dello spettro dei suoni o sulle qualità temporali (temporal
qualities)
• Segregazione del flusso audio: Organizzazione percettiva di un segnale
acustico complesso in diversi eventi acustici che vengono percepiti come
flussi acustici distinti
Frequency (Hz)
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Segregazione del flusso audio: Organizzazione percettiva di un segnale
acustico complesso in diversi eventi acustici che vengono percepiti come
flussi acustici distinti
“Toccata e Fuga” di Bach
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Raggruppamento per timbro
• Toni che hanno frequenze che salgono e decrescono o toni che si differenziano
da questo andamento di salita/discesa risaltano immediatamente (pop out) nella
scena acustica
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Raggruppamento per timbro
• Toni che hanno frequenze che salgono e decrescono o toni che si differenziano
da questo andamento di salita/discesa risaltano immediatamente (pop out) nella
scena acustica
Percezione acustica ambientale
//Analisi della scena acustica
• Raggruppamento per inizio (on
set)
• Armoniche dei suoni del
linguaggio o della musica
• Raggruppare armoniche diverse
in un singolo tono complesso
• Rasch (1987) mostrò che è
molto più semplice distinguere
fra due toni quando l’inizio di
uno precede quello dell’altro di
un tempo molto piccolo
• Legge della Gestalt del destino
comune
Percezione acustica ambientale
//Continuità e ripristino
• Come facciamo a sapere che
chi ascolta i suoni li sente come
patterns continui?
• Principio della buona continuità:
In particolari condizioni,
nonostante la presenza di
interruzioni, si è sempre in grado
di sentire i suoni
• Esperimenti che usano un
compito di detezione del
segnale (e.g., Kluender and
Jenison) suggeriscono che in un
qualche momento i suoni
fisicamente mancanti nella
sequenze vengono reintegrati
da sistema percettivo ed
analizzati come se fossero stati
presentati davvero
Percezione acustica ambientale
//Continuità e ripristino
• Reintegrazione di suoni
complessi (e.g., musica, parlato)
• Fonti di informazione di alto
livello “Higher-order” non solo
informazioni acustiche
• Il rumore al posto di un “buco”
può aiutare a migliorare la
percezione di continuità
Percezione acustica ambientale
//Continuità e ripristino
• Reintegrazione di suoni
complessi (e.g., musica,
parlato)
• Fonti di informazione di
alto livello “Higherorder” non solo
informazioni acustiche
• Il rumore al posto di un
“buco” può aiutare a
migliorare la percezione
di continuità
• vale anche per il
parlato
