Loundness: caratteristiche

Soglia assoluta dell’udito
La soglia assoluta dell’udito è il livello più basso di pressione sonora necessario per produrre una sensazione uditiva in un ambiente silenzioso. Questa soglia varia da persona a persona e per ogni frequenza sonora.

Livello di disagio
Il livello di disagio corrisponde al livello di pressione sonora più basso necessario per produrre una sensazione di disagio. Varia da persona a persona e per ogni frequenza sonora.

Soglie normali
Le soglie normali assolute e di disagio sono determinate dalle soglie medie registrate da un gran numero di persone udenti normali.

Campo uditivo

A frequenze udibili, l’area tra la soglia assoluta dell’udito e la soglia di disagio determina il campo uditivo di una persona. La gamma dinamica di questo campo è la distanza tra le due soglie.

Il campo uditivo umano si estende da una pressione sonora di 0,02 MPa (0 dB SPL) a 20 Pa (120 dB SPL). Questo è vero per le frequenze tra 0,5 e 8 kHz, a cui l’orecchio è più sensibile. Le frequenze più basse e più alte richiedono un livello di pressione sonora molto più grande per raggiungere la soglia uditiva e le frequenze più vicine al bordo del campo uditivo hanno una gamma meno dinamica.

Nota: Tutte le frequenze inferiori a 20 Hz sono qualificate come “infrasuoni”, anche se alcuni animali (come le talpe) possono percepire “suoni” fino a pochi Hertz: il loro intervallo uditivo si estende di un’ottava o due più in basso rispetto agli esseri umani. In modo simile, i suoni che sono al di sopra di 20 kHz sono chiamati ‘ultrasuoni’, anche se i cani possono sentire suoni fino a 40 kHz, e pipistrelli un impressionante 160 kHz, che corrisponde a due o tre ottave superiore negli esseri umani.

Contorni a volume uguale

Un contorno a volume uguale raffigura tutti i toni puri che producono la stessa sensazione di volume in funzione della frequenza (come definito nello standard internazionale ISO 226:2003) .

Questo grafico rappresenta i contorni medi di uguale volume di 50 giovani udenti normali, registrati in una camera anecoica con presentazione del suono bilaterale a campo libero. L’unità di misura per questi contorni è il phon, che corrisponde al livello sonoro (in dB SPL) a 1 khz. Ad esempio, un tono puro di 1 kHz presentato a 20 dB SPL sarà uguale a 20 phon, così come un tono puro di 100 Hz presentato a 43 dB SPL.

Nota: Il phon è solo uguale al dB SPL per un suono di 1 kHz.

Sones

Il phon è un’unità di uguale sensazione, e non di sensazione di per sé. Pertanto, viene utilizzata anche una seconda unità: il sone

Per livelli superiori a 40 foni, e per frequenze medie, il sone è collegato al phon dall’equazione:

Sone=2(phon-40)/10. Pertanto, a 1 kHz, un suono di 40 foni vale 2 (40-40) / 10=1 sone.

Il volume si evolve in modo diverso a seconda della frequenza. Il volume di un suono di 0,1 kHz aumenta molto più velocemente rispetto ai suoni di 1 e 8 kHz. Ciò traduce l’idea che la gamma dinamica a questa frequenza sia più piccola di quella di un suono da 1 kHz o 8 kHz (vedi sopra “Campo uditivo”).

La soglia differenziale o differenza appena percettibile (jnd)

Il jnd è la più piccola variazione di intensità fisica che provoca un cambiamento di volume. Dipende sia dall’intensità che dalla frequenza del suono. A intensità più elevate, l’orecchio è in grado di distinguere la differenza di intensità di 0,4 dB. Si stima che ci siano circa 150 livelli di volume.

Loudness and critical bands

Se un suono complesso composto da due toni puri di frequenze diverse ma vicine viene presentato in modo monofonico, loudness rimane lo stesso finché il divario tra queste frequenze è inferiore alla larghezza della banda critica. Non appena il divario di frequenza supera la larghezza della banda critica, il volume aumenta.

Le bande critiche possono essere assimilate ad una batteria di filtri passa banda che hanno frequenze di taglio variabili lungo la coclea ma fisse rispetto alla composizione di frequenza del suono.

Mascheramento

La percezione di diversi componenti di un suono complesso non avviene in modo indipendente. Infatti, per ragioni fisiologiche, la percezione di certe frequenze ostacola la percezione di altri componenti: questo è noto come mascheramento.

Questa figura mostra le soglie uditive ottenute senza mascheramento in verde e con un masker di rumore a banda larga (da 1100 a 1300 Hz) su diversi livelli di intensità.

La traccia rossa mostra la modifica delle soglie uditive ottenute con un livello di rumore di 60 dB SPL. Ad esempio, un tono puro di 1000 Hz verrà ascoltato solo da 45 dB SPL, invece di 3 dB in assenza di un noise masker.

Questo grafico mostra anche che l’effetto di mascheramento del rumore aumenta con l’intensità e ha un effetto maggiore per le frequenze più alte. In altre parole, le basse frequenze mascherano le frequenze più alte più facilmente che il contrario.

Esiste anche un’altra forma di mascheramento. Noto come ‘mascheramento informativo’, questa è la modifica della percezione dell’intensità di un suono a livello centrale. Ad esempio, quando un tono puro viene presentato a un orecchio e un noise masker all’altro, l’effetto centrale del noise masker altera il volume del tono puro. In questo modo, il mascheramento si verifica anche quando il masker viene presentato all’altro orecchio.

Altri fattori che influenzano il volume

Durata
Il volume aumenta fino a un valore critico compreso tra 50 e 400 ms prima di diminuire leggermente.

Prevedibilità
Quando un ascoltatore si aspetta un suono forte, il suo volume è inferiore a quello se il suono non è previsto.

Riflesso stapediale
Questo riflesso si verifica principalmente per brevi suoni di media frequenza presentati oltre 80 dB. Agisce rigidificando la catena ossicolare, con conseguente smorzamento della vibrazione sonora e quindi una diminuzione del volume. Tuttavia, questo riflesso può soffrire di affaticamento.

Affaticamento
Dopo che l’orecchio è stato esposto a un suono troppo intenso, può verificarsi un aumento della soglia uditiva, dovuto all’affaticamento delle fibre nervose. Ciò è evidente quando si esce da una discoteca o dopo un uso prolungato di lettori MP3 personali.