Abstracto
¿Alguna vez te has preguntado cómo, con solo dos oídos, somos capaces de localizar sonidos que vienen de todo nuestro alrededor? O, cuando estás jugando a un videojuego, ¿por qué parece que una explosión vino justo detrás de ti, a pesar de que estabas en la seguridad de tu propia casa? Nuestras mentes determinan de dónde proviene el sonido usando múltiples señales. Dos de estas señales son (1) qué oído golpea primero el sonido, y (2) qué tan fuerte es el sonido cuando llega a cada oído. Por ejemplo, si el sonido llega primero a su oído derecho, es probable que se origine a la derecha de su cuerpo. Si golpea ambos oídos al mismo tiempo, es probable que se origine directamente delante o detrás de ti. Los creadores de películas y videojuegos utilizan estas señales para engañar a nuestras mentes, es decir, para darnos la ilusión de que ciertos sonidos provienen de direcciones específicas. En este artículo, exploraremos cómo su cerebro recopila información de sus oídos y utiliza esa información para determinar de dónde proviene un sonido.
Los Elementos físicos del Sonido
Nuestra capacidad de oír es crucial para proporcionar información sobre el mundo que nos rodea. El sonido se produce cuando un objeto vibra el aire a su alrededor, y esta vibración se puede representar como una onda que viaja a través del espacio. Por ejemplo, si una rama se cae de un árbol y golpea el suelo, la presión del aire alrededor de la rama cambia cuando golpea la tierra y, como resultado, la vibración del aire produce un sonido que se origina en la colisión. Una cosa que muchas personas no se dan cuenta es que las ondas sonoras tienen propiedades físicas y, por lo tanto, están influenciadas por el entorno en el que se producen. En el vacío del espacio, por ejemplo, los sonidos no pueden ocurrir porque, en un vacío verdadero, no hay nada que vibre y cause una onda de sonido. Las dos cualidades físicas más importantes del sonido son la frecuencia y la amplitud. La frecuencia es la velocidad a la que vibra una onda de sonido y determina el tono de un ruido. Los sonidos de frecuencia más alta tienen un tono más alto, como una flauta o el canto de un pájaro, mientras que los sonidos de frecuencia más baja tienen un tono más bajo, como una tuba o un ladrido de perro grande. La amplitud de una onda de sonido se puede considerar como la fuerza de las vibraciones a medida que viajan a través del aire, y determina la intensidad percibida del sonido. Como puede ver en la Figura 1, cuando el pico de la onda de sonido es más pequeño, el sonido se percibirá como más silencioso. Si el pico es más grande, el sonido parecerá más fuerte. Incluso podría ayudar pensar en ondas sonoras como olas en un océano. Si te paras en agua quieta y dejas caer un guijarro cerca de las piernas, causará una pequeña ondulación (una ola diminuta) que no te afecta mucho. Pero si te paras en el océano durante un clima tormentoso, las grandes olas entrantes pueden ser lo suficientemente fuertes como para derribarte. Al igual que el tamaño y la fuerza de las ondas de agua, el tamaño y la fuerza de las ondas de sonido pueden tener un gran efecto en lo que escuchas.
- Figura 1-Amplitud y frecuencia representadas como ondas.
- (A) La amplitud es la fuerza de las vibraciones a medida que viajan a través del aire; cuanto mayor es la amplitud, más alto es el sonido percibido por el observador. B) La frecuencia es la velocidad a la que vibra una onda de sonido, que determina el tono percibido del ruido; cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el tono del sonido.
Las ondas sonoras interactúan de manera fascinante con el entorno que nos rodea. ¿Alguna vez has notado cómo la sirena de una ambulancia suena diferente cuando está en la distancia en comparación con cuando la ambulancia se acerca y te pasa? Esto se debe a que el sonido tarda en viajar de un punto a otro, y el movimiento de la fuente de sonido interactúa con la frecuencia de las ondas a medida que llegan a la persona que las escucha. Cuando la ambulancia está lejos, la frecuencia de la sirena es baja, pero la frecuencia aumenta a medida que la ambulancia se acerca a usted, lo que es un fenómeno conocido como efecto Doppler (consulte la Figura 2).
- Figura 2 – Cómo se ven afectadas (y percibidas) las frecuencias de ondas sonoras a medida que una sirena se acerca o se aleja de un individuo.
- A medida que la ambulancia se acerca a un individuo, la frecuencia del sonido aumenta y, por lo tanto, se percibe que tiene un tono más alto. A medida que la ambulancia se aleja de un individuo, la frecuencia disminuye, lo que hace que el sonido se perciba como de tono más bajo.
Sin embargo, el sonido no solo se ve afectado por la distancia, sino también por otros objetos. Piensa en una época en la que alguien te llamaba desde otra habitación. Probablemente notaste que era más difícil escucharlos desde otra habitación que cuando él o ella estaba a tu lado. La distancia entre ustedes no es la única razón por la que una persona es más difícil de escuchar cuando está en otra habitación. La persona también es más difícil de escuchar porque las ondas de sonido están siendo absorbidas por objetos en el entorno; cuanto más lejos esté la persona que te llama, más objetos hay entre los dos, por lo que menos ondas de sonido llegan a los oídos. Como resultado, los sonidos pueden parecer silenciosos y amortiguados, incluso cuando la persona grita en voz alta.
Estructura del oído
Nuestros oídos son estructuras anatómicas complejas que están separadas en tres partes principales, llamadas oído externo, oído medio y oído interno. El oído externo es la única parte visible del oído y se utiliza principalmente para canalizar el sonido del entorno hacia el canal auditivo. Desde allí, el sonido viaja al oído medio, donde vibra el tímpano y tres huesos diminutos, llamados huesecillos, que transmiten energía sonora al oído interno. La energía continúa viajando al oído interno, donde es recibida por la cóclea. La cóclea es una estructura dentro del oído que tiene la forma de una concha de caracol, y contiene el Órgano de Corti, donde están presentes «células ciliadas» sensoriales que pueden sentir la energía del sonido. Cuando la cóclea recibe el sonido, amplifica la señal detectada por estas células ciliadas y transmite la señal al cerebro a través del nervio auditivo.
El sonido y el Cerebro
Mientras que los oídos son responsables de recibir el sonido del entorno, es el cerebro el que percibe y le da sentido a estos sonidos. La corteza auditiva del cerebro se encuentra dentro de una región llamada lóbulo temporal y está especializada para procesar e interpretar sonidos (ver Figura 3). La corteza auditiva permite a los humanos procesar y comprender el habla, así como otros sonidos del entorno. ¿Qué pasaría si las señales del nervio auditivo nunca llegaran a la corteza auditiva? Cuando la corteza auditiva de una persona se daña debido a una lesión cerebral, la persona a veces se vuelve incapaz de entender los ruidos; por ejemplo, puede que no entienda el significado de las palabras que se pronuncian, o puede ser incapaz de distinguir dos instrumentos musicales diferentes. Dado que muchas otras áreas del cerebro también están activas durante la percepción del sonido, las personas con daño en la corteza auditiva a menudo pueden reaccionar al sonido. En estos casos, a pesar de que el cerebro procesa el sonido, es incapaz de dar sentido a estas señales.
- Figura 3-Diagrama de una fuente de sonido que viaja a través del canal auditivo y se convierte en señales neuronales que llegan a la corteza auditiva.
- El sonido es dirigido al canal auditivo por el oído externo, y más tarde se convierte en señales neuronales por la cóclea. Esta señal se transmite a la corteza auditiva, donde se asigna significado al sonido.
el Sonido se escuche por Aquí, o por Allá?
Una función importante de los oídos humanos, así como de los oídos de otros animales, es su capacidad de canalizar los sonidos del entorno hacia el canal auditivo. Aunque el oído externo canaliza el sonido en el oído, esto es más eficiente solo cuando el sonido proviene de un lado de la cabeza (en lugar de directamente en frente o detrás de ella). Al escuchar un sonido de una fuente desconocida, los seres humanos generalmente giran la cabeza para apuntar su oído hacia donde podría estar ubicado el sonido. La gente a menudo hace esto sin siquiera darse cuenta, como cuando estás en un automóvil y escuchas una ambulancia, luego mueve la cabeza para tratar de localizar de dónde viene la sirena. Algunos animales, como los perros, son más eficientes para localizar el sonido que los humanos. A veces, los animales (como algunos perros y muchos gatos) pueden incluso mover físicamente sus orejas en la dirección del sonido.
Los humanos usan dos señales importantes para ayudar a determinar de dónde proviene un sonido. Estas señales son: (1) qué oído golpea primero el sonido (conocido como diferencias de tiempo interaurales), y (2) qué tan fuerte es el sonido cuando llega a cada oído (conocido como diferencias de intensidad interaurales). Si un perro ladrara en el lado derecho de su cuerpo, no tendría problemas para girar y mirar en esa dirección. Esto se debe a que las ondas de sonido producidas por el ladrido golpean su oído derecho antes de golpear su oído izquierdo, lo que hace que el sonido sea más fuerte en su oído derecho. ¿Por qué es que el sonido es más fuerte en el oído derecho cuando el sonido proviene del derecho? Porque, al igual que los objetos de tu casa que bloquean o absorben el sonido de alguien que te llama, tu propia cabeza es un objeto sólido que bloquea las ondas sonoras que viajan hacia ti. Cuando el sonido proviene del lado derecho, la cabeza bloqueará algunas de las ondas de sonido antes de que lleguen a la oreja izquierda. Esto da como resultado que el sonido se perciba como más fuerte desde la derecha, lo que indica que de ahí es de donde proviene el sonido.
Puedes explorar esto a través de una actividad divertida. Cierra los ojos y pídele a uno de tus padres o a un amigo que suene un juego de llaves en algún lugar alrededor de tu cabeza. Haga esto varias veces, y cada vez, trate de señalar la ubicación de las llaves, luego abra los ojos y vea cuán preciso era. Lo más probable es que esto sea fácil para ti. Ahora cúbrete una oreja e inténtalo de nuevo. Con un solo oído disponible, puede encontrar que la tarea es más difícil o que es menos preciso señalar el lugar correcto. Esto se debe a que ha amortiguado uno de sus oídos y, por lo tanto, ha debilitado su capacidad para usar señales sobre el tiempo o la intensidad de los sonidos que llegan a cada oído.
Audio inmersivo en juegos y películas
Cuando los ingenieros de audio crean audio tridimensional (audio 3D), deben tener en cuenta todas las señales que nos ayudan a localizar el sonido, y deben usar estas señales para engañarnos para que percibamos el sonido como procedente de una ubicación en particular. Aunque con el audio 3D hay un número limitado de fuentes de sonido físicas que transmiten a través de auriculares y altavoces (por ejemplo, solo dos con auriculares), el audio puede parecer que proviene de muchas más ubicaciones. Los ingenieros de audio 3D pueden lograr esta hazaña contabilizando cómo te llegan las ondas de sonido, en función de la forma de tu cabeza y la ubicación de tus oídos. Por ejemplo, si un ingeniero de audio desea crear un sonido que parezca que viene de frente a usted y ligeramente hacia la derecha, el ingeniero diseñará cuidadosamente el sonido para comenzar a reproducirse en el auricular derecho y para ser un poco más alto en este auricular en comparación con el izquierdo.
Los videojuegos y las películas se vuelven más inmersivos y realistas cuando se combinan con estos trucos de audio 3D. Al ver una película, por ejemplo, los juegos de altavoces dentro del cine pueden enfocar la dirección del sonido para permitir una coincidencia entre lo que está viendo y lo que está escuchando. Por ejemplo, imagine que está viendo una película y una actriz está teniendo una conversación telefónica en el lado derecho de la pantalla. Su discurso comienza a sonar principalmente a través de los altavoces derechos, pero a medida que se mueve en la pantalla de derecha a izquierda, el sonido la sigue gradual y suavemente. Este efecto es el resultado de numerosos altavoces trabajando en estrecha sincronía, para hacer posible el efecto de audio 3D.
La realidad virtual (VR) lleva esta experiencia inmersiva a un nivel superior al cambiar la dirección del sonido en función de dónde esté mirando o de dónde se encuentre en el espacio virtual. En Realidad virtual, por definición, estás virtualmente ubicado en una escena, y tanto las experiencias visuales como auditivas deben reflejar tu experiencia del mundo real. En una simulación de realidad virtual exitosa, la dirección de los movimientos de la cabeza y dónde está mirando determinan de dónde percibe que se origina el audio. Mira directamente a una nave espacial y el sonido de sus motores viene directamente delante de ti, pero gira a la izquierda y ahora el sonido viene hacia ti desde la derecha. Muévete detrás de un objeto grande y ahora las ondas de sonido virtuales golpean el objeto directamente y te golpean indirectamente, amortiguando el sonido y haciéndolo parecer más amortiguado y silencioso.
Conclusión
Investigadores y profesionales de la industria del cine y los videojuegos han utilizado sonidos simulados para aprender más sobre la audición y mejorar nuestras experiencias de entretenimiento. Algunos científicos se centran en cómo el cerebro procesa los sonidos, mientras que otros analizan las propiedades físicas de las propias ondas sonoras, como la forma en que rebotan o se interrumpen de otro modo. Algunos incluso investigan cómo otros animales escuchan y comparan sus habilidades con las nuestras. A su vez, los profesionales de las industrias del cine y los videojuegos han utilizado esta investigación para ayudar a que la experiencia de los asistentes al cine y los jugadores sea más inmersiva. En entornos virtuales, los diseñadores pueden hacer que las ondas de sonido virtuales se comporten como lo hacen las ondas de sonido en la vida real. Cuando estás jugando a un videojuego o viendo una película, es fácil dar por sentado la investigación y el tiempo que se dedicaron a crear esta experiencia. ¡Tal vez el próximo avance en la tecnología de sonido inmersivo comience con usted y su propia curiosidad sobre las ondas de sonido y cómo funciona el sistema auditivo!
Glosario
Amplitud: El tamaño de la onda de sonido; el atributo de un sonido que influye en la intensidad percibida de ese sonido.
Tono: La calidad del sonido que se experimenta en función de la frecuencia o velocidad de las vibraciones; el grado percibido de alteza o bajeza de un tono o sonido.
Efecto Doppler: Un aumento o disminución de la frecuencia de una onda de sonido a medida que la fuente del ruido y el observador se mueven hacia o lejos el uno del otro.
Cóclea: Un tubo (principalmente) hueco en el oído interno que generalmente se enrolla como una concha de caracol y que contiene los órganos sensoriales de la audición.
Corteza auditiva: El área del cerebro ubicada en el lóbulo temporal que procesa la información recibida a través de la audición.
Diferencia Horaria Interaural: La diferencia en el tiempo de llegada del sonido recibido por los dos oídos.
Diferencia de Intensidad interaural: La diferencia en el volumen y la frecuencia de un sonido recibido por los dos oídos.
Audio tridimensional: Un grupo de efectos de sonido que se utilizan para manipular lo que producen los altavoces estéreo o auriculares, que implican la colocación percibida de fuentes de sonido en cualquier lugar de un espacio tridimensional.
Declaración de Conflicto de Intereses
Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un posible conflicto de intereses.