Resumo
você já se perguntou como, com apenas dois ouvidos, somos capazes de localizar sons vindos de todos os que nos rodeiam? Ou, quando você está jogando um videogame, por que parece que uma explosão veio logo atrás de você, mesmo que você estivesse na segurança de sua própria casa? Nossas mentes determinam de onde vem o som usando várias pistas. Duas dessas pistas são (1) Qual ouvido o som atinge primeiro e (2) quão alto é o som quando atinge cada ouvido. Por exemplo, se o som atingir sua orelha direita primeiro, provavelmente se originou à direita do seu corpo. Se atingir as duas orelhas ao mesmo tempo, provavelmente se originou diretamente na frente ou atrás de você. Os criadores de filmes e videogames usam essas dicas para enganar nossas mentes—isto é, para nos dar a ilusão de que certos sons vêm de direções específicas. Neste artigo, exploraremos como seu cérebro coleta informações de seus ouvidos e usa essas informações para determinar de onde vem um som.
os elementos físicos Do Som
nossa capacidade de ouvir é crucial para fornecer informações sobre o mundo ao nosso redor. O som é produzido quando um objeto vibra o ar ao seu redor, e essa vibração pode ser representada como uma onda que viaja pelo espaço. Por exemplo, se um galho cai de uma árvore e atinge o solo, a pressão do ar ao redor do galho muda quando atinge a terra e, como resultado, a vibração do ar produz um som proveniente da colisão. Uma coisa que muitas pessoas não percebem é que as ondas sonoras têm propriedades físicas e, portanto, são influenciadas pelo ambiente em que ocorrem. No vácuo do espaço, por exemplo, os sons não podem ocorrer porque, em um verdadeiro vácuo, não há nada para vibrar e causar uma onda sonora. As duas qualidades físicas mais importantes do som são frequência e amplitude. A frequência é a velocidade na qual uma onda sonora vibra e determina o tom de um ruído. Os sons de frequência mais alta têm um tom mais alto, como uma flauta ou um chilrear de pássaros, enquanto os sons de frequência mais baixa têm um tom mais baixo, como uma tuba ou um cachorro grande latindo. A amplitude de uma onda sonora pode ser considerada como a força das vibrações à medida que viajam pelo ar, e determina o volume percebido do som. Como você pode ver na Figura 1, quando o pico da onda sonora é menor, o som será percebido como mais silencioso. Se o pico for maior, o som parecerá mais alto. Pode até ajudar a pensar em ondas sonoras como ondas em um oceano. Se você ficar parado na água e deixar cair uma pedra perto das pernas, isso causará uma pequena ondulação (uma pequena onda) que não o afeta muito. Mas se você ficar no Oceano durante o tempo tempestuoso, as grandes ondas que chegam podem ser fortes o suficiente para derrubá-lo! Assim como o tamanho e a força das ondas de água, o tamanho e a força das ondas sonoras podem ter um grande efeito no que você ouve.
- Figura 1 – Amplitude e frequência representadas como ondas.
- (A) Amplitude é a força das vibrações à medida que viajam pelo ar; quanto maior a amplitude, mais alto o som é percebido pelo observador. (B) frequência é a velocidade na qual uma onda sonora vibra, o que determina o tom percebido do ruído; quanto maior a frequência, maior o tom do som.
as ondas sonoras interagem de maneiras fascinantes com o ambiente ao nosso redor. Você já notou como a sirene de uma ambulância soa diferente quando está à Distância em comparação com quando a ambulância se aproxima e passa por você? Isso ocorre porque leva tempo para o som viajar de um ponto para outro, e o movimento da fonte sonora interage com a frequência das ondas à medida que atingem a pessoa que a ouve. Quando a ambulância está longe, a frequência da sirene é baixa, mas a frequência aumenta à medida que a ambulância se aproxima de você, o que é um fenômeno conhecido como efeito Doppler (veja a Figura 2).
- Figura 2 – como as frequências das ondas sonoras são afetadas (e percebidas) à medida que uma sirene se aproxima ou se afasta de um indivíduo.
- à medida que a ambulância se aproxima de um indivíduo, a frequência do som aumenta e, portanto, é percebida como tendo um tom mais alto. À medida que a ambulância se afasta de um indivíduo, a frequência diminui, fazendo com que o som seja percebido como tendo um tom mais baixo.
o som não é afetado apenas pela distância, mas também por outros objetos. Pense em uma época em que alguém estava ligando para você de outra sala. Você provavelmente notou que era mais difícil ouvi-los de outra sala do que quando ele ou ela estava ao seu lado. A distância entre você não é a única razão pela qual uma pessoa é mais difícil de ouvir quando está em outra sala. A pessoa também é mais difícil de ouvir porque as ondas sonoras estão sendo absorvidas por objetos no ambiente; quanto mais longe a pessoa que o chama, mais objetos há entre vocês dois, então menos ondas sonoras eventualmente alcançam seus ouvidos. Como resultado, os sons podem parecer silenciosos e abafados, mesmo quando a pessoa está gritando alto.
estrutura da orelha
nossas orelhas são estruturas anatômicas complexas que são separadas em três partes principais, chamadas ouvido externo, ouvido médio e ouvido interno. O ouvido externo é a única parte visível do ouvido e é usado principalmente para canalizar o som do ambiente para o canal auditivo. A partir daí, o som viaja para o ouvido médio, onde vibra o tímpano e três pequenos ossos, chamados ossículos, que transmitem energia sonora para o ouvido interno. A energia continua a viajar para o ouvido interno, onde é recebida pela cóclea. A cóclea é uma estrutura dentro da orelha que tem a forma de uma concha de caracol e contém o órgão de Corti, onde estão presentes “células ciliadas” sensoriais que podem sentir a energia sonora. Quando a cóclea recebe o som, amplifica o sinal detectado por essas células ciliadas e transmite o sinal através do nervo auditivo para o cérebro.
Som e o cérebro
enquanto os ouvidos são responsáveis por receber som do meio ambiente, é o cérebro que percebe e faz sentido desses sons. O córtex auditivo do cérebro está localizado dentro de uma região chamada lobo temporal e é especializado para processar e interpretar sons (ver Figura 3). O córtex auditivo permite que os humanos processem e entendam a fala, bem como outros sons no ambiente. O que aconteceria se os sinais do nervo auditivo nunca atingissem o córtex auditivo? Quando o córtex auditivo de uma pessoa é danificado devido a uma lesão cerebral, a pessoa às vezes se torna incapaz de entender ruídos; por exemplo, eles podem não entender o significado das palavras que estão sendo faladas ou podem ser incapazes de distinguir dois instrumentos musicais diferentes. Como muitas outras áreas do cérebro também estão ativas durante a percepção do som, indivíduos com danos ao córtex auditivo geralmente ainda podem reagir ao som. Nesses casos, mesmo que o cérebro processe o som, ele é incapaz de fazer sentido a partir desses sinais.
- Figura 3-Diagrama de uma fonte sonora viajando pelo canal auditivo e se transformando em sinais neurais que atingem o córtex auditivo.
- o som é direcionado para o canal auditivo pelo ouvido externo, e mais tarde é transformado em sinais neurais pela cóclea. Este sinal é então transmitido para o córtex auditivo, onde o significado é atribuído ao som.
ouvir som daqui, Ou Ali?
uma função importante das orelhas humanas, bem como das orelhas de outros animais, é sua capacidade de canalizar sons do ambiente para o canal auditivo. Embora a orelha externa afunde o som Na orelha, isso é mais eficiente apenas quando o som vem do lado da cabeça (em vez de diretamente na frente ou atrás dela). Ao ouvir um som de uma fonte desconhecida, os humanos normalmente voltam a cabeça para apontar o ouvido para onde o som pode estar localizado. As pessoas costumam fazer isso sem nem perceber, como quando você está em um carro e ouve uma ambulância, depois move a cabeça para tentar localizar de onde vem a sirene. Alguns animais, como cães, são mais eficientes em localizar o som do que os humanos. Às vezes, os animais (como alguns cães e muitos gatos) podem até mover fisicamente os ouvidos na direção do som!Os humanos usam duas pistas importantes para ajudar a determinar de onde vem um som. Essas dicas são: (1) Qual ouvido o som atinge primeiro (conhecido como diferenças de tempo interaural) e (2) quão alto é o som quando atinge cada ouvido (conhecido como diferenças de intensidade interaural). Se um cão Latisse no lado direito do seu corpo, você não teria nenhum problema em virar e olhar nessa direção. Isso ocorre porque as ondas sonoras produzidas pelo latido atingem a orelha direita antes de atingir a orelha esquerda, resultando no som mais alto na orelha direita. Por que o som é mais alto no ouvido direito quando o som vem da direita? Porque, como objetos em sua casa que bloqueiam ou absorvem o som de alguém chamando você, sua própria cabeça é um objeto sólido que bloqueia as ondas sonoras que viajam em sua direção. Quando o som vem do lado direito, sua cabeça bloqueará algumas das ondas sonoras antes que elas atinjam sua orelha esquerda. Isso faz com que o som seja percebido como mais alto da direita, sinalizando que é daí que o som veio.
você pode explorar isso através de uma atividade divertida. Feche os olhos e peça a um pai ou amigo para jingle um conjunto de chaves em algum lugar em torno de sua cabeça. Faça isso várias vezes, e cada vez, tente apontar para a localização das chaves, abra os olhos e veja o quão preciso você era. As Chances são, Isso é fácil para você. Agora cubra uma orelha e tente novamente. Com apenas um ouvido disponível, você pode achar que a tarefa é mais difícil, ou que você é menos preciso em apontar para o local certo. Isso ocorre porque você abafou um de seus ouvidos e, portanto, enfraqueceu sua capacidade de usar sinais sobre o tempo ou a intensidade dos sons que chegam a cada ouvido.
áudio imersivo em jogos e filmes
quando os engenheiros de áudio criam áudio tridimensional( áudio 3D), eles devem levar em consideração todas as dicas que nos ajudam a localizar o som, e eles devem usar essas dicas para nos enganar para perceber o som como vindo de um determinado local. Mesmo que com o áudio 3D haja um número limitado de fontes de som físicas transmitindo através de fones de ouvido e alto-falantes (por exemplo, apenas dois com fones de ouvido), o áudio pode parecer que está vindo de muitos outros locais. Os engenheiros de áudio 3D podem realizar esse feito contabilizando como as ondas sonoras chegam até você, com base na forma de sua cabeça e na localização de seus ouvidos. Por exemplo, se um engenheiro de áudio quiser criar um som que pareça estar vindo da sua frente e ligeiramente para a direita, o engenheiro projetará cuidadosamente o som para começar a tocar no fone de ouvido direito e ficar um pouco mais alto neste fone de ouvido em comparação com o esquerdo.
Videogames e filmes se tornam mais imersivos e realistas quando combinados com esses truques de áudio 3D. Ao assistir a um filme, por exemplo, conjuntos de alto-falantes dentro do Cinema podem focar a direção do som para permitir uma correspondência entre o que você está vendo e o que está ouvindo. Por exemplo, imagine que você está assistindo a um filme e uma atriz está tendo uma conversa telefônica no lado direito da tela. Seu discurso começa a tocar principalmente pelos alto-falantes certos, mas à medida que ela se move na tela da direita para a esquerda, o som a segue de forma gradual e suave. Este efeito é o resultado de vários alto-falantes trabalhando em sincronia apertada, para tornar o efeito de áudio 3D possível.
a realidade Virtual (VR) leva essa experiência imersiva a um nível mais alto, alterando a direção do som com base em onde você está olhando ou está posicionado no espaço virtual. Em VR, por definição, você é virtualmente colocado em uma cena, e as experiências visuais e auditivas devem espelhar sua experiência do mundo real. Em uma simulação de RV bem-sucedida, a direção dos movimentos da cabeça e de onde você está olhando determinam de onde você percebe o áudio como originário. Olhe diretamente para uma nave espacial e o som de seus motores vem direto da sua frente, mas vire para a esquerda e agora o som vem para você da direita. Mova-se para trás de um objeto grande e agora as ondas sonoras virtuais atingem o objeto diretamente e atingem você indiretamente, amortecendo o som e tornando-o mais abafado e silencioso.
conclusão
cientistas e profissionais da indústria de filmes e videogames usaram sons simulados para aprender mais sobre audição e melhorar nossas experiências de entretenimento. Alguns cientistas se concentram em como o cérebro processa sons, enquanto outros analisam as propriedades físicas das próprias ondas sonoras, como como elas saltam ou são interrompidas. Alguns até investigam como outros animais ouvem e comparam suas habilidades com as nossas. Por sua vez, profissionais das indústrias de filmes e videogames usaram essa pesquisa para ajudar a tornar a experiência de cinéfilos e jogadores mais imersiva. Em ambientes virtuais, os designers podem fazer com que as ondas sonoras virtuais se comportem como as ondas sonoras na vida real. Quando você está jogando um videogame ou assistindo a um filme, é fácil dar como certo a pesquisa e o tempo que foram para criar essa experiência. Talvez o próximo avanço na tecnologia de som imersiva comece com você e sua própria curiosidade sobre as ondas sonoras e como o sistema auditivo funciona!
glossário
Amplitude: o tamanho da onda sonora; o atributo de um som que influencia o volume percebido desse som.
Pitch: A qualidade do som que é experimentada em função da frequência ou velocidade das vibrações; o grau percebido de Alteza ou baixeza de um tom ou som.Efeito Doppler: um aumento ou diminuição na frequência de uma onda sonora à medida que a fonte do ruído e do observador se movem em direção ou para longe um do outro.Cóclea: um tubo oco (principalmente) no ouvido interno que geralmente é enrolado como uma concha de caracol e que contém os órgãos sensoriais da audição.Córtex auditivo: a área do cérebro localizada no lobo temporal que processa as informações recebidas através da audição.
Diferença Horária Interaural: A diferença na hora de chegada do som recebido pelos dois ouvidos.
Diferença de intensidade Interaural: a diferença no volume e na frequência de um som recebido pelas duas orelhas.Áudio tridimensional: um grupo de efeitos sonoros que são usados para manipular o que é produzido por alto-falantes estéreo ou fones de ouvido, envolvendo a colocação percebida de fontes sonoras em qualquer lugar em um espaço tridimensional.
Declaração de conflito de interesses
os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.