RESULTADO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Procedimientos de medición de las propiedades de la cabeza artificial.
Se consideró importante medir las siguientes propiedades de la cabeza artificial:
a) Respuesta de frecuencia del sistema.
b) Diferencias interaurales de intensidad. (DII)
c) Diferencia interaural de tiempo derivada de la fase. (DIT)
d) Diferencia interaural de tiempo con sonido impulsivo.
Definiciones:
• Plano de referencia del simulador de oído: un plano perpendicular al eje de la cavidad del canal auditivo, en la unión entre el simulador ocluido y la extensión del canal auditivo.
• Punto de referencia del maniquí: el punto que bisecta la línea que une los centros de las aperturas de los canales auditivos (en la unión entre la concha y canal auditivo).
• Plano de simetría del maniquí: un plano perpendicular a la línea entre los oídos y el paso a través del punto de referencia del maniquí que divide la porción izquierda y derecha del maniquí en mitades simétricas, izquierda y derecha para ser interpretadas por el torso humano.
• Eje de rotación del maniquí: una línea recta que pasa a través del punto de referencia del maniquí y cae en el plano de simetría del maniquí, con una posición vertical si el maniquí está vertical.
• Plano de referencia del maniquí: un plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto de referencia del maniquí.
• Punto de test: una posición reproducible en el espacio de test en el cual el nivel de presión sonora es medido con el maniquí ausente y en el cual el punto de referencia del maniquí va a ser colocado para propósito de mediciones.
• Eje de test: la línea que une el punto de test y el centro de la fuente sonora.
• Plano de test para mediciones de la uniformidad del frente de ondas en campo libre: un plano perpendicular al eje de test y que contiene el punto de test.
• Angulo de acimut de la incidencia sonora (): el ángulo entre el plano de simetría del maniquí y el plano definido por el eje de rotación y el eje de test. Cuando el maniquí enfrenta la fuente sonora, el ángulo azimut es definido como 0º grados. Cuando el oído derecho enfrenta la fuente, el ángulo azimut es igual a +90º grados. Cuando el oído izquierdo enfrenta la fuente, el ángulo azimut es igual a +270º grados.
• Angulo de elevación del sonido incidente: el ángulo entre el plano de referencia y el eje de test. Cuando el vértice apunta hacia la fuente sonora el ángulo de elevación es definido como +90º grados.
• Posición de referencia del maniquí: la posición del maniquí en el espacio de medición que cumple con las siguientes condiciones:
• El punto de referencia coincide con el punto de test.
• Los ángulos de elevación y azimut son ambos igual a cero.
• Respuesta de frecuencia del maniquí en campo libre: es la diferencia como función de frecuencia entre el nivel de presión sonora en el micrófono del simulador de oído del maniquí en el punto de test y nivel de presión sonora en el punto de test con el maniquí ausente.
En el plano horizontal las mediciones:
a) Se hicieron utilizando tonos puros en la banda de 100 Hz a 10 Khz a intervalos de 1/3 de octava, para ángulos de incidencia 0º, 90º, 180º y 270º.
b) Se midieron las DII utilizando tonos puros en la banda de 100 Hz a 10 Khz a intervalos de 1/3 de octava para ángulos de incidencia acimutal 0º para ángulos de elevación 30º, 60º, 90º, 270º, 300º, 330º y a intervalos de octava para ángulos de elevación de 0º e incidencia acimutal 30º, 60º, 90º.
c) Se midieron las DIT utilizando tonos puros en la banda de 100 Hz a 10 Khz a intervalos de 1/3 de octava para ángulos de incidencia acimutal 0º para ángulos de elevación 30º, 60º, 90º, 270º, 300º, 330º y a intervalos de octava para ángulos de elevación de 0º e incidencia acimutal 30º, 60º, 90º.
d) La medición fue realizada utilizando sonido impulsivo (click).
La figura muestra el montaje utilizado para las mediciones de respuesta de frecuencia del sistema, diferencias interaurales de intensidad y la diferencia interaural de tiempo derivada de la fase.
Para emitir tonos puros desde 100 Hz a 10 Khz se utilizó un generador de funciones YOKOGAWA FG 110 y reproducido por un altavoz modelo DAS de 15” ubicado a 2 metros del punto de referencia el cual fue amplificado por un amplificador CREST AUDIO modelo CA4. Como nivel de presión sonora de referencia se eligió 85 dB para 100 Hz, por las características de irradiación del altavoz y 94 dB NPS (1 pascal) medido por el Sonómetro LARSON & DAVIS 814, para el resto de las frecuencias a medir. Este nivel fue ajustado en el punto que luego ocuparía el punto de referencia de la cabeza artificial.
La respuesta de frecuencia del micrófono de la oreja derecha se determino para 0º y para la oreja izquierda fue determinada para cuatro direcciones (0º, 90º, 180º, 270º) midiendo con el osciloscopio YOKOGAWA DL1520 el voltaje RMS de salida de los micrófonos, este voltaje fue tomado de la salida directa de la consola Behringer MX2642A Eurorack.
La diferencia interaural de intensidad fue obtenida a partir de estos datos para 1 octava de frecuencia de 100 Hz a 10 Khz (125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000). Utilizando el osciloscopio se midió también, según el método de Lissajous (fig. 8.2), la diferencia de fase entre las señales de los micrófonos en función de la frecuencia en la banda de octava. A partir de estos datos se obtuvo la diferencia interaural de tiempo derivada de la fase, para las mismas cuatro direcciones en que se midió la respuesta de frecuencia.
Respuesta de Frecuencia del Dummy-Head.
A continuación se grafican las respuestas de frecuencia del sistema (oído izquierdo) para ángulos de incidencia de 0º, 90º, 180º, 270º, para frecuencias de 1/3 de octava entre 100 Hz y 10 Khz.
A 0º de incidencia se aprecia que la sensibilidad (respuesta a 1 Khz) del micrófono L inserto dentro de la cabeza es de 7.03 dB (ref. 1 v/pa) y el micrófono R inserto dentro de la cabeza (tabla I) es de 6,76 dB (ref. 1 v/pa).
Respuesta de frecuencia a incidencia acimutal y elevación 0º para ambas orejas.
Los siguientes gráficos despliegan el importante efecto de difracción total para la audición humana en un campo sonoro. Ellos también muestran la influencia direccional de la difracción en la respuesta de frecuencia y la coloración espectral resultante que dan pistas direccionales para sonidos complejos.
Respuesta de frecuencia maniquí (oreja izquierda) acimut y elevación 0º
Se observa que a frecuencias ligeramente bajas, la concha del pabellón auditivo colecta energía sonora adicional esencialmente.
Según la teoría sobre el comportamiento acústico del oído, se comprueba que existe un incremento entre los 2 y 5 Khz de aproximadamente 26 dB debido a la resonancia de ¼ de longitud de onda producto de la combinación del canal auditivo y concha, además del producto de las difracciones de la cabeza.
A frecuencias altas, la señal reflejada por la pared de la concha está fuera de fase con la señal directa, y ocurre la interferencia destructiva. La mayor interferencia ocurre cuando la diferencia en longitud del camino es una media longitud de onda, esto produce un "notch del pabellón” alrededor de 10 Khz.
Respuesta de frecuencia maniquí (oreja izquierda) acimut 90º y elevación 0º
Se atribuye la respuesta mínima cerca de 10 Khz a un modo de anti resonancia de la concha que se acopla pobremente al campo sonoro horizontal. La frecuencia de este modo en la respuesta del maniquí muestra más dependencia del acimut, variando de 8 Khz a 0º y 180º, y a 10 Khz a los 90º. Este mínimo es una frecuencia de referencia acústica importante para la selección del diseño del oído externo.
Respuesta de frecuencia maniquí (oreja izquierda) acimut180º y elevación 0º
Respuesta de frecuencia maniquí (oreja izquierda) acimut 270º y elevación 0º
A 90° de acimut (figuras 4.4), se puede observar que después del peak de resonancia, entre las frecuencias 3 Khz y 8 Khz, se produce un aumento de nivel de presión sonora debido a que el micrófono inserto en el oído se encuentra frente a frente a la fuente sonora y no se presentan obstáculos para la captación de frecuencias altas por este. De todas maneras se produce un notch cerca de los 10 Khz, producto de las reflexiones en la concha del pabellón auditivo.
En cambio, a 270° de acimut (fig. 4.6), se puede observar que después del peak de resonancia, entre las frecuencias 3 Khz y 6 Khz, se produce una atenuación considerable debido al efecto sombra de la cabeza, el que afecta en mayor grado a la captación de frecuencias altas. Y además se sigue produciendo el notch cerca de los 10 Khz, producto de las reflexiones en la concha del pabellón auditivo.
Las siguientes figuras muestran la respuesta de frecuencia de cada oreja, utilizando una fuente de ruido rosa, amplificado por el amplificador modelo CREST AUDIO CA4 y el altavoz modelo DAS 15”, capturando la señal mediante la consola BEHRINGER EURORACK, para entrar análogamente al DAT SONY saliendo digitalmente a 16 bits/44.1 Khz entrando a la tarjeta YAMAHA SWG 1000 instalada en un PC, analizando las señales con el software SPECTRA PLUS 3.0 plataforma WINDOWS. Ubicando paralelamente en la cámara anecoica el micrófono behringer en el punto de referencia de la cabeza artificial, donde se obtuvo la diferencia entre ambos dispositivos a la vez.
Respuesta de frecuencia maniquí (oreja izquierda) acimut y elevación 0º
Respuesta de frecuencia maniquí (oreja derecha) acimut y elevación 0º
Ya que el pabellón auditivo es un reflector más eficaz para sonidos que vienen del frente que para los sonidos posteriores, el notch resultante es mucho más pronunciado para las fuentes delante que para las fuentes posteriores. Además, la diferencia de longitud del camino cambia con el ángulo de elevación, y la frecuencia del notch se mueve más hacia arriba con la elevación.
Diferencias Interaurales de Intensidad
En el siguiente gráfico se observa que en toda la banda de octava de frecuencia, excepto la de 8 Khz, hay una diferencia mínima entre ambas orejas. A esta frecuencia el altavoz fue incapaz de reproducir 94 dB de NPS, por lo tanto se niveló a 84 dB de NPS. Muy probablemente debido a las características de radiación del diafragma del altavoz en alta frecuencia.
Diferencia Interaural de Intensidad
Diferencias Interaurales de Tiempo Derivadas de la Fase (DIT)
A continuación se grafican DIT derivadas de la fase, para cuatro ángulos de incidencia en el plano horizontal a intervalos de frecuencia de 1 octava para frecuencias entre 125 Hz a 8 Khz.
A 0º de incidencia no deberían producirse DIT, pero se observan que para algunas frecuencias sí existe una pequeña DIT de aproximadamente 100 micro seg. , esto puede deberse a diferencias anatómicas de cada oreja.
Diferencia Interaural de Tiempo
Se observan mayores diferencias interaurales que permiten localización de frecuencias más bajas sobre la base del tiempo o la diferencia de fase entre las orejas producto de la "sombra de la cabeza", la cual también causa una reducción en la intensidad de la señal a la oreja lejana; permitiendo la localización de frecuencias altas en base a las diferencias de intensidad.
Diferencias Interaurales de Tiempo con Sonido Impulsivo
A continuación se muestran la diferencias interaurales de tiempo medidas con sonido impulsivo para ángulos de incidencia sonora acimutal de: 0º, 30º, 60º, 90º, 120º, 150º, 180º, captadas por el osciloscopio Yokogawa DL 1520.
Montaje utilizado para mediciones con sonido impulsivo
A continuación se grafica la diferencia interaural de tiempo medida con sonido impulsivo, con los valores obtenidos en las figuras 4.11 a 4.17.
Diferencia Interaural de Tiempo
Se comprueba según los estudios teóricos y prácticos ilustrados en la localización en el plano horizontal que la máxima diferencia interaural de tiempo ocurre a 90º siendo esta de 678 micro seg
En la siguiente tabla se muestra la respuesta de frecuencia de la cabeza artificial para un ángulo de acimut de 0° y ángulos de elevación de –90°, -60°, -30°, 0°, 30°, 60° y 90°, medida en similares condiciones que en el punto a), exceptuando la angulación de la cabeza en el plano medio (o de elevación).
Respuesta de frecuencia oreja izquierda elevación (acimut 0°)
