La percezione uditiva - Bacheche DEI e siti degli insegnamenti .Suono Sensazione Musica/Parole...

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La percezione uditiva

Fisiologia delludito Psicologia delludito

Chapt. 5

1

Comunicazione uditiva

! Sorgente ! Eccitatore (martelletto, ancia, ): fornisce lenergia ! Risonatore: determina le caratteristiche della fondamentale

! Elemento vibrante (corda, onda di pressione, ) ! Risonatore (cassa armonica, tubo)

! Mezzo trasmissivo ! Mezzo trasmissivo: propagazione del suono ! Confini: riflessione, riverberazione, assorbimento

! Ricevitore (orecchio-cervello) ! Trasformazione in oscillazioni meccaniche ! Conversione in impulsi nervosi ! Elaborazione - identificazione

2

La percezione uditiva

! Stimolo: energia acustica (onde sonore) ! Trasporto del segnale mediante impulsi elettrici lungo il nervo

uditivo ! Funzioni principali

! comunicazione uditiva (tra cui il linguaggio) ! localizzazione dei suoni (spazializzazione)

! Percezione uditiva = fisiologia dellorecchio interno + azione del cervello

! Suono: definizione percettiva ! = lesperienza che abbiamo quando ascoltiamo

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Fisiologia delludito

4

Human peripheral auditory system

5

Coclea: membrana basilare

! Frequenze distribuite ordinatamente ! frequenze alte allestremit vicina agli ossicini (stretta,

rigida, leggera) ! frequenze basse allestremit interna (ampia, flessibile,

massiccia) ! Banco di filtri accordati per bande

! tutta la membrana copre lestensione delludibile ! un analizzatore di Fourier

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Coclea: membrana basilare

! Qualitative responses to a 1 kHz sinusoidal stimulus at various sites on the basilar membrane.

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Coclea: membrana basilare

8

Modelli periferici

! Neurogramma / Cocleogramma

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Fisica-percezione-cognizione Ch. 5.3

Aria Orecchio Mente

Suono Sensazione Musica/Parole

Ampiezza Intensit Dinamica

Frequenza Altezza Classe di toni

Spettro Timbro Riconoscimento strumenti

Radiazione Localizzazione Mappa spaziale soggettiva

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Altezza dei suoni (pitch)

! Picchi di vibrazione sulla membrana ! Larea che vibra in modo pi vigoroso stimola il numero massimo

di cellule ! Il cervello riconosce larea di provenienza sulla membrana

! Pitch: rappresenta limpressione soggettiva della frequenza

! Il pitch di una nota permette di individuarne il grado in una scala musicale

! Generalmente possibile discriminare 1400 diversi pitch, tra cui i 120 usati nelle scale musicali occidentali

! Ottava: frequenza doppia

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Pitch of pure tones

! Place theories: ! Place of maximum in basilar membrane excitation (excitation

pattern) ! which fibers are excited?

! Timing theories: ! Temporal pattern of firing

! how are the fibers firing? ! needs phase locking

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Place versus timing theories

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Esempi Pitch

! Tono puro (sinusoide)

! Tono complesso (onda triangolare) alla stessa frequenza del tono puro

! Tono di 1 kHz di durata 40 ms, accorciato a 2 ms (si perde la sensazione di pitch)

! Nota di violoncello (spettro armonico)

! Nota di gamelan (spettro inarmonico)

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Missing fundamental frequency

! Sound overtones suggest a fundamental frequency but the sound lacks a component at the fundamental frequency itself.

! The brain perceives the pitch not only by the fundamental frequency, but also by the ratio of the higher harmonics. ! sound WITHOUT fundamental ! same sound WITH fundamental

! first four harmonics suppressed

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Intensit dei suoni ch. 5.3.1

! E determinata dallampiezza della vibrazione della membrana basilare ! pi ampia la vibrazione, pi cellule cigliate si flettono ! aumenta la generazione degli impulsi

! Intensit !

! I0 = 10-12 W/m2 ! I0 a 1000 Hz (soglia udibile per ascoltatori acuti)

! Loudness: rappresenta limpressione soggettiva dellampiezza ! dipende anche da frequenza

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Equal Loudness Curves (Fletcher-Munson)

! P-Q-R: sinusoids ! different intensities, equal loudness

intensity at 1000 Hz

max sensibility 2 -- 5 kHz

. P . Q . R

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Equal Loudness Curves (Fletcher-Munson)

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Scale di loudness

! Due scale per misurare il loudness

! Loudness perception in Phon ! loudness in phon di sinusoide a frequenza f

SPL di sinusoide a 1kHz che d stessa loudness ! tutte le sinusoidi sulla stessa curva equal-loudness hanno

stesso valore in phon ! raddoppio di loudness si ha per incremento di ~10 dB

! Loudness soggettivo (L) in Sone ! 1 sone corrisponde a 40 phon ! 2 sone, 4 sone, ecc. corrispondono a raddoppio di loudness

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Scale di loudness: dBA, dBC, ...

! Scala dB con pesatura A ! Compensazione approssimata di dipendenza frequenziale di

loudness ! Dato uno spettro di un suono, si applica il filtro

! Basata su curve equal-loudness sbagliate ! Funzionicchia a SPL basse

! Altre scale ! dBB, dBC, dBD,...

! dBC ancora usata

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WeberFechner law

! In psychophysics (Weber law): ! the just-noticeable difference between two stimuli is

proportional to the magnitude of the stimuli ! an increment is judged relative to the previous amount.

! Fechner law: ! subjective sensation is proportional to the logarithm of the

stimulus intensity

! relation stimulus => perception ! dp change in perception ! dS change in stimulus

! integrating ! p=0 , no perception ! S0 stimulus threshold

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Categorical perception

! Categorical perception is the perception of different sensory phenomena as being qualitatively, or categorically, different.

! It is opposed to continuous perception, the perception of different sensory phenomena as being located on a smooth continuum.

! Examples ! Intervals ! Rhythmic sequences ! Vowels

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Categorical perception

! Categorical perception is the phenomenon by which the categories possessed by an observer influences the observer perception. ! e.g. rainbow: we tend to perceive distinct colors

! Interplay between ! higher level conceptual systems ! lower level perceptual systems

! Differences among objects that fall into different categories are exaggerated, and differences among objects that fall into the same category are minimized.

! Tuning systems reduce the variety of audible frequencies into a small amount of classes to be discriminated

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Timbre

! Timbre: attribute of sensation in terms of which a listener can judge that two sounds having the same loudness and pitch are dissimilar

! Two aspects ! source identity:

! distinguishes different types of sound production, ! sound quality, sound color

! e.g. variations in playing style and technique ! A quality of sound that is

! based on the physical characteristics of the sound. ! a perceptual phenomenon resulting from the action of

listening. ! Multidimensional sound attribute

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Timbre space

! Similarity judgments + MDS ! Dimensional approach

! Attack time ! Brightness ! Spectral flux

Spectral irregularity

! Dimensions (Gray): ! I: spectral energy distribution, from broad to narrow ! II: timing of the attack and decay, synchronous to asynchronous ! III: amount of inharmonic sound in the attack, from high to none

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Attack

! Believed to convey most of the source information ! Different attacks change the timbre sensation ! but not necessary the source name -> invariant perception of

source ! 2 different listening modes:

! Default (source-based) ! Reduced (acousmatic, sound qualities)

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Name Type Physical

Correlate Perceptual Correlate

Description

Spectral centroid

Spectral Energy concentration in low/high spectral area

Brightness/ Dullness

Balance of energy in spectrum.

Irregularity Spectral Fluctuating energy between adjacent partials

Richness Amplitude variation of adjacent components.

Roughness Spectral Beating of overlapping partials

Harshness/ Smoothness

Inharmonic and noise components in spectrum.

Harmonicity Spectral Harmonic/ Inharmonic

Cohesive/ Diffuse

Ratio of harmonic to inharmonic spectral components.

Attack/ Decay times

Temporal Slope of attack and decay

Instrument identification

Time taken to reach max. amp from 0 (attack).

Timbre

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Riconoscimento degli strumenti

! Importanza dei transitori (attack e decay) ! Durata dei transitori varia tantissimo: dipende da strumento e

esecutore ! 20 ms per un oboe ! 30-40 ms per tromba o clarinetto ! 70-90 ms per flauto o violino

! Le note sopra il Do centrale hanno un periodo di 2-4 ms: il transitorio comprende pi cicli di vibrazione

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Riconoscimento del timbro

! Il riconoscimento avviene in pochi millisecondi ! Se il suono troppo breve viene classificato come click atonale

! Esempi: taglio dell'attacco del clarinetto ( ): 1 sec ( ); 0,3 sec ( ); 0,1 sec ( )

! 0,1 secondi di rumore bianco ( ); pizzicato (atonale) ( ) ! Per il riconoscimento sono ne