Come il nostro sistema uditivo localizza la posizione di una sorgente sonora?

Il meccanismo fondamentale si basa sul fatto (un po' come nella visione) di possedere due orecchie e non una sola. Tramite l'ascolto binaurale, cioè con entrambe le orecchie, il nostro sistema percettivo è in grado di confrontare le caratteristiche fisiche del suono che perviene alle due orecchie e di ricavare, da tale confronto, informazioni sulla posizione della sorgente che l'ha generato. Vediamo come.

Individuazione della direzione di provenienza del suono

Per chiarire la strategia che il nostro sistema percettivo utilizza per individuare la direzione di provenienza di un suono, immaginiamo di avere un altoparlante che genera un suono e un ascoltatore che ruota la testa in modo da avere il suo orecchio destro più vicino all'altoparlante di quello sinistro.

In tale situazione si verificano due effetti:

• essendo l'orecchio destro più vicino del sinistro esso raccoglierà, tramite i padiglioni auricolari, il suono in anticipo. La differenza dei tempi di arrivo del suono viene chiamata ITD (acronimo dell'inglese Interaural Time Difference). Una stima di tale grandezza si ottiene dividendo il maggior percorso che deve compiere il suono per arrivare all'orecchio più lontano (la "larghezza della testa") per la velocità del suono in aria. Assumendo come larghezza della testa 0,25 m e come velocità del suono 340 m/s otteniamo come ITD:

${\displaystyle ITD=\frac{0,25}{340}\simeq 7\cdot 10^{-4}s}$

cioè circa 0,7 millesimi di secondo. Tale tempo sembra straordinariamente breve tenuto conto anche del fatto che è il massimo ITD possibile (se le due orecchie e l'altoparlante non sono allineati l'ITD è ovviamente minore, visto che diminuisce la differenza dei percorsi). Tuttavia il nostro sistema percettivo è, in condizioni ottimali, capace di cogliere ITD dell'ordine di 10 milionesimi di secondo (0,01 millesimi di secondo) e quindi è del tutto in grado di valutare i tempi di ritardo che si presentano nelle situazioni tipiche. Ruotando la testa si può fare in modo che l'ITD si annulli (o comunque scenda al di sotto del minimo valore rilevabile): in questo modo la retta che indica la direzione della sorgente giace in un piano perpendicolare al segmento che unisce le due orecchie e passante per il punto medio di questo. Tale piano è, ovviamente, il luogo geometrico dei punti dello spazio equidistanti dai due padiglioni auricolari.

• L'orecchio più lontano si trova nella "zona d'ombra" creata dalla testa e riceve il suono con intensità minore. Tale differenza in intensità viene chiamata IID (acronimo dell'inglese Interaural Intensity Difference). Elaborando l'IID il sistema uditivo riceve ulteriori informazioni sulla direzione di provenienza del suono. Il più piccolo valore di IID che il nostro sistema uditivo può apprezzare è dell'ordine di 1 dB.

Le due "strategie" appena descritte presentano la loro massima efficacia in range diversi di frequenza:

• la prima strategia è molto efficace per onde di bassa frequenza (ed elevata lunghezza d'onda) per le quali l'ostacolo rappresentato dalla testa dell'ascoltatore è facilmente aggirabile (vedi a questo proposito la pagina relativa alla diffrazione del suono);
• la seconda strategia è molto efficace per onde di alta frequenza (e bassa lunghezza d'onda) per le quali l'ostacolo rappresentato dalla testa dell'ascoltatore è quasi insormontabile e determina un significativo decremento dell'energia sonora (intensità) che arriva all'orecchio più lontano dell'ascoltatore.

Un'ultima precisazione: per i suoni molto gravi la localizzazione è in genere meno precisa. La testa non fa ombra (si veda diffrazione del suono), quindi manca la differenza di intensità; con lunghezze d'onda di parecchi metri, inoltre, il ritardo tra le due orecchie è una frazione piccolissima del periodo dell'onda ed è più difficile da cogliere. Negli ambienti chiusi, infine, le riflessioni sulle pareti e le onde stazionarie della stanza, che per le basse frequenze sono particolarmente importanti, rendono confusa la direzione di provenienza.

Individuazione della distanza della sorgente

La misura dell' ITD e dell'IID (a meno che la sorgente sonora non sia molto vicina alla testa) non permette di localizzare la distanza della sorgente ma solo la direzione di provenienza del suono. Il nostro sistema uditivo utilizza altre strategie per valutare la distanza della sorgente:

• in ambienti chiusi esso è in grado di valutare quanta dell'energia sonora catturata dai padiglioni auricolari arriva direttamente dalla sorgente e quanta da fenomeni di riflessione con le pareti: dalla proporzione di questi due contributi il sistema uditivo è in grado di stimare la distanza della sorgente;

• in ambienti aperti (se la sorgente è lontana) valutando, per esperienza, le modifiche del timbro del suono al variare della distanza (in questi casi l'esempio classico è quello del tuono che "suona" in un modo ben diverso a seconda della distanza da cui viene percepito).

Individuazione dell'elevazione della sorgente

Tra le informazioni che il nostro sistema uditivo utilizza per localizzare la sorgente vi è anche l'altezza (elevazione) della sorgente rispetto ai padiglioni auricolari. Esperimenti recenti hanno dimostrato che nel "catturare" tale informazione giocano un ruolo decisivo i padiglioni auricolari. Puoi provare a verificare tale ruolo:

• provando a tener, a forza, i padiglioni stesi lungo il cranio. Se incarichi qualcuno di generare un suono davanti a te (chiudi gli occhi) magari tintinnando con un mazzo di chiavi, troverai difficoltà ad individuare l'elevazione della sorgente;

• provando (ma l'esperimento è sconsigliabile anche se è stato effettuato) a riempire di plastilina tutte le pieghe dei padiglioni auricolari fino a renderli una superficie piatta; ebbene, anche in questo caso, il sistema uditivo fatica ad individuare l'altezza della sorgente. Quest'ultimo esperimento, in particolare, dimostra che la particolare conformazione dei padiglioni auricolari gioca un ruolo decisivo nella determinazione dell'elevazione della sorgente: evidentemente i piccoli sfasamenti introdotti dalla riflessione del suono dalle molteplici pieghe presenti nel padiglione possono essere utilizzati a livello centrale, per ricavare informazioni di tipo direzionale.

Verifica la comprensione

Collegamenti ed approfondimenti

Oltre che permetterci di localizzare la provenienza di una fonte sonora, le informazioni su intensità, ritardo di fase, differenze spettrali, ecc. sono anche elaborate dal cervello per creare una mappa sonora dell'ambiente in cui ci muoviamo. Questo fatto è di capitale importanza.

Nella pagina dedicata all'acustica architettonica sono illustrati alcuni parametri sonori che caratterizzano gli ambienti chiusi da un punto di vista acustico, e trovi alcuni esempi sonori che ricreano in modo puramente acustico diversi tipi di ambienti.

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