Como sabemos a direção da qual um som é proveniente?

7 de janeiro, 2018 às 21:43 | Postado em Acústica, Percepção: Teoria das cores, visão, audição, ...

No dia 22/12/17 fiz a pergunta:

Sabendo que detectamos diferenças de fase e intensidade do som, é fácil saber algumas coisas sobre a direção que o som se origina. Sabemos que um som está à nossa direita caso ele seja percebido primeiro no ouvido direito e depois no esquerdo, por exemplo. Quando está diretamente à direita, essa diferença de tempo é de aproximadamente 0.65 ms (isso não funciona muito bem para frequências “puras” mais altas que cerca de 750Hz, pois a distância entre um pico de intensidade e outro é aproximadamente do tamanho da cabeça humana, mas quero evitar pequenos detalhes na minha pergunta então vamos deixar essas coisas de lado por enquanto). Se a diferença de tempo é zero, sabemos que o som se origina nem da esquerda, nem da direita.

Estou assumindo que nossa percepção do som é “pontual” em dois pontos da cabeça.

Sabemos, seguindo o meu raciocínio, a componente que podemos chamar de “azimutal” do som, mas não temos como saber se um som, com diferença de tempo zero por exemplo, se origina da frente, de trás ou de qualquer altura. Por experiência sendo um humano, sei que não há um “disco” no qual eu tenho dúvida de onde o som se origina, pois consigo apontar diretamente pra direção do som (na maioria dos casos, mas já disse que não quero entrar em detalhes desnecessários haha).

Em resumo, conseguimos saber um dos dois ângulos que precisamos saber para apontar na direção certa. Mas como sabemos o segundo ângulo?

* Logo em seguida enviei um email dizendo que encontrei a resposta e recebi a oportunidade de responder, contribuindo com o CREF.

 Antes de seguir com a explicação vou ilustrar um pouco o que eu quis dizer na pergunta. Com a ilustração da vista superior do patinho na figura abaixo, vemos que a frente de onda chega primeiro no ouvido direito (D), no tempo t=3 (note que é uma unidade qualquer, não é segundo) e depois chega no ouvido esquerdo, no tempo t=4.

Assim, se assumirmos que essas frentes de onda são paralelas (é muito boa aproximação para quando a distância à fonte é muito maior do que a distância entre os dois ouvidos), o pato poderia saber a distância que o som percorreu (que é simplesmente a velocidade do som, v, vezes o intervalo de tempo, ∆t). Se ele conhecesse a distância entre seus ouvidos, d, o pato conseguiria imaginar retas paralelas passando por dentro dos seus ouvidos (pontos D e E) mas afastadas por uma distância v∆t. Então se construímos um triângulo retângulo, conseguimos facilmente descobrir o ângulo alfa.

Como vimos ilustrações mostrando vistas superiores, é fácil entender que a fonte sonora poderia estar em qualquer local abaixo ou acima do plano representado nas figuras. Agora, como saber a posição da fonte sem ficar com um cone de confusão?

Dois fatores explicam o que acontece. O primeiro é muito simples: pequenos movimentos com a cabeça podem fazer sumir essa ambiguidade, pois vão aproximar o som de um dos ouvidos e afastar do outro, basta “recalcular” a posição e a ambiguidade provavelmente sumirá. Mas isso só serve para sons com duração suficiente e não serve para pulsos sonoros como em explosões, por exemplo.

O segundo mecanismo de determinação da posição é mais complicado porque envolve algumas características da anatomia. Vamos deixar o pato de lado agora e nos concentrar no ser humano.  Abaixo temos uma imagem wikimedia) de como o sistema auditivo periférico do ser humano é constituído.

O responsável por esse fenômeno é o **pavilhão**, a protuberância curva e cartilaginosa que utilizamos essencialmente para escorar nossos óculos. Muito importante em alguns mamíferos como os cães e morcegos, é uma parte menos importante para os humanos.

Apesar disso, o pavilhão provoca algumas alterações espectrais, que chamamos de filtragem do sinal. Isso acontece porque o pavilhão possui várias reentrâncias, de forma que certas frequências são amplificadas e outras suprimidas antes de entrarem no meato auditivo. Essas reentrâncias ressonam de maneira semelhante aos tubos das flautas peruanas (tamanhos diferentes tem frequências diferentes). Como o pavilhão é muito assimétrico, o cérebro consegue determinar o ângulo de incidência do som de acordo com a “assinatura” da amplificação provocada pelo pavilhão. Os dois mecanismos são importantes, pois o primeiro é ineficiente para sons de pouca duração e o segundo não é bom para baixas frequências.

Referência: The sense of Hearing – Second Edition, CHRISTOPHER J. PLACK – Psychology Press, Nova Iorque, 2014.
ISBN: 978-1-315-88152-2