Percepción de la Dirección del Sonido: La Fascinante Localización Biaural

Si bien un solo oído es inherentemente incapaz de determinar la dirección de la que proviene un sonido, la posesión de dos oídos nos otorga la notable capacidad de localizar la fuente sonora dentro de un espacio acústico. Este fenómeno, conocido como localización biaural, es fundamental para nuestra interacción con el entorno sonoro y se basa en el procesamiento de sutiles diferencias en la información que reciben ambos oídos. Nuestro cerebro analiza principalmente tres tipos de indicaciones interaurales para lograr esta hazaña:

1. Diferencias Interaurales de Intensidad (IID - Interaural Intensity Difference)

• Mecanismo: Los sonidos de media a alta frecuencia que se originan en un lado de nuestra cabeza (por ejemplo, el lado derecho) alcanzan el oído más cercano (el derecho) con un mayor nivel de intensidad que el oído opuesto (el izquierdo), produciendo una diferencia interaural de intensidades.

• La Sombra Acústica de la Cabeza: Esta diferencia de intensidad se produce porque la cabeza actúa como una sombra acústica, obstruyendo parcialmente la trayectoria directa del sonido hacia el oído más alejado. Esto provoca que solo las ondas sonoras que se difractan alrededor de la cabeza o se reflejan en las superficies circundantes alcancen el oído "en sombra".

La cabeza bloquea parcialmente las ondas sonoras de alta y media frecuencia, creando una diferencia de intensidad entre los dos oídos.

• Atenuación por Reflexión y Distancia: Dado que el sonido reflejado viaja una distancia mayor y pierde energía en cada reflexión, la intensidad del sonido que finalmente alcanza el oído opuesto es significativamente reducida. Esta diferencia en la intensidad percibida entre ambos oídos es interpretada por el cerebro como una indicación de que la fuente sonora se encuentra en el lado del oído que recibe el sonido más intenso.

• Limitación a Bajas Frecuencias: Este efecto de sombra acústica y, por lo tanto, la diferencia interaural de intensidad, es relativamente insignificante a bajas frecuencias. Esto se debe a que las longitudes de onda de los sonidos graves son grandes en comparación con el diámetro de la cabeza. Estas ondas largas pueden difractarse (rodear) la cabeza con mayor facilidad, minimizando la diferencia de intensidad entre ambos oídos.

2. Diferencias Interaurales de Tiempos de Llegada (ITD - Interaural Time Difference)

• Mecanismo: Otro método distinto de localización, conocido como diferencias interaurales de tiempos de llegada, se utiliza con frecuencias bajas, donde las diferencias de intensidad son menos pronunciadas. Un sonido que se origina a un lado de la cabeza llegará al oído más cercano antes de alcanzar el oído más alejado.

Una fuente de sonido lateral genera una diferencia en el tiempo de llegada y posiblemente en la intensidad entre los dos oídos, lo que permite la localización lateral.

• Procesamiento Temporal: El sistema auditivo es extremadamente sensible a estas minúsculas diferencias de tiempo, del orden de microsegundos. El cerebro procesa estas diferencias temporales para determinar la localización lateral de la fuente sonora.

• Complementariedad con IID: Este método de localización, en combinación con las diferencias interaurales de intensidades, nos da indicaciones de la localización lateral sobre el espectro de frecuencias completo. La información proporcionada por las diferencias interaurales de tiempos de llegada (predominante en bajas frecuencias) se combina con la información de las diferencias interaurales de intensidad (predominante en medias y altas frecuencias) para ofrecernos una indicación precisa de la localización lateral de los sonidos en todo el espectro de frecuencias audible.

3. Los Efectos de la Oreja (Pabellón Auricular o Pinna)

• Localización Vertical y en Profundidad: Las indicaciones de intensidad y retraso (tiempo de llegada) nos permiten percibir el ángulo desde donde el sonido se origina en el plano horizontal (izquierda-derecha), pero no nos proporcionan información clara sobre si el sonido se origina delante, detrás o debajo de nosotros.

• El Papel del Pabellón Auricular: La oreja, sin embargo, hace uso de dos pliegues (y otras estructuras complejas del pabellón auricular o pinna) que reflejan el sonido que reciben en el oído. Estos pliegues juegan un papel crucial en la localización vertical y en la percepción de la distancia.

Pliegues principales del pabellón auricular que contribuyen a la reflexión del sonido y a la creación de retrasos temporales.

• Reflexiones y Retrasos Temporales: Estos pliegues producen un retraso temporal muy pequeño entre el sonido directo (que alcanza la entrada del canal del oído) y el sonido reflejado desde los pliegues (que varía de acuerdo con la localización de la fuente). Así podemos decir que la oreja y sus pliegues proporcionan información sobre la localización vertical.

• Patrones de Retraso Específicos: Es interesante notar que aproximadamente 130º por debajo del eje frontal no puede haber reflexiones de los pliegues porque están bloqueados por la oreja. Los sonidos no reflejados que se retrasan entre 0 y 80 μseg se percibirán como originados en la parte de atrás. El otro pliegue producirá retrasos entre 100 y 300 μseg, y corresponden a una fuente localizada en el plano vertical (arriba o abajo).

• Interferencia y Coloración Espectral: Las reflexiones retrasadas por ambos pliegues se combinan con el sonido directo para producir la característica de coloración de la respuesta en frecuencia que se debe a interferencias constructivas y destructivas a distintas frecuencias. El cerebro es capaz de comparar estas coloraciones en cada oído y utilizar esta información para determinar la localización de la fuente, especialmente en el plano vertical y en términos de distancia.

• Movimientos de la Cabeza: Pequeños movimientos de la cabeza proporcionan información adicional y dinámica sobre la posición de la fuente sonora, ya que estos movimientos alteran las diferencias interaurales de intensidad y tiempo, así como los patrones de reflexión en las orejas.

La Ilusión de la Localización en Sistemas de Audio Estéreo

El fenómeno de la localización biaural es fundamental para la forma en que experimentamos el sonido reproducido a través de sistemas de audio estéreo (dos altavoces).

• Señales Idénticas: Si no hay diferencias entre lo que oye el oído izquierdo y el derecho, el cerebro supone que la fuente sonora está a la misma distancia de cada oreja. Es este fenómeno lo que permite al ingeniero de sonido posicionar el sonido no sólo en los altavoces izquierdo y derecho, sino también monofónicamente entre los altavoces. Alimentando la misma señal a ambos altavoces con la misma intensidad, el cerebro percibe el sonido igualmente en ambos oídos y deduce que la fuente debe estar directamente frente al oyente.

• Panorámica (Panning): Creando Localización Lateral: Cambiando el nivel proporcional de la señal que se envía a cada altavoz, el ingeniero cambia las diferencias interaurales de intensidad y así crea la ilusión de que la fuente de sonido está situada en el punto deseado entre los dos altavoces. El posicionamiento de la fuente puede incluso ser causado por el movimiento aparente entre estos altavoces.

Variando la intensidad de una señal entre dos altavoces crea la ilusión de que la fuente sonora se desplaza lateralmente.

• Limitaciones del Panning Basado Solo en Intensidad: Esta técnica de emplazamiento se conoce como panorámica (panning) y, aunque es el método más ampliamente utilizado, no es la técnica de posicionamiento más efectiva porque solo los oyentes colocados a la misma distancia del altavoz derecho y del izquierdo tenderán a localizar la fuente como viniendo de este punto, aunque la señal esté dirigida (panned) hacia la derecha.

• Técnicas de Localización Más Efectivas: El ingeniero puede utilizar otras herramientas de localización más efectivas, tales como una línea de retraso digital (DDL), desplazador de fase, filtro o técnicas de micrófono estereofónico, para asignar un punto de localización entre dos altavoces. Estas técnicas más sofisticadas buscan recrear de manera más fiel las complejas señales interaurales que nuestro sistema auditivo utiliza para una localización precisa en el mundo real, ofreciendo una experiencia auditiva espacial más inmersiva y precisa.