Estudio de la percepción tímbrica en sonidos con modulación mediante experimentos psicofísicos y modelado de la periferia auditiva

• Autores: Riera, Pablo Ernesto
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Eguia, Manuel Camilo
• Materia: PSICOACUSTICA; PERCEPCION TIMBRICA; SISTEMA AUDITIVO; MECANICA COCLEAR; PSYCHOACOUSTICS; TIMBRE PERCEPTION; AUDITORY SYSTEM; COCHLEAR MECHANICS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La percepción tímbrica es uno de los fenómenos más complejos que realiza el sistemaauditivo. El timbre, originalmente establecido como la cualidad que permite discriminarinstrumentos musicales entre sí, en la actualidad se encuentra más vinculado con el conceptoecológico de identificación de las fuentes sonoras en un entorno natural. Su inherentecarácter multidimensional, hace que la relación entre la forma de onda de un sonido y eltimbre percibido sea una relación compleja, en la cual distintas partes del sistema auditivoestán involucradas. A pesar de estas limitaciones, es sabido que hay ciertos atributosacústicos temporales y espectrales que suelen destacarse en la percepción tímbrica. Losmás relevantes son, por un lado, el tiempo de ataque de la envolvente como característicatemporal y por otro el brillo o centroide espectral como característica espectral. En este trabajo se utilizaron dos metodologías para estudiar el timbre. Por un lado, serealizaron dos experimentos psicofísicos de comparación de pares de sonidos y, por otro, lostimbres fueron estudiados mediante técnicas de procesamiento de se~nales y el modelado dela periferia auditiva. Uno de los experimentos fue realizado utilizando sonidos de amplitudmodulada sinusoidalmente como estímulos y llevado a cabo masivamente a través de Internet,mientras que para el otro experimento, se utilizaron multifónicos del saxo alto enun ambiente controlado. Estas dos familias de sonidos poseen modulaciones como atributotemporal característico a diferencia de los que son utilizados en muchos de los estudios depercepción tímbrica donde la principal característica temporal es el tiempo de ataque. Los experimentos demostraron que la modulación temporal fue un atributo salientejunto con el centroide espectral para ambos conjuntos de sonidos. Además, se observó quesonidos que se encontraban agrupados en un espacio de parámetros de control se encontrabanagrupados también, en la mayor parte de los casos, en los correspondientes espaciosperceptuales. En cambio, las distancias entre los grupos en estos espacios se vieron modificadas. Por otra parte, los sonidos fueron analizados en base al procesamiento de sus se~nalesy mediante simulaciones de la periferia auditiva. Para esto se desarrolló un modelo dela periferia auditiva con énfasis en la mecánica coclear, donde se optó por un modelodinámico no lineal y con alimentación lateral. Este modelo fue desarrollado teniendo enconsideración la capacidad de reproducir los factores dominantes de la transducción coclearcomo la saturación en intensidad, el mecanismo activo de amplificación y las curvas deenmascaramiento entre otros. Los parámetros fueron ajustados de manera satisfactoriapara reproducir respuestas clásicas de experimentos psicoacústicos en humanos y datos deexperimentos fisiológicos in vivo en mamíferos.
Timbre perception is one of the most complex tasks the auditory system performs. Timbre, originally defined as the quality that allows the discrimination of musical instruments,it is nowadays more related to the ecological concept of the identification of soundsources in natural environments. Because of its inherently multidimensional character, therelationship between the sound wave and the perceived timbre is a complex matter, wheredifferent parts of the auditory systems are involved. Besides this limitations, it is knownthat there are certain temporal and spectral acoustic features that are fundamental to theperception of timbre. The most relevant are the attack time of the envelope as a temporalfeature and the brightness or spectral centroid as a spectral feature. In this work we use two methodologies for studying timbre. Firstly, two psychophysicalexperiments of sound pairs comparison were done, and secondly the timbres were analyzedby signal processing techniques and through a model of the auditory periphery. One ofthe experiments was carried out using sinusoidally amplitude modulated sounds as stimuli,massively through internet and the other experiment was done using alto saxophone multiphonicsbut in a controlled environment. These two families of sounds have modulationsas a characteristic temporal feature which is not present on many timbre studies, wherethe attack time is more common. The experiments showed that the temporal modulation was a salient feature, alongwith the spectral centroid for both sound families. In addition, it was observed that soundsgrouped in a control parameter space were also grouped, in most cases, in the correspondingperceptual spaces. In contrast, it were the distances between the groups within these spacesthat changed. Also the sounds were analysed by signal processing techniques and through auditoryperiphery simulations. To this end, we developed an auditory periphery model with emphasison the cochlear mechanics, using a non linear dynamical model with feedforward andfeedbackward properties. This model was developed with the aim of reproducing dominantfactors of cochlear transduction, for example, the saturation with intensity, the active mechanismof amplification and the masking curves among other capabilities. The parameterswhere successfully adjusted to reproduce typical human psychoacoustical experiments anddata from physiological in vivo mammals experiments.
Fil: Riera, Pablo Ernesto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.