Chris disse

06 ago 2018

uma das coisas mais legais que eu já aprendi sobre fisiologia sensorial é como o sistema auditivo é capaz de localizar sons. Para determinar se o som vem da direita ou da esquerda, o cérebro usa diferenças entre as orelhas em amplitude e timing. Como mostrado na figura abaixo, se o som é mais alto na orelha direita em comparação com a orelha esquerda, provavelmente está vindo do lado direito. Quanto menor é a diferença, mais perto o som está da linha média (I.e o plano vertical que vai da frente para as costas). Da mesma forma, se o som chega à sua orelha direita antes da orelha esquerda, provavelmente vem da direita. Quanto menor a diferença de tempo, mais perto Está da linha média. Há uma literatura fascinante sobre os mecanismos neurais por trás disto.

a intensidade e as diferenças de tempo entre os ouvidos são bastante úteis, mas infelizmente ainda deixam muita ambiguidade. Por exemplo, um som da sua frente direita terá exatamente as mesmas diferenças de intensidade e de tempo como um som de suas costas direita.

este sistema não só deixa ambiguidades entre a frente e as costas, como também deixa ambiguidades entre cima e baixo. De fato, há todo um cone de confusão que não pode ser confundido por este sistema. O som de todos os pontos ao longo da superfície do cone terá as mesmas diferenças de intensidade entre os ouvidos e diferenças de tempo.

enquanto este sistema deixa um cone de confusão, os seres humanos ainda são capazes de determinar a localização dos sons de diferentes pontos no cone, pelo menos em certa medida. Como podemos fazer isto?Surpreendentemente, somos capazes de fazer isso por causa da forma das nossas orelhas e cabeças. Quando o som passa pelos nossos ouvidos e pela nossa cabeça, certas frequências são atenuadas mais do que outras. Criticamente, o padrão de atenuação é altamente dependente da direção sonora.

este padrão de atenuação dependente da localização é chamado de função de transferência relacionada com a cabeça (HRTF) e, em teoria, isso pode ser usado para desambiguar locais ao longo do cone de confusão. Um exemplo de HRTF de alguém é mostrado abaixo, com frequência no eixo horizontal e ângulo polar no eixo vertical. Cores mais quentes representam menos atenuação (ou seja, mais poder). Se a sua cabeça e ouvidos lhe deram este HRTF, você pode decidir que um som está vindo da frente se ele tem mais potência de alta frequência do que você esperaria.

este sistema soa bem em teoria, mas nós realmente usamos essas sugestões na prática? Em 1988, Frederic Wightman e Doris Kistler realizaram um conjunto engenhoso de experimentos (1, 2) para mostrar que as pessoas realmente usam HRTFs para inferir localização. Primeiro, eles mediram o HRTF de cada participante, colocando um pequeno microfone em seus ouvidos e tocando sons de diferentes locais. Em seguida, eles criaram um filtro digital para cada local e cada participante. Ou seja, esses filtros implementaram o HRTF de cada participante. Finalmente, eles colocaram auscultadores nos ouvintes e tocaram sons para eles, cada vez passando o som através de um dos filtros digitais. Surpreendentemente, os participantes foram capazes de adivinhar corretamente a “localização” do som, dependendo de qual filtro foi usado, mesmo que o som estava vindo de fones de ouvido. Eles também eram muito melhores em localização de som quando usam seu próprio HRTF, em vez de outro HRTF de outra pessoa.

outras evidências para esta hipótese vêm de Hofman et al., 1998, que mostrou que usando putty para remodelar as orelhas das pessoas, eles foram capazes de mudar a HRTFs e, assim, perturbar a localização do som. Curiosamente, as pessoas foram capazes de reaprender rapidamente como localizar o som com seus novos HRTFs.

A final fun fact: to improve the sound location of humanoid robots, researchers in Japan attached artificial ears to the robot heads and implemented some sophisticated algorithms to inferer sound location. Aqui estão algumas fotos dos robôs.

seu papel é meio ridículo e tem algumas justificativas questionáveis para não usar apenas microfones em vários locais, mas eu achei divertido ver esses princípios sendo aplicados.