As ondas sonoras e o som virtual surround

Muitas pessoas já tiveram a experiência de estar em um cômodo muito silencioso, como uma sala de aula durante um teste e ter este silêncio interrompido por um ruído inesperado, como uma moeda caindo do bolso de alguém. Geralmente, as pessoas imediatamente giram as suas cabeças em direção à fonte sonora. Este movimento é quase instintivo. Rapidamente, o seu cérebro determina a localização do som. Isso geralmente ocorre mesmo que você só consiga escutar por um ouvido.

A habilidade de uma pessoa de apontar a localização de um som nasce da análise dos atributos do som pelo cérebro. Um atributo está relacionado à diferença entre o som que você percebe com o seu ouvido direito e o som que você percebe com o seu ouvido esquerdo. Outro atributo diz respeito às interações entre as ondas sonoras e a sua cabeça e corpo. Estas são as características que o seu cérebro usa para descobrir de onde vem o som.

Imagine que as moedas, em nossa silenciosa sala de aula, caiam à sua direita. Como o som viaja em forma de ondas físicas através do ar (um processo que demora um certo tempo), ele chega ao seu ouvido direito milésimos de segundo antes do que ao seu ouvido esquerdo. Além disso, o som é um pouco mais fraco quando ele chega ao seu ouvido esquerdo. Esta redução no volume acontece naturalmente, devido à dissipação natural da onda sonora e porque a sua cabeça absorve e reflete um pouco deste som. A diferença de volume entre o seu ouvido esquerdo e o seu ouvido direito é a diferença de amplitude (ILD - interaural level difference). O atraso é a diferença de tempo (ITD - interaural time difference).

As diferenças de amplitude e tempo dão ao seu cérebro a idéia da localização da fonte sonora. Entretanto, essas diferenças não conseguem dizer muito sobre a localização da fonte sonora caso ela esteja acima ou abaixo de você. Isso acontece porque, ao mudar a elevação da fonte sonora, o caminho da onda é modificado; mas isso não afeta a diferença de percepção entre os ouvidos esquerdo e direito. Além disso, pode ser difícil descobrir se o som vem da frente ou de trás, caso você analise somente as diferenças de tempo e de amplitude. Isso acontece porque, em alguns casos, estes sons produzem diferenças de amplitude e tempo idênticas. Mesmo que os sons venham de uma localização diferente, as diferenças do que você ouve são as mesmas. A variação de amplitude e tempo são idênticas na área cônica do seu ouvido, conhecida como cone da confusão.

Para medir estas diferenças, é necessário ouvir pelos dois ouvidos. Porém, as pessoas que só escutam em um ouvido ainda podem determinar a fonte do som. Isso acontece porque o cérebro pode usar as reflexões do som nas superfícies para tentar localizar a fonte sonora.

Imagem cedida National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (Instituto Nacional de Surdez e Outras Deficiências da Comunicação) O seu cérebro pode usar a reflexão de ondas sonoras da pina ou aurícula, no seu ouvido, para determinar a localização do som

Uma onda sonora reflete ao encontrar os ombros e cabeça de uma pessoa. A onda também reflete ao colidir com a superfície curva do ouvido externo da pessoa. Cada uma destas reflexões causa mudanças sutis à onda sonora. As ondas refletidas interferem umas nas outras e faz com que partes da onda fiquem maiores ou menores. Dessa forma, mudam o som em amplitude ou qualidade. Estas mudanças são conhecidas como funções de transferência relacionadas à cabeça (head-related transfer functions - HRTFs). Ao contrário das diferenças de amplitude e tempo, a elevação dos sons (ou o ângulo que as ondas formam ao atingir seus ouvidos quando elas vêm de cima ou de baixo) afeta as reflexões nas superfícies do corpo da pessoa. As reflexões também são diferentes quando o som vem de trás ou de frente.

 

As funções de transferência da cabeça tem um sutil, porém complexo, efeito na formação da onda. O cérebro interpreta estas diferenças analisando as formas da onda e as utiliza para descobrir a origem do som. Veja como os pesquisadores estudaram este fenômeno e criaram sistemas de som virtual surround na próxima página.