Psicoacústica: Percepção de Intensidade e Frequência

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F 105 
Física da Fala e da 
Audição
Prof. Marcelo Knobel
Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
knobel@ifi.unicamp.br
 Intensidade e Freqüência significam grandezas 
objetivas de um som, avaliadas e medidas por 
intermédio de instrumentos e expressas em 
termos de intensidade/energia (W/m2) ou de 
pressão (N/m2) e de ciclos por segundo (Hz)
 A Psicoacústica procura interpretar como 
o sistema auditivo responde aos 
estímulos sonoros
Psicoacústica 
Acústica Psicológica
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Percepção de Volume 
(‘Loudness’)
 Escute um tom varrendo o intervalo 
de 20Hz – 20Khz 
(se os alto-falantes permitem)
 Qual é o ponto mais alto para você?
 O limiar de audibilidade se convenciona ser 10-12 W/m2 à 
freqüência de 1000 Hz. Este é o valor de referência que se 
usa para calcular o nível de intensidade em decibels. No 
entanto, pode medir-se o limiar de audibilidade para todas as 
frequências audíveis. 
Curva de Limiar de 
Audibilidade
60dB em 30Hz
4dB em 1000Hz
Zona de Maior Sensibilidade
- 3dB ~ 3500 a 4000 Hz
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Áreas Dinâmicas da 
Audição (Sensação Auditiva)
 A linha superior é o Limiar da dor, a diferentes frequências. 
Aumento da intensidade sonora  percepção tonal vai desaparecendo gradativamente, 
sendo substituída por uma sensação não-auditiva  sensação de tato (leve arranhão)
Amplitude muito grande  dor
 A linha inferior é o Limiar da Audibilidade. 
http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
Wegel, 1922
Atributos do Som
 Percepção de Volume (Loudness)
Avaliação que um indivíduo faz de um som de acordo com a intensidade, 
constituindo, portanto, um dos aspectos psicológicos ou atributos dos sons
 Altura (Pitch)
Também constitui um aspecto psicológico ou atributo do som, isto é, é uma das 
dimensões que nos permite distinguir e classificar as sensações auditivas, de 
acordo com a freqüência dos mesmos. 
Freqüências maiores  Pitch alto; Freqüências menores  Pitch baixo
 Loudness e Pitch referem-se, portanto, respectivamente à escuta direta da 
intensidade e da freqüência, avaliadas por meio de respostas discriminatórias 
de um observador humano normal
Loudness/Intensidade (não são sinônimos!!!) Pitch/Freqüência
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Volume - Loudness
 Nossa percepção de loudness é afetada 
pelo sistema auditivo humano.
 Por exemplo, podemos ouvir sons entre 
20Hz e 20.000Hz (ou aproximadamente 
16 kHz se você não é um bebê!)
 …mas somos mais sensíveis a certos 
intervalos de freqüências do que outros….
Freqüência Ressonante do Canal 
da Orelha
 O ponto de maior ‘volume’ 
corresponde à freqüência de 
ressonância do seu canal auditivo.
 A frequência de ressonância de cada 
um será um pouquinho diferente.
 Ao medir o tom em função da 
freqüência com um equipamento (um 
computador, por exemplo) o “nível” do 
som não muda…
Freqüência Baixa Intermediária Alta
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Loudness vs. Freqüência
 Nós ouvimos os sons mais ou menos 
assim:
Áreas Dinâmicas da 
Audição (Sensação Auditiva)
 A linha superior é o Limiar da dor, a diferentes frequências. 
Aumento da intensidade sonora  percepção tonal vai desaparecendo gradativamente, 
sendo substituída por uma sensação não-auditiva  sensação de tato (leve arranhão)
Amplitude muito grande  dor
 A linha inferior é o Limiar da Audibilidade. 
http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
Wegel, 1922
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Loudness
 ‘Loudness’, assim como o Pitch, é 
uma medida subjetiva do nível 
sonoro.
 Todos nós ouvimos Loudness 
diferentes.
Loudness
 Cada animal tem diferentes níveis de 
sensibilidade ao som. 
 Cachorros, gatos, elefantes, baleias, podem 
ouvir sons fora de nosso intervalo de 
percepção. 
 Estes sons podem ser medidos, apesar de 
não podermos ouví-los. Então, temos que 
usar uma terminologia diferente para 
descrevê-los…
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Loudness
A loudness de um som normal de freqüência múltipla
não está linearmente relacionado com sua
intensidade. Os seres humanos percebem sons que
tem a mesma intensidade mas freqüências diferentes
como diferentes loudness, pois o ouvido não é um
transdutor linear, e a sensibilidade também varia de
indivíduo para indivíduo.
Relação entre Freqüência e 
Loudness (Volume)
O ouvido humano não é igualmente sensível
para todas as freqüências!
Quais são as relações existentes entre as alterações
nas propriedades físicas das vibrações sonoras
(intensidade, freqüência) e as correspondentes
alterações subjetivas na sensação auditiva
(loudness)?
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Relação entre Freqüência e 
Loudness (Volume)
 Curvas Isoaudíveis ou Isofônicas de Fletcher e 
Munson (década de 30)
 Determinaram em quais intensidades, tons de 
diferentes freqüências, seriam percebidos com o 
mesmo loudness de um tom de 1000Hz tomado com 
referência
 Essas curvas representam o resultado de um grande número de 
experiências psicoacústicas feitas em diferentes condições
 As curvas finais obtidas representam o resultado da média 
estatística das pesquisas feitas sobre um grande número de 
pessoas jovens, entre 18 e 25 anos, em condições normais 
(grupo de indivíduos otologicamente normais) 
Curvas isoaudíveis ou 
isofônicas (Curvas de Audibilidade)
Mostram o contorno dos 
níveis de loudness ou 
contornos isoaudíveis, e 
expressam como a 
sensação subjetiva da 
intensidade de um tom 
puro de determinado 
nível de pressão sonora 
varia com a freqüência
Sensibilidade diminui com as baixas freqüências
Curvas tendem a se 
achatarem à medida que 
a intensidade aumenta
Avanço da Tecnologia
Curvas de Robinson e Dadson, 1956
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Curvas Isoaudíveis ou 
isofônicas
50Hz a 73dB
4000Hz a 40dB
(maior sensibilidade)
Mesmo Loudness!!!
= 50 fons
Níveis de Loudness
 Todos os contornos ou Níveis de Loudness são 
expressos em fons, ou seja, os níveis assim 
expressos têm o valor numérico em fons de um nível 
de pressão em 1000Hz
• dois sons de 60 dB (p. ex.) a frequências diferentes são 
em geral percebidos com intensidades relativas diferentes 
(número de fons diferente)
• dois sons de 60 fons (p. ex.) a frequências diferentes são 
percebidos com a mesma intensidade relativa mas em 
geral têm valores diferentes de nível de intensidade em dB
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Curvas Isoaudíveis ou 
isofônicas
60Hz a 60dB
= 40fons
50Hz a 60dB
= 30fons
50Hz a 80dB
= 60fons
60Hz a 75dB
= 60fons
Níveis de Loudness
 Um aumento de 10dB no nível de pressão de um som 
qualquer, corresponde, aproximadamente, a um aumento 
de dobro no loudness
 Como se pode ver nas curvas de audibilidade (ou 
isofônicas), para passar de 40 fon para 80 fon a 1000 Hz 
temos um fator de 10000 e não de 10!
 Com a finalidade de se pôr em prática essa proporção, 
procurou-se uma escala que representasse esse 
parâmetro subjetivo:
 Essa escala relaciona o loudness em fon ao loudness em sone, 
onde 1 son foi definido como o nível de loudness de 40 fons 
(Loudness em son: quantas vezes um som é mais audível do que 
outro?)
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Níveis de Loudness
 Se considerarmos que 40 fon é o nível de base para a 
escala dos sons, então:
40 fon = 1 son
 Quando a intensidade absoluta decuplica (10x maior) 
passamos a ter 50 fon. Então, para seguir a resposta do 
ouvido, fazemos corresponder a 50 fon o valor de 2 son
50 fon = 2 son
 A decuplicação deste som dá 60 fon, o que há-de 
corresponder ao dobro do valor em son, que é 4 son. 
Portanto:
60 fon = 4 son
Níveis de Loudness
 A escala de sons é portanto dada pela 
seguinte tabela:
10
40)(
2)(


fonNL
sonNL
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Intervalo Dinâmico
 Intervalo dinâmicoé a diferença entre o 
som mais baixo e o som mais alto que 
pode ser medido. 
 Por exemplo, nosso ouvido cobre um 
intervalo dinâmico de aproximadamente 
120dB
Intervalos Dinâmicos Máximos 
de Instrumentos Musicais
 Violino = 40dB
 Baixo = 30dB
 Gravador = 10dB
 Flauta = 30dB
 Clarinete = 40dB
 Trombone = 38dB
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Exercício
Considere a Figura ao lado, que representa as curvas de igual audibilidade ou isofônicas. 
(a) Qual é o intervalo dinâmico aproximado (em dB) em 30 Hz e em 5000 Hz? 
(b) Ao ouvir um tom puro de 40 dB, qual é a sensação de intensidade (loudness) que uma 
pessoa tem caso esse tom tenha freqüências de 90 Hz e 1000 Hz, respectivamente? 
(c) Um tom puro de 3 kHz deve ter aproximadamente que nível de pressão para parecer com o 
mesmo loudness de um tom puro de 200 Hz que tem um nível de pressão de 30 dB? 
Quantos fons isso representa? E quantos sons?
Circuitos de Compensação
(ponderação)
 Na medição do ruído existem várias escalas padronizadas 
internacionalmente, denomindas de circuitos de 
compensação A, B, C (e D), designadas para reproduzirem 
a audibilidade em função da freqüência sonora
 Pelo fato do ouvido não responder 
linearmente ao espectro de freqüências, 
o medidor de nível sonoro procura, por 
meio desses circuitos, reproduzir o 
comportamento auditivo humano em 
relação a níveis de intensidade, 
respectivamente, de 40, 70 e 100 dB a 
1000Hz
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Circuitos de Compensação
(ponderação)
 Os valores em decibels indicam as atenuações em relação à 
freqüência de referência de 1000 Hz.
 E os dados atenuados são 
indicados por dB seguido da 
letra da curva 
correspondente (dBA, dBB, 
etc). 
Exemplo: uma fonte sonora de 
25 Hz e 50 dB de pressão 
corresponde a 50 - 44,7 = 5,3 
dBA. Isso significa que ela é 
percebida com a mesma 
intensidade de uma fonte de 
1000 Hz e 5,3 dB (5,3 fons).
Circuitos de Compensação
(ponderação)
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Circuitos de Compensação
(ponderação)
 As fontes sonoras usuais não emitem uma única freqüência. Na 
realidade são espectros em uma determinada faixa. Os instrumentos 
que medem pressão sonora (popularmente chamados de 
decibelímetros) fazem uma correção ponderada de acordo com as 
freqüências predominantes do espectro para dar um resultado na curva 
desejada. 
 A curva A (dBA) é usada para níveis até 55 fons. 
 A curva B (dBB) usada para a faixa de 55 a 85 fons. 
 A curva C (dBC) usada para níveis acima de 85 fons. 
 A curva D (dBD) é especial e usada para sons de alta freqüência de 
turbinas de jatos.
 Na prática, é quase sempre usada a curva A (dBA) para medidas de 
pressão sonora, independente do nível.
Intensidade Detectável (mín)
 a diferença mínima de intensidade detectável é de cerca 
de 1 dB. Na verdade este valor é indicativo; é verdade em 
ordem de grandeza. Mas medições mostram que o seu valor 
varia com a frequência e intensidade do som.
sons mais intensossons menos intensos
sons agudos
sons graves
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Audiograma
 Mede a redução (perda) na sensibilidade auditiva
 Gráfico que “horizontalizou” os limiares de audibilidade
 Níveis de audição positivos representam a pressão adicional 
necessária para ser ouvida por ouvidos menos sensíveis do 
que a média da população.
Leitura Zero para cada 
freqüência corresponde a 
nível de audição médio 
para jovens adultos 
normais
Nível de Audição (NA)
Na área da Audiologia, uma unidade bastante utilizada é o dB NA. O dB 
NA surgiu da necessidade de padronização de valores de nível de 
pressão sonora para as diferentes freqüências padrão na Audiologia.
O primeiro estudo realizado para a determinação dos valores de dB NA 
serviram de base para a primeira Norma Técnica sobre o assunto, 
publicada em 1951 pela American Standards Association (ASA), e ficou 
conhecido como ASA-51. Nesta Norma ficou estabelecido qual o 
menor nível de pressão sonora audível nas freqüências padrão: 
(125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000 e 8000 Hz) 
área da fala
Definiu-se como 0 (zero) dB NA o menor nível de pressão sonora 
audível por um indivíduo de audição normal, entretanto é importante 
ressaltar que Zero dB não significa ausência de som.
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Nível de Sensação (NS)
Nível de sensação é aquele que é dependente da 
audição do indivíduo, portanto se apresentarmos 
um estímulo de mesma intensidade a dois 
indivíduos com limiares de audição diferentes, 
estes terão níveis de sensação diferentes. 
Exemplo: Apresentando-se um estímulo de 80 dB NA a um 
indivíduo com limiar de 0 dB NA, este terá um nível de 
sensação de 80 dB NS, contudo se o mesmo estímulo de 
80 dB NA for apresentado a um indivíduo com limiar de 30 
dB NA, este terá um nível de sensação de 50 dB NS.
Audiograma 
de sons 
familiares
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Audiograma
http://www.audiciondelbebe.org/laaudicionylaamplificacion/perdidaauditiva/audiograma.asp
Representação
Ouvido esquerdo:
X e cor azul
Ouvido direito:
O e cor vermelha
Audiograma de sons familiares
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Audiograma
http://www.pacificaudiology.com/audiogram/uya.html