👂 Audición
Esta sección explora cómo los seres humanos perciben, procesan e interpretan los sonidos, un proceso complejo y crucial para la comunicación y la interacción con nuestro entorno.
El sonido
El sonido es un fenómeno complejo que se puede abordar tanto desde una perspectiva física como perceptiva. Ambas definiciones son complementarias y esenciales para comprender la naturaleza integral del sonido tanto en términos físicos como en su impacto en la percepción humana.
Definición física
Desde el punto de vista físico, el sonido es una onda mecánica que se propaga a través de un medio (como el aire, el agua o los sólidos) debido a la vibración de las partículas del medio. Es decir, el sonido es un cambio en la presión del aire, el agua o cualquier otro medio elástico.
El sonido se propaga en forma de ondas longitudinales y mecánicas.
Las ondas tienen los siguientes parámetros:
- Amplitud: Se mide en decibelios (dB). En términos gráficos, es la altura máxima que alcanza la onda desde su punto medio o línea de base. En términos físicos, es la magnitud del cambio de la presión del sonido o del cambio en la distribución de particulas creadas por el estímulo sonoro. En términos perceptivos, representa la intensidad o volumen del sonido.
- Frecuencia: es el número de ciclos de la onda que ocurren en un segundo. Se mide en Hertz (Hz). En el contexto del sonido, se relaciona con el tono o la altura del sonido.
- Longitud de onda: es la distancia entre puntos correspondientes en ciclos consecutivos de una onda. En el sonido, afecta la percepción del tono.
Por otro lado, habría un parámetro 4. Velocidad de propagación: es la velocidad a la que una onda viaja a través de un medio. En el sonido, esta velocidad depende del medio a través del cual se propaga la onda sonora. Recuerda que el sonido necesita un medio material para su propagación; no se propaga en el vacío.
Definición perceptiva
Desde un punto de vista perceptivo, el sonido es la experiencia sensorial que resulta de la estimulación del órgano auditivo (el oído) por las ondas de presión mencionadas anteriormente. Aspectos perceptivos incluyen.
La siguiente tabla muestra cómo las características físicas tienen cierta equivalencia con la percepción humana del sonido.
| Característica Física | Equivalencia en la Percepción | Unidad de Medida |
|---|---|---|
| Amplitud | Volumen o intensidad del sonido | Decibelios (dB) |
| Frecuencia | Tono o altura del sonido | Hertz (Hz) |
| Longitud de Onda | Tono (en ciertos contextos) | Metros (m) |
| Velocidad de Propagación | Depende del medio | Metros por segundo (m/s) |
La percepción de tono se refiere a cómo el cerebro interpreta la frecuencia de las ondas sonoras. El volumen es la percepción de la intensidad o la amplitud de las ondas sonoras. El timbre es la cualidad que nos permite distinguir entre diferentes fuentes de sonido que tienen la misma frecuencia y volumen.
Localización
Hay otra propiedad de la percepción sonora, que es la localización. Se refiere a a capacidad de determinar la dirección de la fuente de sonido.
El ser humano puede localizar sonidos en un espacio auditivo tridimensional; aunque esto depende del funcionamiento conjunto de los dos oídos. Es decir: el sistema auditivo triangula la localización tomando como referencia lo que percibe cada oido. Al conjunto de claves basadas en la comparación de señales entre ambos oídos se le denomina claves binaurales, y los humanos utilizamos las claves binaurales para crear un espacio auditivo tridimensional.
Las claves binaurales se clasifican en dos grupos:
- Diferencia interaural de tiempo (DIT): basadas en la diferencia de tiempo con la que un estímulo llega a cada oído.
- Diferencia interaural de nivel (DIN): basadas en la diferencia de presión que llega a un oído y otro.
El espacio auditivo se define en función de tres ejes, llamados azimut (horizontal), elevación (vertical) y distancia (profundidad).
Altura tonal
La altura tonal es una cualidad perceptiva de los sonidos que permite ordenarlos en una escala desde el más grave hasta el más agudo. Se basa fundamentalmente en la frecuencia de la onda sonora.
Sonidos con frecuencias más altas son percibidos como más agudos, mientras que los de frecuencias más bajas son percibidos como más graves.
Aunque la altura tonal está relacionada con la frecuencia, es una percepción subjetiva y puede ser influenciada por otros factores, como la intensidad y el contexto en el que se escucha el sonido.
Rango de Audición
Es el espectro de frecuencias sonoras que puede percibir el oído humano. Este rango varía entre individuos, pero generalmente se encuentra entre 20 Hz y 20,000 Hz.
El rango de audición afecta cómo percibimos el mundo sonoro y cómo nos comunicamos. Las limitaciones en este rango pueden influir en la percepción del habla y la música.
En niños, un rango de audición restringido puede afectar el desarrollo del lenguaje y las habilidades de comunicación.
El rango de audición tiende a disminuir con la edad, lo que puede tener implicaciones en la interacción social y la calidad de vida de los adultos mayores.
Umbral de la Escucha
Eñ Umbral de la Escucha es la intensidad mínima a la que un sonido puede ser percibido por un observador humano. Generalmente se mide en decibelios (dB). Sonidos por debajo de este umbral no son audibles para el oído humano.
El umbral de la escucha es un indicador importante de la sensibilidad auditiva de un individuo. Cambia según la frecuencia del sonido y puede verse afectado por factores como la edad, exposición a ruidos y condiciones de salud.
La curva de audibilidad es fundamental en investigación ya que representa el área de respuesta auditiva que delimita los tonos que los participantes pueden escuchar. Varios estudios han demostrado que los participantes no perciben intensidades por debajo de la curva de audibilidad. Además, los estudios han concluído que la intensidad de los tonos puros depende no sólo de la amplitud, sino también de la frecuencia.
Tono puro y tono complejo
Hay dos tipos de sonido: los tonos puros, y los tonos complejos.
La principal diferencia entre un tono puro y un tono complejo radica en su composición de frecuencia. Los tonos puros son más simples y consisten en una sola frecuencia, mientras que los tonos complejos contienen múltiples frecuencias y son más representativos de los sonidos del mundo real.
Tono puro
Un tono puro es un sonido que tiene una frecuencia única y constante. Es el tipo más simple de onda sonora. Sin embargo, son imposibles de encontrar en el mundo natural. Por ejemplo, el sonido producido por un diapasón o un tono generado electrónicamente en un laboratorio pueden ser tonos puros.
Se representa gráficamente como una onda senoidal.
Tono complejo
Un tono complejo está compuesto por múltiples tonos puros, es decir, varias frecuencias que se combinan. La mayoría de los sonidos naturales, como la música o la voz humana, son tonos complejos.
Un tono complejo tiene múltiples componentes. Incluye una frecuencia fundamental y varios armónicos (frecuencias que son múltiplos enteros de la fundamental).
Pregunta
El tipo más simple de onda sonora se denomina (señala la opción correcta)
Timbre
La presencia de múltiples frecuencias le da a cada tono complejo un timbre característico.
El timbre de los tonos complejos nos ayuda a distinguir entre diferentes fuentes de sonido, como diferentes instrumentos musicales o voces.
Es lo que hace que, por ejemplo, una misma nota tocada en un piano suene diferente a la misma nota tocada en una guitarra, incluso si se toca a la misma altura y volumen.
Factores que influyen en el timbre
- La forma de la onda sonora: La forma de la onda incluye todos los armónicos y la forma en que cambian a lo largo del tiempo.
- La distribución y las relaciones de los armónicos: Los sonidos se componen de una frecuencia fundamental y varios armónicos o sobretonos. La forma en que estos se combinan y varían afecta al timbre.
Por otro lado, las variaciones en el tiempo, como el ataque y el decaimiento de un sonido, también contribuyen al timbre.
Fisiología del sistema auditivo
El sistema auditivo realiza tres tareas básicas para que podamos escuchar:
- Dirigir el estímulo sonoro hacia los receptores
- Realizar un proceso de transducción de ese estímulo; es decir: convertir los cambios en la presión del aire en impulsos eléctricos
- Procesar las señales eléctricas para obtener información sobre las cualidades de la fuente del sonido (timbre, tono...)
El oído se divide en tres partes:
- Oído externo
- Oído medio
- Oído interno
El oído externo
El oído externo es la parte más evidente y visible del oído. Es también el primer punto de contacto de las ondas sonoras.
El oído externo consta de dos partes:
- El pabellón auricular
- El canal auditivo: es una estructura tubular de 3 cm de largo cuya función es proteger el oído medio.
Funciones del oído externo
El oído externo tiene dos principales funciones:
- Proteger el oído medio
- Aumentar la intensidad de alguos sonidos, gracias al principio físico de la resonancia. Cuando las ondas sonoran llegan al extremo cerrado del canal, rebotan e interactúan con las que entran a él. Esta interacción refuerza algunas frecuencias sonoras. La frecuencia más reforzada se llama frecuencia resonante del canal.
El oído medio
Es una cavidad pequeña, con un volumen de aproximadamente 2 cm3, que separa el oído externo del interno.
En el extremo del conducto auditivo del oído medio, la membrana timpánica recoge las ondas sonoras. En el interior, hay una cadena de tres huesos llamados osículos. Los osículos son:
- el martillo, que vibra por efecto de la membrana timpánica
- el yunque, que recibe las vibraciones del martillo y las transmite al estribo
- el estribo, que transmite las vibraciones al oído interno.
La función principal de estos tres huesos es producir el efecto de igualación de la impedancia.
El oído interno también contiene los músculos del oído medio, que son los músqulos esqueléticos más pequeños del cuerpo. Su función es protectora.
Igualación de la impedancia
El oído medio y el externo están compuestos de aire, mientras que el oído interno contiene un fluído llamado fluído coclear.
Eso genera un problema: las vibraciones tienen que pasar desde un medio gaseoso a un medio líquido. Si las vibraciones pasasen de forma evidente, sólo un 1% de las vibraciones se transmitirían al oído interno.
Para solucionar este problema, el oído medio cuenta con los tres huesos osículos. Los osículos crean un efecto llamado igualación de la impedancia, gracias a dos acciones:
- Concentran la vibración de la membrana timpánica hacia el estribo, lo que aumenta la presión por un factor de 20.
- Giran, para producir un efecto palanca que permite ampliar la vibración.
El oído interno
El oído interno se compone de la cóclea, que contiene el líquido coclear.
La cóclea está enrollada, y se divide en dos hemisférios, uno denominado escala vestibular y otro llamado escala timpánica. Las dos escalas están separadas por una estructura llamada partición coclear.
Estructura en forma de caracol, llena de líquido, que contiene las estructuras del oído interno, de las cuales las más importantes son la membrana basilar, la membrana tectorial y las células ciliadas.
La estructura más importante de la cóclea es el órgano de Corti, que posibilita la transducción. Es decir: la transformación de la energía acústica en energía eléctrica. Dentro del órgano de Corti hay dos membranas:
- La membrana basilar, que hace de suelo, y vibra en respuesta al sonido.
- La membrana tectorial, que hace de techo y se extiende sobre las células ciliadas.
Las células ciliadas son los receptores auditivos. Son células que tienen cilios que sobresalen de la parte superior. En los cilios sucede la transducción.
Hay dos típos de células ciliadas:
- Células ciliadas internas, de las que tenemos 3500 aproximadamente.
- Células ciliadas externas, más numerosas; con 120000 aproximadamente.
Neuronas de la cóclea que contienen pequeños cilios, que son desplazados por la vibración de la membrana basilar y los fluidos del oído interno. Existen dos tipos de células ciliadas: internas y externas.
El órgano de Corti, para el sistema auditivo, es equivalente a la retina en el sistema visual. En el sistema visual, la energía lumínica se transforma en impulsos nervioso (es decir; sucede la transducción) en la retina, los impulsos nerviosos viajan a través de las diferentes capas de células de la retina, hasta llegar al nervio óptico, que es el punto de salida. En el sistema auditivo, las vibraciones se transforman en impulsos nerviosos en el órgano de Corti, y después llegan al nervio auditivo.
Al igual que el sistema visual tiene las células conos y bastones, el sistema auditivo tiene las células ciliadas. Ambos son los receptores del sistema nervioso. Los conos y los bastones son los receptores visuales, y las células ciliadas son los receptores auditivos.
El proceso de transducción auditivo
El sistema auditivo necesita que las vibraciones físicas provocadas por el estímulo sonoro se transformen en señales eléctricas para que el sistema nervioso lo pueda procesar, y así suceda la percepción auditiva.
Este proceso de conversión de energía física del estímulo a energía eléctrica se denomina transducción. Como hemos visto, en el sistema auditivo, la transducción la realizan las células ciliadas que se encuentran en el órgano de Corti.
El proceso de transducción del sistema auditivo sucede en tres pasos:
- El movimiento de entrada y salida del estribo en la cóclea genera cambios de presión en el líquido coclear.
- Debido a este cambio de presión, la división coclear se mueve hacia arriba y hacia abajo.
- Como consecuencia, los cílios se mueven, causando su hiperpolarización y despolarización. Ese cambio de polarización genera el potencial de acción, y eso es la transducción.
Es así como el cambio de presión causado por el estímulo sonoro genera el impulso eléctrico
Mapa tonotópico
En la cóclea, en el área de recepción auditiva primaria (A1) y a lo largo de la vía entre uno y otro, se puede observar una distribución anatómica de los impulsos de distintas frecuencias. Es decir, distintas zonas se especializan en distintas frecuencias.
Según parece, las neuronas dedicadas a las frecuencias bajas se ubican en un ápice, y las neuronas especializadas en frecuencias altas se ubican en la base.
A esta distribución la denominamos el mapa tonotópico. Es decir, el mapa tonotópico es la distribución de neuronas especializadas en distintas frecuencias en las estructuras anatómicas involucradas en la transducción, la transmisión y el procesamiento auditivo.
Transmisión (vía de la cóclea a la corteza)
Cuando sucede la transducción, el nervio auditivo transmite los impulsos eléctricos hasta el área de recepción auditiva de la corteza.
Esto sucede debido a las sinápsis entre la fibras del nervio auditivo y multiples estructuras subcorticales. Estas sinápsis suceden de forma secuencial, de manera que los impulsos parecen seguir una vía específica que siempre tiene los mismos pasos.
Esa secuencia de sinapsis se inicia en el núcleo coclear y continúa hacia los núcleos de la oliva superior, en el tronco celebral. Finalmente, las secuencia de sinápsis llega hasta el tálamo.
Desde el tálamo, la información viaja por las fibras hasa el area de recepción auditiva primaria (A1), situada en el lóbulo temporal de la corteza cerebral. Después, viaja al área auditiva secundaria (A2).
Debido al hecho de que la vía de transmisión sucede de forma secuencia, varios autores han propuesto que la percepción auditiva sigue un proceso jerárquico y especializado. Es decir, que el área auditiva primaria (A1) procesa la existencia de un sonido, y las A2 procesan las características de sonido, como el timbre, el tono, la intensidad, etc.
A día de hoy, en base a las investigaciones, creemos que el procesamiento relacionado con la localización de un sonido sucede en el núcleo de la oliva superior. Por otro lado, el procesamiento de las características individuales los estímulos complejos probablemente sucedan en las estructuras subcorticales.
Plasticidad en la corteza auditiva
Múltiples estudios demuestran que las personas con entrenamiento auditivo tienen un nivel de activación neuronal mucho mayor en la corteza auditiva (A1). Es más: la corteza auditiva amplía su área. Es decir, que hay un alto grado de plasticidad cerebral asociado al procesamiento auditivo.
Algunos de estos experimentos son:
- Gregg Recanzone y cols. (1993)
- Christo Pantev y cols. (1998)
- Schneider y cols. (2002)
- Jonathan Fritz y cols. (2003)