A audição

O objetivo deste artigo é apresentar algumas das propriedades do ouvido e da audição.

Após uma breve descrição do ouvido, serão apresentadas as características dos sons que nós percecionamos.

A audição – o ouvido 

• O Ouvido Externo

O ouvido externo recolhe os sons de transmissão aérea. Estes são transmitidos ao longo do canal auditivo para chegarem ao tímpano. Isto provoca uma vibração que corresponde à pressão sonora.

O pavilhão auricular tem uma função de localização auditiva, principalmente no plano horizontal, por difração de sons de altas frequências.

O ouvido externo também tem uma função protetora do ouvido médio e do ouvido interno.

• O Ouvido Médio

A função principal do ouvido médio é de transmissão das vibrações do tímpano para o ouvido interno.

Os ossículos constituem um sistema mecânico que faz a adaptação entre a impedância do som de transmissão aérea no canal auditivo e os sons de transmissão em meio líquido no ouvido interno.

Do mesmo modo que a íris do olho responde à luz intensa, os músculos nos ossículos reagem no sentido de proteger o ouvido interno contra sons de intensidade muito elevada.

A este fenómeno chama-se reflexo estapediano.

Quando ocorrem mudanças bruscas no nível sonoro, esta proteção é infelizmente bastante ineficaz pois o reflexo não é instantâneo.

A trompa de Eustáquio permite a equalização da pressão estática no ouvido médio em relação à pressão atmosférica.

Para que isto seja possível a trompa está ligada à parte anterior da garganta.

• O Ouvido Interno

O ouvido interno é um sistema hidrodinâmico bastante complexo.

A cóclea, em forma de caracol, é o órgão que transforma a informação acústica em impulsos nervosos, que serão então transmitidos ao cérebro pelo nervo auditivo.

O ponto de excitação é a janela oval. Os canais semicirculares não têm funções auditivas, mas ajudam o ser humano a manter o equilíbrio em qualquer meio ambiente.

• A Cóclea

Este corte da cóclea mostra que a membrana de Reissner e a membrana basilar a dividem em três canais preenchidos de líquido, que se designam rampa vestibular, rampa média e rampa timpânica.

A membrana basilar contém o órgão de Corti cujas células ciliadas, são sensíveis ao som e convertem o estímulo acústico em impulsos nervosos.

• A Membrana Basilar

Em presença de um tom puro a membrana basilar exibe uma vibração transversal.

A sua amplitude varia ao longo do comprimento da membrana e atinge um máximo em pontos diferentes dependendo da frequência.

Existe, portanto, uma ligação entre frequência e posição.

No entanto isto não explica a razão pela qual os nossos ouvidos são tão seletivos.

A secção longitudinal simplificada da cóclea desenrolada permite ver a membrana basilar.

Esta permite aos nossos ouvidos discriminar as diferentes frequências.

A rampa vestibular e a rampa timpânica estão ligadas pelo helicotrema que determina a frequência mais elevada audível, enquanto a janela redonda determina a frequência mais baixa audível.

A audição

As condições de audição são muito importantes. O estudo experimental da audição humana tem como objetivo determinar as relações entre as sensações auditivas e as características do som. Com este objetivo obtém-se a resposta estatística de um grande número de “ouvintes” para estímulos conhecidos e bem definidos (ex. tons puros, combinações de tons puros, ruído, sons musicais, etc.).

•           auscultadores, câmara anecoica (simulação das condições de campo livre), etc.
•           audição monoaural ou binaural, monofásica ou estereofónica, etc.

A seguir serão apresentadas as principais sensações auditivas e características percetíveis dos sons de interesse prático.

• Zona de Audição

Nem todos os sons são percetíveis pelos nossos ouvidos: devem estar dentro de uma zona de audição cujo limite é definido em função da frequência e nível de pressão sonora, como se pode ver claramente no gráfico.

A curva limite inferior representa o limiar de audição.

A curva limite superior representa o limiar de dor.

A gama dinâmica da audição (i.e. a maior diferença entre os dois limiares de audição), é aproximadamente de 130 dB.

As frequências audíveis cobrem aproximadamente 10 oitavas: desde 20 Hz a 20 kHz aproximadamente.

A linha correspondente ao limiar de audição tende a subir com a idade (i.e. aumenta o limiar de audição médio).

Os infrassons e os ultrassons ficam para a esquerda e para a direita, respetivamente, da zona de audição.

Animais como os cães e os gatos são capazes de ouvir ultrassons até aproximadamente 40 kHz.

O limiar de audição corresponde aos níveis de pressão sonora mais baixos que o nosso sistema auditivo consegue detetar.

O limiar de dor corresponde aos níveis de pressão sonora mínima que provoca sensações auditivas que podem ser desagradáveis ou mesmo dolorosas.

• Audição – perdas auditivas

Caracteriza-se por uma progressiva perda em função da frequência: o limiar de audição “é empurrado para cima”.

A perda de audição associada ao avançar da idade é conhecida por presbiacusia.

A exposição a quantidades de ruído excessivas, normalmente durante o período de trabalho, ainda faz com que a perda de sensibilidade seja maior.

A degradação da função auditiva caracteriza-se pela diferença entre o limiar de audição e o limiar de dor dos aparelhos auditivos normais e aparelhos auditivos enfraquecidos.

• Audição – Audiogramas

Os audiogramas mostram as perdas auditivas de cada ouvido a frequências de tons puros, em intervalos de oitava ou de terço de oitava.

• Audição – Intensidade Auditiva

A sensação auditiva corresponde à intensidade da fonte percecionada pelos nossos ouvidos. Os sons podem ser avaliados desde sons de baixa intensidade auditiva até sons de alta intensidade auditiva (em termos musicais, desde o pianissimo triplo ppp até ao triplo forte fff).

A sensação auditiva depende da pressão acústica, da frequência, da forma de onda e da duração dos sons.

• Audição – Curvas Isofónicas

As curvas Isofónicas são linhas de sons de igual intensidade auditiva em função da frequência.

As curvas isofónicas normalizadas na ISO 226 (mostradas no gráfico abaixo) foram determinadas a partir de respostas binaurais, de vários jovens saudáveis de idades na casa dos vinte anos, a tons puros normalizados em condições de campo livre (câmara anecoica).

A linha a verde mostra o limiar de audição normalizado. Cada curva isofónica pode-se expressar em fones.

O fone é uma escala escolhida de modo a que à frequência de 1000Hz, o número de fones LN seja igual ao nível de pressão sonora Lp.

• Audição – Avaliação Subjetiva da Intensidade Auditiva

A escala em fones é arbitraria e não representa a nossa avaliação subjetiva da intensidade auditiva. A nossa perceção subjetiva de um incremento de intensidade auditiva (ou sones) pode estar associada ao estímulo auditivo segundo a seguinte fórmula:

Foi mostrado experimentalmente que para a intensidade auditiva no meio da zona de audição o expoente a é aproximadamente 0,3.

Consequentemente, por exemplo, uma curva de 50 fones será avaliada como tendo o dobro da intensidade auditiva de uma curva de 40 fones, de acordo com a fórmula.

Por outras palavras, um acréscimo de 10 num nível em fones duplicará o nível em sones, enquanto a redução de 10 num nível em fones diminuirá para metade o nível em sones.

Esta definição de um sone é um compromisso que apresenta melhores resultados na gama de nível médio, entre:

• Os sons de muito baixa intensidade auditiva (40 fones),
• Os sons de intensidade auditiva extremamente elevada (100 fones).

• Audição – O Nível Limiar Diferencial de Intensidade Auditiva

O Nível Limiar Diferencial de Intensidade Auditiva corresponde às variações mínimas do nível de pressão sonora percetíveis pelo ouvido humano.

Este limiar depende da frequência (ver gráfico abaixo para um nível inicial de 40 dB). No meio da zona de audição, este limiar é igual a aproximadamente 1 dB.

É esta a razão pela qual os nossos ouvidos não conseguem detetar pequenas variações do nível sonoro.

• Audição – A Intensidade auditiva de Sons de Curta Duração

Verificou-se experimentalmente, que a intensidade auditiva de sons de curta duração (menos que 0.1 segundos) decresce quando a duração diminui.

Podemos então deduzir que o nosso ouvido tem um tempo de integração, (similar ao de um detetor rms), aproximadamente igual a 100 ms.

O gráfico abaixo ilustra esta propriedade.

Mostra em quanto o nível de pressão sonora de um som de curta duração teria de ser aumentado, para ter a mesma intensidade sonora de um som de duração mais longa.

Dá valores em função da duração do som de curta duração.

• Audição – Altura de um Som

A altura de um som é a resposta subjetiva a uma certa frequência. Os sons podem ser ordenados de acordo com uma escala de frequências que vai desde o grave (baixo) até ao agudo (alto).

Nós conseguimos percecionar uma melodia devido à nossa capacidade de diferenciar a altura dos sons.

A altura de um tom puro depende não só da frequência, mas também do nível sonoro. A relação entre estas duas grandezas é altamente subjetiva.

• Audição – Grau de Diferenciabilidade de Altura

O grau de diferenciabilidade de altura, para um som de uma dada frequência, corresponde à variação mínima da frequência percetível pelo ouvido humano, para uma intensidade constante do som.

O grau diferenciabilidade de altura apresentado no gráfico corresponde a um nível de intensidade auditiva de 60 fones e é função da frequência.

Os nossos ouvidos são capazes de discriminar pequenas variações de frequência.

• Audição – Altura de Sons Complexos

A altura de sons harmónicos (ex.: sons musicais) é determinada pela frequência fundamental mesmo que esta seja removida do espectro sonoro!

Todavia, a amplitude dos harmónicos tem um efeito:

• Explica por que os instrumentos ou vozes por vezes soam falso, ainda que os executantes estejam a tocar ou a cantar corretamente.

À medida que o som se torna mais complexo, a altura do som torna-se mais confusa e indistinta. Para sons e impulsos, os ouvidos distinguem sons graves e agudos apenas muito aproximadamente. Os exemplos em baixo ilustram este princípio.

• Audição – O ouvido musical

As escalas musicais são definidas de acordo com critérios melódicos: progressão de intervalos, harmonia, afinação, etc.

A capacidade de reconhecer a altura de um som em relação a estas escalas é normalmente referida como “ter bom ouvido”.

O ouvido normal reconhece a altura de um som relativa a um som de referência ouvido ao mesmo tempo.

Existem pessoas que reconhecem a altura de um som independentemente de qualquer referência exterior.

• Audição – O Timbre

O timbre é a cor de um som.

Se dois sons, com a mesma altura e intensidade auditiva, são distinguidos pelos nossos ouvidos, significa que cada um tem o seu timbre próprio, diferentes entre si.

Podemos, portanto, fazer distinção entre instrumentos ou vozes que tocam ou cantam as mesmas notas.

 Acima de tudo o timbre depende do espectro sonoro, mas também da história temporal do sinal sonoro.

 Esta situação pode ser ilustrada ao ouvir-se gravações musicais tocadas normalmente e da frente para trás.

O timbre pode ser agradável – para sons musicais – ou desagradáveis – no caso do ruído.

• Audição – Mascaramento de um som

Quando se ouve dois sons de diferentes níveis, o de maior intensidade auditiva mascara o outro.

Por exemplo, o tic-tac do pêndulo de um relógio pode ser ouvido muito claramente num quarto fechado durante a noite.

Podia já não se ouvir se a janela do quarto estivesse aberta (o ruído vindo do exterior poderia mascarar o barulho do pêndulo).

Estudos experimentais mostraram que o fenómeno de mascaramento é mais significativo nas frequências altas.

• Audição – Aplicações do Efeito de Mascaramento

Para aplicações de controle de ruído, é importante saber se alguns ruídos são mascarados por outros.

De facto, quando um dado nível de ruído sofreu uma grande redução ou foi suprimido, pode-se detetar um segundo ruído, que estava mascarado pelo primeiro.

Isto mesmo é ilustrado pelos exemplos áudio.

Os efeitos do mascaramento têm de ser considerados, quando se trata de utilizar sinais sonoros de perigo e alarmes de emergência (como apitos ou sirenes), em ambientes ruidosos. 

• Audição – Inteligibilidade

A inteligibilidade da fala pode-se perder na presença de ruído alheio a esta: algumas palavras pronunciadas deixam de ser entendidas.

Esta perda de inteligibilidade deve-se ao efeito de mascaramento.

As consoantes são facilmente mascaráveis porque contêm pouca energia e são constituídas por altas frequências.

Este é um fenómeno negativo pois as consoantes transportam a maior parte da informação contida nos sinais da fala.

• Audição – Localização auditiva

A localização auditiva é a capacidade de localizar uma fonte sonora no espaço.

Temos essa capacidade devido ao facto de possuirmos dois ouvidos (apesar de com apenas um ouvido também ser possível, mas muito menos eficaz).

A localização azimutal (i.e. no plano horizontal) é bastante precisa, mas já não o é a localização em termos de altura ou a localização em termos da distância à fonte.

• Audição – Localização Azimutal

Vários fenómenos contribuem para a localização azimutal:

•           A diferença entre a pressão acústica em cada um dos nossos ouvidos, devido à difração na nossa cabeça. Esta provoca uma sombra a sons com comprimento de onda mais pequenos que as dimensões da cabeça. Este fenómeno é apenas significativo para frequências maiores que 400 Hz,
•           A diferença de trajetória do som da fonte para atingir cada ouvido. A diferença temporal entre as duas chegadas permite a localização de sons breves – (ex: explosões, percussões, etc.).
•           Para sons contínuos, a diferença entre os tempos de chegada corresponde a uma diferença de fase. Se a mudança de fase for menor que 180º, a fonte sonora pode ser localizada. É este o caso para as frequências que se situam abaixo de, aproximadamente, 800 Hz. Já é mais duvidoso quando a mudança de fase é maior que 180º.
• Combinados estes fenómenos tornam possível a localização auditiva em relação a uma vasta gama de frequências.

• Audição – Localização em Altura e em Distância

A localização auditiva de fontes sonoras elevadas é devida à difração na cabeça e especialmente ao pavilhão.

Estes criam picos máximos e mínimos no espectro do som incidente.

Portanto, os ouvidos detetam timbres diferentes consoante a altura da fonte. A nossa experiência auditiva permite-nos usar estas flutuações do timbre para localizar fontes em altura.

Saber quão longe se está de uma fonte sonora não é fácil.

A localização à distância parece basear-se em comparações de intensidade auditiva e de timbre com a experiência auditiva.

Dois fenómenos físicos são responsáveis pelas variações de timbre:

• Para grandes distâncias, é devido à absorção sonora do ar, P
• Para pequenas distâncias, é a estrutura do campo acústico que causa estas variações.

• Audição – Atrasos Temporais

Dois sons sucessivos devem estar separados por um intervalo de tempo maior que um quinze avos de segundo, para que os nossos ouvidos os consigam discriminar entre si.

Assim, só se ouve um eco distinto se o atraso temporal  entre a chegada de um som e da sua reflexão é maior que o valor já mencionado.

Um eco nem sempre tem um efeito nefasto em termos de perceção clara de um som.

Uma reflexão tardia só terá um efeito nefasto se tiver uma intensidade auditiva relativamente elevada.

3. O ruído

O ruído é constituído por sons que causam desconforto e incómodo: qualquer som indesejável é, portanto, ruído.

O ruído pode afetar a saúde de qualquer pessoa.  A Organização Mundial de Saúde define saúde, como um estado de bem-estar físico, mental e social.

Os principais efeitos do ruído sobre o homem são:

• Distúrbios do sono
• Perturbação do descanso e das atividades de lazer
• Interferência na comunicação oral
• Perturbações de concentração e perda de eficiência no trabalho
• Incomodidade em termos gerais suscetível de levar a reações relacionadas com o stress como a de agressividade
• Danos à capacidade auditiva. 

• Situações de Exposição ao Ruído

Diferentes tipos de critérios têm sido definidos para avaliar os efeitos do ruído sobre o homem. Estes são:

•           conforto
•           inteligibilidade e segurança
•           danos auditivos
•           outros efeitos sobre a saúde

• Conforto

A exposição ao ruído deve ser controlada de modo a criar-se um bom ambiente acústico nos edifícios de habitação, edifícios públicos (como escritórios, lojas, escolas, etc.) e durante as viagens (casa-emprego, turismo, etc.).

• Inteligibilidade e Segurança

O método mais eficaz de transmitir uma mensagem importante é usar um sistema de som amplificado, do tipo “public address” devidamente instalado.

Um nível de exigência elevado em termos de design, instalação e operação é essencial, pois sistemas ineficazes são na melhor das hipóteses destituídos de sentido e na pior, perigosos quando de alguma emergência.

Em espaços onde têm lugar atividades ruidosas, por razões de segurança, os avisos de emergência falados e as comunicações orais têm de ser clara e efetivamente compreendidas pelas pessoas presentes. Um grau elevado de inteligibilidade da palavra tem de ser atingido, mesmo num ambiente ruidoso. Isto é vital em fábricas ruidosas, centros comerciais, estações ferroviárias, aeroportos, etc. 

• Danos da Audição

A exposição a ruído excessivo por um longo período (ou exposição a ruído excessivo durante curtos períodos de tempo repetidos com a frequência necessária) pode causar uma perda de audição permanente, induzida pelo ruído. Pode mesmo resultar numa perda total da audição (i.e. surdez).  O grau de gravidade dos danos à audição pode ser visualizado no audiograma. As consequências dos danos da audição no ser humano são quantificadas pelo critério de risco de dano da audição.

Descargas fortes e repentinas de energia sonora são particularmente nefastas, mesmo que sejam de curta duração. O reflexo estapediano que protege os nossos ouvidos dos danos da audição, não consegue responder suficientemente rápido. Estes tipos de ruídos podem ser devidos a tiros, aplicação de rebites, batimento de martelo (i.e. contactos metal -metal). 

• Risco de danos auditivos

Proteger toda a gente de qualquer alteração no limiar auditivo é virtualmente impossível. É necessário estabelecer-se algum tipo de compromisso. Os atuais critérios de dano auditivo foram escolhidos para proteger grupos de pessoas expostas contra perdas auditivas em relação à fala. Para uma boa inteligibilidade da fala, a gama de frequências de 500 Hz a 2000 Hz, que contém as frequências da maioria  dos sons consoantes, é crucial. Na maioria dos países é utilizada como critério uma média ponderada de perdas na gama de frequências de 500 a 4000 Hz. O tamanho da gama de frequências pode variar. Nos E.U.A., o critério é a média aritmética da perda auditiva em decibéis nas frequências de 500, 1000 e 2000Hz.

• Outros Efeitos Sobre a Saúde

Em oposição aos efeitos diretos do ruído sobre a audição, existem os efeitos indiretos.

A exposição ao ruído de um modo continuado e repetido pode causar mudanças permanentes a nível dos sistemas neuro -psicológico, endócrino, sensorial, digestivo e cardiovascular. Estas podem ser classificadas como deteriorações do estado de saúde.

Esta é a hipótese do stress.

Frequentemente, o ruído pode funcionar como um mecanismo que o desencadeia em conjunto com stress de origem alheia a este.

Não é claro que se deva considerar estes efeitos como patológicos.