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L'apparato uditivo

14.10.2016..
L'apparato uditivo

I meccanismi fisiologici e cognitivi che governano la codifica e decodifica musicale – come in generale dei suoni – rientrano tra le attività più elaborate messe in atto dal cervello umano. In questo articolo prenderemo in esame il sistema uditivo nella sua interezza senza tuttavia spingerci in una descrizione anatomica o strettamente funzionale delle zone che lo compongono, poco utile ai fini della nostra trattazione e neppure parleremo di soglie di udibilità o livelli in dB. Ci soffermeremo invece sugli aspetti che sovrintendono alla formazione del suono nella nostra testa, a partire da ciò che giunge ai padiglioni uditivi.

Si è scelto di iniziare da qui questa serie di articoli perché è proprio in funzione dell'ascoltare che tutto il resto, la musica e ciò che attorno a essa gravita, ha ragione di esistere. L'aspetto puramente emozionale e comunicativo è quello che preferiamo affrontare in questa sede, seguendo il suono nel suo breve percorso all'interno della testa.

 

Un convertitore A/D chiamato orecchio

In molti sono convinti che la piacevolezza del suono analogico ci appaia tale perché più vicina alla natura funzionale del nostro udito: la realtà delle cose è però diversa come stiamo per vedere e la verità, come spesso accade, sta nel mezzo.

Apparato uditivo - Sistema uditivo

Il messaggio acustico attraversa tre diverse sezioni del nostro apparato percettivo, subendo tre differenti processi elaborativi, per diventare infine immagini nella nostra memoria uditiva. Prima di addentrarci nell'aspetto interpretativo, per meglio comprenderlo, osserviamolo un attimo nel suo cammino:

  • orecchio esterno - dove avviene l'acquisizione e una prima amplificazione selettiva del segnale, che rimane ancora sotto forma di impulso acustico, quindi una sollecitazione meccanica. La risposta di questo tratto non è lineare ma presenta un'esaltazione abbastanza larga nella zona centrale dei 1.000-3.000 Hz, dove ricade la gamma della voce umana, pur mantenendo la caratteristica di recepire frequenze da circa 16 Hz fino a poco sopra i 20.000 Hz.
  • orecchio medio - questo tratto potremmo definirlo un adattatore d'impedenza, ha il compito di rendere compatibile l'impulso acustico esterno con l'ambiente liquido dell'orecchio interno. Da questo punto in poi lo stimolo cambia di stato e passa da impulso acustico a impulso elettrico.
  • orecchio interno - per la sua estrema delicatezza e importanza, non soltanto uditiva, è situato in un'area ben protetta, all'interno della rocca petrosa, una parte dell'osso temporale, l'osso più duro e compatto del corpo umano. Sede della coclea e dell'organo del Corti, è in questa zona che il sonoro viene individuato come tale e predisposto alla decodifica. Questa parte dell'orecchio è di fondamentale importanza: si occupa in primis di fornire un'amplificazione di ben 60 dB al segnale acustico in entrata, circa i valori di un pre phono. Senza quest'aumento di sensibilità sarebbe impossibile sentire. Questa funzione è nota in gergo medico col nome di amplificazione cocleare. Avviene poi il riconoscimento selettivo, in due stadi, delle caratteristiche del suono: tono, altezza, durata, livello e provenienza, tutti parametri che riguardano l'aspetto percettivo. Nel secondo stadio avviene il riconoscimento estetico di qualità come la melodia, l'armonia, il ritmo e il fraseggio, caratteri questi legati invece alla sfera cognitiva.

Abbiamo già accennato che la sensibilità non è lineare per tutte le frequenze ma esiste una preferenza per la gamma centrale della banda audio. Questo per motivi ancestrali, da ricondurre alle origini dell'uomo: la sua gestione avviene a questo punto in modalità piuttosto complessa e ritroviamo qui diverse analogie col mondo digitale. Vediamola in breve sintesi.

 

Apparato uditivo - Curve di risposta

 

La banda convenzionale dei 20-20.000 Hz viene suddivisa in tre gamme – bassa, media e alta – che vengono trattate diversamente: in gamma bassa l'udito è molto selettivo ma poco sensibile, in gamma media è molto selettivo e molto sensibile, in alto è poco selettivo e poco sensibile. Sul registro basso e medio l'orecchio interno possiede un recettore, le cellule ciliate, per ogni singola frequenza, che si attiva quindi solo in sua corrispondenza e risulta molto preciso. Questo tipo di ricezione è chiamato aggancio di fase o phase lock – un sistema assai simile è usato nei tuner digitali per agganciare e mantenere la stazione e nei lettori CD per seguire la traccia – che si affida per maggior accuratezza anche a un'analisi temporale. Questi recettori sono organizzati in zone per bande di frequenze, la mappa tonotopica. Un ampio numero di frequenze attiva più zone vicine.

 

Apparato uditivo - Tonotopia

In gamma acuta i recettori non avrebbero numero e velocità sufficienti per rispondere a frequenze molto elevate, così si ricorre a una loro ricostruzione più o meno fedele a partire dalle aree tonotopiche attivate. Significa che l'orecchio “non sente” di fatto le frequenze più acute ma si rende necessario sintetizzarle a partire dalle sottobande inferiori prodotte da tali frequenze.

 

Giunte a queste punto, tutte le informazioni percettive raccolte – tonalità, spettro, fase, livello – sono sufficienti per essere trasmesse alle aree cerebrali preposte alla decodifica uditiva. Tale comunicazione non avviene in un unico verso ma c'è un continuo interscambio di dati, un feedback tra il decoder, il cervello, e il terzo anello dell'apparato uditivo, l’orecchio interno, con funzione di adattare in modo continuativo*, alcune caratteristiche dell'orecchio alle condizioni di ascolto.

Quest'ultimo e più importante aspetto rientra nel campo cognitivo e in parte viene influenzato dalla storia personale di ogni individuo.

Informazioni addizionali, anch'esse importanti quando presenti, arrivano anche dalle vibrazioni che raggiungono il corpo o dalla visione dell'evento, in caso di filmati o musica dal vivo.

 

Vedere la musica: la ricerca della regolarità prima di tutto

Come dicevamo, ogni stimolo acustico viene interpretato sulla base di due processi:

  1. il riconoscimento del suono come evento fisico: tonalità bassa, acuta o una via di mezzo; livello alto, molto alto oppure lieve; di breve durata anziché prolungata; avente carattere di piacevolezza piuttosto che di fastidio/rumore.
  2. il riconoscimento come “oggetto-soggetto” sonoro: quindi musica, voci, lo squillo del telefono, il pianto di un bambino.

Perché questa seconda forma di riconoscimento avvenga in modo corretto, è necessario che in memoria sia presente un'esperienza pregressa che permette di individuare con esattezza un suono o una sequenza, assegnando a esso un'immagine univoca. Così, per esempio, la voce del partner non potrà essere mai confusa col suono di un mazzo di chiavi.

Anche se quest'ultima affermazione può sembrare scontata, in presenza di alterazioni o danni a livello neurologico, un errore di questo genere potrebbe anche avvenire. Trascurando gli aspetti neuropsichici che qui non ci interessano, l’ascolto della musica e la scrittura musicale sono esperienze puramente astratte, in cui la dimensione percettiva non ha mai carattere di corrispondenza 1:1 con la dimensione fisica.

 

Gli studi scientifici in materia, sino a quelli più recenti, hanno messo in evidenza come la nostra mente ricerchi costantemente la regolarità e l'equilibrio sia dal punto di vista proporzionale che temporale, questo in tutte le manifestazioni percettive, non soltanto sonore.

 

La musica è un insieme di elementi organizzati nel tempo e nello spazio. Su questa base si fondano sia il concetto di ritmo che di melodia. Perché una sequenza di elementi sia individuata come melodia è necessario che i singoli elementi possiedano determinate caratteristiche di vicinanza, durata temporale – entro una certa soglia – e similitudine tra loro, in questo modo siamo in grado di riunire in un unico insieme strutturato una serie di sequenze sonore aventi carattere di regolarità. Questo raggruppamento avviene sempre comparando le sequenze successive con quelle appena memorizzate, se viene riconosciuta tra esse una relazione allora vengono accorpate come singola unità o soggetto sonoro.

 

La predisposizione alla regolarità, l’armonia degli insiemi, è molto importante perché ci permette, una volta trovato “il tempo” della melodia che sentiamo, di seguirla e completarla spontaneamente e autonomamente. Da qui la tendenza naturale che abbiamo nel ricercare il tactus, il fenomeno che ci fa battere il piede o la mano seguendo il ritmo. E la percezione del ritmo è direttamente legata alla percezione del battito, della pulsazione regolare, verso cui abbiamo una bassa tolleranza all'errore.

Tale meccanismo di “completamento automatico” del tempo musicale, viene abilmente sfruttato dal cervello umano per risparmiare preziose risorse cognitive durante l'elaborazione ed è soltanto uno dei metodi adottati nell'ambito di quella che possiamo considerare una vera e propria economia di pensiero.

 

Traduciamo la musica

La letteratura sulla percezione psicologica della musica dimostra che la cultura e l'esperienza personale in ambito musicale, influenzano la maniera in cui ascoltiamo. L'educazione musicale in particolare è risultata essere rilevante nella capacità di riconoscere con maggior accuratezza la struttura e la costruzione metrica di una composizione, così come la maggior propensione a individuare una tessitura complessa rispetto a una più semplice. Abilità invece assenti nei soggetti non formati musicalmente, mentre si possono considerare comuni le capacità di riconoscimento del ritmo, della melodia e dell'insieme armonico. Mancando la formazione educativa all'ascolto viene meno quel bagaglio di conoscenze teoriche e pratiche tanto utili nella valutazione di un ascolto critico.

 

Altri elementi che possono condizionare la lettura del messaggio sonoro sono gli eventuali ricordi a esso associati, le condizioni psicofisiche e la presenza di altre persone.

Questi aspetti sono riferiti alla musica dal vero ma valgono ovviamente anche per quella riprodotta, nel cui caso però, si aggiungono ulteriori punti di influenza.

 

Abbiamo già visto che nelle fasi elaborative il cervello compie una scrematura del materiale disponibile estraendo solo quello che ritiene necessario alla ricostruzione esatta dell'evento. Su queste basi si fondano gli algoritmi di compressione dei formati lossy come MPEG-3, FLAC, ecc. Dal punto di vista della quantità e della qualità delle informazioni sonore, il cervello è facilmente ingannabile. Molto meno lo è sulla cadenza temporale e sulla diseguaglianza degli insiemi, dove appare invece estremamente sensibile.

 

È proprio in virtù di questa predisposizione alla regolarità, unita a un'altra utilissima proprietà, la dissociazione adattiva, se in tanti troviamo più piacevole ascoltare un comune LP su un giradischi di fascia media che non un file HD su un costoso sistema Hi-End. Un esempio efficace della grande capacità analitica di cui si dispone viene da un'esperienza che probabilmente almeno una volta abbiamo tutti fatto, quella di avvertire il suono di una voce o di una chitarra provenire da una casa nei paraggi. Riconosciamo in modo spontaneo, anche se non lo vediamo e prescindendo dalla nostra esperienza di ascolto musicale, se si tratta di una riproduzione oppure di un suono autentico.

 

Il giradischi, con la sua regolarità-ripetitività, nei pregi ma anche nei difetti ci appare più piacevole perché costante, rassicurante e armonioso in qualche modo. Al punto da farci accettare difetti non certo lievi come il rumore di fondo, l'usura del vinile che appiattisce il suono e via discorrendo. Qui il fruscio e il rumble, la modulazione dovuta al contatto stilo-disco e al movimento del braccio, hanno andamento ciclico e costante, spesso anche simmetrico, aspetti che ci predispongono in una condizione più indulgente rispetto a quelli che sono difetti. Nei file, così come nel CD, questa costanza è assente, l'errore appare random, mai ripetitivo e simmetrico. Questo destabilizza il nostro circuito di correzione mentale, che non riesce a calibrarsi e si pone in uno stato di maggior intolleranza a eventuali difetti del sonoro.

 

Questi due esempi servono a fissare un punto essenziale alla comprensione del perché molto spesso, ci sono impianti minuziosamente curati, concettualmente ideali, che restano profondamente deludenti per la coerenza puramente musicale. La dissociazione adattiva che ci aiuta, ad esempio, a non sentire i rumori ambientali se siamo assorti in una lettura che ci prende, fa qualcosa di molto simile “scartando” nei limiti del possibile tutto quello che non ci va di sentire quando siamo di fronte a un impianto che ci attrae per altri aspetti. Il pedigree è senz'altro uno di questi. Così dinamiche esplosive, scene dilatate all'inverosimile, basse frequenze ipertrofiche e altri effetti speciali, poco musicali ma molto Hi-End, catturano e catalizzano la nostra attenzione, mentre la nostra psiche si preoccupa di sopprimere o rimodellare con cura ogni cosa che potrebbe disturbarci dal piacere di quell'evento. Ma tutta questa attenzione impegna una gran quantità di risorse cognitive, alla pari di una CPU caricata da una grossa mole di dati. La tanto temuta fatica d'ascolto è una delle dirette derivate di questo carico eccessivo di lavoro. A volte un impianto meno appariscente sotto il profilo sonico ma più coerente e costante nella progressione dinamica, restituisce un suono più naturale e rilassante. Di conseguenza la soglia di allerta della nostra mente cala e l'ascolto diviene più riposante.

 

Quali sono gli aspetti pratici e come si traducono nell'ascolto di un sistema hifi potranno essere gli argomenti per un prossimo articolo.

 

 

* Il feedback qui adottato funziona allo stesso modo della controreazione negli amplificatori, ha lo scopo di compensare, entro certi limiti, la sensibilità e la banda passante dell'orecchio in funzione delle condizioni in cui ci troviamo a sentire. Lo scopo principale è proteggerlo da eventuali danni dovuti a suoni troppo forti ed è attuato mediante il riflesso stapediale; lo stapedio è il muscolo tensore della membrana timpanica e ne definisce, oltre alla sensibilità, anche la risoluzione e la gamma dinamica.

di Gennaro Muriano
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