Battimenti binaurali e monoaurali
e stati emisferici cerebrali
Frequenze Binaural / Monaural Beats e Battimenti acustici
a cura di Marco Stefanelli, Ph.D. Indovedic Psychology
Negli ultimi decenni l’utilizzo dei toni puri per induzioni cerebrali (brainwave entrainment) è diventato molto popolare soprattutto con i battimenti binaurali (binaural beats), in gran parte per merito delle ricerche del Monroe Institute e dei relativi prodotti Hemi-Sync. In realtà sono divenuti talmente popolari che molte persone hanno l’impressione che “Binaural Beats” sia solo un altro modo di definire le induzioni cerebrali. Ma così non è perchè la tecnica dei battimenti binaurali è attualmente solo una delle varie tecniche di induzione ed infatti ci sono altre tecniche che utilizzano i battimenti con toni puri come per esempio i “Monaural Beats” e l’ “Harmonic Box X“.
Diciamo subito che “Binaural Beat” si può tradurre dall’inglese in Battiti Binaurali o Battimenti Biauricolari. I battimenti binaurali sono quindi degli impulsi sonori prodotti da due suoni diversi e separati per i due orecchi (stereofonia), a differenza dei battimenti monoaurali (Monaural Beats) che invece possono utilizzare anche un singolo canale e quindi un singolo orecchio (monofonia).
Il battimento si dice monoaurale quando i due suoni arrivano a un solo orecchio o a entrambi, miscelati precedentemente nell’aria; si dice binaurale quando, mediante due distinti diffusori acustici, si fa in modo che una frequenza arrivi a un orecchio e l’altra al secondo. Dal lato fisiologico, i due fenomeni sono nettamente diversi: il primo nasce da non linearità intrinseca della coclea, il secondo, avvertibile solo per frequenze dei suoni componenti non superiori a ca. 1500 Hz, è un fenomeno centrale nettamente temporale. In acustica, si chiama battimento il fenomeno fisico esterno che determina il battimento monoaurale, ossia la composizione, o interferenza nel tempo, di due suoni puri di uguale ampiezza, ma di frequenza leggermente diversa.
Nel caso più generale, si parla in fisica di fenomeni di battimento ogni volta che si sovrappongono due onde sonore, ottiche, elettromagnetiche, di uguale ampiezza e di frequenza poco diversa. Se le due onde hanno frequenze f1 e f2 e ampiezza A, l’onda risultante ha ampiezza variabile tra 0 e 2 A e frequenza uguale a (f1+f2)/2 e frequenza della perturbazione, o battimento, uguale alla differenza tra le frequenze componenti. Nel caso di onde elettromagnetiche, le due frequenze possono anche essere genericamente poco diverse, con riferimento più al loro rapporto, che può essere, per esempio, pari a 0.9, che al valore della loro differenza.
I Battimenti Binaurali sono dei battimenti o battiti sonori ritmici veicolati da due suoni (Toni puri) diversi, a bassa intensità e separati per i due padiglioni auricolari.
Quando un tono è ascoltato con un orecchio e un altro tono lievemente diverso è ascoltato nell’altro orecchio, il cervello produce un terzo tono che pulsa alla frequenza della differenza tra i due toni. Per esempio, se un tono di 1000 Hz viene sottoposto all’orecchio sinistro e un tono di 1010 Hz viene sottoposto simultaneamente all’orecchio destro, un terzo tono di 10 Hz viene elaborato e percepito dal cervello.
E’ una delle tecniche più diffuse quando si parla di induzioni cerebrali o brainwave entrainment ed ovviamente funziona solo con suoni stereofonici e quindi è consigliabile l’uso delle cuffie stereofoniche, a differenza del metodo fratello Monaural beats.
I Monaural Beats o Battimenti Monoaurali sono simili ai Binaural beats con la differenza che i due toni portanti vengono miscelati prima di essere inviati all’orecchio. Quando due toni lievemente diversi, opportunamente intrecciati in un singolo suono a bassa intensità, vengono sottoposti allo stesso orecchio, il cervello elabora e percepisce un terzo tono equivalente alla differenza dei due toni ascoltati. E’ una tecnica molto efficace e non richiede l’uso delle cuffie stereofoniche.
Data la complessità dell’argomento cercheremo di fornire informazioni e spiegazioni semplici ma anche informazioni tecnico-scientifiche piu’ complesse supportate e integrate – per quanto possibile – da immagini, grafici, animazioni, video, audio e altri elementi utili che troverete anche in altre sezioni e pagine di questo stesso sito.
Quando due o più toni di una qualsiasi frequenza vengono riprodotti contemporaneamente le vibrazioni aggiunte o sottratte a causa dell’interferenza tra di esse formano una singola onda sonora che solitamente viene percepita come due o più toni.
I monaural e i binaural beats sono il risultato della somma di due forme d’onda le quali sono così vicine in frequenza da essere percepite come un’unica pulsazione o battimento.
Il tono più basso viene chiamato “carrier” (portante o vettore) mentre quello più alto viene chiamato “offset”.
I battimenti binaurali sono risposte uditive del tronco cerebrale che originano nel nucleo superiore ad oliva (superior olivary nucleos) di ciascun emisfero cerebrale.
Scoperti nel 1839 dal ricercatore tedesco H.W. Dove, in un primo momento vennero assunti come un’ulteriore forma di battimento monaurale, ma dopo ulteriori ricerche si scoprì che il binaural beat era prodotto dal cervello stesso.
Quando il cervello riceve differenti segnali dai due orecchi cerca di miscelarli come se si trattasse di due suoni percepiti insieme. Questo perché il cervello deve rielaborare i toni e i binaural beats utilizzano una parte cerebrale diversa rispetto ai monaural beats. Questa è la ragione per cui la tecnica dei battimenti binaurali è unica e peculiare in confronto agli altri metodi di induzione.
Al fine di produrre battimenti binaurali il cervello deve riuscire ad individuare l’angolo di fase tra i due toni. Purtroppo l’apparato cerebrale ha difficoltà ad individuare relazioni di fase con frequenze superiori ai 900 Hertz, cosicché a frequenze più elevate il battimento binaurale diventa impercettibile pur se ancora efficace intorno ai 1500 Hz.
Quando la differenza delle frequenze di due toni supera i 25 Hz. il cervello non riesce a stabilire la relazione di fase tra di essi, cosicché i due toni vengono percepiti come separati in contrapposizione ai battimenti combinati (monoaurali e HBX).
Anche quando il cervello produce battiti binaurali, la profondità di modulazione è di molto inferiore al battito monaurale. Questa è la ragione per cui spesso è difficile percepire battimenti binaurali anche a 440 Hz. che è la frequenza ottimale di rilevamento.
Queste sono le limitazioni di un normale cervello umano, un cervello che ha subito danni neurologici può non essere in grado di percepire i binaural beats.
A differenza dei monaural beats, i binaural beats mantengono piena efficacia anche se i due toni sono di ampiezza diversa e possono essere utilizzati anche se il vettore (carrier) è inferiore alla soglia dell’udibile umano. In questo caso l’effetto è comunque minore.
Purtroppo i battimenti binaurali producono solo piccoli potenziali evocati nella corteccia uditiva cerebrale che è la parte responsabile della BWE (brain wave entrainment). Uno studio di Dale S. Foster nel 1990 ha concluso che, sebbene i battiti binaurali producono BWE, essi non sarebbero abbastanza significativi in se stessi. Nel suo studio un suono generato artificialmente produce più onde alfa di un battimento binaurale di 10,5 Hz. Tuttavia i battimenti binaurali hanno anche alcuni vantaggi. Essi possono essere molto ipnotici, questo è dovuto principalmente all’effetto Ganzfeld che è una situazione di stimolazione sensoriale ridotta, prodotta solitamente coprendo gli occhi di un soggetto disteso con due mezze palline da ping pong, su cui è puntata una luce rossa, e diffondendo attraverso un paio di cuffie del rumore bianco.
Dal momento che richiedono l’utilizzo di ambedue gli emisferi cerebrali, i binaural beats possono anche indurre sincronizzazione cerebrale, “whole-brain effect”, che è un effetto vantato da The Institute Monroe (TMI) e da altri che hanno dato dei nomi propri ai loro prodotti.
Purtuttavia, altre forme di induzione, come per esempio la meditazione stessa, possono produrre sincronizzazione emisferica.
Joseph Licklider, uno scienziato informatico del MIT, ha testato i battimenti binaurali in una vasta gamma di frequenze. Egli raccomanda l’utilizzo di frequenze portanti tra i 200 e i 1000 Hertz, con una maggiore efficacia intorno ai 500 Hz. Ovviamente queste raccomandazioni non sono obbligatoriamente applicabili ai battimenti monaurali, ma posso essere usate per avere migliori risultati.
J. C. R. Licklider, uno dei pionieri della psicoacustica e dell’interazione uomo-computer, ha studiato i battimenti binaurali nei suoi lavori degli anni ’50.
Nel suo articolo del 1950, “Basic Correlates of the Auditory Stimulus”, Licklider discute come il cervello umano processa i suoni provenienti da ciascun orecchio in modo indipendente prima di combinarli nella corteccia uditiva. Egli descrive i battimenti binaurali come un fenomeno neurale, non semplicemente meccanico, suggerendo che avvengano nel cervello piuttosto che nell’orecchio stesso.
Punti chiave delle sue ricerche:
- I battimenti binaurali avvengono a livello del sistema nervoso centrale, non come interferenza meccanica nelle orecchie.
- Il cervello rileva la differenza di frequenza tra i due suoni e genera una percezione ritmica corrispondente.
- Questo fenomeno suggerisce che il cervello abbia una capacità innata di elaborare le informazioni spaziali e di fase per localizzare i suoni e interpretarli.
Questi studi sono stati fondamentali per la successiva ricerca sugli effetti dei battimenti binaurali sulla cognizione, il rilassamento e la stimolazione cerebrale.
J. Licklider ha esplorato il ruolo delle frequenze portanti nei battimenti binaurali, mettendo in evidenza alcuni aspetti fondamentali:
1. Percezione e Frequenze Portanti
Licklider suggerì che la percezione dei battimenti binaurali dipende dalla frequenza portante, con alcune implicazioni importanti:
- Frequenze portanti alte (sopra i 1000 Hz) → I battimenti sono percepiti in modo più chiaro.
- Frequenze portanti basse (sotto i 100 Hz) → La percezione diventa più difficile e meno efficace, poiché l’udito umano ha difficoltà a elaborare toni molto bassi separatamente in ciascun orecchio.
2. Processamento nel Sistema Nervoso Centrale
- A differenza dei battimenti acustici (che sono fenomeni fisici), i battimenti binaurali vengono elaborati nel tronco encefalico, in particolare nel nucleo olivare superiore.
- Frequenze portanti molto basse potrebbero non essere processate in modo efficace, rendendo difficile la percezione del battimento stesso.
3. Effetti sulla Cognizione e Stimolazione Cerebrale
- Licklider ipotizzò che le frequenze portanti influiscano sull’efficacia dei battimenti binaurali nel modulare stati cognitivi o emotivi.
- Studi successivi hanno dimostrato che frequenze portanti tra 200 e 1000 Hz sono più efficaci per stimolare onde cerebrali in modo percettibile.
Il Dr. Tom Budzynski ha studiato l’utilizzo di due frequenze binaural beat in contemporanea ed ha concluso che il cervello non riesce a percepire due frequenze simultaneamente. Un singolo binaural beat più una stimolazione luminosa invece potevano essere percepite simultaneamente.
Tuttavia molte organizzazioni e centri di ricerca consigliano l’utilizzo di un doppio battimento binaurale.
James Mann ha scoperto la tecnica “Harmonic Box X” che utlilizza 4 voci (2 per orecchio) ed utilizza le loro armoniche tra di loro per particolari induzioni. Questo è un metodo molto efficace, ma solo perché utilizza il monaural in aggiunta al binaural beat. Come abbiamo detto, i monaural beats sono elaborati da una zona del cervello diversa rispetto ai binaural beats, quindi è possibile indurre due o più frequenze usando battimenti monaurali in associazione al battimento binaurale ed eventualmente a stimolazioni luminose. Ad ogni modo pare non sia possibile indurre due o più frequenze utilizzando semplicemente due o più set di toni binaurali.
Considerazioni finali:
- Per utilizzare i binaural beats è consigliabile l’uso di una frequenza vettore attorno ai 440 Hertz;
- Si possono utilizzare i binaural beats solo se la differenza tra le due frequenze è inferiore ai 25 Hz;
- Non utilizzare più di 2 set di binaural beats e solo uno se non è prevista l’associazione col monaural beat;
- I monaural beats non sono rielaborati dal cervello per cui non soffrono dei limiti del binaural. Sono prodotti in qualsiasi frequenza anche oltre i 900 Hz e possono essere percepiti anche se separati da più di 25 Hz;
- I monaural beats hanno lo svantaggio che per conservare la loro efficacia, entrambi i toni debbono avere la stessa ampiezza. In secondo luogo i toni debbono avere un volume sostenuto così da permettere un apprezzamento delle modulazioni dei toni;
- Nonostante le loro limitazioni, i monaural beats sono molto efficaci nel produrre induzioni e hanno anche il vantaggio di essere ipnotici come i binaural quando vengono ascoltati in cuffia.
Cosa sono in pratica le frequenze “Binaural Beats”
Se un tono costante di 434 Hz (1 Hertz = 1 impulso al secondo), viene applicato all’orecchio sinistro, e un altro tono costante di 454 Hz viene applicato all’orecchio destro, la differenza di 20 Hz verra’ percepita dal nostro cervello; e cio’ lo stimolera’ in diversi modi.
Le frequenze “Binaural Beats”, scoperte nel 1839 dal tedesco H. W. Dove e sperimentate sul cervello dal Dott. Gerald Oster nel 1973 al Mount Sinai school of Medicine di New York, sono l’applicazione di queste differenze in frequenza tra un orecchio e l’altro, in modo che il cervello ne venga stimolato positivamente. Queste riescono a stimolarlo in differenti maniere, agevolando il rilassamento, l’apprendimento, la meditazione, il sonno e molti altri aspetti della vita.
Figura 1 – Analisi in frequenza di Binaural beat – Battimento binaurale o biauricolare
In figura 1 analisi in frequenza di un battimento binaurale classico di 30 Hz (infrasuono) generato da due frequenze portanti diverse per il canale sinistro (424 Hz – blu) e canale destro (454 Hz – rosso) a 0 dB.
Figura 2 – Analisi di fase di Binaural beat – (Lissajous Plot graph)
In figura 2 analisi di fase (differenza di ampiezza fra i due canali) di un battimento di 30 Hz (infrasuono) a 0 dB. Sulla linea orizzontale abbiamo il canale sinistro e in quella verticale il canale destro.
Differenza Temporale Interaurale (ITD) dei toni binaurali
Forma d’onda complessiva di un Battimento binaurale
Frequenze e stati cerebrali
L’elettroencefalogramma è utilizzato per misurare le vibrazioni elettriche del cervello, applicando degli appositi strumenti sulla superficie del cuoio capelluto.
Il tracciato che ne risulta contiene, solitamente, frequenze al di sotto dei 30Hz.
Le frequenze si possono classificare in 4 stati principali:
Delta da 0,5 a 4Hz – Sonno profondo e coma;
Theta da 4 a 8 Hz – Sonnolenza e primo stadio del sonno, trance e sogno;
Alpha da 8 a 14 Hz – Rilassamento vigile, consapevolezza e integrazione;
Beta da 14 a 30 Hz – Stato di allerta e di concentrazione;
Le onde Gamma sono molto rare e relative a frequenze superiori ai 30 Hz nel range 30-90 Hz e sono tipiche degli stati di meditazione profonda e di grande energia, sono correlate con la volontà e i poteri psichici, con la concentrazione e il problem solving (risoluzione di problemi).
La frequenza dominante nell’elettroencefalogramma determina in quale stato il cervello si trova, e, se l’ampiezza delle onde alpha e’ piu’ alta delle altre, si dice che il cervello si trova nello stato Alpha.