Bezwzględny próg słyszalności - Absolute threshold of hearing

Absolutny próg słyszenia ( ATH ) jest minimalny poziom hałasu z czystego tonu , że średnia ucho ludzkie w normalnym słuchu słyszy bez innych obecnych dźwięku. Próg bezwzględny odnosi się do dźwięku, który organizm może po prostu słyszeć. Próg bezwzględny nie jest punktem dyskretnym i dlatego jest klasyfikowany jako punkt, w którym dźwięk wywołuje reakcję przez określony procent czasu. Nazywa się to również progiem słyszalności .

Próg aparacie jest przedstawiany jako skuteczna ciśnienia akustycznego 20 micropascals , tj 0 dB SPL, co odpowiada natężeniu dźwięku 0,98 pW / m 2 pod ciśnieniem 1 atmosfery w 25 ° C. Jest to w przybliżeniu najcichszy dźwięk, jaki młody człowiek z nieuszkodzonym słuchem może wykryć przy częstotliwości 1000  Hz . Próg słyszalności jest zależny od częstotliwości i wykazano, że czułość ucha jest najlepsza przy częstotliwościach od 2 kHz do 5 kHz, gdzie próg osiąga nawet -9 dB SPL.

Średnie progi słyszalności w decybelach wykreślono od 125 do 8000 Hz dla młodszych (18-30 lat, czerwone kółka) i starszych (60-67 lat, czarne romby). Wykazano, że słuch osób starszych jest znacznie mniej czuły niż słuch młodszych dorosłych przy częstotliwościach 4000 i 8000 Hz, co odpowiada w przybliżeniu klawiszom fortepianu i tonom b′′′′ (B7) i b′′′′′ ( B8). B8 jest blisko górnego końca zakresu częstotliwości fortepianu.

Psychofizyczne metody pomiaru progów

Pomiar bezwzględnego progu słyszenia dostarcza podstawowych informacji o naszym układzie słuchowym . Narzędzia wykorzystywane do zbierania takich informacji nazywane są metodami psychofizycznymi. Dzięki nim mierzona jest percepcja fizycznego bodźca (dźwięku) i nasza psychologiczna reakcja na dźwięk.

Próg bezwzględny można zmierzyć kilkoma metodami psychofizycznymi. Różnią się one, ale pewne aspekty są identyczne. Po pierwsze, test definiuje bodziec i określa sposób, w jaki badany powinien zareagować. Test prezentuje dźwięk słuchaczowi i manipuluje poziomem bodźca według ustalonego schematu. Próg bezwzględny jest definiowany statystycznie, często jako średnia ze wszystkich uzyskanych progów słyszenia.

W niektórych procedurach stosuje się serię prób, przy czym każda próba wykorzystuje paradygmat „tak”/„nie” z jednym interwałem. Oznacza to, że dźwięk może być obecny lub nieobecny w pojedynczym interwale, a słuchacz musi powiedzieć, czy myślał, że bodziec tam jest. Gdy interwał nie zawiera bodźca, nazywa się to „próbą złapania”.

Metody klasyczne

Klasyczne metody sięgają XIX wieku i zostały po raz pierwszy opisane przez Gustava Theodora Fechnera w jego pracy Elementy psychofizyki . Do badania percepcji bodźca przez osobę tradycyjnie stosuje się trzy metody: metodę limitów, metodę stałych bodźców i metodę dostosowania.

Metoda limitów
W metodzie limitów tester kontroluje poziom bodźców. Single-interval tak / nie paradygmat”jest używany, ale nie istnieją żadne badania połowowe.
Próba wykorzystuje kilka serii zjazdów i zjazdów.
Próba rozpoczyna się biegiem opadającym, w którym bodziec jest prezentowany na poziomie znacznie powyżej oczekiwanego progu. Gdy podmiot prawidłowo zareaguje na bodziec, poziom natężenia dźwięku zostaje zmniejszony o określoną wartość i ponownie zaprezentowany. Ten sam wzór jest powtarzany, aż podmiot przestanie odpowiadać na bodźce, w którym to momencie bieg opadający jest zakończony.
W biegu wstępującym, który następuje później, bodziec jest najpierw prezentowany znacznie poniżej progu, a następnie stopniowo zwiększany w dwóch krokach decybelowych (dB), aż badany zareaguje.
Seria zjazdów i zjazdów w Metodzie Limitów
Ponieważ nie ma wyraźnych marginesów dla „słyszenia” i „niesłyszenia”, próg dla każdego przebiegu jest określany jako punkt środkowy między ostatnim słyszalnym i pierwszym niesłyszalnym poziomem.
Całkowity próg słyszenia osobnika jest obliczany jako średnia wszystkich uzyskanych progów zarówno w biegu wstępującym, jak i opadającym.
Istnieje kilka kwestii związanych z metodą limitów. Pierwszym z nich jest oczekiwanie, które jest spowodowane świadomością podmiotu, że punkty zwrotne determinują zmianę reakcji. Przewidywanie prowadzi do lepszych progów wstępujących i gorszych progów zstępujących.
Przyzwyczajenie tworzy zupełnie odwrotny efekt i pojawia się, gdy podmiot przyzwyczaja się do odpowiadania „tak” w biegach zstępujących i/lub „nie” w biegach wznoszących. Z tego powodu progi są podnoszone w biegach wznoszących i poprawiane w biegach zstępujących.
Inny problem może być związany z rozmiarem kroku. Zbyt duży krok pogarsza dokładność pomiaru, ponieważ rzeczywisty próg może znajdować się pomiędzy dwoma poziomami bodźca.
Wreszcie, ponieważ ton jest zawsze obecny, „tak” jest zawsze poprawną odpowiedzią.
Metoda stałych bodźców
W metodzie bodźców stałych tester ustala poziom bodźców i prezentuje je w zupełnie losowej kolejności.
Tester odpowiada „tak”/„nie” po każdej prezentacji
Tak więc nie ma prób wstępujących ani zstępujących.
Temat odpowiada „tak”/„nie” po każdej prezentacji.
Bodźce są prezentowane wielokrotnie na każdym poziomie, a próg jest zdefiniowany jako poziom bodźca, na którym badany uzyskał 50% prawidłowy wynik. W tej metodzie mogą być uwzględnione próby „połowu”.
Metoda bodźców stałych ma kilka zalet w stosunku do metody limitów. Po pierwsze, losowa kolejność bodźców sprawia, że ​​słuchacz nie może przewidzieć poprawnej odpowiedzi. Po drugie, ponieważ ton może być nieobecny (catch trial), „tak” nie zawsze jest poprawną odpowiedzią. Wreszcie, próby łapania pomagają wykryć ilość domysłów słuchacza.
Główną wadą jest duża liczba prób potrzebnych do uzyskania danych, a zatem czas potrzebny na wykonanie testu.
Metoda regulacji
Metoda korekty ma pewne cechy wspólne z metodą limitów, ale różni się w innych. Są biegi w dół i w górę, a słuchacz wie, że bodziec jest zawsze obecny.
Obiekt zmniejsza lub zwiększa poziom tonu
Jednak w przeciwieństwie do metody granic, tutaj bodziec jest kontrolowany przez słuchacza. Obiekt zmniejsza poziom tonu, aż nie może być już wykryty, lub zwiększa się, aż będzie ponownie słyszalny.
Poziom bodźca zmienia się w sposób ciągły za pomocą tarczy, a poziom bodźca jest mierzony przez testera na końcu. Próg jest średnią poziomów tylko słyszalnych i po prostu niesłyszalnych.
Również ta metoda może powodować kilka błędów. Aby uniknąć wskazywania rzeczywistego poziomu bodźca, tarcza musi być nieoznaczona. Oprócz wspomnianego już przewidywania i habituacji, trwałość bodźca (zachowanie) może wpływać na wynik metody dostosowania.
W biegach opadających podmiot może nadal zmniejszać poziom dźwięku, tak jakby dźwięk był nadal słyszalny, nawet jeśli bodziec jest już znacznie poniżej rzeczywistego progu słyszenia.
W przeciwieństwie do tego, w biegach wstępujących, podmiot może mieć uporczywy brak bodźca, dopóki próg słyszalności nie zostanie przekroczony o określoną wartość.

Zmodyfikowane metody klasyczne

Metody wymuszonego wyboru

Słuchaczowi prezentowane są dwa interwały, jeden z tonem, a drugi bez tonu. Słuchacz musi zdecydować, który interwał ma w sobie ton. Liczbę interwałów można zwiększyć, ale może to spowodować problemy dla słuchacza, który musi pamiętać, który interwał zawiera ton.

Metody adaptacyjne

W przeciwieństwie do metod klasycznych, w których wzorzec zmiany bodźca jest ustalony, w metodach adaptacyjnych reakcja podmiotu na poprzedni bodziec determinuje poziom, na którym prezentowany jest kolejny bodziec.

Metody schodowe (metody góra-dół)

Seria zjazdów i zjazdów próbnych oraz punktów zwrotnych

Prosta metoda „1-dół-1-w górę” składa się z serii prób w dół i w górę oraz punktów zwrotnych (odwrócenia). Poziom bodźca wzrasta, jeśli osobnik nie odpowiada, i zmniejsza się, gdy pojawia się odpowiedź.

Podobnie, jak w metodzie limitów, bodźce są dostosowywane w ustalonych krokach. Po uzyskaniu od sześciu do ośmiu odwróceń, pierwsze z nich jest odrzucane, a próg jest określany jako średnia z punktów środkowych pozostałych przebiegów. Eksperymenty wykazały, że ta metoda zapewnia tylko 50% dokładności.
Aby uzyskać dokładniejsze wyniki, tę prostą metodę można dalej modyfikować, zwiększając wielkość kroków w seriach malejących, np. „metoda 2 w dół-1 w górę”, „metody 3 w dół-1 w górę”.

Metoda śledzenia Bekesy

Metoda Bekesy zawiera pewne aspekty metod klasycznych i metod schodowych. Poziom bodźca jest automatycznie zmieniany w stałym tempie. Osoba badana jest proszona o naciśnięcie przycisku, gdy bodziec jest wykrywalny.

Próg śledzony przez słuchacza
Po naciśnięciu przycisku poziom jest automatycznie zmniejszany przez tłumik napędzany silnikiem i zwiększany, gdy przycisk nie jest wciśnięty. Próg jest zatem śledzony przez słuchaczy i obliczany jako średnia z punktów środkowych przebiegów zarejestrowanych przez automat.

Efekt histerezy

Histerezę można z grubsza zdefiniować jako „opóźnienie skutku w stosunku do jego przyczyny”. Podczas pomiaru progów słyszenia pacjentowi zawsze łatwiej jest podążać za tonem, który jest słyszalny i o malejącej amplitudzie, niż wykryć ton, który był wcześniej niesłyszalny.

Dzieje się tak, ponieważ wpływy „odgórne” oznaczają, że podmiot oczekuje dźwięku, a zatem jest bardziej zmotywowany przy wyższym poziomie koncentracji.

Teoria „oddolna” wyjaśnia, że ​​niepożądany hałas zewnętrzny (z otoczenia) i wewnętrzny (np. bicie serca) powoduje, że obiekt reaguje na dźwięk tylko wtedy, gdy stosunek sygnału do szumu przekracza pewien punkt.

W praktyce oznacza to, że przy pomiarze progu przy dźwiękach o malejącej amplitudzie punkt, w którym dźwięk staje się niesłyszalny jest zawsze niższy niż punkt, w którym powraca on do słyszalności. Zjawisko to znane jest jako „efekt histerezy”.

Biegi zstępujące dają lepsze progi słyszenia niż biegi wznoszące

Funkcja psychometryczna bezwzględnego progu słyszenia

Funkcja psychometryczna „reprezentuje prawdopodobieństwo wystąpienia pewnej reakcji słuchacza jako funkcję wielkości badanej szczególnej cechy dźwiękowej”.

Na przykład może to być krzywa prawdopodobieństwa wykrycia dźwięku przez badanego jako funkcja poziomu dźwięku. Gdy bodziec jest prezentowany słuchaczowi, można by oczekiwać, że dźwięk będzie słyszalny lub niesłyszalny, co skutkuje funkcją „od drzwi”. W rzeczywistości szara strefa istnieje tam, gdzie słuchacz nie jest pewien, czy rzeczywiście usłyszał dźwięk, czy nie, więc jego odpowiedzi są niespójne, co skutkuje funkcją psychometryczną .

Funkcja psychometryczna jest funkcją sigmoidalną charakteryzującą się kształtem „s” w reprezentacji graficznej.

Minimalne pole słyszalne a minimalne ciśnienie słyszalne

Do pomiaru minimalnego bodźca słyszalnego, a tym samym bezwzględnego progu słyszenia, można zastosować dwie metody. Minimalne pole słyszalne polega na tym, że osoba siedzi w polu dźwiękowym i bodziec jest prezentowany przez głośnik. Poziom dźwięku jest następnie mierzony w pozycji głowy badanego, gdy badany nie znajduje się w polu dźwiękowym. Minimalne ciśnienie słyszalne polega na prezentowaniu bodźców przez słuchawki lub słuchawkach i mierzeniu ciśnienia akustycznego w przewodzie słuchowym osoby za pomocą bardzo małego mikrofonu sondy. Dwie różne metody wytwarzają różne progi, a minimalne progi pola słyszalnego są często o 6 do 10 dB lepsze niż minimalne progi ciśnienia słyszalnego. Uważa się, że ta różnica wynika z:

  • słyszenie jednouszne a obuuszne . Przy minimalnym polu słyszalnym oba uszy są w stanie wykryć bodźce, ale przy minimalnym ciśnieniu słyszalnym tylko jedno ucho jest w stanie wykryć bodźce. Słuch obuuszny jest bardziej czuły niż słyszenie jednouszne/
  • fizjologiczne odgłosy słyszane, gdy ucho jest zatkane przez słuchawkę podczas pomiarów minimalnego ciśnienia słyszalnego. Gdy ucho jest zakryte, osoba słyszy odgłosy ciała, takie jak bicie serca, które mogą mieć efekt maskujący.

Minimalne pole słyszalne i minimalne ciśnienie słyszalne są ważne przy rozważaniu kwestii kalibracji , a także pokazują, że ludzki słuch jest najbardziej czuły w zakresie 2–5 kHz.

Sumowanie czasowe

Sumowanie czasowe to zależność między czasem trwania a intensywnością bodźca, gdy czas prezentacji jest krótszy niż 1 sekunda. Czułość słuchowa zmienia się, gdy dźwięk trwa krócej niż 1 sekunda. Intensywność progowa zmniejsza się o około 10 dB, gdy czas trwania impulsu tonowego zwiększa się z 20 do 200 ms.

Załóżmy na przykład, że najcichszy dźwięk, jaki osoba może usłyszeć, wynosi 16 dB SPL, jeśli dźwięk trwa 200 ms. Jeśli ten sam dźwięk jest następnie prezentowany przez tylko 20 ms, najcichszy dźwięk, jaki może teraz słyszeć badany, wzrasta do 26 dB SPL. Innymi słowy, jeśli sygnał jest skrócony o współczynnik 10, to poziom tego sygnału musi zostać zwiększony nawet o 10 dB, aby był słyszany przez podmiot.

Ucho działa jak detektor energii , który pobiera ilość energii obecnej w określonym przedziale czasowym. Do osiągnięcia progu potrzebna jest pewna ilość energii w określonym czasie. Można to zrobić, stosując wyższą intensywność przez krótszy czas lub stosując mniejszą intensywność przez dłuższy czas. Czułość na dźwięk poprawia się wraz ze wzrostem czasu trwania sygnału do około 200 do 300 ms, po czym próg pozostaje stały.

Kotły ucha działają bardziej jako czujnik ciśnienia akustycznego. Również mikrofon działa w ten sam sposób i nie jest wrażliwy na natężenie dźwięku.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne