stringtranslate.com

Абсолютный порог слышимости

Абсолютный порог слышимости ( ATH ), также известный как абсолютный порог слышимости или слуховой порог , является минимальным уровнем звука чистого тона , который среднестатистическое человеческое ухо с нормальным слухом может слышать без присутствия других звуков. Абсолютный порог относится к звуку , который может быть услышан организмом. [1] [2] Абсолютный порог не является дискретной точкой и поэтому классифицируется как точка, в которой звук вызывает ответ в течение определенного процента времени. [1]

Порог слышимости обычно указывается относительно среднеквадратичного звукового давления 20 микропаскалей , т.е. 0 дБ SPL, что соответствует интенсивности звука 0,98 пВт/м2 при 1 атмосфере и 25 °C. [3] Это приблизительно самый тихий звук, который молодой человек с неповрежденным слухом может услышать на частоте 1  кГц . [4] Порог слышимости зависит от частоты , и было показано, что чувствительность уха наилучшая на частотах от 2 кГц до 5 кГц, [5] где порог достигает всего лишь -9 дБ SPL. [6] [7] [8]

Средние пороги слышимости в децибелах  (SPL) (единица измерения «дБ(HL)», показанная на вертикальной оси, неверна) построены на графике от 125 до 8000 Гц для молодых (18–30 лет, красные круги) и пожилых людей (60–67 лет, черные ромбы). Показано, что слух пожилых людей значительно менее чувствителен, чем у молодых людей, на частотах 4000 и 8000 Гц, что примерно соответствует клавишам фортепиано и тонам b′′′′ (B7) и b′′′′ (B8) соответственно. B8 находится вблизи верхнего предела диапазона частот фортепиано.

Психофизические методы измерения порогов

Измерение абсолютного порога слышимости дает некоторую базовую информацию о нашей слуховой системе . [4] Инструменты, используемые для сбора такой информации, называются психофизическими методами. С их помощью измеряется восприятие физического стимула (звука) и наша психологическая реакция на звук. [9]

Несколько психофизических методов могут измерять абсолютный порог. Они различаются, но некоторые аспекты идентичны. Во-первых, тест определяет стимул и указывает, каким образом субъект должен реагировать. Тест представляет звук слушателю и манипулирует уровнем стимула в заранее определенной схеме. Абсолютный порог определяется статистически, часто как среднее значение всех полученных порогов слуха. [4]

Некоторые процедуры используют серию испытаний, при этом каждое испытание использует парадигму «да»/«нет» с одним интервалом. Это означает, что звук может присутствовать или отсутствовать в одном интервале, и слушатель должен сказать, думал ли он, что стимул там был. Когда интервал не содержит стимула, это называется «подхватывающим испытанием». [4]

Классические методы

Классические методы восходят к 19 веку и были впервые описаны Густавом Теодором Фехнером в его работе «Элементы психофизики» . [9] Для проверки восприятия субъектом стимула традиционно используются три метода: метод пределов, метод постоянных стимулов и метод корректировки. [4]

Серии нисходящих и восходящих пробегов в методе пределов
Метод пределов
В методе пределов тестер контролирует уровень стимулов. Используется одноинтервальная парадигма « да/нет », но нет проб с захватом.
Испытание включает несколько серий нисходящих и восходящих забегов.
Испытание начинается с нисходящего бега, где стимул предъявляется на уровне, значительно превышающем ожидаемый порог. Когда субъект правильно реагирует на стимул, уровень интенсивности звука уменьшается на определенную величину и предъявляется снова. Та же самая схема повторяется до тех пор, пока субъект не перестает реагировать на стимулы, после чего нисходящий бег заканчивается.
В восходящем забеге, который следует за ним, стимул сначала предъявляется значительно ниже порога, а затем постепенно увеличивается на два децибела (дБ) до тех пор, пока субъект не отреагирует. Поскольку нет четких границ между «слышанием» и «неслышанием», порог для каждого забега определяется как средняя точка между последним слышимым и первым неслышимым уровнем.
Абсолютный порог слуха испытуемого рассчитывается как среднее значение всех полученных порогов как в восходящем, так и в нисходящем порядке.
Есть несколько проблем, связанных с методом пределов. Во-первых, это предвосхищение, которое вызвано осознанием субъектом того, что поворотные точки определяют изменение в ответе. Предвосхищение дает лучшие восходящие пороги и худшие нисходящие пороги.
Привыкание создает совершенно противоположный эффект и происходит, когда субъект привыкает отвечать либо «да» в нисходящих забегах и/или «нет» в восходящих забегах. По этой причине пороги повышаются в восходящих забегах и улучшаются в нисходящих забегах.
Другая проблема может быть связана с размером шага. Слишком большой шаг снижает точность измерения, поскольку фактический порог может находиться как раз между двумя уровнями стимула.
Наконец, поскольку тон всегда присутствует, «да» всегда является правильным ответом. [4]
Метод постоянных раздражителей
При методе постоянных стимулов испытатель устанавливает уровень стимулов и предъявляет их в совершенно случайном порядке.
Субъект отвечает «да»/«нет» после каждой презентации
Таким образом, не существует восходящих или нисходящих испытаний.
Испытуемый отвечает «да»/«нет» после каждого предъявления.
Стимулы предъявляются много раз на каждом уровне, а порог определяется как уровень стимула, на котором субъект набрал 50% правильных ответов. В этот метод могут быть включены испытания «поймать».
Метод постоянных стимулов имеет несколько преимуществ по сравнению с методом пределов. Во-первых, случайный порядок стимулов означает, что слушатель не может предсказать правильный ответ. Во-вторых, поскольку тон может отсутствовать (подхват), «да» не всегда является правильным ответом. Наконец, подхваты помогают обнаружить количество догадок слушателя.
Главный недостаток заключается в большом количестве испытаний, необходимых для получения данных, и, следовательно, времени, необходимом для завершения теста. [4]
Метод регулировки
Метод настройки разделяет некоторые черты с методом пределов, но отличается в других. Существуют нисходящие и восходящие дорожки, и слушатель знает, что стимул всегда присутствует.
Субъект уменьшает или увеличивает уровень тона
Однако, в отличие от метода пределов, здесь стимул контролируется слушателем. Испытуемый уменьшает уровень тона до тех пор, пока он больше не может быть обнаружен, или увеличивает до тех пор, пока он снова не будет услышан.
Уровень стимула непрерывно изменяется с помощью циферблата, а уровень стимула измеряется тестером в конце. Порог — это среднее значение только слышимого и только неслышимого уровней.
Также этот метод может производить несколько предубеждений. Чтобы не давать подсказок о фактическом уровне стимула, циферблат должен быть без маркировки. Помимо уже упомянутых предвосхищения и привыкания, на результат метода настройки может влиять устойчивость (сохранение) стимула.
При нисходящем ходе субъект может продолжать снижать уровень звука, как будто звук все еще слышен, даже если стимул уже значительно ниже фактического порога слышимости.
Напротив, при восходящих забегах у субъекта может сохраняться отсутствие стимула до тех пор, пока порог слышимости не будет преодолен на определенную величину. [10]

Модифицированные классические методы

Методы принудительного выбора

Слушателю предъявляются два интервала: один с тоном и один без тона. Слушатель должен решить, в каком интервале был тон. Количество интервалов можно увеличить, но это может вызвать проблемы у слушателя, который должен запомнить, в каком интервале был тон. [4] [11]

Адаптивные методы

В отличие от классических методов, где схема смены стимулов задана заранее, в адаптивных методах реакция субъекта на предыдущие стимулы определяет уровень, на котором предъявляется последующий стимул. [12]

Лестничные (вверх-вниз) методы

Серия нисходящих и восходящих пробных заездов и поворотных точек

Простой метод 1-вниз-1-вверх состоит из серии нисходящих и восходящих пробных запусков и поворотных точек (реверсий). Уровень стимула увеличивается, если субъект не реагирует, и уменьшается, когда происходит ответ. Подобно методу пределов, стимулы регулируются заранее определенными шагами. После получения от шести до восьми реверсий первый отбрасывается, а порог определяется как среднее значение средних точек оставшихся запусков. Эксперименты показали, что этот метод обеспечивает только 50% точности. [12] Для получения более точных результатов этот простой метод можно дополнительно модифицировать, увеличив размер шагов в нисходящих запусках, например, метод 2-вниз-1-вверх , методы 3-вниз-1-вверх . [4]

Метод отслеживания Бекеши

Порог, отслеживаемый слушателем

Метод Бекеши содержит некоторые аспекты классических методов и методов лестницы. Уровень стимула автоматически изменяется с фиксированной скоростью. Испытуемому предлагается нажать кнопку, когда стимул обнаруживается. После нажатия кнопки уровень автоматически уменьшается моторизованным аттенюатором и увеличивается, когда кнопка не нажата. Таким образом, порог отслеживается слушателями и рассчитывается как среднее значение средних точек пробегов, записанных автоматом. [4]

Эффект гистерезиса

Нисходящие бега обеспечивают лучшие пороги слуха, чем восходящие бега

Гистерезис можно приблизительно определить как «отставание эффекта от его причины». При измерении порогов слуха испытуемому всегда легче следовать за тоном, который слышен и уменьшается по амплитуде, чем обнаружить тон, который ранее был неслышим.

Это происходит потому, что влияние «сверху вниз» означает, что субъект ожидает услышать звук и, следовательно, более мотивирован и имеет более высокий уровень концентрации.

Теория «снизу вверх» объясняет, что нежелательный внешний (из окружающей среды) и внутренний (например, сердцебиение) шум приводит к тому, что субъект реагирует на звук только в том случае, если отношение сигнал/шум превышает определенную точку.

На практике это означает, что при измерении порога с уменьшающимися по амплитуде звуками точка, в которой звук становится неслышимым, всегда ниже точки, в которой он снова становится слышимым. Это явление известно как «эффект гистерезиса».

Психометрическая функция абсолютного порога слышимости

Психометрическая функция «представляет вероятность определенной реакции слушателя как функцию величины конкретной изучаемой звуковой характеристики». [13]

В качестве примера можно привести кривую вероятности обнаружения субъектом звука, представленного как функция уровня звука. Когда стимул предъявляется слушателю, можно было бы ожидать, что звук будет либо слышимым, либо неслышимым, что приводит к функции «порога». В действительности существует серая зона, где слушатель не уверен, услышал ли он звук на самом деле или нет, поэтому его ответы непоследовательны, что приводит к психометрической функции .

Психометрическая функция представляет собой сигмоидальную функцию , графическое представление которой имеет форму буквы «S».

Минимальное звуковое поле против минимального звукового давления

Для измерения минимального звукового стимула [2] и, следовательно, абсолютного порога слышимости можно использовать два метода. Минимальное звуковое поле подразумевает, что субъект находится в звуковом поле, а стимул предъявляется через громкоговоритель. [2] [14] Затем уровень звука измеряется в положении головы субъекта, когда субъект не находится в звуковом поле. [2] Минимальное звуковое давление подразумевает предъявление стимулов через наушники [2] или вкладыши [1] [14] и измерение звукового давления в ушном канале субъекта с помощью очень маленького зондирующего микрофона. [2] Два разных метода дают разные пороги [1] [2] , и пороги минимального звукового поля часто на 6–10 дБ лучше, чем пороги минимального звукового давления. [2] Считается, что эта разница обусловлена:

Минимальное звуковое поле и минимальное звуковое давление важны при рассмотрении вопросов калибровки , и они также иллюстрируют, что человеческий слух наиболее чувствителен в диапазоне 2–5 кГц. [2]

Временная суммация

Временная суммация — это соотношение между длительностью и интенсивностью стимула, когда время предъявления составляет менее 1 секунды. Слуховая чувствительность изменяется, когда длительность звука становится менее 1 секунды. Пороговая интенсивность уменьшается примерно на 10 дБ, когда длительность тональной посылки увеличивается с 20 до 200 мс.

Например, предположим, что самый тихий звук, который может услышать субъект, составляет 16 дБ SPL, если звук предъявляется в течение 200 мс. Если тот же звук затем предъявляется в течение всего 20 мс, самый тихий звук, который теперь может услышать субъект, повышается до 26 дБ SPL. Другими словами, если сигнал укорачивается в 10 раз, то уровень этого сигнала должен быть увеличен на целых 10 дБ, чтобы субъект его услышал.

Ухо работает как детектор энергии , который отбирает количество энергии, присутствующей в течение определенного периода времени. Определенное количество энергии необходимо в течение определенного периода времени, чтобы достичь порога. Это можно сделать, используя более высокую интенсивность в течение меньшего времени или используя более низкую интенсивность в течение большего времени. Чувствительность к звуку улучшается по мере увеличения длительности сигнала примерно до 200–300 мс, после чего порог остается постоянным. [2]

Литавры уха работают скорее как датчик звукового давления. Микрофон также работает таким же образом и не чувствителен к интенсивности звука.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Durrant J D., Lovrinic J H. 1984. Основы наук о слухе . Второе издание. Соединенные Штаты Америки: Williams & Wilkins
  2. ^ abcdefghijk Гельфанд С. А., 2004. Слух. Введение в психологическую и физиологическую акустику . Четвертое издание. Соединенные Штаты Америки: Марсель Деккер
  3. ^ Среднеквадратичное звуковое давление можно преобразовать в интенсивность звука плоской волны, используя , где ρ — плотность воздуха, а — скорость звука.
  4. ^ abcdefghij Гельфанд, С. А., 1990. Слух: Введение в психологическую и физиологическую акустику . 2-е издание. Нью-Йорк и Базель: Marcel Dekker, Inc.
  5. ^ Джонсон, Кит (2015). Акустическая и слуховая фонетика (третье изд.). Wiley-Blackwell.
  6. ^ Джонс, Пит Р. (20 ноября 2014 г.). «Какой самый тихий звук может услышать человек?» (PDF) . Университетский колледж Лондона. Архивировано из оригинала (PDF) 24.03.2016 . Получено 16.03.2016 . С другой стороны, на рисунке 1 вы также можете видеть, что наш слух немного более чувствителен к частотам чуть выше 1 кГц, где пороги могут быть всего лишь −9 дБ УЗД!
  7. ^ Филдинг, Чарльз. "Лекция 007 Слух II". Колледж слуховой теории Санта-Фе . Архивировано из оригинала 2016-05-07 . Получено 2016-03-17 . Пиковые чувствительности, показанные на этом рисунке, эквивалентны амплитуде звукового давления в звуковой волне 10 мкПа или: около -6 дБ (УЗД). Обратите внимание, что это для монофонического прослушивания звука, представленного спереди слушателя. Для звуков, представленных на стороне прослушивания головы, наблюдается повышение пиковой чувствительности примерно на 6 дБ [−12 дБ УЗД] из-за увеличения давления, вызванного отражением от головы.
  8. ^ Монтгомери, Кристофер. "24/192 загрузки музыки ...и почему они бессмысленны". xiph.org . Архивировано из оригинала 2016-03-14 . Получено 2016-03-17 . Самый тихий воспринимаемый звук составляет около -8 дБ SPL
  9. ^ ab Hirsh I J., 1952. «Измерение слуха». Соединенные Штаты Америки: McGraw-Hill.
  10. ^ Hirsh I J., Watson CS., 1996. Auditory Psychophysics and Perception. Annu. Rev. Psychol. 47: 461–84. Доступно для скачивания с сайта: http://arjournals.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.psych.47.1.461. Доступно 1 марта 2007 г.
  11. ^ Миллер и др., 2002. «Непараметрические отношения между одноинтервальными и двухинтервальными задачами с принудительным выбором в теории обнаружимости сигнала». Архив журнала математической психологии. 46:4;383–417. Доступно по адресу: http://portal.acm.org/citation.cfm?id=634580. Доступно 1 марта 2007 г.
  12. ^ ab Levitt H. (1971). «Трансформированные методы вверх-вниз в психоакустике». J. Acoust. Soc. Am . 49 (2): 467–477. doi :10.1121/1.1912375. PMID  5541744. Получено 1 марта 2007 г.
  13. ^ Арлингер, С. 1991. Руководство по практической аудиометрии: Том 2 (Практические аспекты аудиологии) . Чичестер: Whurr Publishers.
  14. ^ ab Kidd G. 2002. Психоакустика IN Handbook of Clinical Audiology . Пятое издание.

Внешние ссылки