stringtranslate.com

Абсолютный порог слышимости

Абсолютный порог слышимости ( АТН ), также известный как абсолютный порог слышимости или слуховой порог , представляет собой минимальный уровень звука чистого тона , который среднестатистическое человеческое ухо с нормальным слухом может услышать при отсутствии 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 реакцию в течение определенного процента времени. [1]

Порог слышимости обычно указывается в отношении среднеквадратического звукового давления 20 микропаскалей , т.е. 0 дБ SPL, что соответствует интенсивности звука 0,98 пВт/м 2 при 1 атмосфере и 25 °C. [3] Это примерно самый тихий звук, который молодой человек с неповрежденным слухом может услышать на частоте 1000  Гц . [4] Порог слышимости зависит от частоты , и было показано, что чувствительность уха лучше всего на частотах от 2 до 5 кГц, [5] где порог достигает всего -9 дБ SPL. [6] [7] [8]

Средние пороги слышимости в децибелах  (SPL) (единица измерения «дБ(HL)», указанная на вертикальной оси, неверна) показаны в диапазоне от 125 до 8000 Гц для молодых (18–30 лет, красные кружки) и пожилых людей (60 лет). -67 лет, черные бриллианты). Показано, что слух пожилых людей значительно менее чувствителен, чем у молодых людей, к частотам 4000 и 8000 Гц, что примерно соответствует клавишам фортепиано и тонам b'''' (B7) и b''''' ( В8) соответственно. B8 находится рядом с верхним пределом частотного диапазона 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 позволяют измерить абсолютный порог. Они различаются, но некоторые аспекты идентичны. Во-первых, тест определяет стимул и определяет способ реакции испытуемого. Тест представляет звук слушателю и манипулирует уровнем стимула по заранее заданному шаблону. Абсолютный порог определяется статистически, часто как среднее всех полученных порогов слышимости. [4]

В некоторых процедурах используется серия испытаний, при этом в каждом испытании используется «парадигма одного интервала «да»/«нет». Это означает, что звук может присутствовать или отсутствовать в отдельном интервале, и слушатель должен сказать, считает ли он, что стимул присутствовал. Когда интервал не содержит стимула, это называется «пробой ловли». [4]

Классические методы

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

Метод пределов
В методе пределов тестер контролирует уровень раздражителей. Используется одноинтервальная парадигма «да/нет », но пробных попыток нет.
В испытании используется несколько серий нисходящих и восходящих пробежек.
Испытание начинается с нисходящего цикла, когда стимул предъявляется на уровне, значительно превышающем ожидаемый порог. Когда субъект правильно реагирует на стимул, уровень интенсивности звука снижается на определенную величину и воспроизводится снова. Та же схема повторяется до тех пор, пока испытуемый не перестанет реагировать на стимулы, после чего нисходящий бег завершается.
При восходящем движении, которое следует за ним, стимул сначала предъявляется значительно ниже порога, а затем постепенно увеличивается на два шага в децибелах (дБ), пока субъект не отреагирует.
Серия нисходящих и восходящих пробегов в Методе пределов
Поскольку четких границ между «слышимостью» и «неслышимостью» нет, порог для каждого прогона определяется как средняя точка между последним слышимым и первым неслышимым уровнем.
Абсолютный порог слуха субъекта рассчитывается как среднее всех полученных порогов как при восходящем, так и при нисходящем ходе.
Существует ряд вопросов, связанных с методом пределов. Во-первых, это ожидание, которое вызвано осознанием субъектом того, что поворотные моменты определяют изменение реакции. Ожидание приводит к лучшим возрастающим порогам и худшим нисходящим порогам.
Привыкание создает совершенно противоположный эффект и происходит, когда субъект привыкает отвечать либо «да» на нисходящие серии, либо «нет» на восходящие серии. По этой причине пороговые значения повышаются при восходящих пробегах и улучшаются при нисходящих.
Другая проблема может быть связана с размером шага. Слишком большой шаг снижает точность измерения, поскольку фактическое пороговое значение может находиться между двумя уровнями стимула.
Наконец, поскольку тон всегда присутствует, «да» всегда будет правильным ответом. [4]
Метод постоянных раздражителей
В методе постоянных стимулов тестер 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 каждой презентации.
Стимулы предъявляются много раз на каждом уровне, а порог определяется как уровень стимула, при котором испытуемый набрал 50% правильных результатов. В этот метод могут быть включены «выловные» испытания.
Метод постоянных стимулов имеет ряд преимуществ перед методом пределов. Во-первых, случайный порядок стимулов означает, что слушатель не может предсказать правильный ответ. Во-вторых, поскольку тон может отсутствовать (пробная попытка), «да» не всегда является правильным ответом. Наконец, пробные уловки помогают определить степень догадок слушателя.
Основной недостаток заключается в большом количестве испытаний, необходимых для получения данных, и, следовательно, времени, необходимого для завершения теста. [4]
Метод регулировки
Метод корректировки имеет некоторые общие черты с методом пределов, но отличается в других. Есть нисходящие и восходящие пробежки, и слушатель знает, что стимул всегда присутствует.
Субъект снижает или повышает уровень тона
Однако, в отличие от метода пределов, здесь стимул контролируется слушателем. Субъект снижает уровень звука до тех пор, пока его невозможно будет обнаружить, или увеличивает его до тех пор, пока его снова нельзя будет услышать.
Уровень стимула непрерывно изменяется с помощью шкалы, а уровень стимула измеряется тестером в конце. Порог — это среднее значение едва слышимого и едва слышимого уровней.
Также этот метод может привести к нескольким систематическим ошибкам. Чтобы избежать подсказок о фактическом уровне стимула, циферблат не должен иметь маркировки. Помимо уже упомянутых антиципации и привыкания, на результат метода приспособления может влиять инерционность (сохранение) стимула.
При нисходящем движении испытуемый может продолжать снижать уровень звука, как если бы звук все еще был слышен, даже если стимул уже значительно ниже фактического порога слышимости.
Напротив, при восходящем пробеге 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, другой без тона. Слушатель должен решить, в каком интервале содержится тон. Количество интервалов можно увеличить, но это может вызвать проблемы у слушателя, которому придется запомнить, в каком интервале содержится тон. [4] [11]

Адаптивные методы

В отличие от классических методов, где заранее задан шаблон изменения стимулов, в адаптивных методах реакция испытуемого на предыдущие стимулы определяет уровень предъявления последующего стимула. [12]

Лестничные методы (вверх-вниз)

Серия нисходящих и восходящих пробных забегов и поворотных моментов

Простой метод 1-вниз-1-вверх состоит из серии нисходящих и восходящих пробных прогонов и поворотных точек (разворотов). Уровень стимула увеличивается, если субъект не отвечает, и снижается, когда возникает ответ. Подобно методу ограничений, стимулы регулируются заранее определенными шагами. После получения от шести до восьми разворотов первый из них отбрасывается и порог определяется как среднее значение середин остальных прогонов. Эксперименты показали, что этот метод обеспечивает точность только 50%. [12] Для получения более точных результатов этот простой метод можно дополнительно модифицировать, увеличивая размер шагов в нисходящих прогонах, 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 лестничных методов. Уровень стимула автоматически изменяется с фиксированной скоростью. Испытуемого просят нажать кнопку, когда стимул будет обнаружен. После нажатия кнопки уровень автоматически снижается с помощью аттенюатора с приводом от двигателя и увеличивается, когда кнопка не нажата. Таким образом, порог отслеживается слушателями и рассчитывается как среднее значение средних точек серий, записанных автоматом. [4]

Эффект гистерезиса

Гистерезис можно грубо определить как «отставание следствия от его причины». При измерении порога слышимости испытуемому всегда легче проследить за слышимым и уменьшающимся по амплитуде тоном , чем обнаружить тон, который ранее был неслышен.

Это связано с тем, 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 соотношение сигнал/шум превышает определенную точку.

На практике это означает, что при измерении порога при уменьшающихся по амплитуде звуках точка, в которой звук становится неслышимым, всегда ниже точки, в которой он возвращается к слышимости. Это явление известно как «эффект гистерезиса».

Нисходящие пробежки обеспечивают лучший порог слышимости, чем восходящие.

Психометрическая функция абсолютного порога слышимости

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

В качестве примера можно привести кривую вероятности обнаружения субъектом звука в зависимости от уровня звука. Когда слушателю предъявляется стимул, можно было бы ожидать, что звук будет либо слышен, либо неслышен, что приводит к функции «порога». В действительности существует серая зона, где слушатель не уверен в том, действительно ли он услышал звук или нет, поэтому его реакции непоследовательны, что приводит к психометрической функции .

Психометрическая функция — это сигмовидная функция , характеризующаяся буквой S в графическом представлении.

Минимальное звуковое поле против минимального звукового давления

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

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

Временное суммирование

Временное суммирование — это соотношение между длительностью и интенсивностью стимула, когда время предъявления менее 1 секунды. Слуховая чувствительность меняется, когда продолжительность звука становится менее 1 секунды. Пороговая интенсивность снижается примерно на 10 дБ при увеличении длительности тонального сигнала с 20 до 200 мс.

Например, предположим, что самый тихий звук, который может услышать субъект, составляет 16 дБ SPL, если длительность звука составляет 200 мс. Если затем тот же звук воспроизводится в течение всего 20 мс, самый тихий звук, который теперь может услышать субъект, достигает 26 дБ SPL. Другими словами, если сигнал сокращается в 10 раз, то уровень этого сигнала необходимо увеличить на целых 10 дБ, чтобы субъект мог его услышать.

Ухо работает как детектор энергии , который измеряет количество энергии, присутствующей в течение определенного периода времени. Для достижения порога в течение определенного периода времени необходимо определенное количество энергии. 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 действуют скорее как датчик звукового давления. Точно так же работает и микрофон, который не чувствителен к интенсивности звука.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcde Даррант Дж. Д., Ловринич Дж. Х. 1984. Основы слуховых наук . Второе издание. Соединенные Штаты Америки: Уильямс и Уилкинс
  2. ^ abcdefghijk Gelfand SA, 2004. Слушание введения 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, Кейт (2015). Акустическая и слуховая фонетика (третье изд.). Уайли-Блэквелл.
  6. ↑ Джонс, Пит Р. (20 ноября 2014 г.). «Какой самый тихий звук может услышать человек?» (PDF) . Университетский колледж Лондона. Архивировано из оригинала (PDF) 24 марта 2016 г. Проверено 16 марта 2016 г. С другой стороны, на рисунке 1 вы также можете видеть, что наш слух немного более чувствителен к частотам чуть выше 1 кГц, где пороговые значения могут достигать -9 дБSPL!
  7. ^ Фейлдинг, Чарльз. «Лекция 007 Слушание II». Колледж теории слуха Санта-Фе . Архивировано из оригинала 7 мая 2016 г. Проверено 17 марта 2016 г. Пиковая чувствительность, показанная на этом рисунке, эквивалентна амплитуде звукового давления в звуковой волне 10 мкПа или около -6 дБ(УЗД). Обратите внимание, что это для монофонического прослушивания звука, расположенного спереди слушателя. Для звуков, воспроизводимых со стороны головы, на которой слушают, 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 не имеют смысла». xiph.org . Архивировано из оригинала 14 марта 2016 г. Проверено 17 марта 2016 г. Самый тихий ощутимый звук составляет около -8dbSPL.
  9. ^ аб Хирш I Дж., 1952. «Измерение слуха». Соединенные Штаты Америки: МакГроу-Хилл.
  10. ^ Хирш И. Дж., Уотсон К. С., 1996. Слуховая психофизика и восприятие. Анну. Преподобный Психол. 47: 461–84. Доступно для загрузки по адресу: http://arjournals.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.psych.47.1.461. По состоянию на 1 марта 2007 г.
  11. ^ Миллер и др., 2002. «Непараметрические связи между одноинтервальными и двухинтервальными задачами с принудительным выбором в теории обнаруживаемости сигналов». Архив журнала математической психологии. 46:4;383–417. Доступно по адресу: http://portal.acm.org/citation.cfm?id=634580. По состоянию на 1 марта 2007 г.
  12. ^ аб Левитт Х. (1971). «Трансформированные методы вверх-вниз в психоакустике». Дж. Акуст. Соц. Являюсь . 49 (2): 467–477. дои : 10.1121/1.1912375. ПМИД  5541744 . Проверено 1 марта 2007 г.
  13. ^ Арлингер, С. 1991. Руководство по практической аудиометрии: Том 2 (Практические аспекты аудиологии) . Чичестер: Издательство Whurr.
  14. ^ ab Кидд Г. 2002. Психоакустика IN Справочник по клинической аудиологии . Пятое издание.

Внешние ссылки