Абсолютный порог слышимости - Absolute threshold of hearing

В абсолютный порог слышимости (ATH) - минимум уровень звука из чистый тон что среднее человеческое ухо с нормальным слушание может слышать без других звуков. Абсолютный порог относится к звук то, что организм может просто услышать.[1][2] Абсолютный порог не является дискретной точкой и поэтому классифицируется как точка, в которой звук вызывает реакцию в определенном процентном соотношении времени.[1] Это также известно как слуховой порог.

Порог слышимости обычно обозначается как RMS звуковое давление из 20 микропаскали, т.е. 0 дБ SPL, соответствующий интенсивность звука 0,98 пВт / м2 при 1 атмосфере и 25 ° C.[3] Это примерно самый тихий звук, который молодой человек с неповрежденным слухом может уловить за 1000Гц.[4] Порог слышимости частота -зависимы, и было показано, что чувствительность уха лучше всего на частотах от 2 кГц до 5 кГц,[5] где пороговое значение достигает −9 дБ SPL.[6][7][8]

Средние пороги слышимости нанесены от 125 до 8000 Гц для младшего (красные кружки) и старшего (черные ромбы).

Психофизические методы измерения пороговых значений

Измерение абсолютного порога слышимости дает некоторую основную информацию о наших слуховая система.[4] Инструменты, используемые для сбора такой информации, называются психофизическими методами. Через них восприятие физического стимула (звука) и измеряется наша психологическая реакция на звук.[9]

Абсолютный порог можно измерить несколькими психофизическими методами. Они различаются, но некоторые аспекты идентичны. Во-первых, тест определяет стимул и указывает, как испытуемый должен реагировать. Тест представляет слушателю звук и манипулирует уровнем стимула по заранее заданному шаблону. Абсолютный порог определяется статистически, часто как среднее значение всех полученных порогов слышимости.[4]

В некоторых процедурах используется серия испытаний, в каждом из которых используется парадигма «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 присутствует. Когда интервал не содержит стимула, это называется «пробной попыткой».[4]

Классические методы

Классические методы восходят к 19 веку и впервые были описаны Густав Теодор Фехнер в его работе Элементы психофизики.[9] Для проверки восприятия стимула испытуемым традиционно используются три метода: метод ограничений, метод постоянных стимулов и метод настройки.[4]

Метод пределов
В методе пределов тестер контролирует уровень раздражителей. Одноинтервальный да нет парадигма », но нет никаких испытаний.
В испытании используется несколько серий нисходящих и восходящих прогонов.
Испытание начинается с нисходящего прогона, где стимул представлен на уровне, значительно превышающем ожидаемый порог. Когда субъект правильно реагирует на раздражитель, уровень интенсивности звука уменьшается на определенную величину и воспроизводится снова. Тот же паттерн повторяется до тех пор, пока испытуемый не перестанет реагировать на стимулы, после чего нисходящий бег заканчивается.
В восходящем беге, который следует после, стимул сначала предъявляется значительно ниже порога, а затем постепенно увеличивается в два раза. децибел (дБ), пока испытуемый не ответит.
Серия спусков по нисходящей и восходящей в методе пределов
Поскольку нет четких границ «слышать» и «не слышать», порог для каждого прогона определяется как средняя точка между последним слышимым и первым неслышимым уровнями.
Абсолютный порог слышимости испытуемого рассчитывается как среднее значение всех полученных пороговых значений как по возрастанию, так и по убыванию.
Есть несколько вопросов, связанных с методом лимитов. Во-первых, это предвкушение, которое вызвано осознанием субъектом того, что поворотные точки определяют изменение реакции. Ожидание дает лучшие пороги подъема и худшие пороги убывания.
Привыкание создает совершенно противоположный эффект и возникает, когда субъект привыкает отвечать либо «да» на спусках, либо на «нет» на подъемах. По этой причине пороговые значения повышаются при восходящих пробегах и улучшаются при нисходящих пробегах.
Другая проблема может быть связана с размером шага. Слишком большой шаг снижает точность измерения, так как фактический порог может находиться только между двумя уровнями стимула.
Наконец, поскольку тон присутствует всегда, «да» всегда является правильным ответом.[4]
Метод постоянных раздражителей
В методе постоянных стимулов тестер устанавливает уровень стимулов и предъявляет их в совершенно произвольном порядке.
Субъект отвечает "да" / "нет" после каждой презентации.
Таким образом, нет ни восходящих, ни нисходящих испытаний.
Испытуемый отвечает «да» / «нет» после каждой презентации.
Стимулы предъявляются много раз на каждом уровне, и порог определяется как уровень стимула, при котором испытуемый получил 50% правильных оценок. В этот метод могут быть включены "отлов" испытания.
Метод постоянных раздражителей 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 версия), «да» не всегда является правильным ответом. Наконец, испытания по отлову помогают определить степень предположения слушателя.
Главный недостаток заключается в большом количестве испытаний, необходимых для получения данных, и, следовательно, времени, необходимом для завершения теста.[4]
Метод регулировки
Метод настройки имеет общие черты с методом ограничения, но отличается в других. Есть нисходящие и восходящие пробеги, и слушатель знает, что стимул всегда присутствует.
Объект снижает или увеличивает уровень тона
Однако, в отличие от метода ограничений, здесь стимул управляется слушателем. Объект понижает уровень тона до тех пор, пока его не перестанут обнаруживать, или усиливает, пока его снова не услышат.
Уровень стимула непрерывно изменяется с помощью шкалы, а уровень стимула измеряется тестером в конце. Порог - это среднее значение только слышимого и просто неслышимого уровней.
Также этот метод может привести к нескольким ошибкам. Чтобы не давать подсказок о фактическом уровне стимула, на шкале не должно быть надписи. Помимо уже упомянутых ожиданий и привыкания, стойкость (сохранение) стимула может влиять на результат от метода настройки.
Во время нисходящих пробежек субъект может продолжать снижать уровень звука, как если бы звук все еще был слышен, даже если стимул уже значительно ниже фактического порога слышимости.
Напротив, в восходящих пробегах субъект может сохранять отсутствие стимула до тех пор, пока порог слышимости не будет превышен на определенную величину.[10]

Модифицированные классические методы

Основная статья: Аудиометрия чистого тона

Методы принудительного выбора

Слушателю предлагаются два интервала: один с тоном, а другой без тона. Слушатель должен решить, в каком интервале звучит тон. Количество интервалов может быть увеличено, но это может вызвать проблемы у слушателя, который должен помнить, в каком интервале содержится тон.[4][11]

Адаптивные методы

В отличие от классических методов, в которых шаблон изменения стимулов задается заранее, в адаптивных методах реакция субъекта на предыдущие стимулы определяет уровень, на котором предъявляется следующий стимул.[12]

Методы лестницы (методы вверх-вниз)

Серия пробных спусков и подъемов и поворотных точек

Простой метод «1-вниз-1-вверх» состоит из серии нисходящих и восходящих пробных прогонов и точек поворота (разворотов). Уровень стимула увеличивается, если субъект не отвечает, и уменьшается, когда возникает реакция.

Точно так же, как и в методе пределов, стимулы регулируются заранее заданными шагами. После получения от шести до восьми разворотов первое отклоняется, и порог определяется как среднее из средних значений оставшихся прогонов. Эксперименты показали, что этот метод обеспечивает только 50% точности.[12]
Для получения более точных результатов этот простой метод можно дополнительно модифицировать, увеличивая размер шагов в убывающих прогонах, например «Метод 2-вниз-1-вверх», «Методы 3-вниз-1-вверх».[4]

Метод отслеживания Бекеши

Метод Бекеши содержит некоторые аспекты классических методов и лестничных методов. Уровень стимула автоматически изменяется с фиксированной скоростью. Испытуемого просят нажать кнопку, когда стимул обнаруживается.

Порог, отслеживаемый слушателем
После нажатия кнопки уровень автоматически понижается моторным приводом. аттенюатор и увеличивается, когда кнопка не нажата. Таким образом, пороговое значение отслеживается слушателями и вычисляется как среднее из средних значений прогонов, записанных автоматом.[4]

Эффект гистерезиса

Основная статья: Гистерезис

Гистерезис можно грубо определить как `` отставание эффекта от его причины ''. При измерении порога слышимости пациенту всегда легче следить за звуком, который слышен и уменьшается в амплитуда чем для обнаружения тона, который ранее не был слышен.

Это связано с тем, что «нисходящие» влияния означают, что субъект ожидает услышать звук и, следовательно, более мотивирован с более высоким уровнем концентрации.

Теория «снизу вверх» объясняет, что нежелательные внешние (из окружающей среды) и внутренние (например, сердцебиение) шум приводит к тому, что субъект реагирует на звук, только если соотношение сигнал шум выше определенной точки.

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

По убыванию порог слышимости лучше, чем по восходящей

Психометрическая функция абсолютного порога слышимости

Психометрическая функция «представляет вероятность реакции определенного слушателя в зависимости от величины конкретной изучаемой звуковой характеристики».[13]

В качестве примера, это может быть кривая вероятности обнаружения звука субъектом, представленная как функция уровня звука. Когда стимул предъявляется слушателю, можно ожидать, что звук будет либо слышным, либо неслышным, что приводит к функции «порог». На самом деле существует серая зона, где слушатель не уверен, слышал ли он звук на самом деле или нет, поэтому их ответы непоследовательны, в результате психометрическая функция.

Психометрическая функция - это сигмовидная функция характеризуется тем, что имеет форму буквы «s» в графическом представлении.

Минимальное звуковое поле против минимального звукового давления

Для измерения минимального звукового раздражителя можно использовать два метода.[2] и, следовательно, абсолютный порог слышимости. Минимальное звуковое поле включает в себя субъект, сидящий в звуковом поле, и стимул, подаваемый через громкоговоритель.[2][14] Затем уровень звука измеряется в положении головы субъекта, при этом объект не находится в звуковом поле.[2]Минимальное звуковое давление предполагает предъявление стимулов через наушники.[2] или наушники[1][14] и измерение звукового давления в ушной канал с помощью очень маленького пробного микрофона.[2]Два разных метода производят разные пороги[1][2] и минимальные пороги слышимого поля часто на 6-10 дБ лучше, чем минимальные пороги слышимого давления.[2] Считается, что это различие связано с:

  • монофонический vs бинауральный слух. При минимальном звуковом поле оба уха способны обнаруживать раздражители, но при минимальном слышимом давлении только одно ухо способно обнаруживать раздражители. Бинауральный слух более чувствителен, чем монофонический /[1]
  • физиологические шумы, слышимые, когда ухо закрыто наушником во время измерения минимального слышимого давления.[2] Когда ухо закрыто, субъект слышит шумы тела, такие как сердцебиение, и они могут иметь маскирующий эффект.

Минимальное слышимое поле и минимальное звуковое давление важны при рассмотрении калибровка проблемы, и они также показывают, что человеческий слух наиболее чувствителен в диапазоне 2–5 кГц.[2]

Временное суммирование

Временное суммирование - это соотношение между длительностью стимула и его интенсивностью, когда время предъявления составляет менее 1 секунды. Слуховая чувствительность изменяется, когда продолжительность звука становится меньше 1 секунды. Пороговая интенсивность уменьшается примерно на 10 дБ при увеличении длительности тональной посылки с 20 до 200 мс.

Например, предположим, что самый тихий звук, который может услышать субъект, составляет 16 дБ SPL, если звук присутствует с продолжительностью 200 мс. Если затем такой же звук воспроизводится в течение всего 20 мс, самый тихий звук, который сейчас может слышать субъект, достигает уровня 26 дБ SPL. Другими словами, если сигнал укорачивается в 10 раз, то уровень этого сигнала должен быть увеличен на целых 10 дБ, чтобы его услышал субъект.

Ухо работает как энергия детектор, который измеряет количество энергии, присутствующей в течение определенного периода времени. Для достижения порога необходимо определенное количество энергии в течение определенного периода времени. 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 продолжительности сигнала примерно до 200–300 мс, после чего порог остается постоянным.[2]

Ушные литавры работают скорее как датчик звукового давления. Также микрофон работает таким же образом и не чувствителен к интенсивности звука.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Даррант Дж. Д., Ловринич Дж. Х. 1984. Основы слуховых наук. Второе издание. Соединенные Штаты Америки: Уильямс и Уилкинс
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Гельфанд С.А., 2004. Услышав введение в психологическую и физиологическую акустику. Четвертый выпуск. Соединенные Штаты Америки: Марсель Деккер
  3. ^ Звуковое давление RMS можно преобразовать в интенсивность звука плоской волны с помощью , куда ρ плотность воздуха и это скорость звука
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j 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.). Вили-Блэквелл.
  6. ^ Джонс, Пит Р. (20 ноября 2014 г.). "Какой самый тихий звук может слышать человек?" (PDF). Университетский колледж Лондона. Получено 2016-03-16. 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 составлять всего -9 дБ SPL!
  7. ^ Фейлдинг, Чарльз. «Лекция 007 Слух II». Колледж слуховой теории Санта-Фе. Архивировано из оригинал на 2016-05-07. Получено 2016-03-17. Пиковая чувствительность, показанная на этом рисунке, эквивалентна амплитуде звукового давления в звуковой волне 10 мкПа или: около -6 дБ (SPL). Обратите внимание, что это для монофонического прослушивания звука, представленного перед слушателем. Для звуков, представленных на слушающей стороне головы, наблюдается повышение максимальной чувствительности примерно на 6 дБ [-12 дБ SPL] 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 оригинал на 2016-03-14. Получено 2016-03-17. Самый тихий слышимый звук - около -8 дБ SPL.
  9. ^ а б Хирш И. Дж., 1952. «Измерение слуха». Соединенные Штаты Америки: Макгроу-Хилл.
  10. ^ Хирш И. Дж., Ватсон С., 1996. Слуховая психофизика и восприятие. Анну. Rev. Psychol. 47: 461–84. Доступно для загрузки с: 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 отношения между одноинтервальными и двухинтервальными задачами с принудительным выбором в теории обнаруживаемости сигналов». Архив журнала математической психологии. 46: 4; 383–417. Доступна с: http://portal.acm.org/citation.cfm?id=634580. По состоянию на 1 марта 2007 г.
  12. ^ а б Левитт Х., 1971. «Трансформированные методы вверх-вниз в психоакустике». J. Acoust. Soc. Амер. 49, 467–477. Доступно для загрузки с: http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JASMAN00004900002B000467000001&idtype=cvips&gifs=yes. (Проверено 1 марта 2007 г.).
  13. ^ Арлингер, С. 1991. Руководство по практической аудиометрии: Том 2 (Практические аспекты аудиологии). Чичестер: Издательство Whurr.
  14. ^ а б Кидд Г. 2002. Психоакустика В Справочник по клинической аудиологии. Пятое издание.

внешняя ссылка