Absolutní práh sluchu - Absolute threshold of hearing

The absolutní práh sluchu (ATH) je minimum úroveň zvuku a čistý tón že průměrné lidské ucho s normálními sluch slyšíte bez dalšího zvuku. Absolutní práh se vztahuje k zvuk který může organismus jen slyšet.[1][2] Absolutní prahová hodnota není samostatným bodem, a proto je klasifikována jako bod, ve kterém zvuk vyvolává odezvu v určitém procentu času.[1] Toto je také známé jako sluchový práh.

Prahová hodnota sluchu se obecně uvádí jako RMS akustický tlak z 20 mikropascalů, tj. 0 dB SPL, což odpovídá a intenzita zvuku 0,98 pW / m2 při 1 atmosféře a 25 ° C.[3] Je to přibližně nejtišší zvuk, který mladý člověk s nepoškozeným sluchem dokáže detekovat při 1000Hz.[4] Prahová hodnota sluchu je frekvence -závislé a ukázalo se, že citlivost ucha je nejlepší při frekvencích mezi 2 kHz a 5 kHz,[5] kde prahová hodnota dosahuje až -9 dB SPL.[6][7][8]

Průměrné prahové hodnoty sluchu jsou vyneseny od 125 do 8000 Hz pro mladší (červené kruhy) a starší (černé diamanty).

Psychofyzikální metody pro měření prahových hodnot

Měření absolutního prahu sluchu poskytuje některé základní informace o našem sluchový systém.[4] Nástroje používané ke shromažďování těchto informací se nazývají psychofyzikální metody. Prostřednictvím nich vnímání fyzického stimulu (zvuku) a měří se naše psychologická reakce na zvuk.[9]

Několik psychofyzikálních metod může měřit absolutní práh. Liší se, ale určité aspekty jsou totožné. Nejprve test definuje stimul a určuje způsob, jakým by měl subjekt reagovat. Test představuje zvuk posluchače a manipuluje s úrovní stimulu v předem určeném vzoru. Absolutní prahová hodnota je definována statisticky, často jako průměr všech získaných prahových hodnot sluchu.[4]

Některé postupy používají řadu pokusů, přičemž každý pokus používá paradigma „jednoho intervalu„ ano “/„ ne “. To znamená, že v jediném intervalu může být zvuk přítomen nebo nepřítomný a posluchač musí říci, zda si myslel, že stimul existuje. Pokud interval neobsahuje stimul, nazývá se to „pokus o chycení“.[4]

Klasické metody

Klasické metody pocházejí z 19. století a byly poprvé popsány autorem Gustav Theodor Fechner ve své práci Základy psychofyziky.[9] K testování vnímání stimulu subjektem se tradičně používají tři metody: metoda limitů, metoda neustálých stimulů a metoda úpravy.[4]

Metoda limitů
V metodě limitů kontroluje tester úroveň stimulů. Jeden interval Ano ne paradigma ', ale neexistují žádné zkoušky úlovků.
Pokus využívá několik sérií sestupných a vzestupných běhů.
Pokus začíná sestupným během, kdy je stimul prezentován na úrovni výrazně nad očekávanou prahovou hodnotou. Když subjekt správně reaguje na podnět, úroveň intenzity zvuku se sníží o určitou částku a znovu se zobrazí. Stejný vzor se opakuje, dokud subjekt přestane reagovat na podněty, a v tom okamžiku je sestupný běh dokončen.
Ve vzestupném běhu, který následuje poté, je stimul nejprve prezentován hluboko pod prahovou hodnotou a poté se postupně zvyšuje na dvě části decibel (dB) kroky, dokud subjekt nereaguje.
Série sestupných a vzestupných běhů v metodě limitů
Jelikož neexistují jasné meze pro „slyšení“ a „neslyšení“, prahová hodnota pro každý běh je určena jako střed mezi poslední slyšitelnou a první neslyšitelnou úrovní.
Absolutní prahová hodnota sluchu subjektu se vypočítá jako průměr všech získaných prahových hodnot ve vzestupném i sestupném běhu.
Existuje několik problémů souvisejících s metodou limitů. První je očekávání, které je způsobeno vědomím subjektu, že otočné body určují změnu v reakci. Očekávání vytváří lepší vzestupné prahové hodnoty a horší sestupné prahové hodnoty.
Habituace vytváří zcela opačný efekt a nastává, když si subjekt zvykne reagovat buď „ano“ v sestupných bězích a / nebo „ne“ ve vzestupných bězích. Z tohoto důvodu se prahové hodnoty zvyšují ve vzestupných bězích a zlepšují se v sestupných bězích.
Další problém může souviset s velikostí kroku. Příliš velký krok ohrožuje přesnost měření, protože skutečná prahová hodnota může být jen mezi dvěma úrovněmi stimulu.
Nakonec, protože tón je vždy přítomen, „ano“ je vždy správná odpověď.[4]
Metoda stálých podnětů
V metodě stálých podnětů tester nastavuje úroveň podnětů a předkládá je v zcela náhodném pořadí.
Subjekt po každé prezentaci odpoví „ano“ / „ne“
Neexistují tedy žádné vzestupné ani sestupné zkoušky.
Subjekt po každé prezentaci odpoví „ano“ / „ne“.
Stimuly jsou prezentovány mnohokrát na každé úrovni a prahová hodnota je definována jako úroveň stimulu, při které subjekt dosáhl 50% správného výsledku. Do této metody mohou být zahrnuty pokusy o „úlovek“.
Metoda stálých stimulů má oproti metodě limitů několik výhod. Za prvé, náhodné pořadí podnětů znamená, že posluchač nemůže předpovědět správnou odpověď. Sekundárně, protože tón může chybět (zkouška úlovku), „ano“ není vždy správná odpověď. Nakonec pokusy o úlovek pomáhají detekovat množství hádání posluchače.
Hlavní nevýhoda spočívá ve velkém počtu pokusů potřebných k získání dat, a tedy v čase potřebném k dokončení testu.[4]
Způsob úpravy
Způsob úpravy sdílí některé funkce se způsobem omezení, v jiných se liší. Existují sestupné a vzestupné běhy a posluchač ví, že stimul je vždy přítomen.
Subjekt snižuje nebo zvyšuje úroveň tónu
Avšak na rozdíl od metody limitů je zde stimul řízen posluchačem. Subjekt snižuje úroveň tónu, dokud jej již nebude možné detekovat, nebo se zvýší, dokud nebude znovu slyšet.
Úroveň stimulu se kontinuálně mění pomocí číselníku a úroveň stimulu se na konci měří testerem. Prahová hodnota je průměrem právě slyšitelných a neslyšitelných úrovní.
Také tato metoda může způsobit několik předsudků. Aby se zabránilo narážkám na aktuální úroveň stimulu, musí být číselník neoznačený. Kromě již zmíněného očekávání a návyku může výsledek metody úpravy ovlivnit vytrvalost (uchování) stimulů.
V sestupných bězích může subjekt pokračovat ve snižování úrovně zvuku, jako by byl zvuk stále slyšitelný, i když je stimul již hluboko pod skutečnou prahovou hodnotou sluchu.
Naproti tomu ve vzestupných bězích může mít subjekt přetrvávání nepřítomnosti stimulu, dokud nedosáhne prahové hodnoty sluchu o určitou částku.[10]

Upravené klasické metody

Hlavní článek: Čistá tónová audiometrie

Metody nucené volby

Posluchači jsou prezentovány dva intervaly, jeden s tónem a druhý bez tónu. Posluchač se musí rozhodnout, ve kterém intervalu byl tón. Počet intervalů lze zvýšit, ale to může způsobit problémy posluchači, který si musí pamatovat, který interval obsahoval tón.[4][11]

Adaptivní metody

Na rozdíl od klasických metod, kde je přednastaven vzor pro změnu stimulů, v adaptivních metodách určuje odpověď subjektu na předchozí podněty úroveň, na které je následný podnět prezentován.[12]

Schodišťové metody (metody up-down)

Série sestupných a vzestupných zkušebních jízd a bodů obratu

Jednoduchá metoda „1-dolů-1-nahoru“ se skládá ze série sestupných a vzestupných zkušebních běhů a bodů obratu (zvratů). Úroveň stimulu se zvýší, pokud subjekt nereaguje, a sníží se, když dojde k reakci.

Podobně jako v metodě limitů jsou podněty upravovány v předem stanovených krocích. Po získání šesti až osmi obrácení je první z nich zahozen a prahová hodnota je definována jako průměr středů zbývajících běhů. Pokusy ukázaly, že tato metoda poskytuje pouze 50% přesnost.[12]
Pro získání přesnějších výsledků lze tuto jednoduchou metodu dále upravit zvětšením velikosti kroků v sestupných bězích, např. '2-down-1-up method', '3-down-1-up method'.[4]

Bekesyho sledovací metoda

Bekesyho metoda obsahuje některé aspekty klasických metod a schodišťových metod. Úroveň stimulu se automaticky mění pevnou rychlostí. Je-li podnět detekovatelný, je subjekt požádán o stisknutí tlačítka.

Prahová hodnota sledovaná posluchačem
Po stisknutí tlačítka se úroveň automaticky sníží motorem tlumič a zvýší se, když není stisknuto tlačítko. Prahová hodnota je tedy sledována posluchači a vypočítávána jako průměr středů běhů zaznamenaných automatem.[4]

Hysterezní efekt

Hlavní článek: Hystereze

Hysterezi lze definovat zhruba jako „zaostávání účinku za jeho příčinou“. Při měření prahových hodnot sluchu je pro subjekt vždy snazší sledovat tón, který je slyšitelný a klesá amplituda než detekovat tón, který byl dříve neslyšitelný.

Důvodem je, že vlivy „shora dolů“ znamenají, že subjekt očekává, že zvuk uslyší, a je proto více motivován vyšší úrovní koncentrace.

Teorie „zdola nahoru“ vysvětluje, že nežádoucí vnější (z prostředí) a vnitřní (např. Tlukot srdce) hluk vede k tomu, že subjekt reaguje na zvuk, pouze pokud odstup signálu od šumu je nad určitým bodem.

V praxi to znamená, že při měření prahové hodnoty se zvuky snižujícími se v amplitudě je bod, ve kterém je zvuk neslyšitelný, vždy nižší než bod, ve kterém se vrací ke slyšitelnosti. Tento jev se nazývá „hysterezní efekt“.

Sestupné běhy dávají lepší prahové hodnoty sluchu než stoupající běhy

Psychometrická funkce absolutního prahu sluchu

Psychometrická funkce „představuje pravděpodobnost odezvy určitého posluchače v závislosti na velikosti konkrétní studované zvukové charakteristiky“.[13]

Jako příklad můžeme uvést křivku pravděpodobnosti subjektu, který detekuje zvuk prezentovaný jako funkce úrovně zvuku. Když se podnět naslouchá posluchači, dalo by se očekávat, že zvuk bude slyšitelný nebo neslyšitelný, což povede k funkci „prahu“. Ve skutečnosti existuje šedá oblast, kde si posluchač není jistý, zda ten zvuk skutečně slyšel nebo ne, takže jeho odpovědi jsou nekonzistentní, což má za následek psychometrická funkce.

Psychometrická funkce je a sigmoidní funkce charakterizovaný tím, že je ve svém grafickém znázornění tvarován ve tvaru „s“.

Minimální slyšitelné pole vs minimální slyšitelný tlak

K měření minimálního slyšitelného podnětu lze použít dvě metody[2] a proto absolutní prahová hodnota sluchu. Minimální zvukové pole zahrnuje předmět, který sedí ve zvukovém poli a podnět je prezentován prostřednictvím reproduktoru.[2][14] Úroveň zvuku se poté měří v poloze hlavy subjektu, přičemž předmět není ve zvukovém poli.[2]Minimální slyšitelný tlak zahrnuje prezentaci podnětů prostřednictvím sluchátek[2] nebo sluchátka[1][14] a měření akustického tlaku v subjektu zvukovod pomocí velmi malého mikrofonu sondy.[2]Tyto dvě různé metody vytvářejí různé prahové hodnoty[1][2] a minimální prahové hodnoty zvukového pole jsou často o 6 až 10 dB lepší než minimální prahové hodnoty slyšitelného tlaku.[2] Předpokládá se, že tento rozdíl je způsoben:

  • monofonní vs binaurální sluch. Při minimálním slyšitelném poli jsou obě ucha schopna detekovat podněty, ale s minimálním slyšitelným tlakem pouze jedno ucho je schopné detekovat podněty. Binaurální sluch je citlivější než monofonní sluch /[1]
  • fyziologické zvuky slyšitelné, když je ucho uzavřeno sluchátky během měření minimálního slyšitelného tlaku.[2] Když je ucho zakryto, subjekt uslyší zvuky těla, jako je srdeční rytmus, které mohou mít maskující účinek.

Při zvažování je důležité minimální zvukové pole a minimální slyšitelný tlak kalibrace problémy a také ilustrují, že lidský sluch je nejcitlivější v rozsahu 2–5 kHz.[2]

Časový součet

Časový součet je vztah mezi trváním stimulu a intenzitou, pokud je doba prezentace kratší než 1 sekunda. Sluchová citlivost se mění, když doba trvání zvuku klesne na méně než 1 sekundu. Prahová intenzita se sníží přibližně o 10 dB, když se doba trvání tónového shluku zvýší z 20 na 200 ms.

Předpokládejme například, že nejtišší zvuk, který může subjekt slyšet, je 16 dB SPL, pokud je zvuk prezentován po dobu 200 ms. Pokud je pak stejný zvuk prezentován po dobu pouze 20 ms, dosáhne nejtišší zvuk, který nyní subjekt slyší, až 26 dB SPL. Jinými slovy, pokud je signál zkrácen o faktor 10, musí být úroveň tohoto signálu zvýšena až o 10 dB, aby byl subjekt slyšet.

Ucho funguje jako energie detektor, který vzorkuje množství energie přítomné v určitém časovém rámci. K dosažení prahové hodnoty je v určitém časovém rámci zapotřebí určité množství energie. Toho lze dosáhnout použitím vyšší intenzity po kratší dobu nebo použitím nižší intenzity po delší dobu. Citlivost na zvuk se zlepšuje, protože doba trvání signálu se zvyšuje až na přibližně 200 až 300 ms, poté práh zůstává konstantní.[2]

Timpani ucha fungují spíše jako senzor akustického tlaku. Mikrofon také funguje stejným způsobem a není citlivý na intenzitu zvuku.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Durrant J. D., Lovrinic J. H. 1984. Základy sluchových věd. Druhé vydání. Spojené státy americké: Williams & Wilkins
  2. ^ A b C d E F G h i j k Gelfand S A., 2004. Slyšení Úvod do psychologické a fyziologické akustiky. Čtvrté vydání. Spojené státy americké: Marcel Dekker
  3. ^ Akustický tlak RMS lze převést na intenzitu zvuku rovinné vlny pomocí , kde ρ je hustota vzduchu a je rychlost zvuku
  4. ^ A b C d E F G h i j Gelfand, S A., 1990. Slyšení: Úvod do psychologické a fyziologické akustiky. 2. vydání. New York a Basilej: Marcel Dekker, Inc.
  5. ^ Johnson, Keith (2015). Akustická a sluchová fonetika (třetí vydání). Wiley-Blackwell.
  6. ^ Jones, Pete R (20. listopadu 2014). „Jaký nejtišší zvuk může člověk slyšet?“ (PDF). University College v Londýně. Citováno 2016-03-16. Na druhou stranu také můžete vidět na obrázku 1, že náš sluch je o něco citlivější na frekvence těsně nad 1 kHz, kde prahové hodnoty mohou být až −9 dBSPL!
  7. ^ Feilding, Charlesi. „Přednáška 007 Hearing II“. College of Santa Fe Auditory Theory. Archivovány od originál dne 2016-05-07. Citováno 2016-03-17. Vrcholové citlivosti zobrazené na tomto obrázku jsou ekvivalentní amplitudě akustického tlaku ve zvukové vlně 10 μPa nebo: přibližně -6 dB (SPL). Toto je pro monofonní poslech zvuku prezentovaného v přední části posluchače. U zvuků prezentovaných na poslechové straně hlavy dochází ke zvýšení špičkové citlivosti přibližně o 6 dB [−12 dB SPL] v důsledku zvýšení tlaku způsobeného odrazem od hlavy.
  8. ^ Montgomery, Christophere. „Stahování hudby 24/192 ... a proč nedávají smysl“. xiph.org. Archivovány od originál dne 2016-03-14. Citováno 2016-03-17. Nejtišší znatelný zvuk je asi -8 dBPL
  9. ^ A b Hirsh I J., 1952. "Měření sluchu". Spojené státy americké: McGraw-Hill.
  10. ^ Hirsh I J., Watson C S., 1996. Sluchová psychofyzika a vnímání. Annu. Psychol. 47: 461–84. K dispozici ke stažení z: http://arjournals.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.psych.47.1.461 . Přístupné 1. března 2007.
  11. ^ Miller et al., 2002. „Neparametrické vztahy mezi úkoly s jednou a dvěma intervaly vynucené volby v teorii detekovatelnosti signálu“. Archiv časopisu Mathematical Psychology. 46: 4; 383–417. Dostupný z: http://portal.acm.org/citation.cfm?id=634580. Přístupné 1. března 2007.
  12. ^ A b Levitt H., 1971. „Transformované metody up-down v psychoakustice“. J. Acoust. Soc. Amer. 49, 467–477. K dispozici ke stažení z: http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JASMAN00004900002B000467000001&idtype=cvips&gifs=yes. (Přístup 1. března 2007).
  13. ^ Arlinger, S. 1991. Manuál praktické audiometrie: Svazek 2 (Praktické aspekty audiologie). Chichester: Whurr Publishers.
  14. ^ A b Kidd G. 2002. Psychoakustika V Příručka klinické audiologie. Páté vydání.

externí odkazy