Психоакустика. Методика виміру слухових порогів
Метод кордонів
Це найпоширеніший метод виміру абсолютних слухових порогів на різних частотах. Оцінка виявлення слухової системою тонів різної частоти та визначення кількісних значень цього виявлення забезпечується побудовою аудіограми. Аудіограма є кривою залежності абсолютних порогів чутності від частоти звукового сигналу.
Розглянемо вимірювання в оцінці порога виявлення звукового сигналу як основу виміру аудіограми людини. Випробуваному пред'являється сигнал певної інтенсивності. У разі виявлення обстежуваним, інтенсивність сигналу зменшується до того часу, поки випробовуваний повідомляє за мовленнєвим звітом чи рухової реакцією (наприклад, натисканням кнопки), що сигнал продовжує сприйматися.
За відсутності такого підтвердження (тобто. при вказівці на те, що сигнал більше не сприймається) інтенсивність стимулу знову збільшується до тих пір, поки сигнал знову не сприйнятий. Потім інтенсивність знову зменшується і збільшується, і після трьох-чотирьох змін інтенсивності та усереднення результатів цих трьох-чотирьох вимірювань виноситься судження про так званий абсолютний поріг на даній частоті сигналу.
Слід пам'ятати, що поріг (а, строго кажучи, результат будь-якого психоакустичного виміру) є поняттям статистичним. Це означає, що значення можуть варіювати від одного пред'явлення стимулу до іншого, і тому визначення величини порога вимагає багаторазового пред'явлення звукових стимулів та його подальшого усереднення. При такій процедурі досягається значення найближче до справжнього значення вимірюваної величини.
При методі встановлення, на відміну від попереднього методу, зміна параметра, що вимірюєтьсясигналу регулюється самим обстежуваним. Іншими словами, обстежуваний отримує інструкцію чотири рази на собі провести вимірювання порога виявлення звукового сигналу. При цьому вся основна процедура виміру, викладена при описі методу кордонів, зберігається тією ж.
Нарешті, останній класичний метод вимірювання порогів, метод постійних стимулів, передбачає спрямованого збільшення чи зменшення вимірюваного параметра сигналу, як і відбувається з використанням попередніх методів. Різні значення вимірюваного параметра представляються обстежуючим обличчям у випадковому порядку (зазвичай використовують 10 різних значень параметра сигналу, що вимірюється) і повторюють їх багаторазово (наприклад, кожну інтенсивність по 10 разів).
Оцінка порогу виявлення сигналу чи порога розрізнення одного сигналу від іншого передбачає критерій, який може вибрати експериментатор. Наприклад, інтенсивність вважають пороговою, якщо обстежуваний у 75% відповідей відповідає "чую". Однак зазвичай за критерій порога вибирають відсоток правильних відповідей, що дорівнює 50%. Зауважимо, що характер представленої кривої зазвичай називають "психометрической функцією", оскільки вона дуже типова для великого класу психофізичних вимірів на людині, незалежно від сенсорної модальності (зір, нюх, смак) оцінюваного сигналу.
Розглянемо ще один метод психоакустичної оцінки параметрів звукових сигналів, близький до класичних методів і назва методу шкалювання. Необхідність розгляду цього визначається тим, що з кількісному вимірі низки суб'єктивних характеристик сприйняття звукових сигналів (наприклад, при побудові шкали сприйняття висоти тону) використовується саме метод шкалирования. Суть методу близька до методу встановлення: випробувані самірегулюють якийсь із параметрів пред'явленого звукового сигналу.
Проте, на відміну методу установки, обстежує особа пред'являє випробуваному який-небудь сигнал (еталон) і його встановити вимірюваний параметр звуку, чисельно відрізняється від зразка. Так, випробуваний отримує інструкцію встановити вимірюваний параметр вдвічі більше (процедура позначається як мультиплікація) або вдвічі менше (процедура фракціонування), ніж цей параметр в еталонному сигналі. Наприклад, тон частотою 1000 Гц має певний суб'єктивний корелят сприйняття, що позначається як висота тону.
Згідно з інструкцією, випробуваний повинен збільшити сприймається ним суб'єктивно висоту тону (а не фізичну частоту тону в Гц!) вдвічі, порівняно з висотою еталонного сигналу. Це збільшення вдвічі, природно, має на увазі певне збільшення фізичного значення частоти тону Гц, яке враховується на графіку. Далі використовуються інші еталонні значення частоти тону з використанням вже зазначеної вище інструкції. В результаті проведеного виміру можна побудувати графік залежності суб'єктивно сприймається висоти тону від його фізичної частоти.
Слід зазначити, що запропоновано ще ряд методів при оцінці порогів виявлення сигналу: адаптивні методи, методи мітки, методи теорії статистичних рішень та ін. будь-який із розглянутих вище класичних методів.
Абсолютна слухова чутливість характеризується як мінімальна інтенсивність звуку, коли він ймовірність його виявлення дорівнює 0,5. Ця інтенсивність прийнята за поріг чутності чи абсолютний поріг чутності.
Виявилося, що пороги чутності залежить від частоти сигналу. Найбільша чутливість у людини спостерігається частотах 1-4 кГц. Слух людини сприймає частоти в діапазоні від 20 Гц до 20 кГц. Починаючи з 35-40 років відбувається підвищення порогів чутності на високих частотах. На підставі вимірювань середнього абсолютного порогу чутності, проведених на великих групах здорових молодих людей у різних країнах, встановлено стандарт на нульовий аудіометричний рівень ISO-R-389 та діє міжнародний аудіометричний стандарт МЕК 645.
Крім однокамерного може використовуватися і трикамерне штучне вухо, що відповідає вимогам стандарту МЕК 318.
Нанесення на графік результатів вимірювання абсолютного порога чутності при їх збігу з наведеними даними дозволяє отримати аудіограму нормального слуху. Виразно виступає один істотний факт: поріг чутності людини залежить від частоти звукових сигналів.
Як зазначалося вище під час розгляду електроакустичної апаратури, при вимірі аудіограми використовують спеціальні прилади - аудіометри. Досить поширеним приладом останні десятиліття був аудіометр Бекеші (запропонований лауреатом Нобелівської премії Дж. Бекеші в 1947 році).
Цей аудіометр був першим автоматичним (а вірніше напівавтоматичним) приладом під час реєстрації аудіограми. Його використання ґрунтується на викладеному вище методі встановлення. У цьому зміна обстежуваним інтенсивності тональних сигналів різної частоти їхнього порогового сприйняття чи зникнення їх виявлення (при зменшенні інтенсивності звукового сигналу) реєструється самописцем.
Зазначимо, що коливання кривої відображають регулювання випробуваним інтенсивності сигналів: від чіткого рівня, що сприймаєтьсядо відсутності цього сприйняття. Є ще деякі особливості під час використання аудіометра Бекеші. Так, тональні сигнали можуть бути безперервними або перериватися із частотою 2,5 рази на секунду. Автоматичне зміна інтенсивності стимулу відбувається з кроком 5 дБ на секунду.
В аудіометрі Бекеші можуть використовуватися фіксовані частоти тонального сигналу, що змінюють кроки свого значення автоматично (наприклад, 500, 1000, 2000 Гц і т.д.). З іншого боку, при виконанні обстежуваним тієї ж процедури виміру порогів можуть використовуватися тональні сигнали, частота яких безперервно змінює своє значення (наприклад, частота змінюється в діапазоні від 100 до 10000 Гц; так звані частотномодульовані сигнали).
При необхідності вимірювання слухової чутливості в дітей віком, підвищення ефективності вимірювання, використовуються звані "ігрові методики". У цьому випадку, при правильному виявленні дитиною тонального сигналу тієї чи іншої частоти, їй пред'являється будь-яка іграшка. Якщо процес вимірювання аудіограм у дитини комп'ютеризований, на екрані дисплея з'являються різні зорові зображення, що викликають позитивну емоційну реакцію.
Необхідно вказати, що є також інші методи вимірювання слухової чутливості, що вимагають значно більшого часу. Ці методи необхідні для оцінки слуху у маленьких дітей, коли неможливо отримати мовну відповідь або в неврологічній клініці (наприклад, при істеричній глухоті). У порядку історичної довідки вкажемо, що з цією метою раніше застосовувалися методи, засновані на реєстрації умовно-рефлекторних реакцій (миготливої, зіниці реакцій), вегетативної реакції (шкірногальванічний рефлекс), реакції придушення α-ритму в ЕЕГ при дії звуку таін.
В останні 20-30 років широкого поширення набув метод визначення слухової чутливості щодо реєстрованих від промонторіальної стінки або ніші круглого вікна потенціалів равлика і слухового нерва (метод електрокохлеографії), а також слухових викликаних потенціалів, що реєструються з поверхні черепа і відображають діяльність різних слухових структур мозку .
З огляду на вкрай малу амплітуду реєстрованих з поверхні черепа потенціалів (частки та одиниці мікровольт) ці методи вимагають автоматичного усереднення великої кількості вимірювань. Однак слід мати на увазі, що зареєстровані потенціали є лише електрофізіологічним еквівалентом порогів чутності та забезпечують непряму оцінку слухової чутливості.
Крім абсолютного порога чутності для слухової системи людини виділяють ще один поріг - поріг больового відчуття. Під ним розуміється мінімальна інтенсивність звуку, що викликає відчуття болю у вухах. Вважають, що це величина порядку 140 дБ над рівнем 2х10 5 Н/м 2 .