إدراك التردد والشدة والجهارة
التردد والشدة هما البعدان الفيزيائيان الأساسيان للصوت البسيط، وهما يرتبطان، بشكل غير كامل، بالأبعاد الإدراكية للنغمة والجهارة. يغطي هذا الموضوع مدى دقة تمييز المستمعين للتغيرات في التردد والمستوى، وكيف تنمو الجهارة مع الشدة الفيزيائية، وكيف تعتمد الجهارة المدركة بشكل مشترك على التردد وعلى انتشار الطاقة عبر القوقعة. هذه العلاقات محورية في قياس السمع وفي طريقة تشكيل المعينات السمعية للصوت.
Definition
إدراك التردد والشدة والجهارة هو دراسة كيفية تحديد التردد الفيزيائي وسعة الصوت لإدراك المستمع لارتفاع نغمته وجهارته، بما في ذلك عتبات الكشف عن هذه الكميات وتمييزها.
Scope
يتناول الموضوع تمييز التردد والشدة، النطاق المسموع والعتبة المطلقة، نمو الجهارة مع المستوى، تجميع الجهارة عبر النطاق الحرج، واعتماد الجهارة على التردد المعبر عنه بمنحنيات الجهارة المتساوية. وهي مادة مرجعية وتعليمية حول القياس الإدراكي، وليست إرشادات سريرية.
Core questions
- ما هو أصغر تغيير يمكن اكتشافه في التردد أو الشدة؟
- كيف تنمو الجهارة مع زيادة الشدة الفيزيائية؟
- لماذا يبدو الصوت ذو المستوى الفيزيائي الثابت أعلى عند بعض الترددات مقارنة بغيرها؟
- كيف يغير انتشار الطاقة عبر التردد الجهارة المدركة؟
Key concepts
- العتبة المطلقة والنطاق المسموع
- عتبة التمييز للتردد والشدة
- النغمة كمرادف إدراكي للتردد
- الجهارة ومقياس السون
- مستوى الجهارة والفون
- منحنيات الجهارة المتساوية
- النطاق الحرج وتجميع الجهارة
Key theories
- قياس الجهارة بقانون القوة (السون)
- يمكن قياس الجهارة على مقياس نسبي، وهو مقياس السون، حيث تنمو الجهارة المدركة تقريبًا كدالة قوة لشدة الصوت، بحيث تتضاعف الجهارة تقريبًا لكل زيادة بمقدار 10 ديسيبل في المستوى على مدى كبير من النطاق.
- تجميع الجهارة في النطاق الحرج
- عندما تنتشر طاقة الصوت خارج النطاق الحرج، تزداد الجهارة الكلية حتى عندما تظل الطاقة الإجمالية ثابتة، مما يدل على أن الجهاز السمعي يدمج الجهارة ضمن نطاقات تردد محددة بواسطة الترشيح القوقعي.
Mechanisms
يتم ترميز التردد بواسطة مكان الإثارة القصوى على طول الغشاء القاعدي، وفي الترددات المنخفضة، عن طريق التوقيت العصبي المتزامن مع الطور؛ وهذا يدعم التمييز الدقيق للتردد. يتم الإشارة إلى الشدة بواسطة معدل إطلاق الألياف العصبية السمعية وبتجنيد ألياف إضافية مع ارتفاع المستوى، ولكن الآلية النشطة للقوقعة تضغط نطاقًا واسعًا من المستويات الفيزيائية إلى نطاق أضيق من الاستجابة العصبية. لذلك تنمو الجهارة بشكل انضغاطي مع الشدة ويتم تجميعها عبر المرشحات السمعية، لذا فإن الصوت الذي يغطي نطاقات حرجة أكثر يكون أعلى من الصوت النغمي ذي الطاقة المتساوية. ولأن حساسية القوقعة تختلف باختلاف التردد، فإن المستويات الفيزيائية المتساوية تنتج جهارة مختلفة، يتم التقاطها بواسطة منحنيات الجهارة المتساوية.
Clinical relevance
يقلل فقدان السمع القوقعي عادةً من انتقائية التردد ويزيد من حدة نمو الجهارة، وهي ظاهرة تُعرف بتجنيد الجهارة (loudness recruitment) حيث ترتفع الجهارة بشكل غير طبيعي بسرعة فوق العتبة. يساعد هذا في تفسير سبب وجوب استعادة التضخيم للسمع دون جعل الأصوات المعتدلة عالية بشكل مزعج، وسبب تطبيق المعينات السمعية لضغط مُشكل حسب التردد. تصف هذه النقاط العواقب الإدراكية لفقدان السمع وليست تعليمات فردية للتجهيز أو العلاج.
Evidence & guidelines
تم تحديد علاقات الجهارة والجهارة المتساوية لأول مرة بواسطة فليتشر ومونسون (Fletcher and Munson) عام 1933 وهي الآن موحدة دوليًا كمنحنيات مستوى الجهارة المتساوية في ISO 226:2003، والذي يحدد الفون (phon) والعلاقة المرجعية بين التردد والمستوى والجهارة للمستمعين ذوي السمع الطبيعي. يستمد مقياس السون (sone) للجهارة من أعمال قياس النسبة في تقليد ستيفنز (Stevens)، ويوثق تجميع النطاق الحرج في الدراسات السيكوفيزيائية الكلاسيكية.
History
أنتجت قياسات فليتشر ومونسون عام 1933 في مختبرات بيل أول منحنيات منهجية للجهارة المتساوية ومفهوم مستوى الجهارة. طور ستيفنز وزملاؤه قياس النسبة للجهارة والنغمة في ثلاثينيات القرن الماضي، مما أدى إلى مقياسي السون (sone) والميل (mel). ربط عمل زويكر (Zwicker) في منتصف القرن تجميع الجهارة والتغطية بالتحليل الترددي للقوقعة، وتم لاحقًا تحسين وتوحيد علاقة الجهارة المتساوية.
Debates
- كيف يجب أن تتناسب الجهارة بالضبط مع الشدة؟
- يلتقط قانون القوة البسيط نمو الجهارة على مدى كبير من النطاق، لكن الدالة تتسطح بالقرب من العتبة وتختلف بين المستمعين ومع فقدان السمع، لذا فإن الأس الفردي هو تقريب وليس قانونًا دقيقًا.
Key figures
- Harvey Fletcher
- Wilden Munson
- Stanley Smith Stevens
- Eberhard Zwicker
Related topics
Seminal works
- fletcher-munson-1933
- stevens-1937
- zwicker-1957
Frequently asked questions
- ما الفرق بين الشدة والجهارة؟
- الشدة هي كمية فيزيائية، وهي الطاقة التي يحملها الصوت، بينما الجهارة هي المقدار الذاتي الذي يدركه المستمع. تعتمد الجهارة على الشدة ولكن أيضًا على التردد وعرض النطاق وسمع المستمع، لذا فإن الشدات المتساوية لا تبدو دائمًا بنفس الجهارة.
- ما هو الفون وما هو السون؟
- الفون هو وحدة مستوى الجهارة: يقال إن صوتًا ما له مستوى جهارة N فون إذا كان يُحكم عليه بأنه عالٍ مثل نغمة 1 كيلو هرتز بمقدار N ديسيبل. السون هو وحدة جهارة على مقياس نسبي، مُعرّف بحيث يتوافق مضاعفة عدد السونات مع مضاعفة الجهارة المدركة.