درک فرکانس، شدت و بلندی صدا

فرکانس و شدت دو بعد فیزیکی اصلی یک صدای ساده هستند و به طور ناقص با ابعاد ادراکی زیر و بمی و بلندی صدا مطابقت دارند. این موضوع به بررسی این می‌پردازد که شنوندگان تا چه حد می‌توانند تغییرات فرکانس و سطح را تشخیص دهند، چگونه بلندی صدا با شدت فیزیکی افزایش می‌یابد، و چگونه بلندی صدای درک شده به طور مشترک به فرکانس و گسترش انرژی در سراسر حلزون گوش بستگی دارد. این روابط برای شنوایی‌سنجی و نحوه شکل‌دهی سمعک‌ها به صدا، محوری هستند.

Definition

درک فرکانس، شدت و بلندی صدا، مطالعه چگونگی تعیین درک شنونده از زیر و بمی و بلندی صدای یک صوت توسط فرکانس فیزیکی و دامنه آن است، از جمله آستانه‌های تشخیص و تمایز این کمیت‌ها.

Scope

این موضوع به تمایز فرکانس و شدت، محدوده قابل شنیدن و آستانه مطلق، افزایش بلندی صدا با سطح، جمع‌بندی بلندی صدا در باند بحرانی، و وابستگی بلندی صدا به فرکانس که در منحنی‌های هم‌بلندی بیان می‌شود، می‌پردازد. این یک منبع مرجع و آموزشی در مورد اندازه‌گیری ادراکی است، نه راهنمایی بالینی.

Core questions

• کوچکترین تغییر قابل تشخیص در فرکانس یا شدت چیست؟
• چگونه بلندی صدا با افزایش شدت فیزیکی رشد می‌کند؟
• چرا یک صدای با سطح فیزیکی ثابت در برخی فرکانس‌ها بلندتر از سایرین به نظر می‌رسد؟
• چگونه گسترش انرژی در فرکانس، بلندی صدای درک شده را تغییر می‌دهد؟

Key concepts

• آستانه مطلق و محدوده قابل شنیدن
• حد تمایز برای فرکانس و شدت
• زیر و بمی به عنوان همبسته ادراکی فرکانس
• بلندی صدا و مقیاس سون
• سطح بلندی صدا و فون
• منحنی‌های هم‌بلندی
• باند بحرانی و جمع‌بندی بلندی صدا

Key theories

مقیاس‌بندی قانون توان (سون) بلندی صدا

بلندی صدا را می‌توان در یک مقیاس نسبت، مقیاس سون، کمی‌سازی کرد که در آن بلندی صدای درک شده تقریباً به عنوان یک تابع توانی از شدت صدا رشد می‌کند، به طوری که بلندی صدا تقریباً برای هر 10 دسی‌بل افزایش در سطح در بخش زیادی از محدوده دو برابر می‌شود.

جمع‌بندی بلندی صدا در باند بحرانی

هنگامی که انرژی یک صدا فراتر از یک باند بحرانی گسترش می‌یابد، بلندی صدای کلی افزایش می‌یابد حتی زمانی که انرژی کلی ثابت نگه داشته شود، که نشان می‌دهد سیستم شنوایی بلندی صدا را در باندهای فرکانسی تعیین شده توسط فیلتراسیون حلزون گوش ادغام می‌کند.

Mechanisms

فرکانس توسط محل حداکثر تحریک در طول غشای پایه و در فرکانس‌های پایین‌تر، توسط زمان‌بندی عصبی فاز-قفل شده رمزگذاری می‌شود؛ این امر از تمایز دقیق فرکانس پشتیبانی می‌کند. شدت توسط نرخ شلیک فیبرهای عصب شنوایی و با جذب فیبرهای اضافی با افزایش سطح سیگنال‌دهی می‌شود، اما مکانیسم فعال حلزون گوش طیف وسیعی از سطوح فیزیکی را به طیف باریک‌تری از پاسخ عصبی فشرده می‌کند. بنابراین بلندی صدا به صورت فشرده با شدت افزایش می‌یابد و در سراسر فیلترهای شنوایی جمع می‌شود، به طوری که صدایی که باندهای بحرانی بیشتری را پوشش می‌دهد، بلندتر از یک صدای تونال با انرژی برابر است. از آنجا که حساسیت حلزون گوش با فرکانس متفاوت است، سطوح فیزیکی برابر، بلندی صدای متفاوتی تولید می‌کنند که توسط منحنی‌های هم‌بلندی ثبت می‌شود.

Clinical relevance

کم‌شنوایی حسی-عصبی حلزون گوش معمولاً گزینش‌پذیری فرکانس را کاهش می‌دهد و رشد بلندی صدا را تشدید می‌کند، پدیده‌ای که به عنوان جذب بلندی صدا (loudness recruitment) شناخته می‌شود و در آن بلندی صدا به طور غیرطبیعی سریع‌تر از آستانه افزایش می‌یابد. این به توضیح این کمک می‌کند که چرا تقویت باید قابلیت شنیدن را بدون اینکه صداهای متوسط را به طور ناراحت‌کننده‌ای بلند کند، بازگرداند، و چرا سمعک‌ها از فشرده‌سازی فرکانس-شکل استفاده می‌کنند. این نکات پیامدهای ادراکی کم‌شنوایی را توصیف می‌کنند و دستورالعمل‌های تنظیم یا درمان فردی نیستند.

Evidence & guidelines

روابط بلندی صدا و هم‌بلندی برای اولین بار توسط فلچر و مانسون (1933) کمی‌سازی شد و اکنون به عنوان منحنی‌های سطح هم‌بلندی در ISO 226:2003 به صورت بین‌المللی استاندارد شده است، که فون و رابطه مرجع بین فرکانس، سطح و بلندی صدا را برای شنوندگان با شنوایی طبیعی تعریف می‌کند. مقیاس سون بلندی صدا از کار مقیاس‌بندی نسبت در سنت استیونز نشأت می‌گیرد، و جمع‌بندی باند بحرانی در مطالعات روان‌فیزیکی کلاسیک مستند شده است.

History

اندازه‌گیری‌های فلچر و مانسون در سال 1933 در آزمایشگاه‌های بل، اولین منحنی‌های سیستماتیک هم‌بلندی و مفهوم سطح بلندی صدا را تولید کرد. استیونز و همکارانش مقیاس‌بندی نسبت بلندی صدا و زیر و بمی را در دهه 1930 توسعه دادند که منجر به مقیاس‌های سون و مل شد. کار زویکر در اواسط قرن در مورد باند بحرانی، جمع‌بندی بلندی صدا و پوشش را به تحلیل فرکانس حلزون گوش مرتبط کرد، و رابطه هم‌بلندی بعداً اصلاح و استاندارد شد.

Debates

بلندی صدا دقیقاً چگونه باید با شدت مقیاس‌بندی شود؟

قانون توان ساده، رشد بلندی صدا را در بخش زیادی از محدوده نشان می‌دهد، اما این تابع در نزدیکی آستانه صاف می‌شود و بین شنوندگان و با کم‌شنوایی متفاوت است، بنابراین یک توان منفرد به جای یک قانون دقیق، یک تقریب است.

Key figures

• Harvey Fletcher
• Wilden Munson
• Stanley Smith Stevens
• Eberhard Zwicker

Seminal works

• fletcher-munson-1933
• stevens-1937
• zwicker-1957

Frequently asked questions

تفاوت بین شدت و بلندی صدا چیست؟

شدت یک کمیت فیزیکی است، انرژی حمل شده توسط یک صدا، در حالی که بلندی صدا بزرگی ذهنی است که شنونده درک می‌کند. بلندی صدا به شدت و همچنین به فرکانس، پهنای باند و شنوایی شنونده بستگی دارد، بنابراین شدت‌های برابر همیشه به یک اندازه بلند به نظر نمی‌رسند.

فون چیست و سون چیست؟

فون واحد سطح بلندی صدا است: یک صدا دارای سطح بلندی N فون است اگر به اندازه یک تن 1 کیلوهرتز N دسی‌بل بلند قضاوت شود. سون واحد بلندی صدا در مقیاس نسبت است، به گونه‌ای تعریف شده که دو برابر شدن تعداد سون‌ها با دو برابر شدن بلندی صدای درک شده مطابقت دارد.