आवृत्ति, तीव्रता और प्रबलता की धारणा

आवृत्ति और तीव्रता एक साधारण ध्वनि के दो प्राथमिक भौतिक आयाम हैं, और वे पिच और प्रबलता के अवधारणात्मक आयामों पर, अपूर्ण रूप से, मैप करते हैं। यह विषय बताता है कि श्रोता आवृत्ति और स्तर में परिवर्तनों को कितनी सूक्ष्मता से पहचान सकते हैं, भौतिक तीव्रता के साथ प्रबलता कैसे बढ़ती है, और कथित प्रबलता आवृत्ति और कर्णावर्तिका (cochlea) में ऊर्जा के फैलाव पर संयुक्त रूप से कैसे निर्भर करती है। ये संबंध श्रवणमापी (audiometry) और श्रवण यंत्रों द्वारा ध्वनि को आकार देने के तरीके के लिए केंद्रीय हैं।

Definition

आवृत्ति, तीव्रता और प्रबलता की धारणा इस बात का अध्ययन है कि ध्वनि की भौतिक आवृत्ति और आयाम श्रोता की उसकी पिच ऊंचाई और उसकी प्रबलता की धारणा को कैसे निर्धारित करते हैं, जिसमें इन मात्राओं का पता लगाने और उनमें अंतर करने की सीमाएं शामिल हैं।

Scope

यह विषय आवृत्ति और तीव्रता के बीच अंतर, श्रव्य सीमा और निरपेक्ष सीमा, स्तर के साथ प्रबलता की वृद्धि, क्रांतिक बैंड (critical band) में प्रबलता का योग, और समान-प्रबलता समोच्च रेखाओं (equal-loudness contours) में व्यक्त आवृत्ति पर प्रबलता की निर्भरता को संबोधित करता है। यह अवधारणात्मक माप पर संदर्भ और शैक्षिक सामग्री है, नैदानिक ​​मार्गदर्शन नहीं।

Core questions

• आवृत्ति या तीव्रता में सबसे छोटा पता लगाने योग्य परिवर्तन क्या है?
• भौतिक तीव्रता बढ़ने पर प्रबलता कैसे बढ़ती है?
• एक निश्चित भौतिक स्तर की ध्वनि कुछ आवृत्तियों पर दूसरों की तुलना में अधिक प्रबल क्यों लगती है?
• आवृत्ति में ऊर्जा फैलाने से कथित प्रबलता कैसे बदलती है?

Key concepts

• निरपेक्ष सीमा और श्रव्य सीमा
• आवृत्ति और तीव्रता के लिए अंतर सीमा (Difference limen)
• आवृत्ति के अवधारणात्मक सहसंबंध के रूप में पिच
• प्रबलता और सोन पैमाना
• प्रबलता स्तर और फोन
• समान-प्रबलता समोच्च रेखाएं
• क्रांतिक बैंड और प्रबलता योग

Key theories

प्रबलता का शक्ति-नियम (सोन) स्केलिंग

प्रबलता को एक अनुपात पैमाने, सोन पैमाने पर परिमाणित किया जा सकता है, जिस पर कथित प्रबलता ध्वनि तीव्रता के लगभग एक शक्ति फलन के रूप में बढ़ती है, ताकि प्रबलता सीमा के अधिकांश हिस्से में प्रत्येक 10 डीबी स्तर की वृद्धि के लिए लगभग दोगुनी हो जाए।

क्रांतिक-बैंड प्रबलता योग

जब ध्वनि की ऊर्जा एक क्रांतिक बैंड से आगे फैल जाती है, तो कुल प्रबलता बढ़ जाती है, भले ही समग्र ऊर्जा स्थिर रखी जाए, यह दर्शाता है कि श्रवण प्रणाली कर्णावर्तिका फिल्टरिंग द्वारा निर्धारित आवृत्ति बैंड के भीतर प्रबलता को एकीकृत करती है।

Mechanisms

आवृत्ति बेसिलर झिल्ली (basilar membrane) के साथ अधिकतम उत्तेजना के स्थान से एन्कोड की जाती है और, कम आवृत्तियों पर, चरण-बंद तंत्रिका समय (phase-locked neural timing) द्वारा; यह सूक्ष्म आवृत्ति भेदभाव का समर्थन करता है। तीव्रता श्रवण तंत्रिका तंतुओं (auditory nerve fibres) की फायरिंग दर और स्तर बढ़ने पर अतिरिक्त तंतुओं की भर्ती द्वारा संकेतित होती है, लेकिन कर्णावर्तिका का सक्रिय तंत्र भौतिक स्तरों की एक विस्तृत श्रृंखला को तंत्रिका प्रतिक्रिया की एक संकीर्ण सीमा में संपीड़ित करता है। इसलिए प्रबलता तीव्रता के साथ संपीड़ित रूप से बढ़ती है और श्रवण फिल्टर (auditory filters) में योग की जाती है, ताकि अधिक क्रांतिक बैंडों को कवर करने वाली ध्वनि समान ऊर्जा की एक टोनल ध्वनि की तुलना में अधिक प्रबल हो। क्योंकि कर्णावर्तिका की संवेदनशीलता आवृत्ति के साथ भिन्न होती है, समान भौतिक स्तर अलग-अलग प्रबलता उत्पन्न करते हैं, जिसे समान-प्रबलता समोच्च रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है।

Clinical relevance

कर्णावर्तिका श्रवण हानि (cochlear hearing loss) सामान्यतः आवृत्ति चयनात्मकता को कम करती है और प्रबलता वृद्धि को तीव्र करती है, एक घटना जिसे प्रबलता भर्ती (loudness recruitment) के रूप में जाना जाता है जिसमें प्रबलता सीमा से ऊपर असामान्य रूप से तेजी से बढ़ती है। यह समझाने में मदद करता है कि प्रवर्धन को मध्यम ध्वनियों को असहज रूप से प्रबल बनाए बिना श्रव्यता को क्यों बहाल करना चाहिए, और श्रवण यंत्र आवृत्ति-आकारित संपीड़न (frequency-shaped compression) क्यों लागू करते हैं। ये बिंदु श्रवण हानि के अवधारणात्मक परिणामों का वर्णन करते हैं और व्यक्तिगत फिटिंग या उपचार निर्देश नहीं हैं।

Evidence & guidelines

प्रबलता और समान-प्रबलता संबंधों को पहली बार फ्लेचर और मुनसन (1933) द्वारा परिमाणित किया गया था और अब आईएसओ 226:2003 में समान-प्रबलता-स्तर समोच्च रेखाओं के रूप में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर मानकीकृत किया गया है, जो फोन (phon) और सामान्य-श्रवण वाले श्रोताओं के लिए आवृत्ति, स्तर और प्रबलता के बीच संदर्भ संबंध को परिभाषित करता है। प्रबलता का सोन (sone) पैमाना स्टीवंस परंपरा में अनुपात-स्केलिंग कार्य से प्राप्त होता है, और क्रांतिक-बैंड योग को क्लासिक साइकोफिजिकल (psychophysical) अध्ययनों में प्रलेखित किया गया है।

History

बेल लेबोरेटरीज में फ्लेचर और मुनसन के 1933 के मापों ने पहली व्यवस्थित समान-प्रबलता समोच्च रेखाएं और प्रबलता स्तर की अवधारणा का उत्पादन किया। स्टीवंस और सहयोगियों ने 1930 के दशक में प्रबलता और पिच के अनुपात स्केलिंग (ratio scaling) को विकसित किया, जिससे सोन और मेल (mel) पैमाने प्राप्त हुए। क्रांतिक बैंड पर ज़्विकर का मध्य-शताब्दी का काम प्रबलता योग और मास्किंग (masking) को कर्णावर्तिका आवृत्ति विश्लेषण से जोड़ा, और समान-प्रबलता संबंध को बाद में परिष्कृत और मानकीकृत किया गया।

Debates

प्रबलता को तीव्रता के साथ ठीक-ठीक कैसे मापना चाहिए?

सरल शक्ति नियम सीमा के अधिकांश हिस्से में प्रबलता वृद्धि को दर्शाता है, लेकिन फलन सीमा के पास सपाट हो जाता है और श्रोताओं और श्रवण हानि के साथ भिन्न होता है, इसलिए एक एकल घातांक एक सटीक नियम के बजाय एक अनुमान है।

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

तीव्रता और प्रबलता में क्या अंतर है?

तीव्रता एक भौतिक मात्रा है, ध्वनि द्वारा वहन की जाने वाली ऊर्जा, जबकि प्रबलता वह व्यक्तिपरक परिमाण है जिसे एक श्रोता अनुभव करता है। प्रबलता तीव्रता पर निर्भर करती है लेकिन आवृत्ति, बैंडविड्थ और श्रोता की श्रवण क्षमता पर भी निर्भर करती है, इसलिए समान तीव्रताएं हमेशा समान रूप से प्रबल नहीं लगती हैं।

फोन क्या है और सोन क्या है?

एक फोन प्रबलता स्तर की एक इकाई है: एक ध्वनि का प्रबलता स्तर N फोन होता है यदि उसे N-डेसिबल 1 kHz टोन जितना प्रबल माना जाता है। एक सोन एक अनुपात पैमाने पर प्रबलता की एक इकाई है, जिसे इस तरह परिभाषित किया गया है कि सोनों की संख्या को दोगुना करने से कथित प्रबलता दोगुनी हो जाती है।