Frekuensi, Intensitas, dan Persepsi Kekerasan Suara

Frekuensi dan intensitas adalah dua dimensi fisik utama dari suara sederhana, dan keduanya memetakan, secara tidak sempurna, ke dimensi persepsi nada dan kekerasan suara. Topik ini membahas seberapa halus pendengar dapat membedakan perubahan frekuensi dan level, bagaimana kekerasan suara meningkat seiring dengan intensitas fisik, dan bagaimana kekerasan suara yang dipersepsikan bergantung secara bersamaan pada frekuensi dan pada penyebaran energi di seluruh koklea. Hubungan-hubungan ini sangat penting dalam audiometri dan cara alat bantu dengar membentuk suara.

Definition

Persepsi frekuensi, intensitas, dan kekerasan suara adalah studi tentang bagaimana frekuensi fisik dan amplitudo suara menentukan persepsi pendengar terhadap ketinggian nada dan kekerasan suaranya, termasuk ambang batas untuk mendeteksi dan membedakan kuantitas-kuantitas ini.

Scope

Topik ini membahas diskriminasi frekuensi dan intensitas, rentang yang dapat didengar dan ambang batas absolut, pertumbuhan kekerasan suara dengan level, penjumlahan kekerasan suara di seluruh pita kritis, dan ketergantungan kekerasan suara pada frekuensi yang diekspresikan dalam kontur kekerasan suara yang sama. Ini adalah materi referensi dan edukasi tentang pengukuran persepsi, bukan panduan klinis.

Core questions

• Apa perubahan terkecil yang dapat dideteksi dalam frekuensi atau intensitas?
• Bagaimana kekerasan suara meningkat seiring dengan peningkatan intensitas fisik?
• Mengapa suara dengan level fisik tetap terasa lebih keras pada beberapa frekuensi daripada yang lain?
• Bagaimana penyebaran energi di seluruh frekuensi mengubah persepsi kekerasan suara?

Key concepts

• Ambang batas absolut dan rentang yang dapat didengar
• Limen perbedaan untuk frekuensi dan intensitas
• Nada sebagai korelasi persepsi frekuensi
• Kekerasan suara dan skala sone
• Tingkat kekerasan suara dan fon
• Kontur kekerasan suara yang sama
• Pita kritis dan penjumlahan kekerasan suara

Key theories

Penskalaan hukum pangkat (sone) kekerasan suara

Kekerasan suara dapat dikuantifikasi pada skala rasio, skala sone, di mana kekerasan suara yang dipersepsikan tumbuh kira-kira sebagai fungsi pangkat dari intensitas suara, sehingga kekerasan suara kira-kira berlipat ganda untuk setiap peningkatan 10 dB dalam level di sebagian besar rentang.

Penjumlahan kekerasan suara pita kritis

Ketika energi suara menyebar melampaui pita kritis, total kekerasan suara meningkat bahkan ketika energi keseluruhan dipertahankan konstan, menunjukkan bahwa sistem pendengaran mengintegrasikan kekerasan suara dalam pita frekuensi yang ditetapkan oleh penyaringan koklea.

Mechanisms

Frekuensi dikodekan oleh tempat eksitasi maksimal di sepanjang membran basilar dan, pada frekuensi yang lebih rendah, oleh pengaturan waktu saraf yang terkunci fase (phase-locked neural timing); ini mendukung diskriminasi frekuensi yang halus. Intensitas disinyalir oleh laju penembakan serat saraf pendengaran dan oleh perekrutan serat tambahan saat level meningkat, tetapi mekanisme aktif koklea mengompresi berbagai level fisik yang luas menjadi rentang respons saraf yang lebih sempit. Oleh karena itu, kekerasan suara tumbuh secara kompresif dengan intensitas dan dijumlahkan di seluruh filter pendengaran, sehingga suara yang mencakup lebih banyak pita kritis lebih keras daripada suara tonal dengan energi yang sama. Karena sensitivitas koklea bervariasi dengan frekuensi, level fisik yang sama menghasilkan kekerasan suara yang berbeda, yang ditangkap oleh kontur kekerasan suara yang sama.

Clinical relevance

Gangguan pendengaran koklea umumnya mengurangi selektivitas frekuensi dan mempercepat pertumbuhan kekerasan suara, sebuah fenomena yang dikenal sebagai rekrutmen kekerasan suara (loudness recruitment) di mana kekerasan suara meningkat secara tidak normal cepat di atas ambang batas. Ini membantu menjelaskan mengapa amplifikasi harus mengembalikan kemampuan mendengar tanpa membuat suara sedang menjadi tidak nyaman keras, dan mengapa alat bantu dengar menerapkan kompresi berbentuk frekuensi. Poin-poin ini menjelaskan konsekuensi persepsi dari gangguan pendengaran dan bukan instruksi pemasangan atau perawatan yang diindividualisasi.

Evidence & guidelines

Hubungan kekerasan suara dan kekerasan suara yang sama pertama kali dikuantifikasi oleh Fletcher dan Munson (1933) dan sekarang distandarisasi secara internasional sebagai kontur tingkat kekerasan suara yang sama dalam ISO 226:2003, yang mendefinisikan fon dan hubungan referensi antara frekuensi, level, dan kekerasan suara untuk pendengar dengan pendengaran normal. Skala sone kekerasan suara berasal dari pekerjaan penskalaan rasio dalam tradisi Stevens, dan penjumlahan pita kritis didokumentasikan dalam studi psikofisika klasik.

History

Pengukuran Fletcher dan Munson pada tahun 1933 di Bell Laboratories menghasilkan kontur kekerasan suara yang sama yang sistematis pertama dan konsep tingkat kekerasan suara. Stevens dan rekan-rekannya mengembangkan penskalaan rasio kekerasan suara dan nada pada tahun 1930-an, menghasilkan skala sone dan mel. Pekerjaan Zwicker pada pertengahan abad tentang pita kritis menghubungkan penjumlahan kekerasan suara dan masking dengan analisis frekuensi koklea, dan hubungan kekerasan suara yang sama kemudian disempurnakan dan distandarisasi.

Debates

Bagaimana tepatnya kekerasan suara harus berskala dengan intensitas?

Hukum pangkat sederhana menangkap pertumbuhan kekerasan suara di sebagian besar rentang, tetapi fungsi tersebut mendatar di dekat ambang batas dan bervariasi antara pendengar dan dengan gangguan pendengaran, sehingga eksponen tunggal adalah perkiraan daripada hukum yang tepat.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara intensitas dan kekerasan suara?

Intensitas adalah kuantitas fisik, energi yang dibawa oleh suara, sedangkan kekerasan suara adalah besaran subjektif yang dipersepsikan pendengar. Kekerasan suara bergantung pada intensitas tetapi juga pada frekuensi, lebar pita, dan pendengaran pendengar, sehingga intensitas yang sama tidak selalu terdengar sama kerasnya.

Apa itu fon dan apa itu sone?

Fon adalah unit tingkat kekerasan suara: suara memiliki tingkat kekerasan suara N fon jika dinilai sekeras nada 1 kHz N-desibel. Sone adalah unit kekerasan suara pada skala rasio, didefinisikan sehingga penggandaan jumlah sone sesuai dengan penggandaan kekerasan suara yang dipersepsikan.