Frequência, Intensidade e Percepção de Sonoridade

Frequência e intensidade são as duas dimensões físicas primárias de um som simples, e elas se mapeiam, imperfeitamente, nas dimensões perceptivas de altura tonal e sonoridade. Este tópico aborda quão finamente os ouvintes conseguem discriminar mudanças na frequência e no nível, como a sonoridade cresce com a intensidade física e como a sonoridade percebida depende conjuntamente da frequência e da distribuição da energia através da cóclea. Essas relações são centrais para a audiometria e para a forma como os aparelhos auditivos moldam o som.

Definition

Frequência, intensidade e percepção de sonoridade é o estudo de como a frequência física e a amplitude de um som determinam a percepção do ouvinte de sua altura tonal e sua sonoridade, incluindo os limiares para detectar e discriminar essas quantidades.

Scope

O tópico aborda a discriminação de frequência e intensidade, a faixa audível e o limiar absoluto, o crescimento da sonoridade com o nível, a soma da sonoridade através da banda crítica e a dependência da sonoridade em relação à frequência expressa em contornos de igual sonoridade. É material de referência e educacional sobre medição perceptual, não orientação clínica.

Core questions

• Qual é a menor mudança detectável na frequência ou intensidade?
• Como a sonoridade cresce à medida que a intensidade física aumenta?
• Por que um som de nível físico fixo parece mais sonoro em algumas frequências do que em outras?
• Como a distribuição de energia através da frequência altera a sonoridade percebida?

Key concepts

• Limiar absoluto e a faixa audível
• Limiar diferencial para frequência e intensidade
• Altura tonal como o correlato perceptual da frequência
• Sonoridade e a escala sone
• Nível de sonoridade e o fon
• Contornos de igual sonoridade
• Banda crítica e soma da sonoridade

Key theories

Escalonamento da sonoridade por lei de potência (sone)

A sonoridade pode ser quantificada em uma escala de razão, a escala sone, na qual a sonoridade percebida cresce aproximadamente como uma função de potência da intensidade sonora, de modo que a sonoridade dobra aproximadamente para cada aumento de 10 dB no nível em grande parte da faixa.

Soma da sonoridade da banda crítica

Quando a energia de um som é distribuída além de uma banda crítica, a sonoridade total aumenta mesmo quando a energia geral é mantida constante, mostrando que o sistema auditivo integra a sonoridade dentro das bandas de frequência definidas pela filtragem coclear.

Mechanisms

A frequência é codificada pelo local de excitação máxima ao longo da membrana basilar e, em frequências mais baixas, pelo sincronismo neural (phase-locked neural timing); isso suporta uma fina discriminação de frequência. A intensidade é sinalizada pela taxa de disparo das fibras do nervo auditivo e pelo recrutamento de fibras adicionais à medida que o nível aumenta, mas o mecanismo ativo da cóclea comprime uma ampla gama de níveis físicos em uma gama mais estreita de resposta neural. A sonoridade, portanto, cresce compressivamente com a intensidade e é somada através dos filtros auditivos, de modo que um som que abrange mais bandas críticas é mais sonoro do que um som tonal de energia igual. Como a sensibilidade coclear varia com a frequência, níveis físicos iguais produzem sonoridades diferentes, capturadas pelos contornos de igual sonoridade.

Clinical relevance

A perda auditiva coclear geralmente reduz a seletividade de frequência e acentua o crescimento da sonoridade, um fenômeno conhecido como recrutamento de sonoridade, no qual a sonoridade aumenta anormalmente rápido acima do limiar. Isso ajuda a explicar por que a amplificação deve restaurar a audibilidade sem tornar sons moderados desconfortavelmente altos, e por que os aparelhos auditivos aplicam compressão moldada pela frequência. Estes pontos descrevem as consequências perceptivas da perda auditiva e não são instruções individualizadas de adaptação ou tratamento.

Evidence & guidelines

As relações de sonoridade e de igual sonoridade foram quantificadas pela primeira vez por Fletcher e Munson (1933) e agora são padronizadas internacionalmente como contornos de nível de igual sonoridade na ISO 226:2003, que define o fon e a relação de referência entre frequência, nível e sonoridade para ouvintes com audição normal. A escala de sonoridade em sone deriva do trabalho de escalonamento de razão na tradição de Stevens, e a soma da banda crítica é documentada em estudos psicofísicos clássicos.

History

As medições de Fletcher e Munson em 1933 nos Bell Laboratories produziram os primeiros contornos sistemáticos de igual sonoridade e o conceito de nível de sonoridade. Stevens e colegas desenvolveram o escalonamento de razão de sonoridade e altura tonal nas décadas de 1930, resultando nas escalas sone e mel. O trabalho de Zwicker em meados do século sobre a banda crítica ligou a soma da sonoridade e o mascaramento à análise de frequência coclear, e a relação de igual sonoridade foi posteriormente refinada e padronizada.

Debates

Como exatamente a sonoridade deve escalar com a intensidade?

A lei de potência simples captura o crescimento da sonoridade em grande parte da faixa, mas a função se achata perto do limiar e varia entre os ouvintes e com a perda auditiva, então um único expoente é uma aproximação em vez de uma lei exata.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre intensidade e sonoridade?

Intensidade é uma quantidade física, a energia transportada por um som, enquanto sonoridade é a magnitude subjetiva que um ouvinte percebe. A sonoridade depende da intensidade, mas também da frequência, largura de banda e da audição do ouvinte, portanto, intensidades iguais nem sempre soam igualmente sonoras.

O que é um fon e o que é um sone?

Um fon é uma unidade de nível de sonoridade: um som tem um nível de sonoridade de N fons se for julgado tão sonoro quanto um tom de 1 kHz de N decibéis. Um sone é uma unidade de sonoridade em uma escala de razão, definida de modo que dobrar o número de sones corresponde a dobrar a sonoridade percebida.