จิตสวนศาสตร์และการรับรู้ทางการได้ยิน

จิตสวนศาสตร์ (Psychoacoustics) คือการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทางกายภาพของเสียงกับประสบการณ์การรับรู้ที่เสียงนั้นกระตุ้นให้เกิดขึ้น โดยศึกษาว่ามิติของสัญญาณเสียง เช่น ความถี่ ความเข้ม และจังหวะเวลา ถูกแปลงโดยหูและระบบประสาทการได้ยินให้กลายเป็นความรู้สึกของระดับเสียง (pitch) ความดัง (loudness) คุณภาพเสียง (timbre) ตำแหน่ง และความหมายได้อย่างไร ในสาขาโสตวิทยา (audiology) จิตสวนศาสตร์เป็นรากฐานการรับรู้เพื่อทำความเข้าใจการได้ยินปกติ การจำแนกลักษณะการสูญเสียการได้ยิน และการออกแบบมาตรการและอุปกรณ์ที่ใช้ในการฟื้นฟูการได้ยิน

Definition

จิตสวนศาสตร์ (Psychoacoustics) คือสาขาหนึ่งของจิตฟิสิกส์ (psychophysics) ที่เกี่ยวข้องกับวิธีการที่สิ่งเร้าทางกายภาพของเสียงถูกแปลงไปสู่ความรู้สึกและการรับรู้ทางการได้ยิน และการรับรู้ทางการได้ยิน (auditory perception) คือประสบการณ์ส่วนตัวและการตีความเสียงโดยผู้ฟังที่เกิดขึ้น

Scope

ส่วนนี้จะนำผู้อ่านไปสู่ด้านการรับรู้ของการได้ยิน: วิธีการทางจิตฟิสิกส์ที่เชื่อมโยงสิ่งเร้ากับการรับรู้ มิติพื้นฐานของการรับรู้เสียง และกระบวนการทางการได้ยินที่กู้คืนข้อมูลคำพูดและข้อมูลเชิงพื้นที่จากข้อมูลเสียงที่ซับซ้อน โดยจัดกลุ่มเนื้อหาโดยละเอียดออกเป็นหัวข้อเกี่ยวกับความถี่ ความเข้ม และความดัง; การประมวลผลเชิงเวลาและระดับเสียง; การรับรู้คำพูดและความเข้าใจ; การได้ยินแบบสองหูและการระบุตำแหน่ง; และการปรับตัวและความล้าทางการได้ยิน โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและสื่อการศึกษามากกว่าคำแนะนำทางคลินิก

Sub-topics

• Auditory Adaptation and Fatigue
• Binaural Hearing and Sound Localization
• Frequency, Intensity, and Loudness Perception
• Speech Perception and Intelligibility
• Temporal Processing and Pitch Perception

Core questions

• มิติทางกายภาพของเสียงสัมพันธ์กับมิติการรับรู้ของระดับเสียง ความดัง และคุณภาพเสียงได้อย่างไร?
• ขีดจำกัดของการแยกแยะเสียงของมนุษย์ในด้านความถี่ ความเข้ม และเวลาคืออะไร?
• ระบบการได้ยินสกัดข้อมูลคำพูดและข้อมูลเชิงพื้นที่จากเสียงที่ซับซ้อนได้อย่างไร?
• ความสามารถในการรับรู้เหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อมีการสูญเสียการได้ยิน?

Key concepts

• จิตฟิสิกส์และความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเร้ากับการรับรู้
• ขีดจำกัดสัมบูรณ์และขีดจำกัดความแตกต่าง
• การเลือกความถี่และแถบวิกฤต
• ระดับเสียง ความดัง และคุณภาพเสียงในฐานะมิติการรับรู้
• การแยกแยะเชิงเวลาและการรวมเชิงเวลา
• สัญญาณสองหูและการระบุตำแหน่งเสียง
• การบดบังและการได้ยินเสียงในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวน

Mechanisms

หูชั้นใน (cochlea) ทำหน้าที่แปลงความถี่เป็นตำแหน่งตามเยื่อฐาน (basilar membrane) ทำให้ความถี่ที่แตกต่างกันกระตุ้นเซลล์ขน (hair cells) และเส้นใยประสาทการได้ยิน (auditory nerve fibres) ที่แตกต่างกัน; การจัดเรียงตามความถี่ (tonotopic organisation) นี้เป็นพื้นฐานของการเลือกความถี่ (frequency selectivity) และแถบวิกฤต (critical band) ความเข้มของเสียงถูกเข้ารหัสโดยอัตราการยิงสัญญาณและจำนวนเส้นใยที่ถูกกระตุ้น และความดังที่รับรู้จะเพิ่มขึ้นเป็นฟังก์ชันแบบบีบอัดของระดับทางกายภาพ ข้อมูลเวลาจะถูกรักษาไว้ผ่านการล็อกเฟสของการยิงสัญญาณประสาท ซึ่งสนับสนุนการประมวลผลซองเวลา (temporal-envelope processing) ระดับเสียงของโทนเสียงที่ซับซ้อน และสัญญาณระหว่างหู (interaural cues) ที่ใช้ในการระบุตำแหน่ง การรับรู้ทางการได้ยินเกิดขึ้นเมื่อเส้นทางส่วนกลางรวมรหัสสเปกตรัมและเวลาเหล่านี้เข้าด้วยกัน ทำให้ผู้ฟังสามารถแยกแหล่งกำเนิดเสียงและกู้คืนรูปแบบที่มีความหมาย เช่น คำพูด

Clinical relevance

หลักการทางจิตสวนศาสตร์อธิบายว่าเหตุใดการสูญเสียการได้ยินจึงส่งผลกระทบมากกว่าแค่การได้ยินเสียง: การเลือกความถี่ที่ลดลง การเติบโตของความดังที่ผิดปกติ (recruitment) และการประมวลผลเชิงเวลาและแบบสองหูที่บกพร่อง ล้วนส่งผลต่อวิธีที่ผู้ฟังที่ได้รับผลกระทบรับรู้เสียง โดยเฉพาะอย่างยิ่งคำพูดในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวน การทำความเข้าใจความสัมพันธ์เหล่านี้ช่วยอธิบายเหตุผลเบื้องหลังการทดสอบการได้ยินและการออกแบบอุปกรณ์ช่วยฟัง เนื้อหาในที่นี้เป็นเชิงพรรณนาและให้ความรู้ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

หลักฐานพื้นฐานส่วนใหญ่ในสาขานี้มาจากการทดลองทางจิตฟิสิกส์ที่มีการควบคุมในผู้ที่มีการได้ยินปกติและผู้ที่มีความบกพร่องทางการได้ยิน ซึ่งสรุปไว้ในตำรามาตรฐาน เช่น Moore (2012) และ Zwicker and Fastl (1999) ข้อกำหนดการวัดสำหรับปริมาณต่างๆ เช่น ระดับความดังและเส้นโค้งความดังเท่ากัน ได้รับการกำหนดเป็นมาตรฐานในมาตรฐานสากลทางเสียง และความสัมพันธ์ที่เป็นมาตรฐานเหล่านี้เป็นรากฐานของการประยุกต์ใช้ทางคลินิกและวิศวกรรม

History

การศึกษาเชิงปริมาณของการได้ยินเติบโตมาจากการศึกษาจิตฟิสิกส์ในศตวรรษที่สิบเก้า แต่จิตสวนศาสตร์สมัยใหม่เริ่มเป็นรูปเป็นร่างในศตวรรษที่ยี่สิบด้วยการพัฒนาการสร้างและการวัดเสียงด้วยไฟฟ้า งานวิจัยที่ Bell Laboratories เกี่ยวกับความดัง การบดบัง และการออกเสียงของคำพูด ควบคู่ไปกับการปรับขนาดระดับเสียงและความดังของ Stevens และเพื่อนร่วมงานในทศวรรษ 1930 ได้วางรากฐานวิธีการของสาขานี้ การวิจัยต่อมาเกี่ยวกับแถบวิกฤต การประมวลผลเชิงเวลา และการได้ยินแบบสองหูได้ขยายรากฐานเหล่านี้และเชื่อมโยงการรับรู้เข้ากับกลไกของหูชั้นในและระบบประสาท

Key figures

• Stanley Smith Stevens
• Harvey Fletcher
• Eberhard Zwicker
• Reinier Plomp
• Brian C. J. Moore

Seminal works

• stevens-1937
• plomp-levelt-1965

Frequently asked questions

จิตสวนศาสตร์และโสตวิทยาแตกต่างกันอย่างไร?

จิตสวนศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานว่าเสียงถูกรับรู้ได้อย่างไร โดยศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเร้าทางเสียงและความรู้สึกทางการได้ยิน โสตวิทยาเป็นสาขาวิชาทางคลินิกที่นำความรู้เหล่านี้และที่เกี่ยวข้องไปใช้ในการประเมินและจัดการการได้ยิน จิตสวนศาสตร์เป็นทฤษฎีการรับรู้ส่วนใหญ่ที่อยู่เบื้องหลังการทดสอบและอุปกรณ์ทางโสตวิทยา

ทำไมเสียงดังจึงไม่ใช่แค่ 'มากกว่า' เสียงเบาสำหรับระบบการได้ยิน?

เนื่องจากมิติการรับรู้ เช่น ความดัง เติบโตแบบไม่เป็นเชิงเส้นกับระดับทางกายภาพ และเนื่องจากหูชั้นในประมวลผลเสียงแตกต่างกันที่ความเข้มต่างกัน การสูญเสียการได้ยินสามารถเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์นี้ได้อีก ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงระดับทางกายภาพที่เท่ากันจึงไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความรู้สึกที่เท่ากันเสมอไป