Overview
מקור: המעבדה של ג'ונתן פלומבאום – אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
פסיכופיזיקה היא השם של קבוצה של שיטות בפסיכולוגיה תפיסתית שנועדה לקשר את עוצמת הגירויים בפועל לעוצמתם התפיסתית. היבט חשוב אחד של הפסיכופיזיקה כרוך במדידת סף תפיסתי: עד כמה בהיר צריך להיות אור כדי שאדם יוכל לזהות אותו? כמה מעט לחץ המופעל על העור ניתן לגילוי? כמה רך יכול להיות צליל ועדיין להישמע? במילים אחרות, מהן כמויות הגירוי הקטנות ביותר שבני אדם יכולים לחוש? הליך גרם המדרגות הוא טכניקה יעילה לזיהוי הסף התפיסתי של האדם.
וידאו זה ידגים שיטות סטנדרטיות ליישום הליך גרם המדרגות על מנת לזהות את סף השמיעה של אדם, כלומר, את הנפח המינימלי הדרוש כדי טון להיתפס.
Procedure
1. גירויים וציוד
- ניסוי זה ידרוש מחשב עם תוכנה ניסיונית בסיסית, כמו גם סט של אוזניות וחדר בדיקה שקט יחסית (הגהת קול אין צורך).
- הגירויים בניסוי יהיו גוונים של תדרים של 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 5 kHz ו 6 kHz. שמיעה אנושית היא הטובה ביותר בטווח תדרים זה.
- במהלך הניסוי, נפח הגוונים יהיה מגוון באופן אדפטיבי בטווח של 1 עד 40 dB, כפי שיהיה ברור בהקשר של העיצוב הניסיוני, על מנת למדוד את הנפח המינימלי הנתפס בכל אחד מששת התדרים.
2. עיצוב
- הניסוי יכלול שישה בלוקים, אחד לכל אחד מששת התדרים. הסיבה לכך היא שסף האדם אינו זהה לכל התדרים. במילים אחרות, הסף יימדד באופן עצמאי עבור כל אחד מששת התדרים. כך ייצר העיצוב הבא שש תוכניות בדיקה.
- תכנת את הניסוי כך שיציג תדר נתון במהלך כל ניסוי.
- בכל ניסוי, המשימה של המשתתף תהיה לדווח אם היא שמעה את הטון שהוצג. השתמש במקש 'Y' כדי לציין תגובות 'כן', ואת מקש 'N' כדי לציין תגובות 'לא'.
- הניסוי תמיד יתחיל בטון נפח נמוך מאוד - אחד כי המשתתף לא צריך לתפוס. תכנת את הטון הראשון שיש נפח של 2 dB שיחק עבור 200 אלפיות שני.
- בכל פעם שתיווצר תגובת 'כן', עוצמת הקול במשפט הבא תופחת בשלב אחד, ובכל פעם שתפיק תגובת 'לא', היא תוגדל בשלב אחד. לפיכך, ניתן לדמיין את העיצוב הניסיוני כתרשים זרימה, כפי שמוצג באיור 1. צלילים תמיד ישוחקו למשך 200 אלפיות השנייה.
- כלול 30 ניסויים בניסוי.
- כדי לשמור על מעורבות חזותית של המשתתף, הצג את המילים 'כן או לא?' על המסך לאחר כל צליל.
- צור שש תוכניות ניסיוניות כאלה, אחת לכל אחד מששת התדרים בין 1 ל-6 קילו-הרץ.
- ודא שהתוכנית מפיקה פלט של עוצמת הצליל המוצגת בכל ניסיון ואת התגובה שהמשתתף סיפק.
איור 1. תרשים זרימה לעיצוב ניסוי באמצעות הליך גרם המדרגות השמיעתי. המשפט הראשון תמיד כרוך בטון שהושמע בנפח בלתי נשמע של 2 dB. מכיוון שהמשתתף לא צריך לזהות את הטון הזה, תינתן תגובת 'לא', והנפח בניסוי הבא יוגדל ב- 1 dB (ל- 3 dB). כל ניסיון (כולל ו) לאחר ההנחיה השנייה ממשיך באותה הוראה: אם תגובת 'כן' מסופקת על-ידי המשתתף, הנפח בניסוי הבא מופחת ב- 1 dB. ואם מסופקת תגובת 'לא', הנפח בניסוי הבא גדל ב- 1 dB. ניסוי יכלול 30 ניסויים בתדר.
3. הליך
- שים לב שאפשר לבחון אותו בקלות.
- לפני שהמשתתף מעלה את האוזניות, הסבר את ההוראות כדלקמן:
- "ניסוי זה נועד למדוד את סף השמיעה שלך, הצליל הרך או השקט ביותר שאתה יכול לתפוס. בכל ניסיון, המחשב ישמיע צליל דרך האוזניות, וכל שעליך לעשות הוא ללחוץ על מקש 'Y' אם שמעת את הטון, או על מקש 'N' אם לא עשית זאת. זה בסדר ללחוץ על מקש ה-נ'. חלק מהצלונים יהיו רכים מאוד, ואנחנו לא מצפים ממך תמיד לשמוע אותם. פשוט תענה בכנות, ולעשות כמיטב יכולתך. הניסוי כולל שישה בלוקים עם 30 ניסויים כל אחד. כל ששת הבלמים אמורים לקחת רק כעשר דקות, כולל הפסקות בין לבין".
- כאשר המשתתף מוכן, הפעל את התוכנית הראשונה, זו עבור צליל 1 kHz.
- תוכלו לעזוב את החדר בזמן שהמשתתף משלים את התוכנית. סגרו את הדלת במידת האפשר כדי למזער רעש חיצוני.
- לאחר השלמת הניסוי הראשון, שאל את המשתתף אם יש לה שאלות. תן לה לקחת הפסקה במשך 1-2 דקות, הסרת האוזניות במהלך תקופה זו.
- עכשיו להפעיל את התוכנית עבור צלילי 2 kHz.
- ואז לחזור על 3.4-3.6 עד שכל ששת הצלילים נבדקו.
4. ניתוח התוצאות
- כדי לנתח את התוצאות, הכינו טבלה נפרדת עבור כל אחד מששת הניסויים.
- הטבלה היא הפלט הגולמי מהתוכנית הניסיונית. עליו לכלול את מספר הניסיון, את עוצמת הטון המוצגת ואת התגובה שהמשתתף סיפק. איור 2 מראה כיצד ייראה חלק מהטבלה עבור 10 הניסויים הראשונים בטון של 1 קילו-הרץ.
איור 2. מדגם של טבלה הכוללת את התפוקות הנדרשות מניסוי גרם מדרגות שמיעתי. שים לב שהנתונים שדווחו מיועדים לנושא יחיד (שכותרתו נושא #1) ולתדר יחיד (1000 הרץ). הטבלה כוללת שלוש עמודות: מספר הניסיון, נפח הטון המוצג במשפט זה (ב- dB) והתגובה שניתנה על-ידי המשתתף.
- ודא שהתוכנית שלך פועלת כראוי,כלומר,שתגובות 'כן' הובילו לירידה בנפח, וש'אין תגובות' שמייצרות עלייה בנפח.
- עכשיו, לעשות גרף: ציר X צריך להיות מספר הניסיון, וציר Y צריך להתוות את עוצמת הקול המוצג במשפט זה. איור 3 מציג דוגמה.
איור 3. תוצאות מדגם של משתתף יחיד ובטון אחד. הגרף מתווה את עוצמת הקול שהושמעה, ב- dB, כפונקציה של מספר הניסיון עבור כל אחד מ- 30 הניסויים. התבנית העיקרית היא כי המשתתף לא יכול לשמוע שום טון בניסויים הראשונים, לייצר סדרה של תגובות 'לא' ומעורר עלייה בנפח עד לסף השמיעה. בשלב זה, המשתתף נע הלוך ושוב בין תגובות 'לא' ו'כן' המאפשרות לחוקר לזהות את המקום שבו הצלילים הופכים ראשונים לניתן לזיהוי.
- צור גרף כזה עבור כל צליל.
- עכשיו ממוצע יחד את הכרכים שיחקו במהלך עשרת הניסויים האחרונים של הניסוי עבור כל צליל. הערך המתקבל נקרא 'סף אמצעי האחסון'.
- איור 4 הוא דוגמה לסף עוצמת הקול כפונקציה של גובה הצליל.
ענף אחד של הפסיכולוגיה התפיסתית – פסיכופיזיקה – עוסק בהתייחסות בפועל של הגירוי בהשוואה לעוצמתו הנתפסת.
בדיוק כמו רמות בפועל, אלה תפיסתיים ניתן למדוד: כמה בהיר אור חייב להיות כדי להיות נצפה, או כמה רך צליל יכול להיות כדי שזה יישמע.
לדוגמה, מישהו הממתין לארוחת ערב שיוגש לא יכול לשמוע שהוא מוכן אם הוא בבסיס המדרגות; הם צריכים לטפס כמה צעדים לפני שהם שומעים משהו, ואולי אפילו עוד כמה כדי לפרש את הצלילים.
התאמה דינמית זו היא הרעיון מאחורי הליך גרם המדרגות, שבו עוצמת ההבחנה המינימלית יכולה להיקבע באופן אמין על ידי עלייה או ירידה בכמות הגירוי.
סרטון וידאו זה מדגים כיצד לעצב וליישם את הליך גרם המדרגות, במיוחד כדי למדוד סף שמיעתי – הנפח המינימלי הדרוש כדי שטון ייתפס.
בניסוי זה, צלילים מוצגים באמצעות אוזניות בשישה תדרים או צלילים שונים: 1-6 קילו-הרץ – כולם בטווח השמיעה האנושי.
בהתחשב בכך שהסף שלנו אינו זהה בכל התדרים, שישה בלוקים משמשים לבדיקת כל אחד מהם באופן עצמאי. בכל בלוק, התדירות מוצגת בקצרה עבור 200 ms בנפחים הנעים בין 2-40 dB.
הטון הראשון מושמע בנפח הנמוך ביותר של 2 dB, רמה שהמשתתף לא צריך לתפוס. אם זה המקרה, הנפח במשפט הבא גדל בצעד, 1 dB.
מצד שני, אם זה מורגש, הנפח הוא ירד על ידי אחד. הליך זה חוזר על עצמו במשך 30 ניסויים - וכתוצאה מכך שינויים דמויי גרם מדרגות בנפח.
המשתנה התלוי הוא תגובות המשתתפים – בין אם הם שמעו את הטון ובין אם לאו. מידע זה משולב לאחר מכן עם נתוני עוצמת עוצמת הקול כדי לקבוע את סף עוצמת הקול התפיסתי בכל תדר.
כדי להתחיל את הניסוי, לברך את המשתתף במעבדה ויש להם לשבת בנוחות מול המחשב. הסבר את הוראות המשימה: בכל ניסיון, המחשב ישמיע צליל דרך האוזניות, ולאחר מכן תתבקש ללחוץ על מקש 'Y' אם שמעת את הטון או 'N' אם לא.
אפשר למשתתף להרכיב את האוזניות, הפעל את הניסויים המשויכים לצליל 1 kHz ולאחר מכן עזב את החדר.
לאחר השלמת הבלוק הראשון של שישה תדרים, חזרו לחדר ובקשו מהמשתתף להסיר את האוזניות. ענה על כל שאלה שיש להם ותן להם הפסקה של 2 דקות.
כאשר הזמן תם, תמשיך המשתתף להפעיל את האוזניות כדי להתחיל את הניסויים הקשורים לצליל הבא. חזור על השלבים עד שכל ששת הצלילים נבדקו.
כדי לנתח את התוצאות, צור טבלת נתונים נפרדת עבור כל אחד מהצללים שנבדקו, עם עמודה עבור מספר ניסיון, רמת עוצמת הקול ותגובות המשתתף.
במהלך הניסויים הראשונים, ודא שהם הגיבו בסדרה של לא, מה שמצביע על כך שהצלילים לא נשמעו בהתחלה, מה שהיה צריך לגרום לעליות בנפח עד שהגיע לסף השמיעה.
לאחר האימות, גרף את עוצמת הקול שהושמעה בכל ניסיון של כל בלוק כפי שמוצג כאן עבור 1 kHz.
כאשר הגיע לסף השמיעה, שימו לב כי המשתתף נע הלוך ושוב בין תגובות 'לא' ו'כן', המאפשר זיהוי של הצלילים שהפכו לראשונה לניתן לזיהוי. הנטייה המרכזית של טווח צר זה היא מדד לסף.
כדי לחשב את סף הנפח בכל צליל, ממוצע 10 הניסויים האחרונים של כל בלוק וגרף את התוצאות. שים לב איך זה נטה להגדיל ככל שהתדירות גדלה; במילים אחרות, צלילים בעלי צלילים נמוכים היו קלים יותר לשמיעה מאשר צלילים גבוהים, הנובעים ממאפייני הרטט של הסיבים והעצמות של האוזן.
כעת, כאשר אתם מכירים את השיטה היעילה הזו למציאת סף תפיסתי, בואו נבחן כיצד היא משמשת לבחינת ירידה חושית בהזדקנות רגילה ועם חשיפה להופעות רועשות.
הליך גרם המדרגות שימש חוקרים כדי לבחון כיצד סף השמיעה משתנה ככל שבני האדם מזדקנים. באופן כללי, הם מצאו כי סף נפח גדל ככל שאנשים מתבגרים. כלומר, עבור אנשים בני 60, צליל בתדר גבוה צריך להיות חזק פי ארבעה ממה שהוא היה נשמע על ידי אלה בני 20.
בשיטות דומות, החוקרים גם השוו את סף הנפח של אנשים עם שמיעה רגילה לאלה עם ליקויים כדי לזהות את אופי הגירעונות. תדרים ספציפיים הושפעו, כגון ב 4 ו 5 kHz, בעוד שאחרים היו נורמליים, דבר המצביע על כך מחלה או נזק הוא הגורם, לא הזדקנות.
בנוסף, הגישה יכולה לשמש כדי להעריך את ההשלכות של סוגים שונים של חוויות על מערכת השמיעה. לדוגמה, מחקרים השתמשו בגישת סף כדי להעריך את ההשפעות של שמיעת מוזיקת הבי מטאל רועשת במהלך קונצרט.
כאשר חוקרים בדקו אנשים רגע לפני שהשתתפו בקונצרט, וחצי שעה לאחר מכן, הם גילו כי מטאל כבד הגדיל את סף עוצמת הקול לצלילים. לכן, מוזיקת רוק יכולה לגרום לך כבד שמיעה!
הרגע צפית בסרטון של ג'וב על הליך המדרגות. עכשיו אתה צריך להבין היטב כיצד לעצב משימת סף תפיסתית ולהפעיל את הניסוי, כמו גם לנתח ולהעריך את התוצאות.
תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
מטרת הליך גרם המדרגות היא להביא את המשתתף לנפח שבו הם בקושי יכולים לשמוע את הטון. זה מושג על ידי הצגת סדרה של תגובות 'לא' בניסויים הראשונים. לאחר הפקת תגובת 'כן', המטרה היא לשמור על עוצמת הקול שהושמעה קרוב לזו שעוררה את ה'כן' הראשון. פעולה זו נעשית על-ידי הנמכת עוצמת הקול בכל פעם שניתנת תגובת 'כן'. זה מייצר דפוס שבו הנפח עולה בהתמדה בניסויים הראשונים, ולאחר מכן מישורים, נשאר בטווח צר עד סוף הניסוי, כפי שניתן לראות באיור 3. הנטייה המרכזית של טווח צר זה היא מדד לסף. באיור 3, ברור שהסף מגיע לסביבות 6 dB. דרך נפוצה לחשב את הסף היא לחשב את הממוצע של אמצעי האחסון שהופעלו במהלך 10 הניסויים האחרונים של הניסויים. במקרה של איור 3, הממוצע הזה מסתם ב-6.1 dB.
עם תוצאות שהושגו עבור שישה צלילים של תדרים שונים, ניתן לראות כי סף התפיסה משתנה לפי תדירות (מה שנקרא לעתים קרובות המגרש). צלילים גבוהים יותר קשים יותר לשמיעה מאשר צלילים נמוכים יותר. כדי לראות זאת באופן גרפי, התווה את סף עוצמת הקול עבור כל אחד מששת הצלילים שנבדקו בניסוי, בדיוק כפי שנעשה עבור הטון של 1 kHz כפי שמוצג באיור 4. הנתונים המוצגים מיועדים למשתתף יחיד, בן 20. התבנית העיקרית היא שגווני התדר הנמוך קלים יותר לשמיעה מאשר צלילים בתדר גבוה. זוהי עובדה של שמיעה אנושית המתעוררת בגלל המבנה של מערכת השמיעה, החל בטבע של חוטים רוטט ועצמות בתוך האוזן האנושית.
איור 4. סף עוצמת הקול כפונקציה של תדירות. הנתונים המוצגים מיועדים למשתתף יחיד, בן 20. בגלל המבנה של מערכת השמיעה האנושית, צלילים עם תדרים נמוכים יותר - מה שנקרא באופן קולני נמוך יותר או עמוק יותר - קל יותר לשמוע מאשר צלילים בתדר גבוה (גבוה). דרוש עוצמת קול גדולה יותר כדי לגרום להישמע בתדר גבוה.
ואכן, ככל שאנשים מזדקנים, הפער בין צלילי תדירות נמוכה לתדר גבוה גדל. איור 5 מציג סף שמיעתי עבור הנושא בן ה-20 המוצג באיור 4, יחד עם סף של בן 40 ומבוגר בן 60. באופן כללי, הסף גדל ככל שאנשים מזדקנים. אבל בנוסף, צלילי תדר גבוהים יותר הופכים הרבה יותר קשה לשמוע מאשר צלילים בתדר נמוך.
איור 5. סף נפח כפונקציה של תדירות וגיל. באופן כללי, סף הנפח גדל ככל שאנשים מזדקנים. בנוסף, הפער בין צלילים בתדר נמוך לתדר גבוה גדל. כדי להישמע למישהו בסביבות גיל 60, צליל בתדר גבוה צריך להיות חזק כמעט פי ארבעה ממה שהיה נשמע על ידי מישהו בן 20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
אחד היישומים העיקריים של הליך גרם המדרגות השמיעה הוא להעריך ליקוי שמיעה. מעבר להזדקנות רגילה, ליקויי שמיעה יכולים להיגרם על ידי נזק לאוזן הפנימית, נזק מוחי ומחלות. לעתים קרובות, ליקוי שמיעה משפיע על תדרים מסוימים יותר מאחרים. שיטת גרם המדרגות יכולה לשמש כדי לקבוע אם למישהו יש שמיעה לקויה במיוחד בטווח תדרים צר, מה שמרמז על ליקוי שמיעה שנגרם על ידי יותר מהזדקנות רגילה. איור 6 גרפים של סף שמיעתי עבור לקוי שמיעה בן 60 בהשוואה לגיל 60 ללא ערך. האדם הלקוי סובל מאובדן שמיעה ב 4 ו 5 kHz, כפי שצוין על ידי סף שמיעתי גבוה מאוד בתדרים אלה. אחרת, האדם הלקוי מבצע באופן דומה לפקד מותאם גיל.
איור 6. סף נפח לאדם לקוי שמיעה (60 שנה) בהשוואה להתאמת גיל ללא ערך. ליקוי שמיעה משפיע לעתים קרובות רק על חלק משטח התדר. האדם הלקוי המוצג כאן סובל מפגיעה חמורה - סף גבוה מאוד - ב-4 ו-5 קילו-הרץ, אך נראה נורמלי בהשוואה לבקרה מותאמת גיל.
גישה זו יכולה לשמש גם כדי להעריך את ההשלכות של סוגים שונים של חוויות על מערכת השמיעה. לדוגמה, מחקרים השתמשו בגישת סף כדי להעריך את ההשפעות של שמיעת מוזיקת כבד מטאל רועשת בקונצרט. 1 מדענים בדקו אנשים רגע לפני שהשתתפו בקונצרט, וחצי שעה לאחר מכן. אולי באופן לא מפתיע, מתכת כבדה הגדילה את סף עוצמת הקולות, במיוחד בטווח של 6Hz. מוזיקת רוק יכולה לגרום לך להשמיע את שמיעה!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Drake-Lee, A. B. (1992). Beyond music: auditory temporary threshold shift in rock musicians after a heavy metal concert. Journal of the royal society of medicine, 85(10), 617-619.
