O procedimento da escada para encontrar um limiar perceptivo

1. Estímulos e Equipamentos

1. Este experimento exigirá um computador com software experimental básico, bem como um conjunto de fones de ouvido e uma sala de testes relativamente silenciosa (a prova de som não é necessária).
2. Os estímulos no experimento serão tons de com frequências de 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 5 kHz e 6 kHz. A audição humana é melhor dentro dessa faixa de frequência.
3. Durante o experimento, o volume dos tons será variado adaptativamente na faixa de 1 a 40 dB, como ficará claro no contexto do desenho experimental, a fim de medir o volume mínimo perceptível em cada uma das seis frequências.

2. Design

1. O experimento envolverá seis blocos, um para cada uma das seis frequências. Isso ocorre porque os limiares humanos não são os mesmos para todas as frequências. Em outras palavras, o limiar será medido independentemente para cada uma das seis frequências. Assim, o projeto a seguir produzirá seis programas de teste.
2. Programe o experimento para apresentar uma determinada frequência durante cada ensaio.
   1. Em cada ensaio, a tarefa do participante será informar se ouviu ou não o tom apresentado. Use a tecla 'Y' para indicar respostas 'Sim' e a tecla 'N' para indicar respostas 'Não'.
   2. O experimento sempre começará com um tom de volume muito baixo que o participante não deve perceber. Programe o primeiro tom para ter um volume de 2 dB jogado para 200 ms.
   3. Sempre que uma resposta 'Sim' for produzida, o volume no próximo teste será reduzido em um passo, e sempre que uma resposta 'Não' for produzida, ela será aumentada em um passo. Assim, é possível visualizar o design experimental como um fluxograma, como mostrado na Figura 1. Os tons serão sempre tocados por uma duração de 200 ms cada.
   4. Inclua 30 testes no experimento.
   5. Para manter o participante visualmente engajado, exiba as palavras 'Sim ou Não?' na tela após cada tom ser reproduzido.
   6. Gerar seis programas experimentais como este, um para cada uma das seis frequências entre 1 e 6 kHz.
   7. Certifique-se de que o programa produz o volume do tom apresentado em cada ensaio e a resposta que o participante forneceu.

Figura 1. Um fluxograma para o desenho de um experimento usando o procedimento de escada auditiva. O primeiro julgamento sempre envolve um tom jogado em um volume inaudível de 2 dB. Como o participante não deve detectar esse tom, uma resposta 'Não' será dada, e o volume no próximo ensaio será aumentado em 1 dB (para 3 dB). Cada ensaio (inclusive e) após o segundo prossegue com a mesma diretiva: Se uma resposta 'Sim' for fornecida pelo participante, o volume no próximo teste é reduzido em 1 dB. E se uma resposta 'Não' for fornecida, o volume no próximo teste será aumentado em 1 dB. Um experimento incluirá 30 ensaios por frequência.

3. Procedimento

1. Note que pode-se facilmente testá-lo ou a si mesmo.
2. Antes que o participante coloque os fones de ouvido, explique as instruções da seguinte forma:
   1. "Este experimento foi projetado para medir seu limiar auditivo, o som mais suave ou silencioso que você pode perceber. Em cada teste, o computador reproduzirá um tom através dos fones de ouvido, e tudo o que você precisa fazer é pressionar a tecla 'Y' se você ouvir o tom, ou a tecla 'N' se você não fez. Não há problema em pressionar a tecla 'N'. Alguns dos tons serão muito suaves, e não esperamos que você sempre os ouça. Apenas responda honestamente, e faça o seu melhor. O experimento inclui seis blocos com 30 ensaios cada. Todos os seis blocos devem levar apenas cerca de 10 minutos, incluindo intervalos no meio.
3. Quando o participante estiver pronto, inicie o primeiro programa, o do tom de 1 kHz.
4. Você pode sair da sala enquanto o participante completa o programa. Feche a porta, se possível, para minimizar o ruído externo.
5. Após a conclusão do primeiro experimento, pergunte à participante se ela tem alguma dúvida. Deixe-a fazer uma pausa por 1-2 min, removendo os fones de ouvido durante este tempo.
6. Agora execute o programa para os tons de 2 kHz.
7. E então repita 3.4-3.6 até que todos os seis tons tenham sido testados.

4. Análise dos resultados

1. Para analisar os resultados, faça uma tabela separada para cada um dos seis experimentos.
2. A tabela é a saída bruta do programa experimental. Deve incluir o número do teste, o volume do tom apresentado e a resposta que o participante forneceu. A Figura 2 mostra como será uma parte da tabela para os primeiros 10 ensaios com um tom de 1 kHz.

Figura 2. Uma amostra de uma tabela que inclui as saídas necessárias de um experimento de escada auditiva. Observe que os dados relatados são para um único sujeito (rotulado sujeito #1) e para uma única frequência (1000 Hz). A tabela inclui três colunas: o número do ensaio, o volume do tom apresentado nesse ensaio (em dB) e a resposta dada pelo participante.

3. Verifique se seu programa funcionou corretamente,ou seja,que as respostas 'Sim' levaram a uma diminuição no volume, e que nenhuma resposta produziu aumentos de volume.
4. Agora, faça um gráfico: o eixo X deve ser o número de teste, e o eixo Y deve traçar o volume do tom apresentado nesse teste. A Figura 3 mostra um exemplo.

Figura 3. Resultados amostrais de um único participante e com um único tom. O gráfico traça o volume do tom reproduzido, em dB, em função do número de ensaio para cada um dos 30 ensaios. O padrão principal é que o participante não pode ouvir nenhum tom nos primeiros ensaios, produzindo uma série de respostas 'Não' e provocando aumentos de volume até que o limiar auditivo seja atingido. Nesse ponto, o participante se move para frente e para trás entre as respostas 'Não' e 'Sim' permitindo que o pesquisador identifique o local em que os sons se tornam detectáveis pela primeira vez.

5. Gere um gráfico como este para cada tom.
6. Agora, em média, juntos os volumes jogados durante os últimos dez ensaios do experimento para cada tom. O valor obtido é chamado de "limiar de volume".
7. A Figura 4 é um exemplo do limiar de volume em função do tom.

O objetivo do procedimento da escada é levar o participante a um volume no qual eles mal podem ouvir um tom. Isso é conseguido provocando uma série de respostas "Não" nos primeiros ensaios. Uma vez que uma resposta 'Sim' é produzida, o objetivo é manter o volume jogado perto daquele que provocou o primeiro 'Sim'. Isso é feito reduzindo o volume sempre que uma resposta 'Sim' é dada. Isso produz um padrão no qual o volume sobe constantemente nos primeiros ensaios, e depois planaltos, permanecendo em uma faixa estreita até o final do experimento, como visto na Figura 3. A tendência central desta faixa estreita é uma medida do limiar. Na Figura 3, é claro que o limiar é atingido em torno de 6 dB. Uma maneira comum de calcular o limiar é calcular a média dos volumes jogados durante os últimos 10 ensaios dos experimentos. No caso da Figura 3, essa média funciona para 6,1 dB.

Com os resultados obtidos para seis tons de diferentes frequências, pode-se ver que os limiares de perceptibilidade variam de acordo com a frequência (o que muitas vezes é chamado de tom). Sons mais agudos são mais difíceis de ouvir do que os mais baixos. Para ver isso graficamente, trace o limiar de volume para cada um dos seis tons testados no experimento, assim como feito para o tom de 1 kHz como mostrado na Figura 4. Os dados apresentados são para um único participante, 20 anos de idade. O padrão principal é que os tons de baixa frequência são mais fáceis de ouvir do que tons de alta frequência. Este é um fato da audição humana que surge por causa da estrutura do sistema auditivo, começando pela natureza dos filamentos vibratórios e ossos dentro do ouvido humano.

Figura 4. Limiar de volume em função da frequência. Os dados apresentados são para um único participante, com 20 anos de idade. Devido à estrutura do sistema auditivo humano, sons com frequências mais baixas - que são coloquialmente chamados de agudos mais baixos ou mais profundos - são mais fáceis de ouvir do que sons de alta frequência (agudos). É preciso um volume maior para fazer um som de alta frequência audível.

De fato, à medida que as pessoas envelhecem, a disparidade entre sons de baixa e alta frequência aumenta. Figura 5 gráficos limiares auditivos para o sujeito de 20 anos de idade mostrado na Figura 4, juntamente com limiares para um 40-yr-old e um de 60 anos de idade. Em geral, os limites aumentam à medida que as pessoas envelhecem. Mas, além disso, tons de frequência mais altas tornam-se consideravelmente mais difíceis de ouvir do que tons de baixa frequência.

Figura 5. Limiares de volume em função da frequência e idade. Em geral, os limites de volume aumentam à medida que as pessoas envelhecem. Além disso, cresce a disparidade entre sons de baixa e alta frequência. Para ser audível para alguém com cerca de 60 anos, um som de alta frequência precisa ser quase quatro vezes mais alto do que teria sido ser audível por alguém com 20 anos.

Uma das principais aplicações do procedimento da escada auditiva é avaliar a deficiência auditiva. Além do envelhecimento normal, as deficiências auditivas podem ser causadas por danos no ouvido interno, danos cerebrais e doenças. Muitas vezes, a deficiência auditiva afeta mais as frequências particulares do que outras. O método da escada pode ser usado para determinar se alguém possui uma audição especialmente ruim dentro de uma faixa de frequência estreita, o que sugere deficiência auditiva causada por um envelhecimento mais do que o normal. Figura 6 gráficos limiares auditivos para deficientes auditivos de 60 anos de idade em comparação com um unmpaired 60-yr-old. O indivíduo prejudicado sofre perda auditiva a 4 e 5 kHz, como indicado por limiares auditivos muito altos nessas frequências. Caso contrário, o indivíduo prejudicado executa de forma semelhante a um controle de idade compatível.

Figura 6. Limiares de volume para um indivíduo com deficiência auditiva (60 anos) em comparação com uma combinação etária não arada. A deficiência auditiva muitas vezes afeta apenas uma porção do espaço de frequência. O indivíduo prejudicado aqui mostrado sofre graves limiares de comprometimento-muito altos - a 4 e 5 kHz, mas parece de outra forma normal em comparação com um controle compatível com a idade.

Essa abordagem também pode ser utilizada para avaliar as consequências de vários tipos de experiências no sistema auditivo. Por exemplo, estudos têm usado uma abordagem limiar para avaliar os efeitos de ouvir música heavy metal em um concerto. ¹ Cientistas testaram pessoas pouco antes de assistir a um concerto, e meia hora depois. Talvez sem surpresas, o heavy metal aumentou o limite de volume para sons, especialmente na faixa de 6Hz. O rock pode te dificultar de ouvir!