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지각 임계값을 찾기 위한 계단 절차
 
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지각 임계값을 찾기 위한 계단 절차

Overview

출처: 조나단 플롬바움 연구소 -존스 홉킨스 대학

정신 물리학은 자극의 실제 강도를 지각 강도와 연관시키기 위해 고안된 지각 심리학의 일련의 방법의 이름입니다. 정신 물리학의 한 가지 중요한 측면은 지각 임계값의 측정을 포함: 얼마나 밝은 빛이 사람이 그것을 감지 할 수 있어야합니까? 피부에 얼마나 적은 압력을 가하는지 감지할 수 있습니까? 소리가 얼마나 부드러워지고 여전히 들릴 수 있습니까? 다른 방법으로, 인간이 감지 할 수있는 자극의 가장 작은 금액은 무엇입니까? 계단 절차는 사람의 지각 임계값을 식별하는 효율적인 기술입니다.

이 비디오는 사람의 청각 임계값, 즉 톤을 인식하는 데 필요한 최소 볼륨을 식별하기 위해 계단 절차를 적용하는 표준 방법을 보여줍니다.

Procedure

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1. 자극 및 장비

  1. 이 실험에는 기본 실험 소프트웨어가 있는 컴퓨터와 헤드폰 세트및 비교적 조용한 테스트룸이 필요합니다(방음이 필요하지 않음).
  2. 실험에서 자극은 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 5 kHz 및 6 kHz의 주파수로 톤이 될 것입니다. 인간의 청력은 이 주파수 범위 내에서 가장 좋습니다.
  3. 실험 과정에서, 톤의 부피는 각각 6주파수에서 최소한의 인식량을 측정하기 위해 실험 설계의 맥락에서 분명할 것으로, 1~40dB범위에서 적응적으로 변화될 것이다.

2. 디자인

  1. 실험에는 6개의 주파수 각각에 대해 하나씩 6개의 블록이 포함됩니다. 이는 모든 주파수에서 인간의 임계값이 동일하지 않기 때문입니다. 즉, 임계값은 6개의 주파수 각각에 대해 독립적으로 측정됩니다. 따라서 다음 설계는 6개의 테스트 프로그램을 생성합니다.
  2. 각 시험 중에 지정된 주파수를 제시하도록 실험을 프로그래밍합니다.
    1. 각 시험에서 참가자의 임무는 그녀가 제시 된 톤을 들었는지 여부를보고하는 것입니다. 'Y' 키를 사용하여 '예' 응답을 나타내고 'N' 키는 '아니오' 응답을 나타냅니다.
    2. 실험은 항상 참가자가 인식하지 말아야 할 매우 낮은 볼륨 톤 으로 시작됩니다. 2dB의 볼륨을 가지고 첫 번째 톤을 프로그램 200 ms에 대한 재생.
    3. '예' 응답이 생성될 때마다 다음 시험의 볼륨이 한 단계 낮아지고 '아니오' 응답이 생성될 때마다 한 단계 씩 증가합니다. 따라서 도 1에도시된 바와 같이 실험 설계를 플로우 차트로 시각화할 수 있다. 톤은 항상 각각 200 ms의 기간 동안 재생됩니다.
    4. 실험에 30개의 예심을 포함하십시오.
    5. 참가자가 시각적으로 참여하도록 하려면 각 톤이 재생된 후 화면에 '예 또는 아니오?'라는 단어를 표시합니다.
    6. 이와 같은 6개의 실험 프로그램을 생성하며, 하나는 1~6kHz 사이의 6개의 주파수각각에 대해 하나씩 생성합니다.
    7. 프로그램이 각 평가판에 제시된 톤의 볼륨과 참가자가 제공한 응답을 출력해야 합니다.

Figure 1
그림 1. 청각 계단 절차를 이용한 실험 설계를 위한 플로우 차트입니다. 첫 번째 시험은 항상 2 dB의 들리지 않는 볼륨에서 연주 톤을 포함한다. 참가자는 이러한 톤을 감지해서는 안 되므로 '아니오' 응답이 주어지고 다음 시험의 볼륨이 1dB(3dB로 증가)됩니다. 두 번째 지시에 따른 모든 평가판(포함 및 포함)은 참가자가 '예' 응답을 제공하는 경우 다음 평가판의 볼륨을 1dB로 줄입니다. 그리고 '아니오' 응답이 제공되면 다음 시험의 볼륨이 1dB증가합니다. 실험에는 주파수당 30개의 임상시험이 포함됩니다.

3. 절차

  1. 하나는 쉽게 그 또는 자신을 테스트 할 수 있습니다.
  2. 참가자가 헤드폰을 착용하기 전에 다음과 같이 지침을 설명하십시오.
    1. "이 실험은 청각 임계값, 당신이 인식 할 수있는 가장 부드러운 또는 조용한 사운드를 측정하도록 설계되었습니다. 각 평가판에서 컴퓨터는 헤드폰을 통해 톤을 재생하며, 톤을 들으면 'Y' 키를 누르거나 그렇지 않은 경우 'N' 키를 누르는 것만 있으면 됩니다. 'N' 키를 누르는 것은 괜찮습니다. 일부 톤은 매우 부드러울 것이고, 우리는 당신이 항상 들을 것으로 기대하지 않습니다. 그냥 정직하게 대답하고 최선을 다하십시오. 실험에는 각각 30개의 시험이 있는 6개의 블록이 포함됩니다. 6개의 블록 은 모두 중간 휴식 시간을 포함하여 약 10 분 밖에 걸리지 않습니다."
  3. 참가자가 준비되면 첫 번째 프로그램인 1kHz 톤을 시작합니다.
  4. 참가자가 프로그램을 완료하는 동안 룸을 떠날 수 있습니다. 가능한 경우 도어를 닫아 외부 소음을 최소화합니다.
  5. 첫 번째 실험이 완료된 후 참가자에게 질문이 있는지 물어보십시오. 그녀가 1-2 분 동안 휴식을 취하자,이 시간 동안 헤드폰을 제거.
  6. 이제 2 kHz 톤에 대한 프로그램을 실행합니다.
  7. 그리고 6개의 톤이 모두 테스트될 때까지 3.4-3.6을 반복합니다.

4. 결과 분석

  1. 결과를 분석하려면 6개의 실험 각각에 대해 별도의 테이블을 만듭니다.
  2. 테이블은 실험 프로그램의 원시 출력입니다. 평가판 번호, 제시된 톤의 볼륨 및 참가자가 제공한 응답을 포함해야 합니다. 그림 2는 1kHz의 톤으로 처음 10번의 시험에서 테이블의 일부가 어떻게 보일지 보여줍니다.

Figure 2
그림 2. 청각 계단 실험에서 필요한 출력을 포함하는 테이블의 샘플입니다. 보고된 데이터는 단일 주체(제목 #1 레이블)와 단일 주파수(1000Hz)에 대한 것입니다. 테이블에는 평가판 번호, 해당 평가판에 제시된 톤 볼륨(dB) 및 참가자가 제공한 응답의 세 가지 열이 포함됩니다.

  1. 프로그램이 제대로 작동하는지 확인하십시오 -즉,'예'응답이 볼륨의 감소로 이어졌고 응답이 없을 경우 볼륨이 증가하지 않습니다.
  2. 이제 그래프 만들기: X축은 평가판 번호여야 하며 Y축은 해당 평가판에 제시된 톤의 볼륨을 플롯해야 합니다. 그림 3은 예를 보여 주다.

Figure 3
그림 3. 단일 참가자와 단일 톤으로 결과를 샘플링합니다. 그래프는 30개의 시험 각각에 대한 평가판 번호의 함수로서 dB에서 재생된 톤의 볼륨을 플롯합니다. 주요 패턴은 참가자가 처음 몇 번의 시험에서 어떤 톤도 들을 수 없다는 것입니다. 그 시점에서 참가자는 '아니오'와 '예'응답 사이를 오가며 연구원이 먼저 소리가 감지가능한 장소를 식별할 수 있게 합니다.

  1. 각 톤에 대해 이와 같은 그래프를 생성합니다.
  2. 이제 각 톤에 대한 실험의 마지막 10 번의 시험 중에 연주 된 볼륨을 함께 평균합니다. 얻은 값을 '볼륨 임계값'이라고 합니다.
  3. 도 4는 피치 함수로서 볼륨 임계값의 예입니다.

지각 심리학의 한 가지 -정신 물리학 -의 인식 강도에 비해 자극의 실제와 관련된 우려.

실제 수준과 마찬가지로 지각을 측정할 수 있습니다: 빛을 관찰하기 위해 빛이 얼마나 밝아야 하는지, 또는 소리가 들리기 위해 얼마나 부드러운지 측정할 수 있습니다.

예를 들어, 저녁 식사를 기다리는 사람이 계단 바닥에 있는 경우 준비가 되었다는 소식을 듣지 못할 수 있습니다. 그들은 아무것도 듣기 전에 몇 단계를 올라가야하며, 어쩌면 몇 가지 더 소리를 해석해야합니다.

이러한 동적 조정은 최소 주목 강도가 자극의 양을 위 또는 아래로 단계별로 안정적으로 결정할 수 있는 계단 절차의 뒤에 있는 개념입니다.

이 비디오는 특히 톤인식에 필요한 최소 볼륨인 청각 임계값을 측정하기 위해 계단 절차를 설계하고 구현하는 방법을 보여줍니다.

이 실험에서는 6개의 주파수 또는 피치의 헤드폰을 통해 톤이 표시됩니다: 1-6kHz-모두 인간의 청력 범위 내에 있습니다.

임계값이 모든 주파수에서 동일하지 않다는 점을 감안할 때 6개의 블록을 사용하여 각 블록을 독립적으로 테스트합니다. 각 블록에서 주파수는 2-40 dB에 이르는 볼륨에서 200ms에 대해 간략하게 표시됩니다.

첫 번째 톤은 참가자가 인식하지 않아야 하는 수준인 2dB의 가장 낮은 볼륨으로 재생됩니다. 이 경우 다음 평가판의 볼륨이 1dB단계로 증가합니다.

반면에 눈에 띄는 경우 볼륨이 하나씩 감소합니다. 이 절차는 30번의 시험에서 반복되어 계단과 같은 볼륨이 변경됩니다.

종속 변수는 참가자들의 반응(어조를 들었는지 여부)입니다. 그런 다음 이 정보를 볼륨 강도 데이터와 결합하여 각 주파수에서 지각 볼륨 임계값을 결정합니다.

실험을 시작하려면 실험실의 참가자를 맞이하고 컴퓨터 앞에 편안하게 앉게 하십시오. 작업 지침을 설명: 각 평가판에서 컴퓨터는 헤드폰을 통해 톤을 재생합니다, 당신이 하지 않은 경우 톤 또는 'N'을 듣고 있는 경우 'Y'키를 눌러 메시지가 표시됩니다.

참가자가 헤드폰을 착용하고 1kHz 톤과 관련된 시험을 시작한 다음 방을 나갈 수 있습니다.

6개의 주파수의 첫 번째 블록이 완료된 후, 방으로 돌아와 참가자에게 헤드폰을 제거하도록 요청합니다. 그들이 가질 수있는 질문에 대답하고 그들에게 2 분 휴식을 제공합니다.

시간이 끝나면 참가자가 헤드폰을 다시 켜서 다음 톤과 관련된 시험을 시작하게 하십시오. 6개의 톤이 모두 테스트될 때까지 단계를 반복합니다.

결과를 분석하려면 평가판 번호, 볼륨 수준 및 참가자의 응답을 위한 열과 함께 테스트된 각 톤에 대해 별도의 데이터 테이블을 생성합니다.

처음 몇 번의 시험 에서, 그들은 일련의 아니오로 응답 했는지 확인, 톤이 처음에 들리지 않은 것을 나타내는, 다음 청각 임계값에 도달 할 때까지 볼륨 증가를 자극해야.

확인 후 1kHz에 대해 표시된 대로 모든 블록의 각 평가판에서 재생된 볼륨을 그래프로 표시합니다.

청각 임계값에 도달하면 참가자가 '아니오'와 '예' 응답 사이를 오가며 처음 감지할 수 있는 사운드를 식별할 수 있습니다. 이 좁은 범위의 중심 경향은 임계값의 척도입니다.

각 톤에서 볼륨 임계값을 계산하려면 모든 블록의 마지막 10번의 시험을 평균하고 결과를 그래프로 분석합니다. 주파수가 증가함에 따라 이것이 어떻게 증가하는지 관찰하십시오. 즉, 낮은 피치 톤은 귀의 필라멘트와 뼈의 진동 특성으로 인해 고음판톤보다 듣기가 더 쉬웠습니다.

지각 임계값을 찾는 이 효율적인 방법을 잘 알고 있으므로 정상적인 노화의 감각 적 쇠퇴와 시끄러운 공연에 노출되는 감각 감소를 조사하는 데 어떻게 사용되는지 살펴보겠습니다.

계단 절차는 청각 임계값이 인간 나이로 어떻게 변화하는지 검토하기 위하여 연구원에 의해 이용되었습니다. 일반적으로, 그들은 사람들이 나이가 들어감에 따라 볼륨 임계값이 증가했다는 것을 발견했습니다. 즉, 60세의 개인에게 고주파 사운드는 20세 분들이 들을 수 있는 횟수보다 4배 나 더 큰 소리로 들렸습니다.

유사한 방법을 사용하여, 연구원은 또한 적자의 본질을 확인하기 위하여 손상을 가진 사람들에 일반적인 청각을 가진 사람들의 볼륨 임계값을 비교했습니다. 4kHz와 5kHz와 같은 특정 주파수가 영향을 받았지만 다른 주파수는 정상이었으며, 질병이나 손상이 노화가 아닌 원인임을 시사합니다.

또한, 이 접근법은 청각 시스템에서 다양한 유형의 경험의 결과를 평가하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 연구는 콘서트 동안 큰 금속 음악을 듣는 효과를 평가하기 위해 임계 값 접근 방식을 사용했다.

연구원들이 콘서트에 참석하기 직전에 사람들을 테스트했을 때, 그리고 반 시간 후에 중금속이 소리의 볼륨 임계값을 증가시키는 것을 발견했습니다. 따라서 록 음악은 듣기 어렵게 만들 수 있습니다!

당신은 계단 절차에 JoVE의 비디오를 보았다. 이제 지각 임계값 작업을 설계하고 실험을 실행하는 방법을 잘 이해하고 결과를 분석하고 평가해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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계단 절차의 목적은 참가자가 거의 톤을들을 수없는 볼륨으로 가져 오는 것입니다. 이것은 처음 몇 번의 시험에서 일련의 '아니오'응답을 유도함으로써 달성됩니다. '예' 응답이 생성되면, 목표는 첫 번째 '예'를 유도 한 볼륨을 가까이 재생하는 것입니다. 이는 '예' 응답이 주어질 때마다 볼륨을 낮춤으로써 수행됩니다. 이는 도 3에서 볼 수 있듯이 실험이 끝날 때까지 좁은 범위에 남아 있는 처음 몇 번의 시험에서 부피가 꾸준히 증가하는 패턴을 생성합니다. 이 좁은 범위의 중심 경향은 임계값의 척도입니다. 그림 3에서 임계값은 약 6dB에서 도달한 것이 분명합니다. 임계값을 계산하는 일반적인 방법은 실험의 마지막 10번의 시험 중에 재생된 볼륨의 평균을 계산하는 것입니다. 그림 3의 경우 평균은 6.1 dB로 작동합니다.

다른 주파수의 여섯 톤에 대해 얻은 결과, 하나는 지각 임계값주파수에 따라 다를 수 있습니다 (종종 피치라고). 투구가 높을수록 투구소리가 더 높다. 이 그래픽을 보려면 그림 4에 표시된 대로 실험에서 테스트된 6가지 톤 각각에 대한 볼륨 임계값을 플롯합니다. 표시된 데이터는 20년 된 단일 참가자를 위한 것입니다. 주요 패턴은 저주파 톤이 고주파 톤보다 듣기 쉽다는 것입니다. 이것은 청각 시스템의 구조 로 인해 발생하는 인간의 청각의 사실이다, 인간의 귀 내부 진동 필라멘트와 뼈의 본질에서 시작.

Figure 4
그림 4. 주파수 함수로서의 볼륨 임계값입니다. 표시된 데이터는 20세의 단일 참가자를 위한 것입니다. 인간 청각 시스템의 구조 때문에, 낮은 주파수와 소리 - 구어체로 낮은 투구 또는 깊은 라고 - 고주파 (고음) 소리보다 듣기 쉽습니다. 고주파 사운드를 가청하기 위해서는 더 큰 볼륨이 필요합니다.

실제로, 사람들이 나이가 들어짐에 따라 저주파와 고주파 소리 사이의 격차가 증가합니다. 그림 5 그래프 는 그림 4에 표시된 20 세 주제에 대한 청각 임계값과 40 세 및 60 세에 대한 임계값을 함께 합니다. 일반적으로 사람들이 나이가 들어감에 따라 임계값이 증가합니다. 그러나 또한, 더 높은 주파수 톤은 저주파 톤보다 듣기가 상당히 어려워집니다.

Figure 5
그림 5. 주파수 및 연령의 함수로서의 볼륨 임계값입니다. 일반적으로, 볼륨 임계값은 사람들이 나이가 들어감에 따라 증가합니다. 또한, 저주파 소리와 고주파 소리 사이의 격차가 커집니다. 60세 정도의 사람에게 들리려면 20세 정도의 사람이 들을 수 있는 것처럼 고주파 사운드가 거의 4배 나 커야 합니다.

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Applications and Summary

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청각 계단 절차의 주요 응용 프로그램 중 하나는 청각 장애를 평가하는 것입니다. 정상적인 노화 외에도 청각 장애는 내이, 뇌 손상 및 질병에 손상을 입히면 발생할 수 있습니다. 종종 청각 장애는 다른 주파수보다 특정 주파수에 더 많이 영향을 미칩니다. 계단 방법은 누군가가 일반적인 노화 이상으로 인한 청각 장애를 제안 좁은 주파수 범위 내에서 특히 가난한 청력을 가지고 있는지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 그림 6 청각 장애인에 대한 청각 임계값 60 세 손상되지 않은 60 세에 비해. 장애인은 4kHz와 5kHz에서 청력 손실을 겪고 있으며, 이러한 주파수에서 매우 높은 청각 임계값으로 표시됩니다. 그렇지 않으면 장애인은 연령일치 제어와 유사하게 수행됩니다.

Figure 6
그림 6. 청각 장애인(60세)의 볼륨 임계값은 손상되지 않은 연령 일치와 비교됩니다. 청각 장애는 종종 주파수 공간의 일부에만 영향을 미칩니다. 여기에 표시된 장애인은 4 kHz와 5 kHz에서 심각한 손상 -매우 높은 임계 값을 앓고 있지만 연령 일치 제어에 비해 그렇지 않으면 정상으로 나타납니다.

이 방법은 청각 시스템에서 다양한 유형의 경험의 결과를 평가하는 데도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 연구는 콘서트에서 큰 중금속 음악을 듣는 효과를 평가하기 위해 임계 값 접근 방식을 사용했습니다. 1 과학자들은 콘서트에 참석하기 직전에 사람들을 테스트했고, 그 후 반 시간 후에 사람들을 테스트했습니다. 아마도 당연히, 중금속은 특히 6Hz의 범위에서 소리에 대한 볼륨 임계 값을 증가시켰습니다. 록 음악은 듣기 어렵게 만들 수 있습니다!

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References

  1. 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.

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