2.1.1(2) Psychoakoestiek – Inleiding op Rubriek 2

2.1.1.1(2) Inleiding

Rubriek 2 van het Nederlands Leerboek Audiologie is gewijd aan de eigenschappen van het gehoor. Bij deze ‘eigenschappen’ gaat het om de beschrijving van wat en hoe men hoort wanneer geluid wordt aangeboden. Dit vakgebied heet ‘psychoakoestiek’ of ‘psychofysica’ – in een breder kader, wanneer ook de andere zintuigen . In de psychoakoestiek wordt een kwantitatief verband gelegd tussen het aangeboden geluid, ‘stimulus’ genoemd, en de wijze waarop men dit geluid hoort. Wat daartussen zit, het gehoor of ‘auditieve systeem’, wordt als een zwarte doos beschouwd. De gevonden relaties tussen het geluid en wat men hoort worden beschouwd als een weergave van wat er in de zwarte doos gebeurt. De relaties geven niet alleen kwantitatieve informatie over wat en hoe men hoort, maar worden ook gebruikt om theorieën en modellen te ontwikkelen over wat er in de zwarte doos gebeurt. Elektrofysiologisch onderzoek – waarbij men informatie uit het inwendige van de zwarte doos oppikt – kan gebruikt worden om de juistheid van de theorieën en modellen te controleren.

De psychofysica is een op zichzelf staande beschrijving van het gehoor en verschilt van de beschrijvingen die op basis van de fysica, de anatomie en de fysiologie worden gegeven. Binnen de fysica, de anatomie en de fysiologie worden altijd onderdelen van het auditieve systeem beschreven. De kennis over wat er in deze onderdelen gebeurt kan natuurlijk geïntegreerd worden. Dit zal het inzicht in de werking van de zwarte doos van de psychoakoestiek vergroten. Psychoakoestiek blijft echter een op zichzelf staande methode om de werking van het gehoor te onderzoeken. Een goed (Engelstalig) boek over dit onderwerp is “The Psychology of Hearing” geschreven door Brian Moore

In de psychoakoestiek gaat het om het vinden van relaties tussen geluid en wat men hoort. Wát men hoort is altijd subjectief en wordt vaak aangeduid met de technische term ‘sensatie’. Men dient hier dus van het eigen gehoor gebruik te maken om wat men hoort te beschrijven, b.v. door te schatten hoe luid of hoe hoog een aangeboden geluid is (‘klinkt’), of door dat geluid te vergelijken met een tweede geluid. Zo kan men bij het schatten van de luidheid een verband leggen tussen de (fysische) geluidsterkte en de ‘Soon’, de subjectieve eenheid voor luidheid en bij het schatten van de toonhoogte een verband tussen frequentie en de ‘Mel’, de subjectieve eenheid voor toonhoogte. Het blijkt dat de mens wat deze schattingen betreft niet alleen een grote nauwkeurigheid bereikt, maar ook dat er een grote mate van overeenstemming is in de uitkomsten van – normaalhorende – mensen. De voor normaalhorenden ontwikkelde meetmethoden en verkregen kennis draagt er toe bij dat men consequenties van hoorstoornissen beter kan meten en beoordelen.

In Rubriek 2 van het leerboek komen de volgende twee hoofdthema’s van de psychoakoestiek aan de orde:

1. Subjectieve kenmerken (sensaties) die ons gehoor aan een aangeboden geluid toekent, zoal toonhoogte, luidheid en richting
2. Karakteristieke eigenschappen van de waarneming van geluid, zoals het frequentieanalyserend vermogen van het gehoor

Voorafgaand aan de bespreking van de subjectieve kenmerken van geluid en karakteristieke eigenschappen van de waarneming van geluid worden twee algemene onderwerpen besproken. Dit zijn de decibelschaal voor de geluidsdruk en de gehoordrempel. De laatste wordt ook wel ‘de absolute gevoeligheid van het auditieve systeem’ genoemd. De waarneming van ‘spraakklanken’ komt voorlopig alleen in Rubriek 10 van het leerboek aan de orde. Voor informatie over de waarneming van ‘spraakklanken’ wordt verwezen naar Rubriek 10 van het leerboek.

2.1.1.2(2) Subjectieve kenmerken van geluid

Zoals reeds opgemerkt, wordt in de psychoakoestiek een verband gelegd tussen het aangeboden geluid, ‘stimulus’ genoemd, en de sensatie ‘horen’ die er het gevolg van is. Het onderliggende model is het volgende:

Bij de beschrijving van de stimulus wordt gebruik gemaakt van fysische parameters, zoals frequentie (Hertz) en geluidsniveau (dB SPL). Een geluid heeft een bepaalde sterkte, het kan bestaan uit één bepaalde frequentie (dit heet een ‘zuivere toon’), het kan meerdere frequenties bevatten (het geluid heeft dan een bepaalde ‘spectrale samenstelling’) en het kan aangeboden worden vanuit de ruimte rond ons (vrije-veld aanbieding) of via een koptelefoon. In al deze gevallen bevinden we ons aan de stimuluskant van het gehoor en kan er nog geen uitspraak gedaan worden over hoe de stimulus klinkt (de sensatie).

Het kwantificeren van de sensaties is onderwerp van een aantal hoofdstukken in Rubriek 2. Het gebeurt via min of meer psychologische termen, zoals toonhoogte, luidheid en klankkleur (timbre). In eerste benadering kan men de volgende verbanden aangeven:

Men moet er op letten de fysische eigenschappen en eenheden niet te verwarren met de subjectieve eigenschappen en eenheden van de sensaties. Het kan heel goed voorkomen dat twee tonen (van verschillende frequentie) fysisch even sterk zijn, maar verschillen in luidheid.

2.1.1.3(2) Karakteristieke eigenschappen van de waarneming van geluid

Behalve dat ons gehoor in staat is aan een geluid subjectieve kenmerken, zoals luidheid en toonhoogte, toe te kennen, kent de waarneming van geluid een aantal karakteristieke wetmatigheden. De beschrijving daarvan brengt ons dichter bij de theorie van de werking van het gehoor. De volgende onderwerpen komen aan de orde:

• Frequentieanalyse en frequentieselectiviteit – Oplossend vermogen voor frequentie
• Temporeel oplossend vermogen
• Vervorming in het gehoor – Combinatietonen
• Adaptatie – Fatigue
• Richtinghoren en ruimteperceptie

Frequentieanalyse is het vermogen van het gehoor de componenten (‘deeltonen’) van een complex harmonisch geluid afzonderlijk te horen. Het betreft de meest significante eigenschap van het gehoor. Frequentieanalyse is nauw verbonden met het onderwerp ‘maskering’. Immers, de frequentieafstand waarover twee tonen elkaar beïnvloeden (‘maskeren’) geeft informatie over de breedte – in frequentie – van hun representatie in het auditieve systeem.

Temporeel oplossend vermogen duidt op het vermogen van het gehoor temporele variaties in een geluid te detecteren en over een bepaalde tijdsduur te integreren. Bij geluiden wordt altijd onderscheid gemaakt tussen de meer hoogfrequente ‘fijnstructuur’ van het geluid en de relatief laagfrequente verandering in de amplitude van het geluid, dus de fluctuaties en modulaties in de omhullende van het signaal.

Combinatietonen zijn zuivere tonen die door het gehoor ‘zelf’ worden geproduceerd. Wanneer we het oor gelijktijdig twee zuivere tonen aanbieden, b.v. een van 1000 Hz en een van 1200 Hz, kunnen we meer tonen horen dan de twee die worden aangeboden. Van het horen van deze combinatietonen zijn we ons niet direct bewust. Wanneer dat wél het geval is lijkt het alsof ze echt – als stimulus – worden aangeboden. Combinatietonen ontstaan als gevolg van niet-lineaire eigenschappen van het gehoor. Hun eigenschappen leveren belangrijke informatie voor de werking van het gehoor. Combinatietonen waren reeds in de 18^de eeuw bekend bij musici, o.a. bij Tartini (1745).

Adaptatie is in algemene zin het verschijnsel dat de sensatie tijdens of direct na aanbieding van een geluid verandert. ‘Fatigue’ is een overmatige adaptatie en heeft b.v. betrekking op een tijdelijke verhoging van de gehoordrempel na aanbieding van hard geluid. Het onderwerp ‘adaptatie’ wordt kort besproken in het hoofdstuk over luidheid.

Richtinghoren en ruimteperceptie zijn het vermogen van het gehoor om aan één of meerdere geluiden die vanuit de omgeving de oren bereiken hetzij een richting, hetzij een ruimtelijke constellatie toe te kennen.

2.1.1.4(2) Meetmethoden

In de psychoakoestiek wordt gebruik gemaakt van psychofysische meetmethoden die gekenmerkt worden door een bepaald mate van subjectiviteit. In de psychoakoestiek wordt gebruik gemaakt van subjectieve meetmethoden. Het ‘subjectieve’ van deze methoden is gelegen in de responsie of reactie van een proefpersoon. Het ‘meten’ komt tot stand door bepaalde parameters in het aangeboden geluid, zoals geluidsniveau en frequentie, op basis van de responsies van de proefpersoon bij te stellen tot een bepaald criterium wordt bereikt.

Een eenvoudige vorm van een subjectieve methode is een proefpersoon te vragen of een bepaald geluid al of niet gehoord wordt. Het geluidsniveau waarbij in de helft van de gevallen ‘ja’ (hoorbaar) wordt gezegd, wordt beschouwd als de gehoordrempel voor dat geluid voor de betreffend persoon. Dezelfde procedure kan gebruikt worden om te bepalen welk verschil in toonhoogte of luidheid tussen twee geluiden nog net hoorbaar is. Respectievelijk wordt dan in de aangeboden geluiden de frequentie of het geluidsniveau gevarieerd.

Een andere subjectieve methode is het schatten van de toonhoogte of luidheid van een geluid, teneinde daarmee een subjectieve schaal te bepalen. In deze methode is altijd één geluid, b.v. een toon met een bepaalde frequentie, of een toon met een bepaald geluidsniveau, het uitgangspunt. Een proefpersoon wordt vervolgens gevraagd van een tweede toon, daarna aangeboden, de frequentie, respectievelijk het geluidsniveau zo in te stellen dat deze toon twee keer zo hoog, c.q. twee keer zo luid klinkt. Uitgaande van de instelling van deze tweede toon wordt de procedure – twee keer zo hoog c.q. twee keer zo luid schatten – herhaald enz. De getallen 1, 2, 4 enz. leveren de subjectieve schaal en de ingestelde frequenties c.q. geluidsniveaus de bijbehorende ‘objectieve’ eenheden. In de betreffende hoofdstukken over toonhoogte en luidheid in Rubriek 2 worden deze schattingen verder besproken.

Er zijn ook psychofysische meetmethoden om in meer algemene zin klankverschillen tussen geluiden, zoals tonen van muziekinstrumenten, te kwantificeren. Als die klanken van de verschillende instrumenten allemaal op dezelfde hoogte en luidheid worden aangeboden blijft men verschillen (in timbre) horen. Die verschillen kan men als groot ervaren, zoals dat tussen een trompet en een dwarsfluit, maar ook klein zoals het verschil tussen een altviool en een cello. Timbreverschillen kan men indelen in diverse categorieën en in meerdere categorieën gelijktijdig, zoals ‘scherp-mild’, ‘helder- dof’ en ‘breed-iel’, maar deze benadering is niet kwantitatief. In Hfdst.2.5.1(2) wordt een methode besproken waarmee bepaald kan worden hoe groot (kwantitatief) de genoemde verschillen in timbre subjectief worden gehoord.

2.1.1.5(2) Slot

De psychoakoestiek is een breed vakgebied. De gekozen onderwerpen bieden binnen het kader van het Nederlands Leerboek Audiologie de meest relevante informatie. Deze is hoofdzakelijk van toepassing op het normale gehoor. De eigenschappen van het gehoor van slechthorenden worden alleen kort vermeld. De eigenschappen van het ‘slechte’ gehoor komen wel – in meer algemene zin – aan de orde in Hfdst.7.2.3(2). In het nog toe te voegen slothoofdstuk van Rubriek 2 zullen enkele gangbare hoortheorieën besproken worden.

Auteur

Lamoré

Revisie

2007