E’ definita come studio della risposta  psicologica alla stimolazione acustica.: studieremo la soglia, la sensazione di altezza (pitch) e di intensità (loudness)

CONCETTO DI SOGLIA

La soglia rappresenta un punto preciso di un particolare stimolo sopra il quale vi è una risposta e sotto il quale invece non vi è nulla., punto generalmente mal individuabile in senso assoluto perché legato a variabili esterne dovute alle limitazioni della strumentazione o della procedura e variabili interne legate allo stato di vigilanza; pertanto si è giunti a definire la soglia come un punto statisticamente determinato e che dipende dall’intensità dello stimolo. Il criterio per stabilire una soglia assoluta ossia l’intensità sonora appena percettibile, è quello del 50% delle risposte SI/NO. L’uso di cabine silenti e di stanze silenti rappresenta una delle variabili esterne, oggi codificate da normative ANSI precise. Altre variabili difficilmente controllabile è quella del rumore interno fisiologico del SNC, e il cambiamento dello stato di emotività. L’esperienza comunque insegna che nonostante tutte le variabili, si possono ottenere livelli di soglia costanti e riproducibili sia nell’uomo che nell’animale, così che alcune variazioni osservate sono accettate per gli scopi pratici.

Esistono vari metodi di detezione della soglia assoluta.

Metodo dei Limiti: la soglia è uguale alla media di dieci passaggi sul punto si/no effettuato con metodo discendente e poi ascendente.

Metodo degli aggiustamenti in cui a differenza di prima l’esaminato gioca un ruolo essenziale.

Metodi degli stimoli costanti in cui il livello  di pressione sonora viene variata a valori random.

Più recentemente si utilizzano metodi adattativi: dopo una serie discendente individuato il passaggio s/n si incrementa il volume di pochi scatti e si riprende a cercare i punto s/n (metodo più rapido di quello dei limiti).

Metodo scalare: i soggetti assegnano i valori scalari a intensità random. Da questa deriva la formula della Potenza di Stevens R=KS^x, si ottiene cioè una retta.

Metodo di confronto: è simile a quello degli aggiustamenti: un tono puro a 70 dB SPL e di 1 KHz viene alternato con un altro nell’orecchio di controllo a 8 KHz, cercando la stessa sensazione uditiva, presupposto del test ABLB.

La soglia audiometrica viene ricercata per praticità clinica a salti di 5 dB, questo può condurre ad errori medi intorno a 15 dB HL.

Nella pratica audiometrica eseguita con le parole (Audiometria vocale), la soglia di detezione del 50% del segnale viene identificata come SDT; questa trova utilità clinica solo perché facilita la detezione della soglia in caso di bambini non cooperanti, corrispondente alla soglia tonale dell’orecchio migliore. Molto più utile è però la soglia di discriminazione vocale o SRT definita dal livello a cui un soggetto può ripetere il 50% delle parole ascoltate, non essendo importante che il soggetto abbia capito il senso delle parole.

AREA della RISPOSTA UDITIVA

Con il soggetto posto davanti ad un altoparlante in condizioni standardizzate, lo si istruisce ad alzare la mano quando percepisce un suono; la sua intensità viene quindi variata ad una determinata frequenza aumentando o diminuendone il valore nominale e trovando pertanto la soglia assoluta al punto in cui il soggetto risponde al 50% delle volte che gli viene presentato lo stimolo; successivamente si effettua la stessa ricerca per tutta la gamma delle frequenze esplorabili tracciando così la curva di minima udibilità. Già a questo punto possiamo riflettere su un particolare: la maggiore sensibilità della regione 2-5KHz e la quasi sovrapponibilità al livello di 0 dB SPL pari a 2x10^-5N/m², la sensibilità varia di un valore di 5dB per un range di frequenze di 0,5-6KHz che corrisponde alla comprensione del messaggio verbale; al di fuori di questo range l’udito è meno sensibile. I limiti esatti delle frequenze percepite che abbiano un minimo di qualità tonale sono per l’uomo di 20 e di 16.000/20.000 Hz. Aumentando per ogni frequenza l’intensità del suono si provocherà dapprima una sensazione di fastidio e quindi una di dolore; questa soglia in termini di intensità è abbastanza lineare essendo posta tra i valori 130 e 140 dB SPL, la soglia del fastidio è invece collocata intorno a 110 dB.

Ovviamente queste soglie sono rappresentative di soggetti sani e giovani adulti (20 a) .

Inoltre si osserva una variabilità delle risposte in cuffia e quelle in campo libero e con udito binaurale: infatti queste ultime sono migliori probabilmente perché in cuffia l’aria racchiusa nel cue provoca un disaccoppiamento dell’impedenza e un aumento del rumore interno.

Ciò che interessa il clinico è però la variazione dell’andamento dell’udito rispetto alla soglia di normalità, per questo motivo è stato costruito l’audiogramma clinico ove la soglia di minima udibilità statisticamente determinata viene raddrizzata e considerata uguale a 0 dB HL.

SENSIBILITA’ DIFFERENZIALE

Questa rappresenta la più piccola sensazione di intensità avvertita come aumento o decremento della variazione, questa frazione non è però la stessa a livello di soglia e a maggiore intensità e varia pure con la frequenza. Infatti a livello di 40 dB si riesce ad avvertire un I di 0,8-1dB e solo a questa intensità si possono valutare differenze frequenziali di appena 3Hz (maggiore performance a livelli di conversazione).

Il rapporto intensità/frequenza è evidente maggiormente per frequenze che si allontanano da quella centrale di 1KHz; infatti a forte intensità i suoni gravi e quelli acuti sembreranno più gravi o più acuti.

Tutto questo concilia  con il fatto che le migliori prestazioni dell’orecchio umano avvengono nella zona centrale dell’area uditiva.

LOUDNESS

Si tenta più volte di confrontare l’intensità sonora con il loudness, ma in realtà esse rappresentano due misure diverse, la prima fisica legata alla grandezza del suono (o segnale di input), il loudness è invece un aspetto psicologico del suono, è una risposta e pertanto un indice di output del sistema: è definita come sensazione soggettiva evocata dal suono.

La misura dell’intensità o della pressione sonora è difficilmente raffrontabile al loudness; questo sarebbe possibile se la sensazione crescesse con un rapporto 1:1 .

In altre parole la risposta psicologica (R ) è una funzione dello stimolo (S ): R = f (S).

Fechner riteneva che per ogni variazione della sensazione, la frazione di Weber (DI) dovesse esser costante, implicando che a intervalli uguali lungo la scala delle sensazioni corrispondano rapporti costanti (C) della grandezza dello stimolo.

Questo è raccolto nella legge di Weber-Fechner ove R = C log S.

Secondo questa legge un suono di 43 dB dovrebbe fornire una sensazione doppia rispetto  ad un suono di 40 dB o viceversa la metà se di 37 dB . 

Nella prima metà di questo secolo si escogitò un metodo  per misurare i livelli  di loudness tra suoni diversi. A questa unità di misura si è dato il nome di “phon”. Il phon è arbitrariamente eguagliato al livello di un tono puro di 1KHz in dB. Un suono ritenuto di intensità pari a quella di un tono di 1KHz di n dB IL, si dice che ha un livello di loudness di  n phon. Cioè se un tono di 250 Hz a 50 dB è giudicato essere pari all’intensità sonora di  un tono a 1KHz a 40 dB, il livello  del tono di 250 Hz sarà di 40 phon. E’ importante sottolineare che il termine “livello di loudness” è qui usato al posto di loudness, perché il phon è solo un indice indiretto di loudness ed è legato direttamente alla misurazione del suono. Dal confronto del livello di sensazioni sonore sono state costruite delle linee isofoniche sul tracciato  audiometrico di Wegel, conosciute anche con il nome di curve di Fletcher-Munson. A livello di loudness più basso queste curve tendono a seguire la curva di minima udibilità; tuttavia a livelli sonori più alti vi è un appiattimento di queste curve, di conseguenza vi è una certa compressione del range dinamico.

Per passare da 20  a 100  phon di livello di loudness a 2 KHz si richiede un aumento di 80 dB SPL, mentre lo stesso cambiamento di livello per la frequenza di 100 Hz richiede un aumento della pressione sonora di 67 dB. 

Questo fatto può essere spiegato anche con un esempio pratico: a bassi livelli di amplificazione di un apparato stereo v’è una ridotta fedeltà della  riproduzione audio, mentre ad alta intensità si ripristina una uguale sensazione di loudness per tutte le frequenze riprodotte, per questo motivo i costruttori di impianti HiFi introducono un tasto loudness che avvia un circuito di compensazione incrementando le frequenze sia basse che acute consentendo all’ascoltatore di sentire tutto lo spettro sonoro alla stessa sensazione sonora.

Per migliorare la comparazione del livello di loudness Stevens introdusse il son, stabilendo che 1 son è uguale per la frequenza di 1 KHz a 40 phon.

Loudness (phon)=

PITCH

Il Pitch è un attributo per il quale i suoni sono ordinati lungo l’asse delle frequenze da bassi ad alti.

Stevens comparò le risposte di soggetti allenati definendo questa sensazione di pitch come mel e assegnando come riferimento il valore di 1000 mel a 1000 Hz. Si tenga conto che l’ambito frequenziale a cui l’orecchio umano è sensibile varia da 20 a 20.000 Hz mentre quello della sensazione di picth si estende sino a 3500 mel.

Ma il picth non è sensibile solo alle variazioni di frequenza ma anche a quelle di intensità : per frequenze superiori a 2000 Hz l’incremento di intensità provoca  un chiaro aumento del picth. E’ evidente in pratica che questo fenomeno non  è ritenuto fastidioso per l’ascoltatore anche in virtù di una ridotta analisi differenziale in frequenza dell’udito. Del resto nell’ambito conversazionale da 500 a 2000 Hz si producono solo modesti cambiamenti di picth.

PERCEZIONE DI SUONI COMPLESSI   ???????

L’intera gamma delle frequenze viene suddivisa in bande parziali dette critiche, con un spettro da 40m a 200 Hz per le BF e 200-3000 per le alte

La loudness di suoni complessi segue regole diverse a seconda che le differenze delle loro componenti rientri o meno nella banda critica; in quest’ultimo caso segue la legge della somma di potenza con incremento per ogni raddoppio del valore di 3 dB, altrimenti avverrà una somma completa in termini di livello di loudness (son) .

L’ampiezza della banda critica aumenta in funzione dell’aumento della frequenza centrale della banda stessa.

Altro fenomeno sono i battimenti generati dalla somma di toni quasi identici e di intensità uguale, che avranno un pitch intermedio ma con una modulazione di ampiezza pari alla differenza delle due frequenze.

MASCHERAMENTO

Un rumore di fondo può avere una intensità tale da mascherare il suono che più interessa in quel momento.

Il mascheramento è quel fenomeno che fa innalzare la soglia di udibilità di un suono in presenza di un altro suono mascherante. Anche il mascheramento si misura in dB. In altre parole se il tono mascherante innalza la soglia di 50 dB si dice che esso da un mascheramento di 50 dB.

Un suono mascherante è più efficace se la frequenza è simile o meglio inferiore, per la caratteristica dei suoni  a bassa frequenza di stimolare una zona più ampia della membrana basilare (vedi curve di sintonia o pattern’s di eccitazione).

Se utilizziamo come suono mascherante un rumore bianco (molto usato in audiometria), questo eserciterà un effetto mascherante su tutto il campo uditivo, richiedendo nel contempo una grande energia che sarà molto disturbante. Si usano per questo motivo rumori a banda stretta sovrapponibili alle bande critiche, centrate sulle frequenze da mascherare, ricorrendo per questo ad una minore energia. Il rumore rosa utilizzato in audiometria vocale possiede invece uno spettro leggermente diverso dal rumore bianco con maggior concentrazione sulle basse frequenze.

Mascheramento retrogrado si ha quando un tono di breve durata e di bassa intensità è seguito dopo poco meno di 25 ms da un altro suono di intensità elevata. L’effetto mascherante sarà tanto maggiore quanto più intenso è il secondo segnale e quanto più breve è l’intervallo che lo separa dal primo, per una facilitazione neurale alla trasmissione del segnale più forte che anche se partito dopo, giunge prima ai centri superiori.  

Mascheramento anterogrado, o residuo di mascheramento si ha quando il segnale mascherato segue a breve distanza uno mascherante più intenso e di sufficiente durata, come conseguenza di un innalzamento della soglia per adattamento, fenomeno che è  in rapporto all’intensità e alla sua durata.

Un altro fenomeno in audiometria è l’udito selettivo , che migliora in funzione dell’attenuazione del rumore : rapporto S/R.

ADATTAMENTO

E’ un fenomeno tipico di tutti i sistemi sensoriali, è periferico , è presente per stimoli anche di lieve intensità e di breve durata con rientro dei valori di soglia in un tempo molto breve (0,4 sec)

FATICA UDITIVA

Si osserva dopo stimoli sonori molto intensi e duraturi e persiste anche dopo la cessazione dello stimolo. L’innalzamento di soglia è definito T.T.S. Questo fenomeno è più accentuato per le frequenze intorno ai 4 KHz.

Il TTS₂ indica la deriva temporanea di soglia dopo due minuti dalla cessazione dello stimolo. In campo  della medicina del lavoro vengono utilizzati dei test che valutano  questa deriva con metodologie varie ( Test di Peyser con stimolo di 100 dB a 1KHz per tre minuti e successiva valutazione della deriva  se maggiore di 10 dB; test di Wilson con stimolo a 80 dB a 2 KHz per cinque minuti e successiva valutazione della deriva a 4KH se maggiore di 5 dB SL)

UDITO  BINAURALE

L’uomo ha due orecchi ma un solo udito

Voci di glossario. Per udito monotico si intende  la stimolazione in cuffia di un solo orecchio; mentre se il segnale arriva bilateralmente uguale si parlerà di udito diotico. Per dicotico  si intende invece quando ai due orecchi arrivano segnali  diversi. 

In ascolto diotico un soggetto avvertirà  un’immagine sonora provenire dal centro della testa; essa si sposterà di lato per  variazioni di appena 1 dB e sarà netta per valori di i = 6 dB; questo processo di lateralizzazione avviene anche per variazioni in funzione del tempo, infatti è appena sufficiente una variazione di 200 ms di ritardo (t); a valori di 800 s il fenomeno è netto ( tale è la differenza di ritardo per una sorgente posta a 45° per la testa di un uomo). Anche una variazione di fase produce lo stesso effetto ).

Un altro importante fenomeno correlato è la sommazione binaurale è quello per cui la soglia assoluta migliora di 3 dB rispetto a quella monoaurale, a valori di 6 dB per livelli sopraliminari.

La localizzazione di una sorgente sonora sul piano orizzontale viene effettuata in base al , per suoni di frequenza inferiori a 1 KHz; i suoni di frequenza più elevata verranno invece localizzati in base a i e/o t.

Passando da una condizione di ascolto diotico ad una dicotico, viene meno l’effetto di mascheramento centrale  Questo concetto viene sfruttato nel test MLD.

PATTERN DI ECCITAZIONE

Tutti i fenomeni sopra descritti risultano più chiari se confrontati con una grandezza concettuale: il pattern di eccitazione. Per ogni dato pattern, l’altezza dello stesso riflette l’ammontare dell’eccitazione evocata dallo stimolo in quel punto particolare. Perciò quei pattern che hanno un picco all’apice della partizione rappresentano pattern per le frequenze gravi, mentre quelli alla base riflettono una stimolazione da parte dei toni puri di frequenza acuta. Si noti come all’aumentare dell’ampiezza il pattern  si estende sempre più verso le frequenze acute, diventando asimmetrico. 

Soglia La soglia di eccitazione risulta nel momento in cui il pattern per quella frequenza supera il livello di rumore interno. 

Mascheramento Il livello di mascheramento a banda larga è illustrato come una linea orizzontale posta ad un determinato livello, oltre il quale un pattern evocherà la soglia sotto quel mascheramento. Nel caso di mascheramento a banda stretta(BW) notiamo come l’effetto mascherante è presente sinché l’ampiezza di banda eccede anche di un poco la banda critica, mentre risulterà inefficace se questa si restringerà oltremodo.

Loudness Fondamentalmente come l’ampiezza di banda dello stimolo supera l’ampiezza critica vengono stimolante un numero crescente di bande critiche adiacenti provocando un aumento della loudness. Dalla descrizione delle curve di isointensità si comprende  come a frequenza diversa la sensazione di loudness uguale ha pattern di eccitazione diversa.

Pitch Per i toni puri, v’è un rapporto monotonico tra pitch e frequenza cioè all’aumentare della frequenza aumenta il pitch. La teoria di luogo della percezione di pitch non è la sola in assoluto, infatti potrebbe essere la codificazione del periodo a mediare la percezione del pitch (teoria temporale), ma essa non è in grado di spiegare scariche superiori a 5000 Hz. L’esempio della mancanza della fondamentale può essere spiegata con le due teorie sopra menzionate: ad un soggetto vengono presentati 4 toni puri separati da intervalli di 100 Hz (700, 800, 900, 1000) in fase, esse rappresentano le armoniche di una frequenza fondamentale di 100 Hz; tuttavia essa non è presente nello stimolo, eppure il pitch percepito è di 100 Hz; il tono percepito  come risultante ha un periodo di 10 ms il cui reciproco è proprio 100 Hz. L’aggiunta di un suono mascherante di bassa frequenza non maschera questo tono risultante dando prova che il luogo dell’orecchio interno associato alla frequenza di 100 Hz non è responsabile di questo pitch

Applicazione in soggetti ipoacusici 

I soggetti ipoacusici sulle basse frequenze non individuano il segnale nella regione tonotopica, piuttosto essi all’aumentare dell’intensità individuano il segnale in una regione sana immediatamente successiva .