關於人耳測試討論

[RogerShih]

發文者: JamesT 版主


發表於: 星期五 六月 20, 2003 11:19 pm 文章主題:

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關於人耳測試, 行使之前首先要對人的聽覺有一些簡單的認識。

先講根本重點, 免得忘了, 一件事: 人一切認知皆是「腦」說的。腦說什麼, 人就信什麼, 假若對人腦稍微有些了解, 會知道人腦是很棒很厲害的東西, 但也會知道, 絕對的相信腦, 是很危險的事。

接下來要說明一些簡單的人類聽覺概念 ( 沒興趣者可跳過不看 ):

耳殼: 點音源能量傳播可視為一擴張之球表面積, 因此大面積的耳殼具有收集能量的好處, 另外耳殼具有特殊的 filter characteristics, 對於人類聽覺的定位能力有決定性的影響。

外耳道: 類似一閉管共振腔, 對 L = (2n-1)/4 lambda 的波有產生駐波增益的效果, lambda ( wave length ) 固定, frequency 隨當時環境所具有的 sound wave velocity 而定, 一般而言是差不多 4kHz 和 12kHz 左右。從大約 2k~6k 的 cavity 也就造成人耳最敏感頻帶。

耳膜->聽小骨->橢圓窗:
聲波在此以物理的方式放大了約 40~50 倍。

橢圓窗連接著內耳的耳蝸, 耳蝸中充滿了液體, 當有聲波傳到耳殼, 就會震動耳膜->聽小骨->橢圓窗, 然後震動耳蝸中的液體。耳蝸中有三個管道, 其中兩個管道中的液體主要在傳遞震動的能量; 另一個管道與前兩個隔著薄膜, 當液壓變動時, 其中充滿的電解液和柯提組織 ( 人類聽覺的微音器 ) 上的絨毛細胞就會產生脈衝至聽神經。耳蝸是螺旋狀, 它自然地形成一分頻器, 愈低頻在愈深處接收, 因此人類聽覺基本上就以 frequency domain 為主。人類聽覺以辨認 frequency domain 上的 pattern 為主要過程, 但多數人皆只能辨認其 pattern 而沒有縱橫座標 ( 相對音感 )。

人類之中只有約萬分之一具有絕對音感, 其聽覺有固定的橫座標, 可以定出聲音的頻率。這部份主要由於其腦部聽覺神經連結在建立 ( neural network learning ) 的時候使其功能成為此一特性。

絨毛細胞的反應隨著年齡和生理狀態會有所變化, 因此人腦所感受到的 frequency domain pattern 並不能直接代表 pressure variation 的實際 frequency domain pattern。另外一點是腦神經網路對於神經元路徑權重具有調節能力, 因此人的主動及被動意識也能在某個程度上影響 pattern 的 recognition。

人類聽覺對於聲音強度 ( 縱座標 ) 的感受呈現準對數形態, 這是由於絨毛細胞產生神經脈衝的特性, 而且絨毛細胞產生神經脈衝的速度有其極限 ( 好在絨毛細胞的數量還滿多的... )。另外剛才提到人耳藉由耳蝸形成天然的分頻收音構造, 但一個範圍 ( 頻段 ) 內的絨毛細胞有限, 因此頻率相近的聲波同時進入時 ( 稱為臨界頻帶 ), 會造成強度判斷的非線性。人類聽覺的動態範圍很大, 不過它並非真的那麼大 ( 其實它真的還是很大 ), 而是因為它有自動調整 ( 亦可某程度的自主調整 ) 的能力 ( 主要來自耳膜肌緊張 ), 就像測量儀器有檔位一樣。不過經由實驗證實, 此調整的影響卻只對大約 2kHz~6kHz 有作用, 1kHz 以前以及 8kHz 以後都沒有什麼影響。調整的幅度和頻段, 因人、因當時情況而有相當大的差異。

你聽到的是你聽到的, 你聽到的也不是你聽到的。

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A/B/X TEST 通常是不會找隨意的人來做的, 都是找聽力有受過訓練者。
一般未受訓練者可使用 AB/BA TEST。
再一次強調, 要先認識聽覺的不可信任度 ( 在哪裡、到什麼程度 ), 才能做實驗。

[RogerShih]

發文者: Peleus

發表於: 星期六 六月 21, 2003 10:01 am 文章主題:

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神經的傳導不是脈衝吧！這樣會讓人誤解神經傳導是像電子學所描述的原理一般。一般在生理心理學領域都是翻成〞神經衝動〞，以區別這個神經傳導的〞電〞特性是和電子學的描述是不同的。
神經內的是電導導，神經間的是物質傳導，神經的傳導不能僅用〞電線〞來理解。
它之所以會有電的特性，並不是真的因電而傳導，真正的機制是神經細胞表面的離子通道(ion channel)的打開或關閉造成的，其電壓僅是數十mV間波動而已，並不是電子流的移動。

另外，James T大大提到是比較屬於感覺(sensation)的層次，perception 的問題都較沒有提及，比如，定位感是怎麼來的？還有為什麼有好聽的和弦，和不好聽的和弦呢？不過，James T所說的那部份倒是講解得很清楚啦！

[RogerShih]

發文者: JamesT 版主

發表於: 星期六 六月 21, 2003 10:52 am 文章主題:

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前一篇扯了一堆有的沒的, 但都沒講到重點。

接下來講一些聽覺心理有關的...

由於某種未知的因素 ( 姑且稱之為上帝 ) 目前這個世界的物理是這樣子, 人類發現對於世界上許多基本的線性物理行為可以用 sine 和 cosine 做為基底函數。於是事情就有 Frequency domain ( 以下稱之 Fd ) 這個面相...

人腦藉由 Fd 的 pattern 來認識聲音。為了要能夠很聰明的完成這項任務, 腦會做許多主動的調整。一個似乎是在小學還是國中就學過的概念: 聲音的波形由基音諧音 ( 倍頻 ) 相加而成, 很幸運的, 大自然中大多數皆如此 ( 或說基本上確實如此 )。因此人腦聽覺在經過神經網路學習之後, 對於成倍頻排列的波形會特別的敏感。而由此也衍生出一些特別的現象。

這些現象中最主要的是遮蔽效應, 為了要快速的做出音色的判斷, 腦會對於接收到的頻譜中的強訊號以及低頻訊號特別的"關愛", 強訊號是視為基頻的第一優先選擇, 因為腦想看的是 pattern, 所以若有相近頻率的音, 強音很可能把弱音遮蔽掉, 也就是說不論這個弱音存在與否, 人聽起來都一樣; 而低頻較容易遮蔽高頻, 高頻則較不容易遮蔽低頻, 因為低頻是基音的機會總是比高頻大。由於之前提過的絨毛細胞反應不是固定的, 因此人聽覺的頻率響應是會有相當大的差異性存在, 因此腦在判斷的時候有可能會"遮錯"使認知音感整個改變。

腦會去追蹤 Fd 特別明顯的突起, 以分辨其 pattern, 因此人類聽覺有主動忽略雜訊的行為, 因為雜訊沒有固定的 pattern, 所以腦不想理它, 這也是一種遮蔽效應。

再來講相位的問題, 人耳只對低頻相位有分辨能力, 但對於 Fd pattern 明顯變化的感應則很快。不過這個快只快前半邊, 一旦腦對於 Fd pattern 有所解釋之後, 後半邊就會有較嚴重的遮蔽效應。

再提一個, 人類聽覺除了上一篇提到生理上進行了物理性的振動放大之外, 由於腦特別要去辨認 pattern 的關係, 在腦中再一次進行了主動的訊號放大, 而這個放大是非線性的, 會自然產生互調成分, 因此即使聲音中不含任何互調成分, 聽起來還是有, 不過這種現象多半要聽力有受過訓練的人才能察覺到。

回頂端


JamesT
版主



註冊時間: 2001-03-06
文章: 1066

發表於: 星期六 六月 21, 2003 10:57 am 文章主題:

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少講了一樣, 就是腦會對 pattern 做主動的補償。當做為基音的強訊號決定後, 若存在其 1.5 倍頻之次強訊號, 則腦會主動修正基音為 0.5 倍頻 ( 即使該頻率事實上不存在! )。

JamesT 在 星期六 六月 21, 2003 11:56 am 作了第 1 次修改

[RogerShih]

發文者: Peleus

發表於: 星期六 六月 21, 2003 4:14 pm 文章主題:

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小弟認為JamesT是用電子學的方式來理解神經傳導和知覺心理學，這樣在概念的理解上也許是說得通，但是實際的腦神經運作卻不見得如此。

小弟所說的神經傳導不能用電子學的方式來理解，是因為它傳導的很多特性和在以金屬導體為基礎的電學現象，根本是不一樣的，數位和類比的概念如果放在神經傳導上，就顯得不倫不類。

人體既不是良導體，也不導磁，神經傳導的機制不只是離子通道，也有神經物質傳導(neurotransmitter)，我是怎麼看都看不出這和電學有啥關聯！

[RogerShih]

發文者: JamesT 版主

發表於: 星期六 六月 21, 2003 5:07 pm 文章主題:

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我應該都沒提到任何跟電子學有關的東西吧... 為什麼會扯到這個?

[RogerShih]

發文者: Peleus

發表於: 星期六 六月 21, 2003 10:01 am 文章主題:

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神經的傳導不是脈衝吧！這樣會讓人誤解神經傳導是像電子學所描述的原理一般。一般在生理心理學領域都是翻成〞神經衝動〞，以區別這個神經傳導的〞電〞特性是和電子學的描述是不同的。
神經內的是電導導，神經間的是物質傳導，神經的傳導不能僅用〞電線〞來理解。
它之所以會有電的特性，並不是真的因電而傳導，真正的機制是神經細胞表面的離子通道(ion channel)的打開或關閉造成的，其電壓僅是數十mV間波動而已，並不是電子流的移動。

另外，James T大大提到是比較屬於感覺(sensation)的層次，perception 的問題都較沒有提及，比如，定位感是怎麼來的？還有為什麼有好聽的和弦，和不好聽的和弦呢？不過，James T所說的那部份倒是講解得很清楚啦！

基本上 JamesT 講到 PWM 是一種聯想而已.

第一篇講到的, 例如自然形成分音器, 其實算是一種簡單的類比, 其實也不算是用電子學去解釋人耳構造啦

[RogerShih]

乾脆都搬到這裡來

值得參考喔

http://soundlevelmeter.com1.com.tw/cast ... ooklet.htm

http://soundlevelmeter.com1.com.tw/cast ... TML/14.htm


聲音是如何隨距離衰減?

聲音隨距離變化與音源的尺寸大小、形狀外形、周圍的環境、空氣的狀況有關，相較之下，室外比室內計算簡易，這是因為，在室內必須考慮到殘響音場(Reverberation field)問題。

如果音源在室外，且音源大小尺寸相對下，遠小於測試位置的距離，依球面狀輻射原理，聲音能量隨距離平方成反比，每增加一倍距離，則聲音位準衰減6dB；最理想狀況是將聲源視為點音源。

線音源(line noise source)如移動式交通噪音，其交通音量輻射方式為圓柱形，依圓柱形輻射原理，聲音能量隨距離平方成反比，每增加一倍距離，則聲音位準衰減3dB。

如果靠近音源，即距離小於音源形狀最大邊的距離內，我們稱之為近音場(near field)，這時音壓位準的變化，不會依據上述原理而變化，這是因為音源所擴散的能量變化較少，所以隨距離改變的理論及計算方式已不適用。

除此之外，必須考慮聲音在空氣中衰減的因素，尤其聲音的高頻，較容易被空氣吸收而消失。

[RogerShih]

http://web2.tmu.edu.tw/b108090011/index.htm

對人耳構造講解的很詳細喔

[RogerShih]

http://teca.hipermall.hinet.net/ShopSty ... 0&pageno=5

這篇講的是現場 PA 的一些計算跟討論, 喜歡講現場的可以參考

[RogerShih]

音壓關係圖, 可以看看平常一般背景噪音音壓大概有多少.

http://nova.ame.ntu.edu.tw/~dsfon/Fluid ... noise9.htm

[RogerShih]

這一篇有稍微討論到聲學跟音樂學基本概念, 蠻好用的喔

http://members.tripod.com/gia_5/m_akustik/ch2.htm

[Arrau]

我是平面設計的，就人對於色彩反應的研究基本上與人對於是覺的狀況有點類似。
如果說到感覺就牽扯到主觀意念，所以當時學色彩學時所有的理論建立時測量基準都是純數據，也就是只針對一個色階能否看到為基準而不評論人對一種色階的感覺，相同的法則應該也可以用在人耳的測量，如果測量人耳時不能排除無法控制的因素那這個測量就不會有實際的意義。
個人認為對人耳的測量只能針對純數據的部分進行，對於 '感覺'這樣一個無法量化的議題談再多只怕也是空談。

[shiou]

剛好路過...

人類的「感覺」也是可以量化測量的。
早在1957年S. S. Steven就發展出一種叫magnitude estimation的技術。

依據他做的一個實驗，他請他的受試者先接受一個基準刺激，然後給他一個數字代表剛剛那個刺激的強度。接下來再給他更強或更弱的刺激請受試者給這個刺激一個能代表這刺激大小的數字，最後所得到的實際刺激大小-估計刺激大小的曲線是可以用數學方程式完美地表示。
在這實驗中他用的三種類的刺激，分別是線的長度、電擊與光。
對此有興趣者可以去借任何一本知覺心理學，或到google查"Stevens' Power Law"。

人對於聲音大小的「感覺」也是可以得到完美的數學方程式。

[vincerav4]

不知人耳需不需RUN-IN