Selektywność słuchowa

Artykuł doktora Alfreda Tomatisa opublikowany w Biuletynie Centrum Badań i Studiów Medycznych S.F.E.C.M.A.S. w październiku 1954 roku (s. 128–132). Tomatis definiuje tu selektywność słuchową — zdolność ucha do postrzegania zmiany częstotliwości wewnątrz spektrum dźwiękowego i umiejscowienia jej kierunku — i systematycznie bada jej powiązania: spektrum dźwiękowe słyszalne (16 c/s do 16 000 c/s), rozróżnienie między dźwiękami prostymi a złożonymi, gra harmonik, paralela z selektywnością wzrokową (oko normalne wobec daltonizmu), warianty indywidualne zależne od ucha tenorowego lub barytonowego oraz zastosowania dla śpiewaka, foniatry i rozpoznania audio-fonacyjnego.

Oddział Otorynolaryngologii
Doktor TOMATIS
Attaché Szpitali
Wicedyrektor Centrum Konsultacji i Badań Medycznych S.F.E.C.M.A.S.

Definicja

Nazwiemy „Selektywnością słuchową" zdolność ucha do postrzegania zmiany częstotliwości wewnątrz spektrum dźwiękowego oraz do umiejscowienia jej kierunku i położenia.

Spektrum dźwiękowe

Wśród okresowych drgań, jakie powietrze w ogólności lub każde inne medium mogą wnosić do układu słuchowego, są takie, które potrafią wywołać wrażenie dźwięku. Aby tak się stało, muszą spełniać pewne warunki dotyczące ich natężenia i częstotliwości.

Pominiemy szybko warunki dotyczące natężenia, które nie przedstawiają większego znaczenia w dzisiejszym studium. Przypomnijmy, że dla każdej częstotliwości dźwiękowej ucho posiada próg dolny — próg ostrości słuchu — oraz próg górny — próg odczucia bólu. Różnice natężenia obu tych progów są funkcją wrażliwości ucha na rozważaną częstotliwość.

Co do częstotliwości, drgania akustyczne — to znaczy rozchodzące się za pośrednictwem materialnego nośnika — rozkładają się na bardzo szerokim paśmie.

Poniżej 16 c/s, w obszarze infradźwięków, jeśli natężenie jest dostateczne, błona bębenkowa przekazuje mózgowi wrażenie rytmicznego nadciśnienia. Błona bębenkowa działa wtedy jako membrana i nie można w tym wypadku mówić o wrażeniu dźwiękowym.

Między 16 c/s a 40 c/s wrażenie dźwiękowe istnieje, lecz odebrany dźwięk przybiera postać turkotu. Ucho jest w tym paśmie zdolne śledzić zmiany ciśnienia. Obecna wiedza o reakcjach układu słuchowego na te częstotliwości jest bardzo ograniczona.

Wydaje nam się, że efekt nadciśnienia jest zjawiskiem dwuusznym. Częstotliwość N = 20 c/s odpowiada bowiem długości fali λ = V / N, gdzie V jest prędkością dźwięku w medium przekazującym drganie — w naszym wypadku w powietrzu:

λ = 340 / 20 = 17 m

Ta długość fali jest ogromna w stosunku do wymiarów obwodu odbiorczego ucha.

Musi istnieć wewnątrz mózgu zjawisko składania zmian ciśnienia odbieranych przez każde ucho. Można się o tym zresztą empirycznie przekonać, gdy obracając głowę modyfikuje się orientację uszu względem źródła generującego taką częstotliwość.

Jest tu cała dziedzina do zbadania, którą zamierzamy podjąć w bliskiej przyszłości.

Od częstotliwości 40 c/s dźwięk staje się ciągły. Można odtąd mówić o dźwięku muzycznym.

Zwiększając dalej częstotliwość, przebiegamy całe spektrum dźwiękowe. Pomijamy częstotliwości odpowiadające maksimum wrażliwości ucha (od 750 c/s do 5 000 c/s) i kontynuując ku dźwiękom wysokim, dochodzimy do górnej granicy spektrum dźwiękowego.

Granica ta zmienia się z osobą. Sytuuje się około 20 000 c/s u dzieci i obniża stopniowo z wiekiem. W przypadku normalnym osiąga częstotliwość 12 000 c/s u starca (1).

Jeśli częstotliwość rośnie dalej, wkraczamy w obszar ultradźwięków. Nie ma już wówczas wrażenia dźwiękowego dla ludzkiego ucha.

Tym samym możemy umiejscowić spektrum dźwiękowe w przedziale 40 c/s — 16 000 c/s.

(1) Chodzi o górną granicę odbieranej częstotliwości, to znaczy że natężenie nie jest określone i może przekraczać normalny próg ostrości.

Dźwięk złożony, dźwięk prosty

Aby przeprowadzić wartościowe badanie selektywności słuchowej, trzeba użyć — wewnątrz spektrum dźwiękowego — dźwięków prostych odpowiadających częstotliwościom czystym.

Instrument muzyczny dostarcza bowiem dźwięku, który nie odpowiada jednej częstotliwości. Dźwięk podstawowy łączy się z całą serią harmonik, a stosunki natężenia między dźwiękiem podstawowym a harmonikami wyznaczają barwę instrumentu.

Jeśli dźwięk podstawowy ma częstotliwość f, to dźwięk wytwarzany przez instrument utworzony jest przez nałożenie wielu częstotliwości czystych — o zmiennych wartościach natężenia w zależności od instrumentu — których wartości będą f, 2f, 3f, … nf. Wielokrotności f nazywane są harmonikami.

Dźwięki, którymi się posłużymy, będą wytwarzane przez ściśle sinusoidalne drganie i będą odpowiadały jednej częstotliwości.

Ciekawe zresztą jest stwierdzenie, że harmoniki nie pociągają zmiany pozornej wysokości dźwięku, choć ich natężenie czasem przekracza natężenie dźwięku podstawowego.

Jeśli wytniemy filtrem dźwięk podstawowy f i dwie pierwsze harmoniki nuty bogatej w harmoniki, ucho zdoła odtworzyć wycięte częstotliwości. Dźwięk podstawowy o częstotliwości f jest odtwarzany jako różnica harmonik (5f i 4f) lub (6f i 5f), gdyż 5f − 4f = f. Harmoniki 2f i 3f są również odtwarzane jako różnice (6f i 4f) lub (7f i 5f). Wycięcie zmienia w konsekwencji barwę, gdyż różnice mają mniejsze natężenie niż częstotliwości odpowiadające im przed wycięciem, lecz pozorna wysokość pozostaje niezmieniona.

Natężenie a częstotliwość

Pułapka, której należy unikać w badaniu selektywności słuchowej jednostki, leży w fakcie, że wiele osób — choć doskonale rozróżniają dźwięk niski od wysokiego — mają wrażenie przesunięcia częstotliwości w stronę wysokich, gdy zwiększa się natężenie dźwięku wysokiego.

To zjawisko jest analogiczne do tego, które każe nam widzieć barwną plamę tym żywiej, im silniej jest oświetlona światłem białym.

By uniknąć tego ryzyka błędu, dobrze jest wykreślić audiogram przed badaniem selektywności. Następnie, biorąc pod uwagę wyniki naniesione na audiogram, wykona się badanie, emitując każdy dźwięk z natężeniem na przykład 25 dB wyższym od progu ostrości dla każdej częstotliwości. W ten sposób jednostka będzie miała wrażenie stałego natężenia.

Paralela ze wzrokiem: daltonizm i achromatopsja

W poprzednich artykułach ustanowiliśmy już szereg porównań między wzrokiem a słuchem. Możemy ustanowić nowe co do selektywności.

Oko normalne jest selektywne — to znaczy dostarcza wrażenia odmiennej barwy w zależności od częstotliwości, jaka je porusza. Jeśli tak nie jest, mamy do czynienia z brakiem selektywności.

Tak więc podmiot jest w stanie postrzegać tylko niektóre barwy (daltonizm: Dalton nie widział barwy czerwonej) — częściowy brak selektywności — albo achromatopsja — całkowity brak selektywności (osoby dotknięte achromatopsją odbierają jedynie mniej lub bardziej ciemne odcienie szarości).

Te formy dolegliwości są częstsze u mężczyzn niż u kobiet.

Selektywność słuchowa a indywidualne audycje

W dziedzinie słuchania przypadki selektywności w całym spektrum dźwiękowym są dość rzadkie. Ogólnie selektywność istnieje w częstotliwościach niskich, średnich i wysokich aż do częstotliwości 3 000 c/s.

Następnie, w zależności od jednostek, znika. Mogliśmy ustanowić, że ucho tenorowe nie jest selektywne powyżej częstotliwości 3 000 c/s, podczas gdy ucho barytonowe jest selektywne aż do 6 000 c/s (a nawet 8 000 c/s i 12 000 c/s).

Należy zresztą zauważyć, że braki selektywności często dotyczą dźwięków podstawowych, lecz ich harmoniki (najwyższa nuta fortepianu ma podstawową częstotliwość 3 480 c/s).

Częściowy brak selektywności słuchowej jest bardzo silny, w paśmie selektywnym (małe interwały) tak dla ucha tenorowego, jak i dla barytonowego.

Muzycy mają bardzo dużą selektywność w paśmie częstotliwości podstawowych. Wprawiony skrzypek (zwykle ucho tenorowe, podczas gdy wiolonczelista miałby ucho barytonowe), wykonujący swoje akordy, ma w kwincie wrażenie czystego współbrzmienia. W przypadku akordu trzymanego — gdy jeden dźwięk gra się najpierw, a drugi potem — błąd dla kwinty sięga 1 commy (2).

Ucho jest więc bardziej selektywne, gdy dwa dźwięki przekazane są w harmonii, niż gdy docierają w melodii. W pierwszym przypadku w grze jest tylko ucho; drugi włącza pamięć.

Istnieją zresztą rozmaite kategorie wśród uszu bardzo muzykalnych. Niektóre osoby są w stanie zdefiniować natychmiast każdy interwał. To jest słuch muzyczny względny. Inne potrafią nie tylko zdefiniować interwał lub akord, lecz także umiejscowić każdą z nut, które go tworzą, w spektrum dźwiękowym. To jest słuch muzyczny absolutny. Ten ostatni przypadek jest niezwykle rzadki, a selektywność osób nim obdarzonych jest bardzo powyżej średniej.

(2) Comma odpowiada 5 savartom. Jest to stosunek istniejący między tonem wielkim a tonem małym.

Zastosowania

Tak więc mogliśmy zauważyć, że selektywność słuchowa przedstawia duże znaczenie z punktu widzenia muzycznego. Dla foniatry lub nauczyciela śpiewu znajomość stanu selektywności słuchu osoby, którą się zajmuje, może go prowadzić w wyborze metody — zarówno w nauczaniu, jak i w reedukacji.

Później będzie można ustanowić prawa statystyczne selektywności, jak uczyniono to dla audiometrii — i selektywność znajdzie wówczas zastosowanie w technice rozpoznania audio-fonacyjnego.

Źródło: Tomatis A., „La sélectivité auditive", Biuletyn Centrum Badań i Studiów Medycznych S.F.E.C.M.A.S., październik 1954, s. 128–132. Dokument cyfrowy z osobistych archiwów Alfreda Tomatisa.

Dokument oryginalny — faksymile historycznego PDF (pobranie bezpośrednie).