Talperception

”Studiet av talperception handlar om lyssnarens förmåga att uppfatta den

akustiska signalen som en talare producerar som en sekvens av

meningsfulla ord och idéer”

TalperceptionVi ska behandla tre områden som alla är relevanta för talperceptionen.

• Örat– Örats egenskaper är viktiga därför att en del av den ljudbearbetning som är grunden för talperception sker redan i örat

• Psykoakustik– Psykoakustik handlar om grundläggande ljudperception, alltså sådana saker som perception av tonhöjd, ljudstyrka och duration.

• Talperception– Talperception, slutligen, handlar om sådan perception som är specifikt inriktad på avkodningen av tal.

Örat

Örat

Vill man uttrycka det tekniskt så kan man säga att örat har två funktioner - impedansanpassning och signalomvandling.

Vill man uttrycka det mindre tekniskt kan man säga att ytterörat, mellanörat och delar av innerörat är anpassat så att överföringen av energin från svängningarna i luften till hörselcellerna blir så effektiv som möjligt.

Hörselcellerna i sin tur omvandlar den mekaniska signalen till en elektrisk.

ÖratYtterörat och hörselgången liknar tillsammans en trumpet. Denna form gör att vissa frekvenser förstärks genom resonans precis som resonanserna i talröret förstärker vissa frekvenser. Förstärkningen är som störst i området 2000 Hz till 5500 Hz.

Varför evolutionen drivit fram just den formen kan vi förstås bara spekulera om men det faktum att det är förmånligt för riktnings-perceptionen att ha bra hörsel i det området kan vara en förklaring.

Örat

Förstärkningen i ytterörat. I frekvensområdet 2000 - 5000 Hz är den som synes betydande, 10 - 15 dB.

Örat

Mellanörats ben innebär en mekanisk förstärkning genom hävstångseffekter enligt samma princip som i tex. en hovtång. Men denna förstärkning av kraften är ganska måttlig (3-5 gånger).

ÖratMellanörats ben innebär en mekanisk förstärkning genom hävstångseffekter enligt samma princip som i tex. en hovtång. Men denna förstärkning av kraften är ganska måttlig (3-5 gånger). Av större betydelse är att trumhinnans area är större än ovala fönstrets. När trycket på trumhinnan fördelas på det betydligt mindre ovala fönstret åstadkoms en tryckökning på ung. 50 ggr. Den totala tryckförstärkningen i mellanörat (genom hörselbenen + fönsterstorleken) uppgår till omkring 80 gånger.

Örat

Även i mellanörat sker en betydande förstärkning; mer än 10 dB för frekvenser över ungefär 200 Hz.

Örat

Innerörat består av den s.k. ”snäckan” (cochlea) och det är där som omvandlingen av lufttrycksändringarna omvandlas till elektriska impulser i hörselnerven.

Bilden av snäckan här ovanför är starkt förenk-lad för att man tydligare ska se de olika delarna.

Örat

I själva verket ser den ut som på de här bilderna och där ser man ju också tydligt varför den kallas just ”snäckan”.

Örat

För att maximera kopplingen mellan hörselcellernas ”känselspröt” (stereocilierna) är snäckan vätskefylld (endolymfa).När en tryckvåg sätter ovala fönstret i rörelse fort-plantas denna rörelse i vätskan. Runda fönstret i ”andra änden” har enbart till uppgift att vara en ”säkerhetsventil” buktar ut för att kompensera för motsvarande inbuktning i ovala fönstret.

Örat

Här ser vi en schematisk bild av hur trycket fortplantas genom vätskan och hur runda fönstret fungerar som en ”volymshunt”.

Örat

ovala fönstret

Apex

längd ung. 32 mm

Basilarmembranets dimensioner

Bredd

0.04 mm

bredd

0.5 mm

Tjockleken är i genomsnitt ungefär 0.01 mm, något tjockare vid basen (ovala fönstret) och tunnare vid Apex

Örat

Här två bilder av basilarmembranet som visar tryckvågens utbredning (t.v.) och membranets ”tonotopiska” organisation (t.h.). Jag återkommer till det senare lite längre fram.

Örat

Tryckvågen breder alltså ut sig längs basilarmembranet, men hur långt den kommer beror på ljudets frekvensegenskaper. Den högra bilden simulerar vågens utbredning för ett högfrekvent ljud och den vänstra för ett lågfrekvent. Observera att basilarmembranets bredd är starkt överdrivet för att man ska se vågens form tydligare.

ovala fönstret Apex

Cortis organTektorialmembranet

hårceller

Basilarmembranet

Örat

En närbild på hörselcellerna och hårcellerna (stereocilierna). Observera att varje hörselcell har en ”palissad” av stereocilier för att så effektivt som möjligt fånga upp vibrationerna.

Örat

Örat

Cortis organ, med sina hörselceller sitter under ett annat membran som kallas tektorialmembranet.

Basilarmembranet Cortis organ

Tektorialmembranet

Talperception

När tryckvågen får basilarmembranet att gunga upp och ner kommer stereocilierna av vikas fram och tillbaka i takt med vågens gungningar.

Örat

På det här sättet!

Örat

Hörselcellerna är förbundna med hörselnerven ...

Örat

... och när hörselcellerna retas genom att stereocilierna vickar fram och tillbaka skickar de ut elektriska impulser i hörselnerven.

Örat

De yttre och inre hörselcellerna har något olika koppling till hörselnerven och fullgör lite olika funktioner men vi ska lämna den detaljen åt sidan den här gången.

Örat

Hörselcellerna sänder ut en ström av pulser i hörselnerven. Diagrammen till höger är så kallade Post Stimulus Time Histogram (PSTH). Vad de visat är egentligen bara intensiteten i nervsignalen som en funktion av tiden för några olika hörselceller och några olika frekvenser.

ÖratJag nämnde tidigare att basilarmembranet och därtill hörande strukturer är tonotopisk organiserade. Det innebär bl.a. att avkodningen av olika frekvenser är utspridd utefter basilarmembranet på ett speciellt sätt.

Bilden till höger visar reaktionen hos några hörselceller för olika frekvenser. Spetsarna på kurvorna anger vid vilken frekvens cellen är känsligast. Vi kan se på hur smal och spetsig kurvan är att varje cell är ganska specialiserad för att reagera för en bestämd frekvens

Örat

Den här schematiska bilden visar den tonotopiska organisa-tionen från ovala fönstret till Apex. De högsta frekvenserna registreras vid ovala fönstret och de lägsta vid Apex.

Apex ovala fönstret

Det som bestämmer vilka celler som reagerar och därmed vilken frekvens som registreras beror på hur långt ”vågen” längs basilarmembranet når och detta bestäms, som vi tidigare såg, av ljudets frekvens.

ÖratVågrörelsens fördelning efter frekvens

ovala fönstret

Apex

längd ung. 32 mm

Högfrekvent våg når bara en kort bit ...

medelhöga till mittendelen av membranet

och vågen efter låga frekvenser når fram till nära Apex

Örat

En i fonetiken mycket viktig frekvensskala, Bark-skalan, bygger på innerörats tonotopiska organisation.

Skalan delar in frekvens-området i lika stora steg längs basilarmembranet.

Det har visat sig att Barkskalans steg mycket väl stämmer överens med hur vi uppfattar frekvensen av komplexa ljud.

Örat

Jämför man stegen på Hertz-skalan med dem på Bark-skalan så ser man att Bark-skalans steg är tätare vid högre frekvenser. Et avstånd på 1000 Hz i början av skalan motsvara 8 Bark, men mellan 2000 och 3000 Hz är motsvarande avstånd i Bark bara 2 Bark.

Örat

Till sist några ord om ur hörselsystemet fungerar hos andra arter än människan.

Jämför man de mänskliga hörselorganen med andra arters ser man att de alla egentligen bygger på samma princip. Det som skiljer är bara hur pass effektivt de överför lufttrycksändringarna till retningar i hörselnerven. I de enklaste hörselorganen är stereociliernas motsvarighet exponerade direkt i luften, med eller utan hår som fångar upp trycket. I de mer avancerade organen förbättras kopplingen med någon form av membran och i de mest sofistikerade förbättras effekten med hjälp av hörselben och vätskefylld snäcka,

”Öron”

Örat

Här är exempel på hörseltröskeln (bästa känslighet) för några olika djur med relativt avancerade hörselorgan. Som ni kan se är överlappet ganska stort, dvs. de bör kunna höra en hel del av vad vi säger. Om de sedan bryr sig om det är förstås en annan sak.

Opossum

Igelkott

Näbbmus

Dvärgapa

Människa