Psicologia dei processi cognitivi 1 Percezione PPC1-P Lezione 16 16/05/2018 scala psicofisica per intensità e ampiezza acustica ampiezza, toni, ottave e logaritmo decibel come unità di misura Fechneriana Stevens e la psicofisica diretta metodi diretti esempio di magnitude estimation: il caso dell’area la legge di Stevens funzione potenza e significato dei suoi parametri differenza tra Fechner e Stevens trasformazione bilogaritmica prof. Carlo Fantoni

una scala psicofisica per l’intensità/ampiezza del suono

suono stimolo più semplice: Onda sinusoidale Lo stimolo prossimale per il suono è la variazione periodica di pressione di un mezzo come l’aria, provocata da un evento meccanico (il battacchio che urta la campana, il diapason che vibra). Lo stimolo più semplice è l’onda sinusoidale, variabile per ampiezza (distanza verticale tra picco e valle dell’onda, percepita come intensità sonora sul continuum debole-forte) e frequenza (numero di cicli nell’unità di tempo, percepita come altezza sonora sul continuum grave-acuto). I suoni sono creati dalle vibrazioni degli oggetti • Le vibrazioni di oggetti producono vibrazioni nelle molecole in prossimità degli oggetti stessi. • Questo causa differenze di pressione nell’aria che si propagano in ogni direzione (Es. sasso nello stagno) 3

ampiezza e frequenza corpo vibrante volume (loudness) altezza (pitch) compressione e espansione di molecole d’aria volume (loudness) ampiezza/ intensità (dB) frequenza (Hz) Il padiglione + canale uditivo formano l’orecchio esterno • I suoni sono per prima cosa raccolti dall’ambiente esterno attraverso il padiglione • Le onde sonore sono incanalate dal padiglione dentro il canale uditivo • La lunghezza e la forma del canale uditivo intensificano le frequenze del suono • Il fine principale del canale uditivo è quello di isolare la struttura al suo fondo: la membrana timpanica: • Il timpano è un sottile strato di pelle alla fine del canale uditivo esterno che vibra in risposta ai suoni • è il confine fra l’orecchio esterno e quello medio altezza (pitch) basse frequenze suoni gravi (tuba) alte frequenze suoni acuti (clarino)

pitch frequenza e toni L’esperienza psicologica del pitch è relata alla frequenza temporale delle vibrazioni dell’aria che colpiscono il timpano e determina la percezione e determina la percezione dei toni Il padiglione + canale uditivo formano l’orecchio esterno • I suoni sono per prima cosa raccolti dall’ambiente esterno attraverso il padiglione • Le onde sonore sono incanalate dal padiglione dentro il canale uditivo • La lunghezza e la forma del canale uditivo intensificano le frequenze del suono • Il fine principale del canale uditivo è quello di isolare la struttura al suo fondo: la membrana timpanica: • Il timpano è un sottile strato di pelle alla fine del canale uditivo esterno che vibra in risposta ai suoni • è il confine fra l’orecchio esterno e quello medio raddoppiando la frequenza aumenta l’altezza di 1 ottava

12 toni della scala ottava temperata tonale tono

DO e logaritmo ampiezza (Hz) ampiezza (log(Hz)) ottava

intensità del suono in decibel (p= pressione) p dBSPL= [20,22] log10  p0 p0= 0.0002 pascal (a 1000 Hz) 0 dBSPL= 0.00002 Pa j.n.d. = 1 dB (circa), ossia p ≈1.128 volte p0 http://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_threshold_of_hearing In ambito acustico, il dBSPL (decibel per il Sound Pressure Level) non esprime una misura assoluta dell’intensità dello stimolo (l’analogo del peso in grammi), ma piuttosto una quantità approssimativamente equivalente al numero di JND di un osservatore ideale la cui soglia assoluta p0 sia pari a 0,00002 pascal (2×10-5 Pa, una piccolissima variazione di pressione, pari a quella provocata da una zanzara lontana 3 m, in una stanza ben isolata). La definizione completa, conforme alla legge di Fechner, è dBSPL = 20 log(p/p0). Il valore della costante c (pari a 20) è stato scelto in modo da far corrispondere l’unità dBSPL circa a una JND. 9

psicometrica del DB se p ≈1.128 volte p0 allora JND = 0.00000256= 0.00002*1.128 – 0.00002 k= 0.128= 0.00000256/0.00002 …. quindi intensità in dB pressione sonora (Pascal)

suoni udibili dall’uomo

curva di udibilità (per vari animali) intensità in dB frequenza in Hz Come sono percepiti e riconosciuti i suoni dal sistema percettivo acustico? • L’udito si è evoluto per milioni di anni • Animali diversi hanno diverse capacità uditive frequenza in Hz 13

curve audiometriche dB frequenza (Hz) soglia del dolore 40 80 120 frequenza (Hz) 20 100 1000 10000 soglia di udibilità soglia del dolore dB I rapporti tra le intensità soggettive e i rapporti tra le intensità fisiche sono proporzionali: Raddoppiare una intensità fisica significa moltiplicare per una costante caratteristica le intensità soggettive. 14

psicofisica diretta vs. indiretta

psicofisica diretta la funzione di accrescimento logaritmico di Fechner è una inferenza basata su misure di soglia assoluta e differenziale lungo il continuum dell’intensità dello stimolo l’osservatore valuta direttamente l’intensità soggettiva di vari stimoli sopra soglia tre metodi S.S. Stevens (1906-1973)

metodi diretti magnitude estimation magnitude production cross-modal matching

magnitude estimation 10 26 70 (il caso dell’area) 1 m2 16 m2 4 m2 A parità di rapporto di incremento nel dominio fisico percepiamo incrementi proporzionali uguali 26 70

S= m In n= 0.7 stima soggettiva (S) intensità stimolazione (I) 10 20 40 60 80 n= 0.7 stima soggettiva (S) la costante m dipende dalle unità scelte per misurare S e I l’esponente n caratterizza la modalità sensoriale I rapporti tra le intensità soggettive e i rapporti tra le intensità fisiche sono proporzionali: Raddoppiare una intensità fisica significa moltiplicare per una costante caratteristica le intensità soggettive. intensità stimolazione (I)

legge di Stevens (funzione potenza) S= m I n la costante m dipende dalle unità scelte per misurare S e I l’esponente n caratterizza la modalità sensoriale I rapporti tra le intensità soggettive e i rapporti tra le intensità fisiche sono proporzionali: Raddoppiare una intensità fisica significa moltiplicare per una costante caratteristica le intensità soggettive. 20

due cambiamenti di Stevens Metodologico l’osservatore valuta direttamente le sensazioni sopra soglia (magnitude estimation, magnitude production, cross-modal matching) Teorico un aumento progressivo dell’intensità della stimolazione per rapporti costanti produce un analogo incremento della sensazione anch’esso per rapporti (no intervalli) costanti

funzione potenza S= m In trasformazione bilogaritmica log (S) = log (m) + n log (I)

log (S) = log (m) + n log (I)

dove sta la differenza ? I2 I1 I3 I2 , allora S2 – S1= S3 – S2 = I2 I1 Fechner se , allora S2 – S1= S3 – S2 = I2 I1 I3 I2 S2 S1 S3 = Stevens , allora se =

potenza e Stevens con Excel

esponenti della funzione potenza modalità sensoriale condizione esponente dolore scossa elettrica sulle dita 3,50 tatto passivo calore sul braccio 1,60 tatto attivo peso sollevato gusto sapore di sale 1,30 spessore tra le dita udito durata di un rumore bianco 1,10 pressione sul palmo della mano freddo sul braccio 1,00 vibrazione (60 Hz) su un dito 0,95 scossa elettrica sulle gengive 0,90 sapore dolce (saccarina) 0,80 vibrazione (250 Hz) su un dito 0,64 intensità sonora (monoaurale) 0,60 olfatto odore di acido citrico odore di caffˇ 0,55 intensità sonora (binaurale) 0,54 visione bianchezza (scala di grigi) 0,50 chiarezza di una luce (occhio adattato al buio) 0,33