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On the Detection of Amplitude Modulation and Frequency Modulation at Low Modulation Frequencies

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This experiment was concerned with the relationship between the mechanisms of amplitude modulation (AM) detection and frequency modulation (FM) detection at low modulation frequencies (f mod ≤ 15 Hz). Using forced-choice procedures, sinusoidal modulation waveforms, and a fixed carrier of 1500 Hz at 65 dB SPL, we asked the three following questions: (1) When expressed in terms of just-noticeable shifts in level or frequency, do AM and FM thresholds vary in the same way with f mod (up to 15 Hz)? (2) Are AM and FM thresholds affected by an uncertainty of the listener with regard to the type (AM vs. FM) of the modulation presented on each trial? (3) Is identification of modulation type possible as soon as modulation detection occurs? Clear-cut answers were obtained for the first and third questions only. The first question was answered negatively. For the third question, the correct answer appears to be positive if f mod< 2 Hz and negative if f mod = 15 Hz. As a whole, our results conflict with the Zwicker- Maiwald model of modulation detection (Maiwald [1]). We propose a new detection model, in which AM and FM are detected by means of an extractor of momentary loudness and a (separate) extractor of momentary pitch; both extractors are assumed to process the information contained in a central, sharply edged excitation pattern.

Zusammenfassung

Gegenstand dieses Versuchs war die Beziehung zwischen den Mechanismen der Detektion von Amplituden- (AM) und der Frequenzmodulation (FM) bei niedrigen Modulationsfrequenzen (f mod ≤ 15 Hz). Mittels einer sogenannten ,,forced choice”-Methode sowie sinus-modulierter Wellen mit einer Trägerfrequenz von 1500 Hz bei einem Schalldruckpegel von 65 dB sollten folgende drei Fragen beantwortet werden:

Hängen die AM- und FM-Schwellen gleichermaßen von f mod ab (bis zu 15 Hz), wenn man sie in gerade merklichen Unterschieden von Intensität und Frequenz ausdrückt?


Ändern sich die AM- und FM-Schwellen in Abhängigkeit von der Unsicherheit der Versuchsperson hinsichtlich der Art der Modulation (AM oder FM) beim jeweiligen Einzeldurchgang?


Erfolgt die Identifikation der Modulationsart sobald eine Modulation wahrgenommen wird?


Klare Antworten wurden nur für die erste und dritte Frage erhalten. Die erste Frage wurde negativ beantwortet. Was die dritte Frage angeht, so scheint die Antwort für den Bereich von f mod < 2 Hz positiv zu sein und negativ für den Bereich von f mod = 15 Hz. Insgesamt gesehen sprechen unsere Ergebnisse gegen das Zwicker-Maiwald-Modell der Modulations-Detektion (Maiwald [1]). Es wird ein neues Modell vorgeschlagen, bei dem AM und FM durch einen Extraktor momentaner Lautheit und einen separaten Extraktor momentaner Tonhöhe festgestellt werden; beide Extraktoren verarbeiten die Information, welche in einem zentralen, scharf begrenzten Erregungsmuster enthalten ist.

Sommaire

Cette expérience concernait la relation entre les mécanismes de détection d'une modulation d'amplitude (MA) et d'une modulation de fréquence (MF) à de basses fréquences de modulation (f mod ≤ 15 Hz). En utilisant des procédures de choix forcé, des modulations sinusoïdales et une porteuse fixe de 1500 Hz et 65 dB SPL, nous avons voulu répondre aux trois questions suivantes: (1) Exprimés en termes d'excursion juste détectable, les seuils de détection d'une MA et d'une MF varient-ils de la même façon avec f mod (jusqu'à 15 Hz)? (2) Les seuils de détection d'une MA et d'une MF sont-ils affectés par une incertitude de l'auditeur quant au type (MA ou MF) de la modulation présentée à chaque essai? (3) Le type d'une modulation est-il identifiable dès que cette modulation est détectable? Des réponses claires ne furent obtenues que pour la première et la troisième questions. Une réponse négative fut donnée à la première question. Pour la troisième question, la réponse correcte apparaît positive si f mod < 2 Hz et négative si f mod = 15 Hz. Globalement, nos résultats contredisent le modèle de détection de modulation de Zwicker et Maiwald (Maiwald [1]). Nous proposons un nouveau modèle de détection, selon lequel une MA et une MF sont détectées par deux analyseurs indépendants, un analyseur de sonie momentanée et un analyseur de hauteur momentanée; ces deux analyseurs sont supposés traiter l'information contenue dans un pattern d'excitation central aux pentes raides.
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Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 1986

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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