СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2007, том 21, № 2, с. 155-164
УДК 612.85
ДИХОТИЧЕСКОЕ ОСВОБОЖДЕНИЕ ОТ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ НА ЧАСТОТНУЮ РАЗРЕШАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СЛУХА ЧЕЛОВЕКА
© 2007 г. А. Я. Супин, В. В. Попов, О. Н. Милехина, М. Б. Тараканов
Институт проблем экологии и эволюции РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33 E-mail: alex_supin@sevin.ru Поступила в редакцию 24.10.2006 г.
Методом предъявления тест-сигналов в виде шумов с гребенчатыми спектрами измерена частотная разрешающая способность слуха человека и ее изменение под влиянием шумовой помехи (узкополосного шума). При диотическом (параллельно на оба уха) предъявлении тест-сигнала и помехи наблюдалось снижение частотной разрешающей способности на фоне помехи по сравнению с контролем, если частота помехи была ниже или равна частоте тест-сигнала. Хотя характер зависимости этого эффекта от соотношения помеха/сигнал был различным для низкочастотной помехи и для помехи, совпадающей с частотой тест-сигнала, но в обоих случаях достаточно интенсивная помеха могла привести к полной невозможности различать тонкую структуру тест-сигнала. При дихотиче-ском же предъявлении (тест-сигнал на одно ухо, помеха - на другое) влияние помехи на частотную разрешающую способность было незначительным или отсутствовало при всех соотношениях частот тест-сигнала и помехи и при отношениях уровней помеха/сигнал вплоть до 40 дБ. Таким образом, имело место практически полное дихотическое освобождение частотной разрешающей способности от влияния помех.
Ключевые слова: слух, частотная разрешающая способность, маскировка, дихотическое освобождение.
ВВЕДЕНИЕ
В естественной обстановке слуховая система постоянно сталкивается с необходимостью выделять сигнал от какого-то одного источника на фоне множества сигналов от других источников, которые в этом случае играют роль помех. Во многих ситуациях слуховая система успешно справляется с этой задачей, и эта способность получила название коктейль-эффекта (cocktail-party effect) - способность воспринимать речь собеседника в обстановке, где собралось большое количество одновременно говорящих людей (cocktailparty).
Способность к выделению одного источника звукового (речевого) сигнала из нескольких в значительной степени обязана бинауральным механизмам пространственного слуха. Если источник сигнала, представляющего интерес (сигнал-цель, target-signal), пространственно не отделен от источника помехи, то при достаточной интенсивности помехи она существенно маскирует сигнал. При пространственном же разделении источников сигнала-цели и помехи (или при имитации пространственного разделения) эффективность помехи значительно снижается, т.е. создается освобождение от маскировки.
В основе такого освобождения от маскировки лежит прежде всего интерауральная разность ин-тенсивностей сигнала-цели и помехи, создаваемая либо за счет пространственного разделения источников сигнала в свободном поле, либо путем дихотического предъявления (сигнал-цель более интенсивен на одном ухе, шум - на другом). Интерауральная разность интенсивностей существенно облегчает обнаружение сигнала в шуме, т.е. создает дихотическое освобождение от маскировки; для ситуации свободного поля этот эффект известен также как пространственное освобождение от маскировки (обзор Durlach, Colbum, 1978). То же относится и к сложным звуковым сигналам, в частности к звукам речи. Давно было показано (Cherry, 1953), что при одновременном предъявлении двух речевых сигналов (фраз) отделение одной из фраз от другой не представляет трудностей, если они предъявляются раздельно на два уха, однако происходит со значительным количеством ошибок, если смесь обеих фраз предъявляется на одно и то же ухо. Пространственное освобождение от маскировки было детально исследовано во многих работах (Plomp, Mimpen, 1981; Bronkhorst, Plomp, l989; Nilsson et al., 1994; Koehnke, Besing, 1996; Peissig, Kollmeier, 1997; Hawley et al., 1999; 2004; Shinn-Cunningham et al., 2001, и многие другие).
Помимо освобождения от маскировки, обусловленного воздействием тест-сигнала на одно ухо, а помехи - на другое, имеют место и эффекты освобождения, обусловленные бинауральным взаимодействием. Если помеха воздействует на оба уха, но в противофазе, то ее маскирующий эффект существенно уменьшен по сравнению с синфазной бинауральной стимуляцией либо с мо-науральным предъявлением сигнала и помехи на одно ухо (Webster, 1951; Durlach, 1963; Colbum, Durlach, 1978). При определенных параметрах стимулов такое бинауральное освобождение от маскировки достигает 15-20 дБ. В свободном поле бинауральное освобождение от маскировки может возникать за счет разности фаз сигналов, приходящих на правое и левое ухо. Однако основной эффект, ответственный за пространственное освобождение от маскировки, создается за счет экранирования головой, т.е. за счет дихотическо-го разделения сигналов, приходящих справа и слева от головы. В зависимости от условий стимуляции (частота, азимут, расстояние до источника звука) эффект пространственного освобождения от маскировки может составлять от нескольких дБ до почти 40 дБ (Ebata et al., 1968; Doll, Hanna, 1995; Kopco, Shinn-Cunningham, 2003). За вычетом эффекта экранирования, собственно бинаураль-ные эффекты дают меньшее освобождение от маскировки - 2-5 дБ (Plomp, Mimpen, 1981; Bronkhorst, Plomp, 1989).
Рассмотренные выше ситуации касаются в основном классической, или энергетической маскировки, возникающей тогда, когда спектральный состав сигнала-цели и помехи близки и значительно перекрываются. При этом сигнал-цель и помеха воздействуют на одни и те же частотные каналы-фильтры слуховой системы, и возникающая в этих каналах конкуренция затрудняет восприятие сигнала-цели. Дихотическое освобождение от энергетической маскировки свидетельствует о том, что вызывающее маскировку взаимодействие сигнала-цели и помехи возникает на периферических монауральных уровнях слуховой системы, до того как сигналы от правого и левого уха вступили во взаимодействие.
Помимо классической энергетической маскировки, достаточно эффективной может быть и "неэнергетическая" маскировка, проявляющаяся при несовпадении спектров сигнала-цели и помехи. Этот эффект известен как информационная маскировка (Watson, 1987; Durlach et al., 2003). Информационная маскировка существенно влияет на распознавание звуков речи (Kidd et al., 2005).
В условиях информационной маскировки, т.е. при минимальном перекрытии спектров речевого сигнала-цели и помехи, также может возникать эффект дихотического освобождения. Различение сигнала-цели легче при дихотическом воздействии
сигнала-цели и помехи, чем при монауральном воздействии (Gallun et al., 2QQ5). Для информационной маскировки бинауральное освобождение (в свободном поле, за счет пространственного разнесения источников таргет-сигнала и маскера) весьма значительно; оно может быть даже больше, чем для энергетической маскировки (Kidd et al., 1998; Freyman et al., 1999; 2QQ1; Brungart, 2QQ1; Brungart et al., 2QQ1; Arbogast et al., 2QQ2).
Предполагается, что в основе информационной маскировки лежит то обстоятельство, что при сложной и не детерминистичной структуре сигнала-цели его слияние с помехой делает затруднительным выделение отдельных частотных компонентов (Watson, 1987). Для собственно информационной маскировки (т.е. зависящей от информационных характеристик сигнала) такой механизм наиболее вероятен. Однако он не исключает других механизмов неэнергетической маскировки. В частности, было показано, что шумовая помеха, даже не совпадающая по частотному составу с сигналом-целью, вызывает значительное снижение частотной разрешающей способности слуховой системы, т.е. способности различать тонкую структуру частотного спектра сигнала (Супин и др., 2QQ2; 2QQ6; Supin et al., 2QQ3; 2QQ5). Очевидно, что вызванное помехой снижение частотной разрешающей способности должно приводить к ухудшению восприятия и различения сложных звуковых сигналов, т.е. создавать эффект маскировки - как энергетической (при совпадении частотных спектров сигнала-цели и помехи), так и неэнергетической (при несовпадении спектров).
Для более полного понимания механизмов коктейль-эффекта важно установить, в какой степени возможно дихотическое и бинауральное освобождение от влияния помех на частотную разрешающую способность. Некоторые предварительные данные по этому вопросу имеются в литературе: в нескольких работах показано, что оценки критической полосы различаются в условиях монаурального и бинаурального предъявления сигнала и маскера (Bourbon, Jeffers, 1965; Cok-ley, Hall, 1991), хотя в других работах заметной разницы не найдено (Hall et al., 1983; Kohlrausch, 1988; Kollmeier, Holube, 1992; van der Heijden, Trahi-otis, 1998). Интерпретация этих данных затруднена тем, что помеха или маскер, с одной стороны, являются инструментом для измерения критической полосы, а с другой - фактором возможного влияния на частотную разрешающую способность.
В данной работе предпринята попытка исследовать возможность дихотического (т.е. в условиях, когда сигнал-цель подается на одно ухо, а помеха - на другое) освобождения от влияния помех на частотную разрешающую способность. При этом частотная разрешающая способность измерялась не маскировочными методами, как при
оценке критической полосы, а непосредственно путем предъявления тест-сигналов со сложным спектральным рисунком. Эта техника измерения частотной разрешающей способности была описана ранее (Supin et al., 1994; 1997) и основана на использовании тест-сигналов с "гребенчатыми" спектрами, т.е. спектрами, содержащими периодически чередующиеся максимумы и минимумы спектральной мощности.
Процедура измерений, основанная на использовании гребенчатых спектров, состоит в том, что испытуемому предъявляется сигнал с гребенчатым спектром, и в некоторый момент времени этот сигнал заменяется на другой - также с гребенчатым спектром, с той же самой шириной спектральной полосы и интенсивностью, с той же плотностью и глубиной гребней, но с противоположным положением спектральных максимумов и минимумов на частотной шкале. Таким образом, происх
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.