СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2009, том 23, № 3, с. 186-195
ВОСПРИЯТИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ^^^^^^^^ ПРОСТРАНСТВА
УДК 612.85
ЛОКАЛИЗАЦИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ЗВУКОВЫХ СТИМУЛОВ, ДВИЖУЩИХСЯ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ, СЛУШАТЕЛЯМИ 6-8 ДЕКАДЫ ЖИЗНИ
© 2009 г. Е. С. Малинина, И. Г. Андреева
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН 194223, Санкт-Петербург, просп. М. Тореза, 44 E-mail: malinina@iephb.ru; ig-andreeva@mail.ru Поступила в редакцию 28.02.2009 г.
Исследование локализации вертикального движения виртуальных сигналов, созданных на основе неин-дивидуализированных передаточных функций головы и их обобщенных моделей, было выполнено с участием десяти слушателей в возрасте 52-73 лет. Слушатели определяли направление движения виртуальных сигналов с различными параметрами - варьировали диапазон смещения спектрального минимума, его ширину, дополнительно применяли меняющийся по ширине полосы частот и мощности спектральный максимум. При имитации движения за счет регулярного смещения спектрального минимума в диапазонах 5-8, 5-10, 5-12 кГц уровень опознания направления движения виртуальных сигналов был ниже порогового, если ширина вырезки составляла 1 кГц. При увеличении ширины вырезки до 2 кГц у половины слушателей уровень опознания направления движения сигналов остался низким, а у остальных -превысил порог опознания. Сравнительный анализ полученных данных по локализации виртуальных звуковых сигналов на основе смещения спектральной вырезки и результатов аудиологического обследования не выявил однозначной связи между способностью к локализации данных сигналов, возрастом и слуховой чувствительностью слушателей. Уровень опознания сигналов с изменяющимся по ширине и мощности спектральным максимумом у пожилых слушателей был сопоставим с таковым у молодых слушателей. Предполагается, что возрастное снижение частотного разрешения у пожилых людей, проявляющееся в трудностях анализа спектральных вырезок при локализации по вертикали, может быть компенсировано за счет анализа низкочастотных компонентов передаточных функций.
Ключевые слова: пространственный слух, вертикальная плоскость, виртуальное движение, возрастные изменения слуха.
ВВЕДЕНИЕ
Наши представления о возрастных изменениях пространственного слуха человека основаны главным образом на данных работ по локализации только неподвижного источника звука и только в горизонтальной плоскости (Abel, Hay, 1996; Noble et al., 1994; Abel et al., 2000). На основании данных этих работ известно, что возрастное снижение способности человека к локализации источника звука в горизонтальной плоскости проявляется достаточно рано - с третьей декады жизни. Тем не менее суммарное возрастное снижение точности локализации источника звука не так велико и составляет 12-15% от периода половой зрелости к восьмой декаде жизни. Влияние возраста на локализацию источника звука в вертикальной плоскости не исследовалось. Можно предположить, что локализация источника звука по вертикали будет страдать в большей степени из-за особенностей механизма локализации. В отличие от горизонтальной плоскости, где положе-
ния источника звука определяется на основе би-науральных признаков локализации (межушных различий по времени и интенсивности стимуляции), в вертикальной плоскости положение источника звука определяется на основе монау-ральных спектральных признаков (Middlebrooks, Green, 1991). Спектральные признаки локализации являются атрибутами передаточных функций головы, отражающих дирекционально зависимое преобразование широкополосных звуковых сигналов при их переходе из свободного звукового поля к барабанной перепонке. Спектральный профиль передаточных функций представляет собой ряд широких и пологих спектральных максимумов (пиков) и острых и глубоких локальных спектральных минимумов (вырезок), которые варьируют по частотной оси в зависимости от положения источника звука. Максимальное усиление обычно наблюдается на частотах между 2 и 5 кГц, провалы спектральной энергии - в более высокочастотной области. Считается, что первый спектральный минимум, варьирующий в диапазоне 6-
12 кГц, имеет у человека наибольшую локализа-ционную значимость (Musicant et al., 1990). Вместе с тем известно, что слуховая чувствительность человека падает с возрастом и повышение порогов слышимости особенно выражено для высоких частот (Patterson, 1982; Stelmachowicz, 1989). Частотная избирательность слуховой системы, т.е. способность выделять индивидуальные частотные компоненты из спектрально сложных звуков, также снижается с возрастом. Прогрессивное снижение частотной избирательности начинается после 55 лет, и по-видимому, протекает параллельно с изменением аудиограммы (Patterson, 1982). В результате люди старшего возраста могут испытывать трудности с анализом высокочастотной спектральной информации, необходимой для локализации источника звука в вертикальной плоскости.
Задача настоящей работы - определить, в какой мере пожилые люди сохраняют способность к локализации источника звука в вертикальной плоскости и какие параметры передаточных функций они при этом используют. Для ответа на этот вопрос мы выполнили психофизическое исследование с участием слушателей в возрасте 57-73 лет. В качестве стимулов использовались звуковые сигналы, имитирующие движение источника звука в вертикальной плоскости. Имитация движения осуществлялась либо на основе фильтрации импульсов шума неиндивидуализированными передаточными функциями головы, отражающими последовательные положения источника звука (неиндивидуализи-рованные виртуальные стимулы), либо и на основе динамических изменений в импульсах шума, воспроизводящих основные элементы передаточных функций (синтетические виртуальные стимулы). Мы также пытались установить соответствие между состоянием слуховой системы слушателей и их способностью к локализации движущихся виртуальных стимулов.
МЕТОДИКА
В экспериментах участвовало десять испытуемых в возрасте 57-73 лет (трое мужчин, семь женщин, средний возраст - 65 лет). Слуховую чувствительность испытуемых оценивали при помощи тональной пороговой аудиометрии (верхний предел измерений - 10 кГц, клинический аудиометр МА-31, Германия).
В качестве стимулов использовали специально синтезированные звуковые сигналы, имитирующие движение источника звука в вертикальной плоскости. Сигналы были сформированы из 17 импульсов широкополосного шума (ширина полосы 0.5-16 кГц), длительность каждого импульса составляла 50 мс, время нарастания-спаде-
ния 5 мс. Для того чтобы обеспечить непрерывность звучания сигналов, импульсы шума частично перекрывались. Общая длительность сигналов составляла 940 мс. Схемы формирования сигналов приводились нами ранее (Малинина и др., 2009).
Для имитации движения при помощи передаточных функций головы использовали комплекты функций, записанные отдельно для правого и левого уха у слушателя № 119 (банк передаточных функций предоставлен "CIPIC" лабораторией университета Калифорнии, США). Передаточные функции отражали последовательные положения источника звука с шагом 5.6° между точками пространства с координатами по элевации от -45 до +45°. По результатам предварительной оценки 23-х неиндивидуализированных виртуальных стимулов направление движения виртуального сигнала № 119 опознавалось молодыми и пожилыми слушателями с наибольшей вероятностью. Поэтому данный не-индивидуализированный сигнал использовался как образец для создания и оценки синтетических сигналов. Сонограмма и аналоговая форма сигнала № 119 для левого уха приводятся на рис. 1, а, 1 и б, 1. Диапазон смещения первой спектральной вырезки в сигнале № 119 составлял 6-12 кГц для левого уха и 6-11 кГц - для правого. Величина изменения мощности сигнала составляла 7.4 дБ для левого уха и 4.8 дБ для правого, время изменения мощности - 910 мс для обоих ушей. При имитации движения вверх спектральная вырезка смещалась в сторону высоких частот, мощность сигнала нарастала. При имитации движения вниз все изменения носили обратный характер.
В шести синтетических виртуальных стимулах движение имитировали только при помощи регулярного смещения спектральной вырезки в импульсах шума. Были созданы три пары сигналов со смещением вырезки в трех частотных диапазонах: 5-8 кГц; 5-10 кГц; 5-12 кГц (в одном из сигналов ширина вырезки составляла 1 кГц, глубина - 40 дБ относительно основного уровня, в другом - ширина вырезки составляла 2 кГц, глубина - 20 дБ). Мощность всех шести сигналов не изменялась во времени. Сонограмма и электрическая форма одного из сигналов с постоянной мощностью представлены на рис. 1, а, 2 и 2, б, 2 соответственно. Диапазон смещения вырезки в сигнале - 5-12 кГц, ширина вырезки - 2 кГц.
В двух синтетических виртуальных стимулах для имитации движения использовали сочетание регулярного смещения спектральной вырезки в диапазоне 5-12 кГц и изменения ширины спектрального максимума за счет смещения его верхней границы в диапазоне 4-8 кГц. Нижняя граница спектрального максимума проходила на частоте 2.5 кГц и оставалась постоянной. Одновременно со смещени-
100 200 300 400 500 600 700 800 900 мс
100 200 300 400 500 600 700 800 900 мс
Рис. 1. Спектральные (а) и аналоговые (•) формы звуковых сигналов, имитирующих движение источника звука вверх. 1 - движение виртуальных звуковых стимулов имитируется на основе передаточных функций головы субъекта № 119; 2 - за счет регулярного смещения спектрального минимума в импульсах шума; 3 - за счет регулярного смещения спектрального минимума и расширения спектрального максимума в сторону высоких частот, а также увеличения мощности его спектральных компонентов.
На а - по оси абсцисс - время, мс; по оси ординат - частота, кГц; более темные участки сонограмм соответствуют ослаблению частотных компонентов сигнала, более светлые - усилению. На • - по оси абсцисс - время, мс; по оси ординат - амплитуда, дБ.
1
2
3
ем верхней границы спектрального максимума избирательно увеличивали мощность всех его спектральных компонентов относительно общего уровня шума. Максимальное превышение мощности спектрального максимума над общим уровнем шума составляло 12 дБ.
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.