^^^^^^^^^^ СЛУХОВАЯ
И ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СИСТЕМЫ
612.821
ПОРОГИ ЭХА ДЛЯ СИГНАЛОВ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ САГИТТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
© 2007 г. М. Ю. Агаева, Я. А. Альтман
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 199034, Санкт-Петербург наб. Макарова, 6 E-mail: agamu@infran.ru, altman@infran.ru Поступила в редакцию 27.12.2006 г.
В настоящей работе рассматривались результаты исследования одного из механизмов помехоустойчивости, а именно, эффекта предшествования. Измерялись пороги эха для шумовых сигналов длительностью 5, 10, 20 и 100 мс с шириной полосы от 5 до 20 кГц. Два динамика, симулирующие прямой и отраженный звуки, располагались в вертикальной сагиттальной плоскости напротив головы слушателя с углом подъема 0° и над головой с углом подъема 90°. На один из динамиков шумовые посылки подавались без задержки (прямой звук), а на другой динамик с задержкой (отраженный звук). Задержка была 0 (т.е. без задержки), 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 мс. Кроме того, использовалась задержка 125 мс для сигналов длительностью 100 мс. Величина порогов эха для сигнала длительностью 5 мс составила 5.9 мс. С увеличением длительности сигнала величина порога эха увеличивалась и для сигнала длительностью 100 мс была 13.4 мс.
Ключевые слова: эффект предшествования, порог эха, вертикальная плоскость.
СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2007, том 21, № 3, с. 215-219
УДК
Эффект предшествования или "закон первой волны" считается одним из проявлений помехоустойчивости слуховой системы. Эффект состоит в следующем: в помещении (например, комнате), исходящий от источника звук и его отражения от различных поверхностей (стены, потолок, пол, и т.д.) воспринимаются слушателем как один слитный звуковой образ, идущий от источника, а не как раздельные слуховые события, идущие с разных сторон. Звук от источника первым доходит до ушей слушателя, отраженные волны приходят с задержкой в несколько миллисекунд. Кажущееся положение звучащего источника будет определяться направлением первого фронта волны, достигшего ушей, хотя человек способен заметить различия в "окраске" качественно слышимого звука, возникающие при изменении числа отражений (Блауэрт, 1979; Zurek, 1987).
Для исследования эффекта предшествования довольно широко используется установка из нескольких (обычно двух) динамиков, которая упрощенно имитирует ситуацию с прямым и отраженным звуками. Один из динамиков, включаемый первым, излучает прямой звук (т.е. звук, идущий без задержки), а другой, включаемый после определенной задержки, симулирует одно отражение.
Эффект предшествования как функция временной задержки между прямым и отраженным звуками обычно исследуется по одному из трех направлений: подавление эха, локализация доми-
нанты и различение запаздывания (Yang, Grantham, 1997).
- Подавление эха состоит в исследовании: воспринимаются ли прямой и отраженный звуки как один слитный звуковой образ (СЗО) или как два раздельных звуковых события. В данном случае обычно определяется порог эха, т.е. задержка звучания отраженного звука, при которой у слушателя один воспринимаемый СЗО начинает распадаться на два сигнала.
- Локализация доминанты - в какой мере слушатель будет правильно указывать положение динамика, излучающего прямой звук, при восприятии СЗО, созданного комбинацией прямого звука и "отражений".
- Различение запаздывания - в какой степени небольшие изменения расположения источника отраженного звука могут быть заметны.
Эффект предшествования довольно широко исследовался во второй половине XX века (см. обзор Litovsky et al., 1999). Однако практически во всех работах использовались звуковые сигналы, расположенные в горизонтальной плоскости. В этой плоскости локализация источника основывается на межушных различиях стимуляции по времени и интенсивности (Альтман, 1983, Middle-brooks, Green, 1991). В вертикальной плоскости локализация происходит за счет изменений спектра сигнала. Повышение энергии в области одних частот и понижение в области других возникают
вследствие отражений звуковых волн, в основном от ушной раковины, а также от головы и туловища (Roffler, Butler, 1968; Gardner, Gardner, 1973; Asano et al., 1990; Middlebrooks, Green, 1991; Альтман и др., 2005).
К настоящему времени всего несколько работ посвящено исследованию эффекта предшествования в вертикальной плоскости. В первой работе Блауэрта (Blauert, 1979) было показано, что локализация определяется преимущественно звуковой волной, приходящей первой к слушателю, не только для звуков, находящихся справа и слева, т.е. в горизонтальной плоскости, но также звуков, идущих спереди и сзади (медианная плоскость). Таким образом, было установлено, что эффект предшествования действует и при отсутствии бинауральных различий стимуляции. В недавних работах (Litovsky et al., 1997a; Litovsky et al., 1997b) была измерена локализация доминанты и были получены данные, показывающие, что при задержке в 1-2 мс процент ответов, указывающих на ведущий динамик, был максимален. Однако в вертикальной сагиттальной плоскости он был несколько ниже, чем когда динамики были расположены в горизонтальной плоскости. При увеличении времени задержки до 5 мс испытуемые начинали слышать второй щелчок. Данный эффект наблюдался при расположении источников звука как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
К настоящему времени известна только одна работа, в которой был измерен порог эха для непрерывно звучащей речи при расположении источников звука в вертикальной плоскости (Rakerd et al., 2000). Испытуемые уменьшали интенсивность непрерывно звучащей речи, идущей от отстающего источника, до тех пор, пока они почти не слышали "эхо".
Таким образом, порог эха для звуковых сигналов, за исключением речевых сигналов, не определялся. Известно, что в горизонтальной плоскости величина порога эха возрастала с увеличением длительности сигнала (см. обзор Litovsky et al., 1999). Если предположить, что механизм, лежащий в основе действия эффекта предшествования, работает вне зависимости от локализацион-ных признаков прямых и отраженных сигналов (т.е. межушных различий по времени или интенсивности и изменения спектра), то пороги эха в вертикальной плоскости должны отражать такую же зависимость, как и в горизонтальной плоскости.
Задача настоящей работы - определение границ восприятия эха при расположении источников звука в вертикальной сагиттальной плоскости для сигналов разной длительности.
МЕТОДИКА
В экспериментах принимало участие девять человек (шесть женщин и трое мужчин) с нормальным слухом в возрасте от 25 до 36 лет.
Эксперименты проводили в анехоидной камере размером 3 х 3 х 4.5 м.
На дуге, установленной в вертикальной плоскости, равномерно были расположены 55 динамиков с близкими частотными характеристиками. Радиус дуги был 1 м и общее угловое расстояние - 180°. Во время эксперимента слушателя располагали под дугой в кресле таким образом, что медианная плоскость испытуемого и плоскость дуги совпадали. Кресло устанавливали так, чтобы голова слушателя находилась в центре полуокружности, описываемой дугой, а первый и последний динамики были расположены на уровне головы спереди и сзади от испытуемого, т.е. угол подъема (элевации) относительно межушной линии был 0 и 180° соответственно.
Прямой и отраженный звуки создавали при помощи двух динамиков. Один динамик располагался прямо перед головой испытуемого с углом подъема 0°. Второй находился над головой испытуемого с углом подъема 90°.
В качестве сигнала использовали белый шум, синтезированный цифровым способом с частотой дискретизации 44.1 кГц, который затем был отфильтрован с полосой пропускания от 5 кГц и выше. Характеристику фильтра подбирали таким образом, чтобы на 5 кГц заглушение составляло 100 дБ, а на 6 кГц - 0 дБ. Из этого шума были созданы звуковые посылки длительностью 5, 10, 20 и 100 мс с фронтом нарастания и спада - 2 мс. Интенсивность сигнала была установлена на уровне 53 дБ относительно 20 мкПа.
Шумовые посылки на один из динамиков подавали без задержки (создавая прямой звук), на другой динамик - либо без задержки, либо с задержкой 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 125 мс от начала звучания первого динамика (создавая "отраженный звук"). Задержку в 125 мс использовали только для сигналов длительность 100 мс. Таким образом, один звуковой стимул состоял из "прямого" и "отраженного" звуков, причем последний подавали с определенной задержкой.
Каждый эксперимент состоял из четырех серий, серия длилась 15 мин. В каждой серии шумовые посылки были одной длительности. Сигналы подавали испытуемому в случайном порядке, также в случайном порядке меняли динамики, излучающие "прямой" и "отраженный" звуки. Для определения порогов эха был использован метод постоянных раздражителей. Каждому испытуемому, каждый звуковой стимул и каждую комбинацию динамиков подавали 20 раз.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
5 10 20
100 мс
10 20 30 40 50 60
Рис. 1. Кумулятивные кривые, полученные по одному из испытуемых для разной длительности. По оси абсцисс - время задержки звучания второго динамика в мс; по оси ординат - вероятность ответа "один"; 5, 10, 20 и 100 мс обозначения длительности сигнала.
мс 16 14 12 10 8 6 4 2 0
4
10
20 100 мс
Рис. 2. Среднее значение порогов эха, усредненное по всем испытуемым.
По оси абсцисс - длительность сигнала; по оси ординат - время задержки звучания второго динамика. Вертикальные черточки показывают величину стандартной ошибки.
Испытуемого просили прослушать сигнал и сообщить, сколько звуков он слышит: один или два. Ответ "два" просили давать в том случае, когда испытуемый слышал два последовательных раздельных сигнала, два звучащих одновременно, а также если он ощущал движение СЗО по дуге. Ответ "один" просили давать только в том случае, когда слушатель мог сказать, что он слышит один неподвижный звуковой образ, "идущий" от одного динамика.
Перед первым экспериментом все испытуемые тренировались различать сигнал длительностью 5 мс в течение 30 мин, а затем перед каждым экспериментом проводили тренировку в течение 15-20 мин для каждого сигнала, которую всегда начинали с сигналов с максимальной задержкой, поэ
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.