СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2009, том 23, № 3, с. 181-185
ВОСПРИЯТИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
УДК 612.821
ПОРОГИ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХА ДЛЯ СЕРИИ ШУМОВЫХ ПОСЫЛОК В ВЕРТИКАЛЬНОЙ САГИТТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
© 2009 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 24.02.2009 г.
В работе были измерены пороги обнаружения эхового сигнала (порог эха) для четырех сигналов, состоящих из серии шумовых посылок. Сигналы различались длительностью шумовых посылок в серии. Величина посылки первого сигнала была 5 мс, второго - 10 мс, третьего - 20 мс и четвертого - 100 мс. Для создания "прямого" и "отраженного" сигнала (эхо) были использованы два динамика, расположенные в 0 и 90° по элевации относительно головы слушателя в медиальной сагиттальной плоскости. Наибольший порог эха наблюдался для сигнала с длительностью шумовой посылки 100 мс и составлял 13.2 мс. Пороги эха для сигналов с длительностью посылок 5, 10 и 20 мс были 8.8, 8.1 и 9.7 мс соответственно и достоверно не различались.
Ключевые слова: порог обнаружения эхового сигнала, увеличение подавления эхового сигнала, вертикальная плоскость.
Эффект предшествования, или "закон первой волны", считается одним из основных проявлений помехоустойчивости слуховой системы. Эффект состоит в следующем: "прямой" и "отраженные" от многочисленных поверхностей звуки (например, в помещении - от стен, потолка и т.д.) воспринимаются не как отдельные звуковые события, идущие с разных сторон, а как один слитный звуковой образ, идущий от источника звука. Направление звуковой волны, первой достигшей слушателя, определяет положение источника звука.
Обычно для исследования эффекта предшествования используются два динамика, расположенные на одинаковом расстоянии от слушателя. Это упрощенно имитирует ситуацию с прямым и отраженным звуком. Один из динамиков излучает "прямой" звук, а другой - "отраженный", таким образом, подается пара сигналов (прямой и отраженный). Сигналы одинаковы, но начало отраженного сигнала сдвинуто относительно начала прямого сигнала на некоторое время. Если задержка отраженного сигнала составляет 1 мс от начала звучания прямого сигнала, то воспринимаемое положение звукового образа определяется источником, излучающим прямой звук. При увеличении задержки положение звукового образа практически не меняется, а затем звуковой объект распадается на две части, которые локализуются в разных направлениях. Наименьшая задержка, при которой звуковой образ распадается на две части, называется порогом обнаружения
эхового сигнала (Блауэрт, 1979; Litovsky et al., 1999). Временные значения порога обнаружения эхового сигнала зависят от частоты (Blauert, Di-vinye, 1988; Schubert, Wernick, 1969) и длительности стимула (Schubert, Wernick, 1969), а также зависят от постановки задачи и инструкций, данных испытуемым (Litovsky et al., 1999). К настоящему времени изучению эффекта предшествования было посвящено довольно большое количество работ, в которых сигналом служил либо один щелчок, либо одна шумовая посылка (Агаева, 2008; Агаева, Альтман, 2008; Litovsky et al., 1999). Однако недавно в ряде исследований при использовании в качестве сигнала серии щелчков или серии шумовых посылок был обнаружен феномен, который был назван "увеличение подавления эхового сигнала" (buildup of echo suppression) (Freyman et al., 1991, Litovsky et al., 1999). В этих работах подавали серию пар щелчков. Пара состояла из прямого и отраженного щелчков. При увеличении числа пар в серии, величина порога обнаружения эхового сигнала увеличивалась и достигала максимума, когда количество пар было равно 12. При дальнейшем увеличении числа пар в серии величина порогового значения практически не менялась. Подобное увеличение порога обнаружения эхового сигнала было названо увеличение подавления эхового сигнала (УПЭС). При исследовании этого феномена было обнаружено, что частота следования щелчков в серии и длительность самой серии щелчков тоже влияют на увеличение порога обнаружения эхового сигнала,
а 90°
\
ю [>
Прямой сигнал
111111111 I
Отраженный
сигнал —^
Задержка
750 мс
Рис. 1. я - Схематическое изображение излучателей прямого и отраженного звука; б - схема прямого и отраженного сигнала.
однако это влияние минимально (Clifton, Freyman, 1997). В основном исследование этого феномена проводили в горизонтальной плоскости. Задача данной работы - наблюдается ли подобный феномен в вертикальной сагиттальной плоскости и оказывает ли на него влияние длительность шумовой посылки в серии сигналов.
МЕТОДИКА
В экспериментах принимали участие девять человек с нормальным слухом, из них шесть женщин и трое мужчин в возрасте от 25 до 36 лет. Различия в порогах слышимости, измеренные у каждого испытуемого на двух ушах, не превышали 2 дБ.
Эксперименты проводили в анехоидной камере размером 3 х 3 х 4.5 м. В камере была установлена дуга, на которой расположены 53 динамика с близкими частотными характеристиками, так что расхождение между частотными характеристиками не превышало ±6 дБ. Угловое расстояние между динамиками на дуге составляло 3.46°. Радиус дуги составлял 1 м. Дуга была установлена таким образом, что когда испытуемый садился в кресло, находящееся под дугой, плоскость дуги совпадала с вертикально сагиттальной плоскостью испытуемого. Первый динамик находился перед головой испытуемого (0° по азимуту относительно средней линии головы и 0° по элевации относительно межушной линии) и соответственно последний динамик находился за головой испытуемого (0° по азимуту и 180° по элевации). Из этого набора динамиков были выбраны два, которые излучали "прямой" и (или) "отраженный"
звуки. Координаты первого были: 0° по азимуту и 0° по элевации. Координаты второго - 0° по азимуту и 90° по элевации (рис. 1, а). В экспериментах были использованы две конфигурации динамиков. В первой - ведущий динамик находился прямо напротив испытуемого, а запаздывающий динамик был над головой испытуемого. Во второй - ведущий и запаздывающий динамики менялись местами.
В качестве сигнала использовали белый шум, синтезированный цифровым способом с частотой дискретизации 44.1 кГц, который затем был отфильтрован с полосой пропускания от 5 до 18 кГц. Характеристику фильтра устанавливали таким образом, чтобы на частоте 5 кГц подавление составляло 100 дБ/кГц, поскольку локализация источника звука в вертикальной плоскости основывается на спектральных изменениях в области звуковых частот от 5-6 кГц и выше (Asano et al., 1990; Middlebrooks, Green, 1991; Альтман и др., 2005). Сверху частотная полоса сигнала была ограничена характеристиками динамиков на 18 кГц. Из шума были созданы звуковые посылки длительностью 5, 10, 20 и 100 мс. Фронт нарастания и спада был 2 мс. Интенсивность была установлена на уровне 54 дБ относительно 20 мкПа, как наиболее комфортная для испытуемых. Измерения проводили при помощи аппаратуры фирмы RTF (Германия) с использованием конденсаторного микрофона типа МК-202, микрофонного усилителя типа 040011 и измерительного модуля типа 05004. Измерения проводили в точке, соответствующей центру головы испытуемого.
Шумовые посылки всегда подавали парой. Одну - с одного из динамиков (ведущего), а другую -из второго запаздывающего динамика симулирующего отражение. В паре вторая шумовая посылка подавалась с задержкой от начала звучания первой. Значение задержки было 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 мс. Для шумовой посылки длительностью 100 мс также была использована дополнительная задержка в 125 мс. Для определения порогов эха для эффекта УПЭС испытуемому сначала подавали серию шумовых посылок с частотой 4/с, состоящую из десяти пар, а затем после перерыва в 750 мс подавали тестовую пару (рис. 1, б). Шумовые посылки в тестовой паре и в начальной серии были одинаковы. Величина задержки между прямым и отраженным звуком в серии каждой пары и в тестовой паре тоже была одинакова. Испытуемый в этом случае должен был прослушать серию и тестовую пару посылок, но сказать слышит ли он один звук или два только относительно тестовой пары.
Порог определялся методом "постоянных стимулов" (Бардин, 1976). Для определения порога каждая величина задержки подавалась 20 раз в псевдослучайном порядке. Значение порога опре-
мс 16
14
12
10
8
6
4
2
0
10
20
100 мс
мс 16
14
12
10
8
6
4
2
0
- 1 т т
- 1 1 1
10
20
100 мс
5
5
Рис. 2. Пороги эха для серии звуковых посылок (эффект "увеличения подавления эха").
Ось абсцисс - длительность шумовой посылки. Ось ординат - величина порога эха, мс. Вертикальные черточки показывают величину стандартного отклонения.
деляли при помощи способа наименьших квадратов. Максимальные задержки 64 мс для посылок длительностью 5, 10, 20 и 125 мс для посылки длительностью 100 мс не учитывались при расчете порога. В эксперименте они использовались для контроля. Если испытуемый, который при данных задержках всегда различал два звука в паре, давал ответ "один", то эксперимент прекращали и делали перерыв, затем повторяли. Величина порога эха соответствовала 50%-ной вероятности ответа для одного звукового сигнала (Бардин, 1976). Статистическую оценку данных проводили посредством однофакторного дисперсионного анализа с повторными измерениями (one way ANOVA, repeated measures).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 2 представлены пороги эха для каждой длительности шумовой посылки отдельно. Как видно из рисунка, наибольшее значение порога было для сигнала длительностью 100 мс, а наименьшее для сигнала длительностью 10 мс. Однако определенных различий в величине порога эха для сигналов длительностью 5, 10 и 20 мс не наблюдалось. Пороговые значения для данных сигналов составляли 8.8, 8.1 и 9.7 мс соответственно. Согласно статистическому анализу достоверно различались (p < 0.01) пороги для сигналов с длительностью посылки 20 и 100 мс. В остальных случаях достоверных различий в величине порогов не было обнаружено.
Если сравнить полученные значения порогов в данной работе, в которой стимулом была серия шумовых по
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.