СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2014, том 28, № 4, с. 3-12
_ СЛУХОВАЯ _
СИСТЕМА
УДК 612.85
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СЛУХА ЧЕЛОВЕКА ПО РАССТОЯНИЮ ПРИ ПРИБЛИЖЕНИИ И УДАЛЕНИИ ЗВУКОВЫХ ОБРАЗОВ РАЗНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА
© 2014 г. И. Г. Андреева, А. В. Бахтина, А. П. Гвоздева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии
и биохимии им. И.М. Сеченова РАН 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, д. 44 E-mail: ig-andreeva@mail.ru
Поступила в редакцию 30.06.2014 г.
Разрешающая способность слуха человека при оценке расстояния до источника звука ранее была определена для источников, обладающих широкополосным спектральным составом. Для расстояний в несколько метров дифференциальные пороги оцениваются в 6-15% (Ashmed et al., 1990; Strybel, Perrott, 1984). В нашей работе относительные дифференциальные пороги восприятия приближения и удаления звуковых образов (последовательностей широкополосных импульсов) со скоростями менее 1 м/с составили 7 и 20%, т.е. были близки к оценкам для неподвижных широкополосных источников. Величины порогов по расстоянию практически не изменялись в том случае, когда моделирование движения выполняли импульсными последовательностями шума в диапазонах частот 0.05-1.0 и 3.0-20.0 кГц, а также при ширине спектра шума в одну октаву с центральной частотой 8.0 кГц. Для последовательностей импульсов октавного шума с центральной частотой 2.0 кГц пороги увеличились, а для шума с центральной частотой 0.5 кГц - они отличались почти вдвое от остальных значений. Таким образом, пространственное разрешение при приближении и удалении источников звука зависело от спектрального состава источника звука. Полученные различия в относительных дифференциальных порогах для октавных шумов свидетельствуют о важной роли высоких частот при оценке расстояния.
Ключевые слова: пространственный слух, локализация движущегося источника звука, пространственная разрешающая способность, движение звукового образа, пороги слухового восприятия.
ВВЕДЕНИЕ
Пространственная разрешающая способность является одной из основных характеристик локализации источника звука. Дифференциальные пороги по оценке расстояния до неподвижного источника звука в условиях свободного поля измеряли в ряде исследований. В диапазоне расстояний от полуметра до шести метров относительные дифференциальные пороги для источника широкополосного шума уменьшались с увеличением расстояния до источника звука от 19 до 6% (81гуЪе1, РеггоИ, 1984). Более поздние измерения, выполненные с применением адаптивной пороговой процедуры и с близкими параметрами стимуляции, показали для расстояний 1 и 2 м одинаковые относительные дифференциальные пороги 6 ± 4%, которые характеризовались значительным разбросом данных внутри группы испытуемых
(Ashmed et al., 1990). Индивидуальный разброс данных во втором исследовании позволяет считать результаты обеих работ хорошо согласованными друг с другом. При оценке расстояния до неподвижного источника речевого сигнала ошибка в оценке расстояния, наоборот, увеличивалась от 3-5% до 7-15% при увеличении эталонного расстояния от метра до восьми метров (Cochran et al., 1968). Увеличение ошибки в оценке расстояния с удалением источника от слушателя отмечено и в ряде других работ (Coleman, 1963; Holt, Thurlow, 1969; Gardner, 1969; Mershon, Bowers, 1979). Все это указывает на неоднозначность в оценке расстояния и ее значительную зависимость от процедуры, условий тестирования и, весьма вероятно, от спектрального состава источника звука.
Измерение дифференциальных порогов по расстоянию для движущихся в радиальном направ-
лении звуковых источников выполнялось в единственном исследовании. Для расстояний от 61 до 213 см от центра головы слушателя дифференциальные пороги при медленном (несколько см/с) перемещении со случайной сменой направления звукового источника уменьшались от 33 до 13% (Simpson, Stenton, 1973). Особенностью методики в этой работе была оценка испытуемыми расстояния в баллах по сравнению с эталонным, что, возможно, повышало величину ошибки испытуемого при определении порогов. Применение в качестве звуковых стимулов тональных импульсов с частотой 0.8 или 1.6 кГц также могло повлиять на результаты. Одним из важных выводов упомянутой выше работы было то, что пороги при приближении источника звука к слушателю оказались существенно меньше, чем при удалении.
Дифференциальные пороги измеряли по другой пространственной координате - по азимуту. В области максимальной чувствительности - около 0о, они составили 1-3о для неподвижных широкополосных источников звука (Mills, 1958), а для движущихся с небольшой скоростью - 10-20%, пороги были равны 6-9о (Chandler, Grantham, 1992). Сопоставление этих данных с приведенными выше результатами оценки порогов по расстоянию позволяют предположить следующее. При локализации звука человеком пространственная разрешающая способность, оцененная по относительным дифференциальным порогам для движущихся источников звука, оказывается значительно выше, чем для неподвижных источников, даже если скорости движения невелики. Однако методические особенности работы (Simpson, Stenton, 1973), связанные со способом формирования движения и с применением тональных посылок как источника звука, требуют проверки этого утверждения.
Исследования по оценке расстояния до источника звука и измерению соответствующих дифференциальных порогов были выполнены с использованием звуковых источников с разным спектральным составом - широкополосного шума (Strybel, Perrott, 1984; Ashmed et al., 1990), речевого сигнала (Gardner, 1969), тональных посылок (Simpson, Stenton, 1973). В то же время систематического анализа влияния спектрального состава сигнала на оценку разрешающей способности по расстоянию не проводилось. Известно, что изменение спектрального состава сигнала может влиять на оценку удаленности источника звука (Кожевникова, 1990). Повышение частоты вызывает как субъективное увеличение (Bekesy, 1960; Haustein, 1969), так и уменьшение расстояния до
источника (Coleman, 1963, 1968; Mershon, King, 1975). Неоднозначность влияния спектра сигнала обусловлена разными физическими процессами распространения звука и зависит от расстояния от источника до слушателя (Блауэрт, 1979).
Наиболее значимыми с точки зрения принятия решения о контакте со звуковым источником, т.е. о неизбежности столкновения с ним или возможности его избежать, являются расстояния от одного до пяти метров. В этом диапазоне роль спектрального состава источника звука в оценке расстояния неясна. В нашей работе была поставлена задача по выполнению оценки относительных дифференциальных порогов при приближении и удалении источников звука разного спектрального состава в одинаковых методических условиях.
МЕТОДИКА
Исследования были проведены с участием 15 здоровых испытуемых обоего пола в возрасте от 17 до 50 лет с нормальным слухом (5 мужчин и 10 женщин). Состояние слуха оценивали при помощи тональной аудиометрии на клиническом аудиометре Pracitronic MA-31.
Радиальное движение источника звука имитировали, подавая на два динамика импульсные последовательности шума, меняющиеся по амплитуде в противоположном направлении (Altman, Andreeva, 2004). В звукозаглушенной анэхоидной камере объемом 62.2 м куб. динамики располагали на расстоянии 1.0 и 4.5 м от испытуемого на уровне его головы (0о азимута, 0о элевации). Ослабление уровня наружных шумов в камере составляло не менее 40 дБ в диапазоне частот от 0.5 до 16.0 кГц. При имитации приближения амплитуда сигнала линейно возрастала на ближнем и одновременно убывала на дальнем излучателе. Удаление моделировали аналогичным образом, изменяя амплитуду на динамиках в обратном направлении. Модели движения (звуковые образы, в английской версии "sound images") представляли собой последовательности импульсов полосовых шумов длительностью 41 мс с периодом повторения 50 мс. В сигналах, имитирующих движение, отношение максимального уровня интенсивности к минимальному в начале и конце сигнала составляло 3, 6 или 9 дБ на ближнем динамике и 2, 4 или 6 дБ на дальнем соответственно. Суммарный уровень интенсивности сигналов в месте прослушивания изменялся от начала к концу звукового образа на 1, 2 и 3 дБ, что позволяло формировать медленное движение со скоростями, не превы-
шающими 1 м/с. Одна пара последовательностей импульсов с постоянной амплитудой звукового давления создавала неподвижный звуковой образ. Длительность всех семи звуковых образов была одинаковой и составляла 0.991 с. Были выполнены три экспериментальные части работы, в которых спектральный состав звуковых образов различался.
В первой части работы применяли импульсные последовательности широкополосного белого шума (0.02 - 20.0 кГц), в ней участвовали шестеро испытуемых. Максимальный уровень интенсивности сигналов в месте прослушивания составлял 62 дБ УЗД.
Во второй экспериментальной части использовали последовательности импульсов полосового шума в диапазонах низких (0.05-1 кГц) и высоких (3-20 кГц) частот с участием восьми испытуемых. Наклон срезов полосовых шумов составлял 60 дБ на октаву для частоты 50 Гц, 80 дБ на частоте 1000 Гц и 160 дБ на частоте 3000 Гц. Перед началом экспериментов при участии трех опытных испытуемых было выполнено выравнивание громкости стимулов с разным спектральным составом так, чтобы громкость полосовых шумов соответствовала громкости широкополосного шума из предыдущей части работы. Максимальный уровень интенсивности для равногромких звуковых образов в месте расположения головы испытуемого составил 65 и 72 дБ УЗД соответственно для низко- и высокочастотных сигналов.
В третьей экспериментальной части задействовали последовательности импульсов октав-ного шума с центральными частотами 0.5, 2.0 и 8.0 кГц, в экспериментах участвовало восемь испытуемых. Перед началом исследования также было выполнено выравнивание громкости звуковых образов при участии двух опытных испытуемых с нормальным слухом. Максимальный уровень интенсивности для равногромких звуковых образов в месте расположения головы испытуемого составил 60, 58 и 67 дБ УЗД соответс
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.