СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2008, том 22, № 1, с. 60-69
СЛУХОВАЯ И ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СИСТЕМЫ
УДК 612.85
ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ НА ЧАСТОТНУЮ РАЗРЕШАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СЛУХА ЧЕЛОВЕКА: БИНАУРАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ УРОВНЕЙ МАСКИРОВКИ
© 2008 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 05.06.2007 г.
Исследовано влияние шумовых помех на частотную разрешающую способность (ЧРС) слуха человека при различных бинауральных конфигурациях предъявляемых тест-сигналов и помех: при синфазном предъявлении сигнала и помехи на оба уха (конфигурация S0N0) и при синфазном предъявлении тест-сигнала и противофазном предъявлении помехи (конфигурация S0Nn). В качестве тест-сигналов для измерения ЧРС использовали шумы с гребенчатыми спектрами шириной 0.5 октавы (на уровне -3 дБ), с 100%-ной глубиной модуляции спектра и варьирующей плотностью гребней. ЧРС определяли по максимальной различимой плотности гребней спектра, используя тест реверсии фазы гребней. Помехой служил полосовой (0.5 октавы) шум, либо совпадающий по спектральной полосе с тест-сигналом, либо с полосой на 3/4 октавы ниже, либо на 3/4 октавы выше полосы тест-сигнала. Для помехи, совпадающей с тест-сигналом по частотной полосе, наблюдалось пренебрежимо малое бинауральное различие уровней маскировки: эффективность конфигураций S0N0 и S0Nn, оцененная по отношению помеха/сигнал, вызывающему падение ЧРС до 6 отн. ед. вместо 11-12 единиц в контроле, различалась на 2.1 дБ или менее. Для низкочастотной помехи по тому же критерию наблюдалось заметное (до 5.5-6 дБ) бинауральное различие уровней маскировки: конфигурация S0Nn влияла на ЧРС слабее, чем конфигурация S0N0. Высокочастотная помеха была малоэффективной при обеих конфигурациях и в широком диапазоне интенсивностей сигнала и отношений помеха/сигнал. Рассматривается значение влияния помех на ЧРС и бинаурального освобождения от этого влияния для эффективности распознавания звуковых сигналов в шуме.
Ключевые слова: слух, частотная разрешающая способность (ЧРС), маскировка, бинауральное различие уровней маскировки.
ВВЕДЕНИЕ
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. Способность к выделению одного источника звукового сигнала из нескольких в значительной степени обязана бинауральным механизмам пространственного слуха.
Обнаружение сигналов на фоне помех в условиях бинаурального слуха активно исследовалось во многих работах. Результатом этих исследований было, в частности, обнаружение фундаментального факта: успешность выделения сигнала из шума (помех) зависит от интерауральных фазовых соотношений сигнала и помехи. Если сигнал и помеха предъявляются идентично на оба уха, то порог маскировки практически не отличается от такового при монауральном предъявлении сигнала и помехи (Sever, Small, 1979). То же самое наблюдается, если сигнал и помеха предъявляются с интерауральным различием по фазе,
но это различие одинаково для сигнала и помехи: порог маскировки не отличается от такового при монауральном предъявлении. Однако порог маскировки заметно меняется, если интерауральный фазовый сдвиг различен для сигнала и помехи. Этот эффект возникает в том случае, если либо сигнал подается на оба уха синфазно, а шум про-тивофазно, либо наоборот, сигнал противофазно, а шум - синфазно. Этот эффект обозначается как бинауральное различие уровней маскировки (MLD, masking-level difference). Эффект бинаурального различия уровней маскировки детально исследовался во многих работах. Можно упомянуть ряд приоритетных исследований (Licklider, 1948; Hirsh, 1948; Jeffress et al., 1952; Webster, 1951); многочисленные последующие работы суммированы в ряде обзоров (Durlach, 1963, 1972; Durlach, Colburn, 1987).
Для бинауральных конфигураций, используемых в экспериментах по изучению различия уровней маскировки, приняты стандартные обозначения S0N0, SnNn, S0Nn и SnN0, где символы S и N обозначают сигнал (Signal) и шум (Noise), а индексы
0 и п - межушной фазовый сдвиг на 0 и п радиан соответственно. В противофазных конфигурациях S0Nn и SnN0 порог маскировки снижается (в зависимости от характеристик сигнала и шума) на 5-20 дБ по сравнению с одинаковым межушным фазовым сдвигом для сигнала и шума (конфигурации SoNo и SnNn).
Бинауральное различие уровней маскировки играет важную роль в выделении сигнала, представляющего интерес, из массы других одновременно действующих сигналов. В естественной обстановке (т.е. в свободном акустическом поле) межушная разность фаз создается за счет разности акустических задержек в том случае, если источник звука находится в стороне от срединной плоскости головы. Если голова слушателя ориентирована на источник сигнала-цели, то межушная разность фаз для этого сигнала близка к нулю, тогда как для других источников звука, расположенных в стороне от срединной плоскости головы, межушная разность фаз может быть значительной. Этим создаются благоприятные условия для бинаурального освобождения сигнала-цели от маскировки другими сигналами. Разумеется, помимо бинаурального различия уровней маскировки, обусловленного разностью фаз сигнала и помехи, в свободном поле работают и другие механизмы освобождения от маскировки, прежде всего - создание интерауральной разности интен-сивностей за счет экранирования головой. Но и за вычетом эффекта экранирования, чисто бинау-ральные механизмы вносят значительный вклад в освобождение от маскировки (Plomp, Mimpen, 1981; Bronkhorst, Plomp, 1989).
Рассмотренные выше исследования касались действия помех на обнаружение сигнала в шуме. Однако для восприятия звуковых сигналов в естественной обстановке, в том числе восприятия звуков речи человеком, помимо обнаружения сигналов необходимо различение сигналов по их спектрально-временному рисунку. Влияние помех на различение сигналов исследовано слабее, хотя в последние годы значительное внимание уделяется так называемой информационной маскировке. Эффект информационной маскировки проявляется в затруднении распознавания сложных сигналов в тех случаях, когда частотные спектры сигнала и помехи не совпадают, вследствие чего обнаружение сигналов страдает незначительно (Watson, 1987; Durlach et al., 2003; Kidd et al., 2005).
В наших предшествующих работах было показано, что помехи (как совпадающие, так и не совпадающие по спектральному составу с тест-сигналом) могут существенно затруднять не только обнаружение сигнала, но и различение его тонкого спектрального рисунка в результате снижения частотной разрешающей способности (ЧРС) (Супин и др., 2002; 2006; Supin et al., 2001; 2003; 2005). Было также показано, что межушная разность
интенсивностей в условиях дихотической стимуляции приводит к эффективному освобождению от влияния помех на ЧРС (Супин и др., 2007). Важно было установить, возможно ли освобождение от влияния помех на ЧРС в результате интера-урального различия фазового сдвига сигнала и помехи, т.е. бинауральное различие уровней маскировки, и если возможно, то в каких пределах.
Для исследования этого вопроса мы использовали тот же прием измерения ЧРС, что и в предыдущих работах, а именно, определение максимальной различимой плотности гребней в тест-сигналах с гребенчатым спектром, т.е. с спектром, содержащим периодически чередующиеся максимумы и минимумы спектральной мощности (Попов, Супин, 1984, 1987; Supin et al., 1994, 1998, 1999).
Чтобы определить, различается или не различается испытуемым та или иная плотность гребней спектра, использовался тест реверсии фазы гребней. Для этого испытуемому предъявлялся сигнал с гребенчатым спектром, и в некоторый момент времени этот сигнал заменялся другим -также с гребенчатым спектром, но с противоположным положением спектральных пиков и провалов на частотной шкале, т.е. происходила взаимная смена положения спектральных пиков и провалов (реверсия фазы гребней). Это изменение воспринималось испытуемым как некоторое изменение тембра сигнала. Принималось, что реверсия фазы гребней может быть отмечена испытуемым только в том случае, если гребенчатая структура спектра доступна для различения. Если дробность структуры спектра настолько высока, что не доступна для различения (спектральные гребни сливаются в сплошной спектр), то реверсия фазы гребней не может быть обнаружена, поскольку по всем параметрам, кроме положения спектральных пиков и провалов на частотной шкале, сигналы до и после реверсии фазы абсолютно идентичны. Таким образом, наивысшая плотность гребней частотного спектра, при которой испытуемый способен обнаружить реверсию фазы гребней, может быть использована как удобная количественная мера ЧРС.
Цель данной работы - измерение ЧРС слуха человека с использованием теста реверсии фазы гребенчатого спектра при различных интераураль-ных фазовых соотношениях сигнала и помехи.
МЕТОДИКА
Испытуемые. В экспериментах участвовало четверо испытуемых в возрасте от 30 до 55 лет. Все они не имели каких-либо явных признаков аномалии слуха и имели опыт участия в психоакустических измерениях.
Характеристики тест-сигнала и помех. В качестве тест-сигналов использовались шумы с гребенчатыми спектрами (рис. 1, а). Спектральная полоса тест-сигнала была ограничена огибаю-
Спектральная мощность, отн. ед а
j_I_I_I__I
0.5
1 2 Частота, кГц
4 8 10
ширина спектральной полосы. Что касается пологой (косинусоидальной) формы спектральной огибающей, она выбрана потому, что крутые края спектральной полосы могут создавать дополнительные психоакустические эффекты, такие как ощущение высоты звука, соответствующей частоте среза (Small, Daniloff, 1967; Kohlrausch, Houtsma, 1992). На крутых краях спектральных полос также облегчается различение гребенчатой структуры спектра за счет дополнительного эффекта - сдвига реальной границы полосы при реверсии фазы гребней (Supin et al., 1998). Пологая огибающая спектра снижает влияние этих дополнительных эффектов.
В пределах огибающей с указанными
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.