научная статья по теме ПОРОГИ ЭХА, ИЗМЕРЕННЫЕ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ Биология

Текст научной статьи на тему «ПОРОГИ ЭХА, ИЗМЕРЕННЫЕ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ»

ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2008, том 34, № 6, с. 30-36

УДК 612.821

ПОРОГИ ЭХА, ИЗМЕРЕННЫЕ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

© 2008 г. М. Ю. Агаева, Я. А. Альтман

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербург Поступила в редакцию 22.11.2007 г.

Рассматриваются результаты исследования эффекта предшествования при расположении прямого и отставленного во времени (отраженного) сигнала в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В горизонтальной плоскости динамики, излучающие прямой и отраженный звуки, располагались на 45 градусов слева и справа относительно средней линии головы, в вертикальной плоскости - напротив головы испытуемого и над его головой, т.е. 0 и 90 градусов элевации относительно уровня глаз. Показано, что для коротких сигналов длительностью 5 мс временные границы действия эффекта предшествования сходны в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. Для сигналов длительностью более 10 мс значение порогов эха было больше в вертикальной плоскости и достоверно отличалось (p < 0.05) от порогов в горизонтальной плоскости.

Звук, распространяясь в помещении, отражается от различных поверхностей, и в результате к слушателю приходят и прямые звуковые волны, исходящие от источника звука, и отраженные (например, от стен, потолка и т.д.). Несмотря на множество отраженных волн, приходящих с различных направлений, слушатель может довольно точно локализовать источник звука. Слуховая система определяет положение источника по направлению прямого звука и значительно подавляет информацию о направлении отраженных волн, которые приходят с некоторой задержкой (несколько миллисекунд). Таким образом, прямой и отраженный звук воспринимается как один слитный звуковой образ (СЗО), находящийся вблизи реального источника звука. Этот феномен известен как "эффект предшествования" или "закон первой волны" [1-4].

Установка из двух динамиков в анехоидной камере, расположенных на одинаковом расстоянии от слушателя и излучающих одинаковые сигналы, упрощенно имитирует ситуацию с прямым и отраженным звуком. Если динамики излучают прямой и отраженный звук одновременно, то СЗО у слушателя будет находиться строго напротив слушателя. При увеличении времени задержки прихода отраженного сигнала до 1 мс СЗО смещается в сторону динамика, излучающего звук первым, и достигает положения ведущего излучателя (эффект локализации), при дальнейшем увеличении времени задержки между прямым и отраженным сигналом положение СЗО практически не меняется, но становятся заметными изменения в тембре звучания. При дальнейшем увеличении интервала задержки звуковой объект распадается на две части, ощущаемые в разных направлениях (порог слышимости эха).

Таким образом, действие эффекта предшествования ограничено с одной стороны эффектом локализации, с другой стороны - порогом слышимости эха [2, 4].

Интерес к исследованию эффекта предшествования довольно большой, так как этот эффект является одним из существенных механизмов помехоустойчивости и позволяет слушателю локализовать более ранний по времени прихода звуковой волны источник звука из "акустического хаоса". Однако, в основном, исследования проводились в горизонтальной плоскости, т.е. были сфокусированы исключительно на стимулах, содержащих бинауральные признаки [4, 5].

В вертикальной сагиттальной плоскости, в которой источник звука располагается симметрично относительно ушей, локализация происходит не за счет бинауральных различий по времени или интенсивности, как это происходит в горизонтальной плоскости, а за счет изменений спектра сигнала, связанных с элевацией [6, 7]. 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 [7-10].

В 1971 г. Блауэрт [11] показал, что положение источника звука определяется преимущественно по звуковой волне, приходящей первой к слушателю, не только для звуков, находящихся справа и слева относительно эксперта, но также звуков, идущих спереди и сзади. В этой работе динамики располагались прямо напротив головы испытуемого и позади нее. Слушатель должен был сообщить о том, где находится СЗО - напротив него, позади или над ним. При задержке больше, чем 500 мкс, испытуемыми в основном сообщалось о

нахождении СЗО в области динамика, который звучал первым. В этой работе было показано, что закон первой волны действует и при отсутствии бинауральных различий.

В более недавних работах [12-14] была измерена локализация доминанты (ситуация когда слушателя просят выбрать из нескольких динамиков тот, который располагается ближе остальных к воспринимаемому СЗО). "Прямой звук" излучается "ведущим" динамиком, т.е. звучит первым. "Отражение" идет от "отстающего" динамика, звучащего с некоторой задержкой. Положение "ведущего" динамика и "отстающего" динамика менялось. Было показано, что при задержках, составляющих 1-2 мс эффект был максимален и слушатели в большинстве случаев указывали на "ведущий" источник звука при расположении динамиков, как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной плоскости. Однако в сагиттальной плоскости эффект предшествования наблюдался немного слабее, чем в горизонтальной плоскости. При увеличении времени задержки до 5 мс слушатели начинали слышать второй сигнал. Также было показано, что в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскостях временные границы действия эффекта предшествования сходны, но при наличии бинауральных различий действие эффекта было более сильным [15]. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что эффект предшествования развивается в вертикальной сагиттальной плоскости и что для его действия не требуются бинауральные различия. Следует отметить, что в недавней работе [16] было показано, что с увеличением длительности сигнала локализация доминирующего динамика становилась более точной.

Временная граница восприятия между восприятием слитного звукового образа и двумя раздельными звуками называется границей восприятия эха или порогом эха. Известно, что в горизонтальной плоскости величина порога эха довольно широко варьирует (от 2 до 50 мс), в зависимости от характера стимулов, которые были использованы [4]. Наименьшая граница восприятия эха наблюдалась для коротких сигналов. Для щелчков она составляла 5 мс и значительно увеличивалась для длительных шумовых сигналов [4]. К настоящему времени известна одна работа, в которой была измерена граница восприятия эха для сигналов в вертикальной плоскости [17]. Звуковым стимулом в этой работе была запись непрерывно звучащей речи. Слушатель должен был уменьшить интенсивность отстающего источника так, чтобы эхо почти не различалось. Полученные данные свидетельствуют о том, что пороги эха для данных сигналов в вертикальной плоскости выше, чем в горизонтальной.

Задача настоящей работы состояла в определении границ обнаружения эха при расположении источников звука в вертикальной сагиттальной и в горизонтальной плоскостях для сигналов разной длительности и при наличии в сигнале частот выше 5 кГц (локализация источника звука в вертикальной плоскости происходит на основе спектральных признаков высоких частот).

МЕТОДИКА

В экспериментах принимало участие 9 человек (из них 6 женщин и 3 мужчины) с нормальным слухом в возрасте от 25 до 44 лет.

Эксперименты проводились в анехоидной камере размером 3 х 3 х 4.5 м. Во время экспериментов испытуемый размещался в кресле, которое устанавливалось таким образом, чтобы голова слушателя находилась в центре полуокружности, описываемой дугой радиусом 1 м и общим угловым расстоянием 180 град, с равномерно расположенными на ней 55 динамиками.

Для тестирования в горизонтальной плоскости дуга устанавливалась в горизонтальную плоскость. Слушатель располагался лицом к дуге. Центральный (28-й) динамик находился по средней линии головы, а первый и последний динамик находились прямо напротив ушей испытуемого.

Для экспериментов в вертикальной плоскости дуга поворачивалась на 90 град и устанавливалась в вертикальной плоскости. Слушатель располагался под дугой таким образом, что медианная плоскость испытуемого и плоскость дуги совпадали. Первый и последний динамики были на уровне головы спереди и позади от испытуемого, т.е. угол подъема (элевации) относительно межушной линии был 0 град и 180 град соответственно.

Для создания прямого и отраженного звука использовали два динамика: в горизонтальной плоскости динамики, которые располагались на 45 град справа и 45 град слева относительно средней линии головы (рис. 1, A). В вертикальной плоскости также использовались два динамика: динамик прямо напротив испытуемого, с углом подъема 0 град, и динамик, который находился прямо над головой испытуемого, с углом подъема 90 град (рис. 1, A).

В качестве сигнала использовался белый шум, который был синтезирован цифровым способом c частотой дискретизации 44.1 кГц, затем отфильтрован с полосой пропускания от 5 кГц и выше. Затем из этого шума были сформированы звуковые посылки длительностью 5, 10, 20 и 100 мс. Фронт нарастания и спада был 2 мс. Интенсивность сигнала была установлена на уровне 53 дБ над порогом слышимости.

Звуковые посылки подавались на динамики либо без задержки, либо на один из динамиков с задержкой относительно включения сигнала на

АГАЕВА, АЛЬТМАН Горизонтальная плоскость Вертикальная плоскость

А

45°

45°

Б

Прямой сигнал

Эховый сигнал

Задержка звучания эхового сигнала

Рис. 1. Схема формирования прямого и отраженного звука. А - схема расположения динамиков и испытуемого. Б - схематичное представление прямого и отраженного сигнала.

другом динамике (рис. 1, Б). Задержка составляла: 1 мс, 2 мс, 4 мс, 8 мс, 16 мс, 32 мс, 64 мс и 125 мс. Последняя задержка использовалась только для сигналов длительностью 100 мс. Таким образом, граница восприятия эха была измерена для 4 сигналов длительностью 5, 10, 20 и 100 мс в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной. В каждой плоскости было по две комбинации "ведущего" и "отстающего" динамика. Например, в горизонтальной плоскости: "ведущий" - справа, "отстающий" - слева и наоборот.

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.

Показать целиком