научная статья по теме ПОРОГОВАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ СИГНАЛОВ ПРИ ВОСПРИЯТИИ ЧЕЛОВЕКОМ РАДИАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ОБРАЗОВ РАЗЛИЧНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА Биология

Текст научной статьи на тему «ПОРОГОВАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ СИГНАЛОВ ПРИ ВОСПРИЯТИИ ЧЕЛОВЕКОМ РАДИАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ОБРАЗОВ РАЗЛИЧНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2004, том 18, № 3, с. 233-238

ПСИХОАКУСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 612.821+612.85

ПОРОГОВАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ СИГНАЛОВ ПРИ ВОСПРИЯТИИ ЧЕЛОВЕКОМ РАДИАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ОБРАЗОВ РАЗЛИЧНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА

© 2004 г. И. Г. Андреева

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН 194223 г. Санкт-Петербург, пр. М. Тореза, д. 44 Поступила в редакцию 20.01.2004 г.

Приближение и удаление звукового образа имитировали ритмическими последовательностями импульсов с возрастающей или убывающей амплитудой, предъявленных в анэхоидной камере через два излучателя, расположенных на расстоянии 1.1 и 4.5 м при 0° азимута. Установили, что порог по длительности, необходимый для опознания приближения и удаления звукового образа, при имитации движения импульсами широкополосного белого шума и полосового шума в диапазоне от 3000 до 20000 Гц составил 191 мс, при имитации движения импульсами шума с полосами 200-1000 и 10003000 Гц - 291 мс. Таким образом, величина порога по длительности звучания зависела от спектрального состава его источника.

Ключевые слова: локализация звука, восприятие движения, пороговая длительность.

ВВЕДЕНИЕ

Бинауральные признаки локализации удаленного от слушателя звукового источника возникают в связи с различиями в сигналах, приходящими в левое и правое уши, при его нахождении на разном расстоянии от испытуемого. Известны две причины таких различий: явление акустического параллакса; анатомическая разница левой и правой ушных раковин (разная пространственная ориентация и отсутствие полной симметрии).

Акустический параллакс возникает в условиях ближнего поля (Hirsch, 1968; Greene, 1968; Lambert, 1974), когда расстояние до источника звука меньше длины волны звука и звуковая волна плоская. Слушатель, имея априорные представления о размерах собственной головы, дает оценку расстояния до источника звука на основе различий в сигналах, приходящих в правое и левое уши. Величина межушных различий в сигналах, приходящих от пары источников, расположенных вдоль радиуса на разном расстоянии от слушателя (рис. 1), была рассчитана при допущении, что голова человека имеет сферическую форму (Hartley, Fry, 1921). Согласно этим расчетам, акустический параллакс отсутствовал для звуковых источников, расположенных при 0° азимута, и его величина возрастала с увеличением азимутального угла. В общем случае (угол ф2 на рис. 1) угол, под которым падает звуковая волна на каждое из ушей, значительно различался для источников 1 и 2 при малых расстояниях источников от головы слушателя. Величина акустического параллакса была

максимальна для пары источников звука, распложенных вдоль радиуса, проходящего через ушную раковину, т.е. при 90° азимута. Для двух источников частотой 1860 Гц удаленных от головы слушателя на 17.5 и 87.5 см расчетная величина

Фх = 0°

Рис. 1. Схема расположения пары звуковых источников (1 и 2) вдоль радиальной оси относительно головы слушателя при разных азимутальных углах (ф). Буквами обозначены: А - левое ухо слушателя и П -правое. Пунктирами показано направление звуковой волны, достигающей ушей слушателя (показано условно, без учета огибания головы).

234

АНДРЕЕВА

межушных различий составила 20 дБ при 90° азимута. Расчетная величина на порядок превышала пороговое межушное различие по интенсивности, вызывающее изменение положения тонального звукового образа по азимуту (Альтман, Дубровский, 1972).

Вторая причина изменения межушных различий, возникающая при перемещении источника звука, состоит в том, что не только голова, но и наружное ухо испытуемого создают искажения звуковой волны, которые зависят от направлении ее прихода. Эти искажения звуковой волны, вызываемые ушной раковиной, возникают на частотах, при которых длина волны сопоставима с ее размерами, т.е. существенно выше 3000 Гц. Они также могут быть использованы слуховой системой для оценки расстояния до звучащего объекта. Искажения звуковой волны, возникающие по обеим указанным причинам, проявляются в зависимости передаточных функций от расстояния между источником и слушателем в условиях ближнего поля. Как известно, передаточные функции имеют две спектрально и дирекциональ-но зависимые составляющие. Одна характеризует изменения по амплитуде, другая - фазовый сдвиг или задержку во времени. Они были вычислены теоретически и измерены на манекене головы для расстояний от 0.12 до 1.0 м (Вги^аП, ЯаЫпс^^, 1999). На основе этих данных было выявлено, что межушные различия по амплитуде при малых расстояниях существенно возрастают для источников, расположенных под азимутальными углами около 90°, тогда как межушные различия по времени от расстояния не зависят. Таким образом, в соответствии с упомянутыми выше модельными расчетами и контрольными измерениями бинауральные признаки должны играть существенную роль для восприятия удаленности источника звука в условиях ближнего поля.

При измерении порогов по длительности, необходимой для опознания направления радиального движения, мы обнаружили увеличение их значений для движения под азимутальным углом 90° (Андреева, Альтман, 2000). Это увеличение по сравнению с углами радиального движения 0, 30, 45 и 60° примерно на 25-35% указывало на существенную роль прихода звуковой волны с направления, максимально отдаленного от средней линии головы. Были предложены две возможные причины обнаруженных различий в величине порога. С одной стороны, такое радиальное движение происходит в области минимальной разрешающей способности локализации источника звука в горизонтальной плоскости (Блауэрт, 1979). С другой - при таком азимутальном направлении (т.е. 90° относительно средней линии головы) максимально включается известный теневой эффект головы. Этот эффект состоит в отражении части спектра с длинами волн меньше межушного

расстояния (частоты выше 3000 Гц). При измерении порогов опознания направления движения моделирование движения вдоль радиуса выполняли при помощи пары динамиков, расположенных на расстоянии 1.1 м (ближнее поле) и 4.5 м (дальнее поле). Таким образом, начальная и конечная точки траектории движения были фиксированы, и в одной из них источник звука находился в условиях ближнего поля. Сопоставление наших результатов с изложенными выше данными о роли бинауральных механизмов в оценке расстояния до неподвижных звуковых источников, расположенных в ближнем поле, позволило нам высказать гипотезу о том, что на величину порога по длительности, необходимой для опознания приближения и удаления источника звука, влияет один из бинауральных механизмов пространственного слуха. Важно было выяснить, на основе каких именно межушных различий - по интенсивности или по фазе, происходит слуховой анализ радиально движущегося звукового образа. Цель настоящей работы - сравнить пороги по длительности, необходимой для опознания приближения и удаления звуковых образов разного спектрального состава.

МЕТОДИКА

Исследования были проведены на шести здоровых предварительно тренированных испытуемых обоего пола (двое мужчин и четыре женщины), обладающих нормальным слухом, в возрасте от 17 до 38 лет.

Радиальное движение звукового образа создавали, подавая импульсные последовательности шума, линейно меняющиеся по амплитуде в противоположных направлениях, на два динамика типа SONY XSF 1720, расположенные в звуко-заглушенной анэхоидной камере объемом 62.2 м3 на расстоянии 1.1 и 4.5 м от испытуемого на уровне его головы. Параметры модельной импульсной последовательности и схема расположения динамиков описана в работе (Андреева, Альтман, 2000). Импульсы шумовой последовательности имели длительность 41 мс с фронтами по 4 мс и период повторения 50 мс. Отношение максимальной амплитуды к минимальной составляло 38.6 дБ для сигнала, поступающего на ближнюю акустическую колонку, и 39.1 дБ - на дальнюю. Минимальные уровни сигнала, подаваемого на ближний и дальний динамики, были одинаковы.

Четыре серии сигналов, прослушиваемые в данной работе испытуемыми, различались спектральным составом шумовых импульсов, формирующих звуковой образ: 1-я серия сигналов состояла из широкополосных шумовых импульсов в диапазоне от 20 до 20000 Гц; во 2-й серии импульсы представляли собой отрезки полосового шума в интервале от 200 до 1000 Гц; в 3-й - отрез-

ки полосового шума в диапазоне от 1000 до 3000 Гц; в 4-й серии - соответственно от 3000 до 20000 Гц. Диапазоны частот полосовых шумов были выбраны в соответствии с известными механизмами бинаурального слуха: до 1000 Гц - различиями в фазе звука, приходящего на левое и правое ухо; после 3000 Гц - различиями в интенсивности звука; зона от 1000 до 3000 Гц - переходная область, в которой бинауральные механизмы неэффективны и точность локализации по азимуту низкая (Stevens, Newman, 1936; Mills, 1958). Последовательности импульсов белого шума были сформированы с помощью оригинальной компьютерной программы. Последовательности импульсов полосовых шумов были получены в результате фильтрации с применением программы Cool Edit Pro.1.0. Превышение полосового шума над фоном было 40 дБ, наклон срезов полосовых шумов составлял 60 дБ на октаву для частоты 200 Гц, 80 дБ на частоте 1000 Гц и 160 дБ на частоте 3000 Гц.

Измерения интенсивности звукового сигнала и контроль спектров сигналов выполняли в месте расположения головы слушателя с помощью микрофона 41-45 предусилителя 26-39 и усилителя 26-06 фирмы "Брюель и Къер", интерфейсного устройства CED1401plus. Уровни интенсивности сигналов составляли 58, 56, 58 и 59 дБ УЗД соответственно для последовательностей белого шума и полосовых шумов в диапазонах 200-1000, 1000-3000, 3000-20000 Гц.

В течение опыта испытуемому предлагали прослушать четыре серии сигналов. Каждая серия состояла из 140 сигналов разного направления и длительности имитируемого движения. Сигналы следовали через каждые 3-5 с и повторялись в случайном порядке 10 раз. Длительности сигналов в каждой серии были равны 91, 141, 191, 291, 391, 491, 791 мс и определялись числом импульсов в сигнале от 2 до 16. Первая серия с широкополосными импульсами шума рассматривалась нами в качестве контрольной.

Про

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