100 200 300 500 700 W00 2000 3000 5000 10000 Частотам

Рис. 68. Влияние срезания частот на разборчи­вость речи (по Френчу и Стейнбергу): / — фильтр верхних частот; 2 — фильтр нижних частот.

борчивость равна примерно 30%, при срезании от 3 000 гц и выше разборчивость достигает 90%. Весь спектр речевых звуков распространяется примерно от 100 до 7 000 гц. На частотах примерно 1900 гц (для женских голосов) и 1 660 гц (для мужских) этот диа­пазон делится пополам. Срезание частот ниже или выше «средней точки» уменьшает разборчивость речи ровно на половину. Имея в виду, что срезание частот ниже 250 "й выше 3 500 гц сказывается на разборчиво­сти речи незначительно, можно признать вполне удов­летворительными системы, передающие сигналы в этом диапазоне.

Обычно для 'повышения разборчивости речи увеличи­вают ее интенсивность. Однако, как отмечалось, разные речевые звуки имеют различные амплитудные характе­ристики. Поэтому, если пропорциональное усиление ис­пользуется для того, чтобы перекрыть высокий уровень шума, некоторые звуки могут достичь верхнего порога слуховой чувствительности. Слушание речи в этом слу­чае сопровождается неприятными «тактильными» и даже болевыми ощущениями. Кроме того, возникают дополни-

335

тельные искажения речи. Чтобы избежать Подобных эф­фектов, одновременно с усилением срезают особенно большие амплитуды. Этот .принцип может быть приме­нен также при конструировании радиопередатчиков с ограниченными возможностями регулирования ампли­туды. Исследования X. Флетчера, Ликлайдера, Джемел-ли и др. [406] показали, что даже значительное срезание

wv-vv лл*л/\ллллл

Рис. (00. Принцип усиления звуков речи при одновременном среза­нии больших амплитуд (пиков) (по Ликлайдеру, Биндре и Пол-лаку) :

а - осциллограмма, полученная при произнесении слова «Джо» (Joe) муж­ским голосом; б — пики амплитуды срезаны на 6 дб; в — пики срезаны на 20 дб; гид — «срезанные» звуки речи усилены до первоначального уровня.

пиков (до 24 дб) почти не ухудшает разборчивости речи, хотя и делает ее нескользко ненатуральной.

На рис. 69 'приведен ряд осциллограмм, показываю­щих суть принципа. При слушании нормальной речи на фоне шума ее разборчивость составляла всего '1%. Опе­рация срезания пиков амплитуды и одновременного уси­ления повысила разборчивость до 75%'. Эти факты вполне понятны, если иметь в виду, что при срезании амплитуды искажались только гласные звуки, а соглас­ные оставались неизменными. Но именно согласные играют роль «опознавательных признаков» слова.

Важным условием восприятия речи является также различение длительности произнесения отдельных зву­ков и их комбинаций. Среднее время длительности про­изнесения гласного равно примерно 0,35 сек. Длитель­ность согласных колеблется от 0,02 до 0,30 сек. Как от-

336

мечает С. Н. Ржевкни [272], характеристики согласных зависят от следующих за ними гласных, особенно от вре­мени процесса установления гласных, которое равно примерно 0,04 сек.

При восприятии потока речи особенно важно разли­чение интервалов между словами или группами слов.

Щ 90

I 80

g 70

Э S3

Оптимальная скорость (по мнению су о ей)

Средняя скорость

\

JL

100 110 /40 /SO 180 200 220 * Скорость, слов/мин

Рис. 70. Зависимость разборчивости

'Ирод, южеппп о г темпа речи (по

М. X. Лбрамсу и Др.).

Исключение пауз или их неверная расстановка мо­жет привести к искажению смысла воспринимаемой речи.

Восприятие п шонимание речевых сообщений (ауди­рование) в значительной мере зависит от темпа их пе­редачи. Оптимальным считается темп 120 слов!мин. Достаточно хорошо сообщения воспринимаются при тем­пе речи 160 слов)мин (рис. 70).

С дальнейшим увеличением темпа наблюдается ухуд­шение понимания. Однако связь между темпом речи и эффективностью понимания не является линейной. По­этому возникает расхождение между величинами, ха­рактеризующими сжатие сообщения во времени и их понимание. Так, при сжатии сообщения во времени па 30 и 50% (темп примерно 200 и 280 слов!мин) понима­ние ухудшается хотя и значительно, но все же на мень­шую величину. Время, сэкономленное благодаря уве­личению темпа речи, может быть использовано для повторной передачи сообщения. Экспериментально по­казано, что при 50%-ном временном сжатии (увеличе-

22—2286

337

ние темпа в два раза) полное повторение сообщения .дает положительный результат. Повторение отдельных частей сообщения улучшает их понимание, но вместе с тем ухудшается понимание остальных частей, т. е. в целом результат остается таким же, как и при вос­приятии сообщения, передаваемого в нормальном темпе (Ф. Фрик и У. Самби [390]).

. Пороги различения речевых сигналов могут быть за­метно снижены ори соответствующем обучении аудито­ров. Нужно отметить, что существенную роль в совер­шенствовании различения речевых сигналов играет взаи­модействие слухового и рече-двигательного анализато­ров. Из генетической психологии известно, что овла­дение активной речью, а следовательно, произвольной регуляцией артикуляционного аппарата, основанной на сигналах от рече-двигательного анализатора, приводит к совершенствованию речевого слуха. В процессе разви­тия у человека формируется прочная система двусторон­них связей между слуховым и рече-двигательным анали­заторами, обеспечивающая взаимный контроль в актах как восприятия речевых сообщений, так и произнесения. Отсюда следует, что обучение аудитора должно вклю­чать некоторые .приемы, разработанные для обучения дикторов.

В процессе общения человек реагирует не просто на акустические особенности речевых звуков, но восприни­мает смысловое содержание речи. Как показывают ис­следования, понимание речи является важным условием совершенствования механизмов звукоразличения. В част­ности, этим объясняется тот факт, что иптенсивностные пороги различения слов гораздо ниже порогов разли­чения бессмысленных слогов или отдельных фонем. Так, по данным Дэвиса, Стейнберга и др., порог вос­приятия бессмысленных слогов равен 30—35 дб, но для слов он сокращается до 20—30 дб [по 406].

Особый интерес для инженерной психологии пред­ставляет вопрос о восприятии речи в условиях помех как внешних, т. е. возникающих в окружающей среде, так и внутренних, т. е. создаваемых самой системой, пере­дающей речевые сигналы.

Известно, что при одновременном воздействии на ухо побочных звуков восприятие и понимание речи затруд­нено. Звуковой фон частично или полностью может мас-

338

киро'вать речевые сигналы. Степень маскировки зависит от акустических характеристик фона.

Маскирующее действие чистых тонов сравнительно невелико. Если -же и<х интенсивность достаточно боль­шая, то низкочастотные тона могут маскировать целые участки частот речевых звуков. Однако высокочастот­ные тона маскируют только ограниченные участки частот, и слушатель может восстановить речь па основе неза­маскированных участков ее -спектра. В этом проявляется общая закономерность взаимодействия звуковых сигна­лов: чем ближе звуки по частоте, тем больше проявляет­ся эффект маскировки (см. гл. 2).

Белый шум действует на восприятие речи разрушаю­щим образом. Как показало исследование Хавкинса и Стивенса [по 406], лорочг обнаружимости и разборчиво­сти речи в большом диапазоне, начиная примерно от 40 дб, увеличивается прямо пропорционально увеличе­нию интенсивности шума (рис. 71) К Подобные результа­ты получены также Флетчером.

Чтобы речевые звуки были понятными, их интенсив­ность должна превышать интенсивность шумов примерно на 6 дб. Но обнаружить звуки можно даже и в том слу­чае, если интенсивность речи меньше интенсивности шума (примерно также на 6 дб).

Эти величины важно учитывать при конструировании систем, передающих речевые сигналы. Если оператор работает в шумном помещении, то передаваемые ему речевые сигналы нужно усиливать таким образом, что­бы уровень их интенсивности¹ превышал уровень шума не менее чем на 6 дб.

Зависимость разборчивости речи от ее отношения к шуму представлена на рис. 72.

Если одновременно увеличивать уровни речи и шума, оставляя* константным их отношение, то разборчивость речи будет повышаться, но лишь до некоторого предела, за которым наблюдается ее падение. Иначе говоря, для

¹ Порог разборчивости определяется с шомощыо так называе­мых артикуляционных тестов, которые заключаются в следующем: испытуемому читают определенный ряд специально подобранных (по акустическим характеристикам) слогов, слов или фраз, которые он должен тотчас же воспроизводить устно или письменно. Величи­на 'порога разборчивости выражается как процентное отношение точно опознанных речевых сигналов к их общему числу.

22*

339

о/пределенных отношений речи^к шуму существуют неко­торые оптимальные зоны разборчивости речи. Та^!к, при отношении речи к шуму, равном +5 дб, оптимальным является уровень речи 70 дб (соответственно уровень шума 65 до). В этих условиях опознается наибольший

too

\ 80

60

С 40

20

*

0 20 «0 60 80 100

Интенсивность шума 6 55 над порогом

Рис. 71. Зависимость порогов обпаружпмо-

сти и разборчивости речи от jiiitcmiciibhoctii

маскирующего белого шума (по Хавкппеу

и Стпвенсу):

/ — порог разборчивости речи; 2 — порог обнару-жимосги речи.

процент речевого материала. При увеличении уровня речи до 120 дб и шума до 115 дб (отношение речи к шуму остается +5 дб) разборчивость речи ухудшается примерно на 20% (Неттил Б. Льюис [455])'.

В случаях сильного шума иногда целесообразно сни­жать его интенсивность, даже если 'при этом одновремен­но будет снижаться и интенсивность речевых звуков, т. е. полезных сигналов. Так, обнаружено, что ори за­крывании ушей (например, пробкой) разборчивость речи на фоне шума повышается. Это объясняется тем, что па высоком шумовом уровне достигается некоторая крити­ческая точка, где дополнительная интенсивность (речь) не различается. Но -при уменьшении интенсивности и

340

шума, и сигнала на одну и ту же величину они перево­дятся в область ниже критической точки и становятся различимыми.

Другим видом помехи является реверберация, возни­кающая из-за отражения звуков речи от предметов в окружающем про­странстве (степ, пола, потолка). Установлено, что разборчивость ре­чи уменьшается про­порционально времени реверберации*. Так, при времени ревербе­рации 2 сек теряется около 10%^! разборчиво­сти, 8 сек— до 55% [406]².

-18 -9 о +9

Отношение речи к шуму, дб

Рис. 72. Зависимость разборчивости

речи от ее 'отношения к шуму (по

Ликлайдеру).

Очень часто опера­тору приходится рабо­тать в таких условиях, когда одни речевые со­общения накладывают­ся на другие (обра­зуется так называемый речевой «коктейль»).

Возникает необходимость их селекции, которая может быть выражена двумя вариантами: либо как задача приема одного сообщения при игнорировании других, либо как задача переменного переключения внимания от одного сообщения к другому.

Иногда встречаются утверждения, что опытный ауди­тор может одновременно -принимать несколько сообще­ний. Однако справедливость этого мнения еще недоста­точно лодтверждена. Есть основания -предполагать, что такая возможность возникает лишь тогда, когда ауди-

¹ Время, 'в течение которого амплитуда звуковых воли умень­ шается до 0,001 первоначального среднеквадратичного значения амплитуды (60 дб).

² Однако неверно думать, что для повышения надежности при­ ема речевых сигналов нужно стремиться к полному исключению .ре­ верберации. При полном отсутствии реверберации у слушателя .воз­ никает неприятное 'ощущение «акустической мертвенности» простран­ ства.

341

тор заранее знает или может 'Предвидеть содержание каждого из сообщений.

В делом ситуация восприятия «речевого коктейля» сходна с ситуацией восприятия речи на фоне 'маскирую­щего шума, разница лишь в том, что в первом случае селекция речи оказывается более трудной: аудитор не­редко, начав слушать одно сообщение, переходит на другое, в результате сообщения перемешиваются.

Исследования условий, обеспечивающих эффектив­ную селекцию сообщений, поступающих одновременно, начаты сравнительно недавно.

В первых работах, посвященных этому вопросу, вы­яснялась зависимость эффективности разделения сооб­щений от их соотношения во времени. По данным В. Спита, Дж. Ь^уртиса и Дж. Г. Вебстера, сообщение, появляющееся на 200—400 мсек раньше другого, имеет большую вероятность быть принятым [476, 477]. Исходя из данных о восприятии речи на фоне шума, есть все основания ожидать, что эффективность селекции того или иного сообщения из «речевого коктейля» зависит от отношения его акустических характеристик к характе­ристикам других сообщений. Однако достаточно точных данных по этому вопросу еще не имеется.

Исследователи подчеркивают, что основанием, по ко­торому осуществляется селекция, является содержание сообщения (разумеется, если уровень громкости выде­ляемого сообщения не будет значительно ниже общего уровня «речевого коктейля»). Аудитор, принимая какое-либо сообщение, выделяет его из всего поступающего речевого потока, ориентируясь на смысл.

Определенный интерес представляют данные, харак­теризующие зависимость точности опознания частей «речевого коктейля» от объема передаваемой информа­ции. Спит, Куртис и Вебстер изучали восприятие одно­временно передаваемых сообщений в условиях, имити­рующих работу авиадиспетчера. При этом оператор дол­жен был отвечать на оба сообщения. Как показало ис­следование, названия самолетов и номера опознаются на 20—30% точнее, чем слова. Авторы объясняют это тем, что информация, содержащаяся в названиях и но­мерах, меньше (порядка 13 бит), чем в словах (порядка 30 бит) [476, 477]. Можно заключить, что существует обратная зависимость между точностью опознания

342

частей «речевого коктейля» и их информационным со­держанием. Однако этот вывод нуждается в более стро­гой экспериментальной проверке.

В другом исследовании этих же авторов изучалось влияние на эффективность селекции расположения источников сообщений (громкоговорителей) и частотных

"1 II || ^1	йяам&грА}
		$i
	2канал(В)	S2 о-
			Фильтр дысоких частот
	Зканал(С)	h o-		1
			Фильтр низких частот

Рис. 73. Схема экспериментальной установки для изучения многоканального аудирования (по Спиту, Куртнсу и Вебстеру): / — нет разделения источников сообщения; 2 — источники разде­лены (10—20°); 3 — источники разделены (90—180°).

фильтров [477]. В экспериментах одновременно переда­валось три сообщения, записанных на трехдорожечной магнитной ленте. В одном случае все они поступали от одного и того же источника, расположенного перед испытуемым. В двух других источники были разделены, т. е. имелось три расположенных по горизонтали гром­коговорителя. При этом один громкоговоритель находил­ся прямо перед испытуемым, второй располагался слева под углом 10 или 90° относительно сагиттальной оси, третий — справа под таким же углом.

В цепь, соединяющую магнитофон с громкоговорите­лями, были включены фильтр верхних и фильтр нижних частот. Один из них пропускал только частоты свыше 1 600 гц, т. е. увеличивал среднюю высоту слышимого голоса. Другой пропускал-только частоты ниже 1600 гц, снижая тем самым высоту голоса. Испытуемый мог, пользуясь переключателем, слушать либо полную речь, либо речь, пропущенную через фильтр. Схема экспери­ментальной установки приведена на рис. 73.

343

Э ксперименты показали, что использование фильтров существенно повышает точность опознания, особенно в том случае, 'когда сообщения поступают от одного и того же источника. Если фильтры не используются, то правильные ответы составляют лишь 65%'. При включе­нии фильтров количе­ство точных ответов составляет уже 85%^!.

90-/80 Град

Расположение источников . сообщения по горизонтали

Рис. 74. Зависимость точности ауди­рования от расстояния между источ­никами сообщений и фильтрации (по Спиту, Куртису и Вебстеру):

/ — с использованием фильтров; 2 — без использования фильтров.

Разнесение источ­ников сообщений так­же дает положитель­ный эффект. Если они располагаются так, что один из них помещает­ся прямо перед аудито­ром, а два других — "Справа и слева под уг­лом 90° к сагиттальной оси, то достигается ма­ксимальная точность опознания. Данные экс­периментов приведены па рис. 74.

Весьма интересны также данные Дж. П. Игана, Е. С. Картерет-та и Е. Ж. Тви'нга, изу­чавших так называемое дихотическое аудирование [380]. В первой серии их экспериментов испытуемым на одно ухо подавалось одно сообщение (основное), па второе—другое (интер­ферирующее). В аналогичных условиях изучалась также селекция речевого сообщения, сопровождаемого белым шумом. Во второй серии оба потока (два речевых сооб­щения или речевое сообщение и белый шум) 'подавались на одно ухо. Испытуемый должен был регулировать уровень речи до тех пор, пока не начинал ее понимать. Данные экспериментов приведены на рис. 75.

Интересно обратить внимание на то, что при дихоти-ческом аудировании наблюдается тот же эффект, что и в случае, когда источники сообщений располагаются под углом 180°, т. е. справа и слева от аудитора. По сущест­ву, и здесь одно сообщение подается на одно ухо, вто-

344

рое — на другое. По-видимому, "в этих условиях склады­вается своеобразное соотношение между -сторонами би-рецепторного слухового анализатора. Можно «предпола­гать, что ^процесс возбуждения, возникающий в тех участках коры головного мозга, которые связаны с од­ним ухом, то закону индукции вызывает торможение

I L_JJ 1 1 L- 1 1 1 1 1

О 10 20 30 40 50 60 70 Уровень интерферирующего сигнала J5

Рис. 75. Селекция речевых сигналов в условиях монауральпо-го и дихотического аудирования (по Игану, Картеретту и Твппгу): / — монауралыюе аудирование; 2 — дихотнческое аудирование. Рече­вой сигнал, маскируемый: %— речью, О —шумом; А~ речью, д — шумом.

в соседних участках, связанных с другим ухом. Тем са­мым интерферирующие сигналы (второе сообщение или шум) как бы подавляются и отношение между .полез­ным сигналом и помехой изменяется. Иначе говоря, бла­годаря действию физиологических механизмов, управ­ляющих нейродинамикой, создаются более благоприят­ные условия для селекции «речевого коктейля».

До сих пор мы рассматривали преимущественно те характеристики речи, которые свойственны не только ей, но и любому другому акустическому сигналу. Но речь обладает и некоторыми специфическими характеристика­ми. Как известно, слово выполняет функцию отвлече­ния и обобщения, 'понять которую невозможно, если рас-

345

сматривать слово толькб кйк акустический сигнал. Оно имеет определенный фонетический, фонематический, сло­говой, морфологический состав, является определенной частью речи, несет определенную смысловую нагрузку. Все эти 'признаки, принадлежащие слову как элементу языка, являются столь же объективными, как амплитуд­ные, частотные или временные характеристики речевых звуков. Анализ этих признаков и обеспечивает восприя­тие слова как сигнала, несущего функцию обобщения и отвлечения. Различение звуков речи является лишь условием такого анализа.

Для решения задач организации речевого сообщения важно выяснить, как влияют на эффек­тивность аудирования специфические характеристики слова.

Исследования ряда американских авторов показали, что в условиях шума двухсложные сло'ва опознаются на 30% точнее, чем односложные, а трехсложные — на 50% fno 359]. Этот вывод был подтвержден в исследова­нии И. М. Лущихиной (216] на материале русских слов. В ее экспериментах испытуемые должны были опозна­вать слова, передаваемые на фоне белого шума (три отношении речевых сигналов к шуму, равном 0 дб).

При аудировании односложных слов точное опозна­ние происходило лишь в 12,5% случаев; в 30% случаев переданные слова заменялись другими, близкими 'по зву­чанию; 57,5% слов не опознавалось вовсе. Шестислож­ные слова правильно опознавались в 40% случаев; их замена близкими по звучанию наблюдалась лишь в 14,6% случаев. Очевидно, более длинные слова обла­дают и большим числом опознавательных признаков, что и обеспечивает их более точное опознание.

Эксперименты Лущихиной выявили такж>е тенденцию к более точному аудированию слов, начинающихся с гласного звука, тю сравнению со словами, начинающи­мися с согласного (разница 10%). Для аудирования определенное значение имеет место ударного слога в слове. Слова с ударением на последнем слоге опозна­ются точнее, чем с ударением на первом. В процессе аудирования важным опознавательным признаком яв­ляется ритмическая структура слова. Эксперименты под­твердили положение о том, что наиболее мощные глас­ные («а», «о») маскируют окружающие их согласные.

346

Фонетически слабые гласные («ы», «и») создают более благоприятные условия для 'Правильного опознания слова.

Сравнение согласных различных типов, расположен­ных возле гласной (сонорных, шипящих, свистящих, взрывных, фрикативных), показало, что в левой позиции (перед, гласной) наиболее точно спознаются шипящие, в правой (после гласной) — свистящие; хуже всего опознаются левые сонорные и (правые взрывные.

Проверка влияния морфологических характеристик слова на его опознание не дала никаких результатов. Оказалось, что ни принадлежность слова к определен-пой части речи, ни выделение корня не влияют на ре­зультаты аудирования.

Важным фактором, влияющим на опознание слов, является их вероятностная, точнее, частотная характе­ристика. Чем чаще встречается слово, тем .при более низком отношении речи к шуму оно опознается. Оче­видно, одной из детерминант процесса аудирования яв­ляется степень ожидания сигнала.

Порот опознания слов, выражаемый отношением речи к шуму, зависит также от общего объема словаря, определяющего степень сложности выбора. Это было экспериментально показано Дж. А. Миллером, Дж. А. Хейсом и В. Лихтеном |[447]. В их экспериментах использовались словари, состоящие из 2, 4, 8, 16, 32 и 256 слов. Испытуемые заранее знакомились со слова­рями, а затем должны были опознавать отдельные сло­ва, предъявляемые на фоне белого шума. Измерялся порог опознания. Для контроля испытуемым предъяв­лялись односложные слова (из списка в 1000 слов), с которыми они заранее не знакомились. Результаты экспериментов приведены на рис. 76.

Отметим, что, обрабатывая результаты, авторы не учли возмож­ности случайного угадывания слов. Например, при тредъявлении слова из словаря, включающего два элемента, аудитор с вероят­ностью 0,5 может его просто угадать. Однако даже при соответ­ствующей коррекции результатов их 'принципиальный смысл не из­меняется.

Из 'приведенных данных следует, что одним из важ­ных средств повышения ^помехоустойчивости аудирова­ния является ограничение объема ^^пользуемого сло-эаря.

347

В реальных условиях деятельности перед оператором редко возникает задача опознания отдельных изолиро­ванных слов. Обычно он воспринимает сообщения, цо-торые могут состоять из одного или из группы взаимо­связанных слов. Поэтому возникает вопрос о влиянии контекста на эффективность аудирования.

Отношение сигнала к шцму, д5

Рис. 76. Зависимость точности опознания односложных

слов от величины словаря (по Миллеру, Хейсу и Лих-

тену).

Экспериментально этот вопрос изучался теми же ав­торами. В одной серии экспериментов испытуемым чи­тались 'предложения, содержащие несколько ключевых слов, которые нужно было опознать; в другой серии эти же ключевые слова 'предъявлялись изолированно. Опре­делялся процент их правильного опознания 'при разных отношениях речи к белому шуму.

Как видно из рис. 77, па котором изображены полу­ченные результаты, при включении слов в некоторый контекст кривая, характеризующая зависимость точно­сти их опознания от отношения речи к шуму, идет вверх более круто, чем кривая, полученная (При опознании тех же слов, взятых вне контекста. Уже при отношении речи к шуму, равном 4-Ю дб, достигается -почти 100%-ное опознание слов в контексте, а изолированные слова даже при отношении +18 дб опознаются лишь в 80% случаев.

Очевидно, процесс аудирования слов, включенных в контекст, протекает более активно, что и объясняет его более высокую эффективность. Слушая предложения,

348

аудитор воспринимает не просто набор слов, но и свя­зи между ними, которые выступают в роли дополни­тельных, и весьма существенных, опознавательных при­знаков. На основе этих связей в ходе самото процесса аудирования строятся гипотезы, осуществляется их про­верка и корректировка опознания отдельных элемен­тов речевого потока. При слушании предложений и фраз

-12 -6 0 +6 +12+16

Отношение сигнала к шуму, дб

Рис. 77. Опознание слов, взятых в кон­тексте и вис его: / - опознание слов, включенных и конгекст; 2 -опознание слов вне кошексга.

акты о по з н а п и я теснейшим образом переплетаются с актами осмысления. Конечно, осмысление вклю­чается и в процесс восприятия слои, но при восприятии фраз его участие более активно.

Для дальнейшего изучения процессов аудирования фраз было бы чрезвычайно важно иметь в распоряже­нии средства, позволяющие точно описывать и измерять те параметры речевых сообщений, которые пока лишь очень аморфно определяются словами . «контекст» и «смысл». Здесь мы сталкиваемся с еще не решенной проблемой измерения семантической информации.

Фраза обладает, наряду с содержательными, смысло­выми, также и формальными характеристиками, которые свойственны ей как целому. Изучением влияния этих характеристик на эффективность аудирования занима­лась И. М. Лущихина.

349

В одной из серий ее экспериментов изучалось вос­приятие словосочетаний. Предполагалось, что здесь су­щественными окажутся морфологические характеристи­ки. Однако не было получено каких-либо данных, под­тверждающих это предположение. Зато выявилось влия­ние синтаксических закономерностей. При восприятии речевых сигналов, сильно разрушенных шумов ₍(при от­ношении речи к шуму, равном 0 дб)_у аудиторы, стремясь восстановить сообщение, часто идут по пути сохране­ния основного слова и подбора к нему подходящих слоЪ, иногда далеких по фонетическому составу от исходных. Иначе говоря, воспринимая разрушенную шумом речь, они улавливают схему сцепления слов и ее главное зве­но, что является ориентиром при реконструкции сооб­щения. При этом, если иметь в виду только модель связи, отвлекаясь от лексико-семантических характе­ристик словосочетаний, оказывается, что легче всего опознается согласование (например, «активное уча­стие»), затем управление (например, «понятный всем») и, наконец, примыкание (например, «жизнь вдвоем»).

Интересно отметить, что стереотипные словосочета­ния, фразеологизмы опознаются значительно хуже, чем можно было бы ожидать, исходя из вероятностной мо­дели восприятия. Лущихина объясняет это тем, что слишком большое сужение сочетательных возможностей слова ограничивает возможности поиска. Увеличение числа возможных сочетаний как бы расширяет «зону по­иска» и тем самым повышает вероятность правильного опознания. Однако при чрезмерном увеличении семанти­ческих ответвлений эффективность опознания снижает­ся. Ло-видимому, «шкала» сочетательных возможностей слов, формирующаяся у человека в жизненном опыте, имеет некоторую оптимальную зону для поиска.

В дальнейших исследованиях Лущихин-а предприняла попытку выяснить влияние структуры фраз на процесс их аудирования. Она использовала две характеристики: длину фразы, определяемую по количеству слов, и ее глубину, определяемую соотношением непосредственно составляющих [219].

Метод оценки глубины фраз разработан американским лингви­стом В. Ингве. Соглашо этому, методу любое предложение можно представить ,в виде структуры его непосредственно составляющих. Изображая структуру, мы получим конфигурационное дерево. Для

350

пояснения на рис. 78,а приведена структура предложения, «Этот человек слышал данное сообщение». Пронумеровав ветви каждого узла конфигурационного дерева (0 и 1), получим основу для количественной оценки глубины ф|разы (рис. 78,6). При складывании чисел, приписанных всем ветвям, можно найти глубину каждого узла дерева и максимальную глубину всего предложения. На рис. 78,6 глубина каждой ветви обозначена цифрой, заключен­ной в скобки.

Предложение

Группа существительного

Группа глагола

Определяющее Существительное

Этот

человек

Глагол

I слышал

Группа существительного

I— —h

Определяющее Существи- слово тельное

данное

сообщение

1

Этот

(2)

0\

человек (1)

s)

слышал

id

Г7~

данное (1)

0\ сообщение (0)

Рис. 78. Схематическое изображение структуры фразы .. (по И. М. Лущихиной):

а — структура фразы; б — количественная оценка глубины фразы.

Ингве разработал свой метод для количественной оценки фраз, произносимых диктором. Бго применение для анализа фраз, воспринимаемых аудитором, потребовало измене­ния нумерации ветвей, так как процессы построения и слушания являются в некотором смысле противоположными. Диктор, произно­ся какое-либо слово, должен иметь в оперативной памяти все п о-следующие.

Аудитор, чтобы понять фразу, должен при восприятии данного слова хранить в оперативной памяти все предыдущие. При разной нумерации ветвей величины, характеризующие глубину, в некоторых случаях оказываются различными, т. е. одна и та же фраза для аудитора может иметь иную глубину, чем для диктора (рис. 79).

В экспериментах Лущихиной испытуемым предъяв­лялись через головные телефоны фразы побудительного

351

типа, имеющие разную длину. Основная группа слушала их на фоне белого шума (при отношении речи к шуму, равном 0 дб), контрольная — в обычных условиях. Ис­пытуемые должны были повторить услышанное сообще­ние или попытаться его воссоздать (в случае разруше­ния белым шумом). Оценивались смысловое восстанов-

Длл Виктора 1)3тот --

/J челоЬём

Т] слышал

/) данное' -—.

€)'сообщение _t Q—I

0)

П п

2)

/]лл ОйушатеЛьЯ

Глубина срразы=£

Глубина фразы--.1

Рис. 79. Глубина фразы, оцениваемая для слушате­ля (аудитора) и для диктора.

ление фраз, под которым понимается общий процент правильно восстановленных ключевых слов, а также сокращение (сбрасывание) длины фраз при воспроизве­дении по сравнению с заданной.

Анализ результатов показал, что длина фраз не имеет для слушателя особого значения примерно до 11 слов. Превышение этого количества существенно сни­жает эффективность аудирования и возможность вос­становления фраз (табл. 18).

Другая серия экспериментов была посвящена изуче­нию зависимости смыслового восстановления фраз, раз­рушенных шумом, от их глубины. При этом некоторые фразы имели одинаковую длину, но разную глубину и наоборот.

Данные, полученные в экспериментах с основной группой испытуемых, приводятся в табл. 19.

При анализе данных, приведенных в таблице, обна­руживается тенденция ухудшения восстановления ауди­тором фраз, разрушенных шумом, с увеличением их глу-

352

ТАБЛИЦА 18

Зависимость аудирования и восстановления фраз от их длины (по И. М. Лущихиной)

Номер	Заданная средняя дли­на фразы, в словах	Эффективность аудиро­вания и восстановления фраз, %		Отношение сокращения длины фразы к заданной, /о
группы фраз		основная группа	контрольная группа	основная группа	контрольная группа
1 2 3 4 5	2,7 5,3 8,8 11 21,1	49,4 49,9 45,4 50,8 32,1)	100 100 100 77,9 55,3	3,2 17,3 31,9 28 48	0 0 0 7,7 40,4

ТАБЛИЦА 19

Зависимость восстановления фраз от их глубины (но И. М. Лущихиной)

	Заданная средняя длина фра­зы, в сло­вах	Смысловое восстановление фраз, %							Разница вос-
Номер груп-		глубина фразы для слушателя							произведения фраз с одной
пы фраз		1	2	3	л	5	G-7	9—П	длиной, но с разной глуби­ной, %
1	2,7	43,9	55,0						+ 11,1
2	5,3		56,6	43,3					— 13,3
3	8,8			48,6	42,2				—6,4
4	11				67,6	34,1			—33,5
5	21,1						39,4	26,5	— 12,9
Разница вос-			1,6	5,3	25,4
произведения фраз с одной
глубиной, но
разно	и длиной,

бины. Это легко видеть, сравнивая фразы, равные по длине, но различные по глубине. Исключение состав­ляют лишь короткие фразы с глубиной 1—2, что объяс­няется, по-видимому, тем, что для оперативной памяти аудитора столь малые величины не имеют значения.

Анализ полученных результатов показал также, что части фразы с большей глубиной улавливаются слуша­телем хуже, чем с меньшей.

23—2286 • 353

Критической величиной, характеризующей возмож­ности восстановления фраз, является глубина, равная 7±2. Напомним, что эта же самая величина характери­зует объем оперативной памяти (см. гл. 3). Влияние глубины фраз на их аудирования и возможность восста­новления, по-видимому, обусловлено ограниченностью объема оперативной памяти, в которой фиксируются по­следовательно воспринимаемые элементы речевого со­общения. Если глубина фразы превосходит этот объем, то слушатель оказывается не в состоянии точно воспроиз­вести ее целиком; отдельные элементы упускаются.

Интересно обратить внимание на то, что при одновре­менном увеличении как глубины (в пределах от 2 до 4), так и длины фраз наблюдается некоторое улучшение аудирования. Допустимо предположить, что для любого речевого с.ообщения можно найти такое соотношение между глубиной и длиной, при котором эффективность аудирования является максимальной. Это предположе­ние нуждается в специальной экспериментальной про­верке.

Вся совокупность приведенных данных показывает, что процесс восприятия речевых сообщений (аудирова­ния) является не простым копированием входящих зву­ков, а сложным многоуровневым процессом. Чем слож­нее воспринимаемый речевой сигнал, тем большее число характеристик влияет на его восприятие. При этом за­висимости более высокого порядка проявляются все бо­лее отчетливо, приобретая доминирующее значение. Так, при восприятии отдельных слогов и слов суще­ственную роль играют их фонетические характе­ристики; при восприятии словосочетаний в дейст­вие вступают синтаксические зависимости, а фоне­тические отступают на второй план; при восприятии фраз начинают 'доминировать характеристики их структуры, которые подчиняют себе более низкие уровни.

Организуя речевое сообщение, мы вместе с тем пред­определяем и соотношение между различными уровнями процесса его аудирования. Естественно поэтому, что при решении практической задачи организации речевых со­общений (выбор их словарного состава, словосочетаний и фраз) необходимо основываться на детальном анали­зе структуры и динамики процесса аудирования.

354

* * *

Рассмотренные виды индикации являются, по суще­ству, различными способами кодирования информации, передаваемой человеку. В главе приведены данные, ха­рактеризующие влияние психических и физиологических факторов на скорость, точность и надежность приема (и переработки) информации, передаваемой с помощью

Цифры	12 3456 7 8
бунды	ABGDEF6H
Геометричес­кие формы	■•♦♦•A"f
конфигурации	ЯЕшаивша
Цдета
	[^//.ll/r/wd |^//J|/r^JUrf>7.||«?^. \Вор\ \0ранА

Рис. 80. Пять абстрактных способов кодирования (по У. Д. Хитту).

каждого из рассмотренных видов индикации, и отмечены некоторые возможности их усовершенствования.

Поскольку в принципе одна и та же информация мо­жет быть передана оператору с помощью различных способов, возникает вопрос об их сравнительной оценке. К сожалению, в инженерной психологии еще нет до­статочных данных, которые бы позволили произвести такое сравнение. Имеются лишь некоторые подходы к этому вопросу. Так, в исследовании У. Д. Хитта сравни­вались пять абстрактных способов кодирования: в каче­стве элементов алфавита использовались цифры, буквы, геометрические фигуры, конфигурации и цвета [319]. Перечисленные коды приведены на рис. 80. Испытуемые выполняли задачи опознания сигналов, их счета, нахож­дения места, сравнения и проверки данных. Наилучшими в данных условиях оказались цифровой и цветовой коды, наихудшие результаты были получены при использова­нии конфигураций. Однако, как выяснил Хитт, шкала оценок разных кодов не является абсолютной; она зави­сит от характера конкретной выполняемой деятельности.

23*

355

Например, при опознании наиболее эффективным (по точности) оказался цифровой код; цветовой занял здесь лишь четвертое место; в то же время при опре­делении местоположения объектов наилучшие результаты были получены при использовании цветового кода. По данным Ш. Кристнера и Г. Рея, цветовой код весьма эффективен также при счете объектов [164]. Авторы приходят к выводу, что эффективность кодирования определяется задачей, кото­рую должен решать оператор. Этот вывод подтвержден также исследованиями Г. В. Репкиной (270], Н. И. Рыж­ковой [278] и др.

Хотя данный вывод получен при изучении лишь огра­ниченного числа возможных способов кодирования, мож­но думать, что он имеет общее значение. При выборе кода в любом конкретном случае необходимо прежде всего четко определить тот круг задач, ко­торые до л жен решать оператор. Но определе­ние задач неизбежно влечет за собой вопрос о способах ее решения, а следовательно, о структуре выполняемой деятельности. Выявление структуры в свою очередь предполагает анализ включенных в нее психических про­цессов и их соотношений. При этом особенно важно определить, какие процессы играют ведущую роль. Как уже отмечалось в гл. 4, в одних случаях ведущими яв­ляются сенсомоторные компоненты деятельности, в дру­гих— рече-мыслительные. В зависимости от конкретных задач деятельности оператора на первый план высту­пают процессы или восприятия, или запоминания и вос­произведения, или мышления (в различных формах) и т. д.

Очевидно, в общем смысле оптимальным будет такой код, который разработан в соответствии с харак­теристиками и закономерностями психических (прежде всего гностических) процессов.

Поскольку исходной операцией в деятельности опе­ратора является прием информации, кратко рассмотрим ее состав.

На основании сказанного в предыдущих главах мож­но заключить, что эта операция включает, по крайней мере, следующие элементарные гностические процессы и действия : 1) поиск (и обнаружение), 2) различение, 3) идентификацию," 4) декодирование (интерпретацию).

356

Многочисленные психологические и физиологические исследования показывают, что обнаружение — это начальная фаза развития любого сенсорного процесса. На данной фазе устанавливается лишь наличие сиг­нала в сенсорном поле; при этом его качества отражают­ся весьма грубо (см. гл. 4). Детальное изучение работы анализаторов выявило целую систему специальных, так называемых ориентировочных, реакций, функцией кото­рых является настройка и наведение чувствующих аппа­ратов. Самым общим условием возникновения этих реф­лекторных реакций является разность между характе­ристиками сигнала и фона, на котором он появляется. Время поиска тем короче, а значит, и скорость обнару­жения, тем больше, чем больше вновь появляющийся сигнал отличается от фона и других окружающих сиг­налов.

Разумеется, это правило справедливо лишь в опре­деленных пределах.

Такой признак визуального сигнала, как цвет, яв­ляется «броским», выделяющим сигнал из фона, а по­этому и обеспечивает его сравнительно быстрое обнару­жение. Легко обнаруживаются также визуальные сигна­лы, если их появление сопровождается мельканием, частота которого ниже критической.

Поиск визуального сигнала среди других по размеру или форме включает сложную систему гностических и измерительных действий, что, естественно, требует допол­нительного времени и снижает общую эффективность решения задачи обнаружения.

Особый интерес для инженерной психологии пред­ставляют те случаи, когда оператор вынужден обнару­живать пороговые сигналы или сигналы, забитые поме­хами (появляющиеся на фоне шума). Как показывают эксперименты, в этих случаях существенную роль играют статистические характеристики сигнала. Эффективность обнаружения зависит от вероятности появления сигнала, от информации, которой располагает оператор до появ­ления сигнала, а также от психофизиологических харак­теристик того анализатора, которому адресован сигнал (абсолютная и различительная чувствительность, ско­рость адаптации и сенсибилизации и т. п.) [378].

Часто перед оператором возникает задача обнару­жения вновь появляющегося сигнала среди других по-

357

добных сигналов (по тем или иным признакам). В этом случае скорость и точность обнаружения зависит от чис­ла сходных сигналов. В отношении зрения эксперимен­тально показано, что критическим числом является 5— 6 сигналов. Новый сигнал легко обнаруживается на фо­не 2—3 подобных, без большого труда он обнаруживает­ся также на фоне 4—5 сигналов. Если же общее число случайно расположенных сходных сигналов превышает 5—6, то задача обнаружения становится весьма труд-I ной. Однако эффективность обнаружения может быть j повышена, если сходные сигналы образуют какую-либо единую структуру (например, располагаются по контуру ^простой геометрической фигуры). Экспериментально это было подтверждено нашей сотрудницей Н. Ф. Федото­вой. Более быстрое и точное обнаружение сигнала на организованном фоне, по-видимому, объясняется тем, что этот фон создает как бы внешнюю опору для поис­ковых движений глаз, а тем'самым упорядочивает их и сокращает общий маршрут поиска.

Обнаружение сигнала непосредственно связано с про­цессом его различения, в ходе которого выявляется та или иная совокупность признаков. Как отмечалось в тл. 2, анализаторы человека обладают весьма больши­ми возможностями различения одномерного сигнала. Так, глаз способен различать до 570 градаций интенсив­ности белого света, ухо — до 325 градаций интенсив­ности тона (при постоянной частоте), кожно-механиче-ский анализатор — до 180 градаций сигнала по часто­те и т. д. Однако эти величины характеризуют предель­ные возможности анализаторов и не могут служить непосредственным основанием определения оптимальной длины алфавита сигналов. Число состояний одномерного сигнала, при различении которых обеспечивается мак­симальная скорость приема информации, в несколь­ко раз меньше. Оно должно рассчитываться в соответ­ствии с величиной «порога оптимального различения» (см. гл. 2).

Обычно сигналы, используемые при передаче инфор­мации человеку, являются многомерными, т. е. обладают нг одним, а многимл признаками. За счет включения каждого нового признака информационное содержание сигнала увеличивается. Однако и здесь имеются свои ограничения. Дело в том, что восприятие многомерных

358

сигналов не является простой суммой параллельно раз­вивающихся процессов различения. Экспериментально установлено, что существует определенная последова­тельность различения разных признаков. Так, при зри­тельном восприятии прежде всего различается положе­ние сигнала в поле зрения, затем его цветовой тон и яркость и лишь впоследствии форма. Этим частично объясняется различие эффективности разных способов кодирования, обнаруженное Хиттом. То же наблюдает­ся и в других видах восприятия.

В определенных условиях (ограниченном времени экспозиции, наличии помех и т. п.) одни признаки сиг­нала могут маскировать другие, что затрудняет разли­чение.

Важно отметить, что в многомерных сигналах, как правило, имеются доминирующие и подчиненные при­знаки. Первые становятся опорными в процессе разли­чения. Обычно это такие признаки, различимость кото­рых является оптимальной.

Следующим процессом, включенным в структуру опе­рации приема информации, является идентифича-ция, т. е. опознание данного стимула как данного. Число точно идентифицируемых градаций одномерного сигнала сравнительно невелико. Для разных модально­стей оно равно 7±2. С увеличением количества призна­ков это число возрастает (см. гл. 3).

Решающую роль в идентификации играет сравнение воспринимаемых сигналов с некоторыми эталонами, хра­нящимися в памяти в форме представлений и образую­щими «субъективную шкалу», по которой оцениваются воспринимаемые сигналы. Из-за специфических харак­теристик представления (см. гл. 4) из всей серии града­ций тех или инь|х различаемых признаков в нем сохра­няются, по-видимому, лишь некоторые; вся «шкала» раз­бивается как бы на зоны. В процессе идентификации вос­принимаемый сигнал соотносится с определенной зоной, что сокращает время выбора эталона, но вместе с тем и -ограничивает объем принимаемой информации. В ко­нечном счете эффективность идентификации определяет­ся четкостью и организованностью системы этпл • юв. Преимущество цифрового кода в задачах опозн; нин, по-видимому, объясняется тем, что соответствующая система эталонов, сформированная и непрерывно ис-

359

пользуемая в опыте современного человека, является высокоорганизованной.

Заключительным процессом приема информации яв­ляется декодирование. На основе обнаружения, различения и идентификации сигнала оператор дол­жен оценить состояние управляемого объекта, т. е. соотнести сигнал с объектом. Основным моментом про­цесса декодирования является перешифровка, перевод образа сигнала в образ управляемого объекта. Ско­рость, точность и надежность перешифровки, очевидно, определяется структурой той системы ассоциаций, ко­торая формируется у оператора в процессе обучения и накопления опыта работы.

Из сказанного вытекает, что при выборе средств ин­дикации и конкретных признаков сигналов, адресуемых человеку, следует основываться на характеристиках про­цессов обнаружения, различения, идентификации и де­кодирования. Именно эти характеристики определяют длину алфавита сигналов и «насыщение» каждого из них информацией.

Можно предполагать, что в реальных условиях дея­тельности при переходе от одного процесса к другому (от обнаружения к различению и т. д.) признаки сигна­ла, на которые ориентируется оператор, изменяются. Для определения принципов оптимального кодирования информации чрезвычайно важно было бы изучить эту динамику. Целесообразно также рассмотреть возможно­сти применения динамического кодирования, т. е. таких сигналов, которые бы изменяли свои характе­ристики в соответствии с логикой операции приема ин­формации.

Конечной задачей разработки средств индикации является создание устройств, обеспечивающих формиро­вание информационной модели, под которрй понимается «организованное в соответствии с определенной систе­мой правил и выдаваемое на устройства индикации ото­бражение реальной обстановки» [133, стр. 4]. Это ото­бражение может включать сведения о состоянии внеш­ней среды, управляемых объектов и узлов самой систе­мы управления.

Информационная модель представляет собой множе­ство сигналов, генерируемых отдельными индикаторами. При переходе от анализа отдельных способов индика-

360

ции к анализу информационной модели в целом.возни­кает ряд новых вопросов, требующих психологического изучения операции переработки информации, формирова­ния решения и управляющего действия. Иначе говоря, возникает необходимость изучения всех компонен­тов деятельности оператора, выявления их характери­стик и динамики. К сожалению, инженерная психология пока еще не располагает достаточно четкими сведениями о структуре деятельности оператора в целом. Накопле­ние этих сведений является одной из первоочередных ее задач.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что психологиче­ская оценка средств индикации и генерируемой ими си­стемы сигналов, а также организации сенсорного поля оператора в целом не может быть дана без отношения к структуре деятельности оператора.

⁶

МОТОРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

ДЕЙСТВИЯ

И КОНСТРУИРОВАНИЕ

ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ

В предыдущих главах были рассмотрены процессы, посредством которых человек принимает и перерабаты­вает информацию, описаны характеристики его сенсор­ного' «входа» и намечены некоторые принципы конструи­рования индикационных устройств. Речь шла о разных аспектах одной общей инженерно-психологической проб­лемы — передачи сигналов от машины к человеку. Дру­гой, не менее важной проблемой, возникающей при, раз­работке и конструировании систем управления, является проблема передачи сигналов от человека к машине. В этой связи прежде всего возникает вопрос о характе­ристиках его моторного «выхода» и обусловленных ими требованиях к конструкции органов управления К

Данные об основных параметрах рабочих движений человека (и трудовых действиях) накапливались в раз­личных областях науки: в биомеханике, динамической

¹ «Выходные» сигналы могут передаваться оператором либо 'по­средством движений, воздействующих «на органы управления, либо посредством речи. Встречается мнение, что с созданием машин, «воспринимающих» человеческую речь, речевые сигналы станут основным, если не единственным, средством управления. Однако его вряд ли можно 'признать справедливым, поскольку с помощью ре­чевого управления можно решать лишь ограниченный круг задач. Вместе с тем надо отметить, что существует немало задач, для решения которых наиболее эффективными являются управляющие движения.

362

антропометрии, физиологии и психологии труда. Были измерены пространственные, временные и силовые ха­рактеристики движений различных типов (поступатель­ных, вращательных, ударных, нажимных и т. д.). Ре­зультаты этих измерений представляют определенный интерес для инженерной психологии, поскольку они вы­являют возможности двигательного аппарата, а следо­вательно, могут служить некоторыми отправными точ­ками при конструировании органов управления.

Не имея возможности подробно останавливаться на полученных данных, мы ограничимся лишь* перечисле­нием некоторых из них. Более полную информацию мож­но найти в работах Н. А. Бернштейиа [22], М. И. Вино­градова [54], Д. Д. Донского [99], К. К- Платонова [257, 258], А. Ц. Пуни [265], Р. М. Барнеса [341] и др. [363, 4,11, 44.1].

Измерения показали, что диапазон скоростей дви­жений руки очень широк: от 0,01 (движение пальцев при тонкой регулировке) до 8 000 см/сек (движение кисти при метании). В большинстве производственных опера­ций движения выполняются со скоростью от 5 до 800 см/сек.

При прочих равных условиях движения рук в на­правлении «к телу» быстрее, чем в направлении «от те­ла». Однако последние отличаются более высокой точ­ностью. Скорость движений в вертикальной плоскости больше, чем в горизонтальной. Наибольшей скоростью обладают движения «сверху—вниз», наименьшей — «от тела» и «снизу—вверх». Движения в направлении «впе­ред—назад» в горизонтальной плоскости быстрее, чем латеральные. Скорость движения «слева — направо» (для правой руки) несколько больше, чем скорость дви­жений в обратном направлении. Скорость движений в направлениях под углом к вертикальной и горизон­тальной осям тела меньше, чем в направлениях по этим осям.

Вращательные движения совершаются примерно в полтора раза быстрее, чем поступательные. Для дви­жений большей амплитуды свойственна и большая ско­рость. При этом на скорость существенно влияет нали­чие или отсутствие внешнего ограничителя. Если ам­плитуда движения ограничена внешними условиями («механическая остановка»), то скорость движения при-

363

Максимальная величина движений, град. Сводные данные Г. Призеру [398]. (В верхних строчках указаны средние величины,

	1 Активные движе
Часть тела	сгиба-ние	разги­бание	отведение	приве­дение	супи­нация	прона­ция	£2 О X О от хо х	скру­чива­ние
Туловище Шейная часть Грудная' часть Поясничная часть Ь целом	• 70 40 50 160	60 30 55 145					30 35 100 165	50 45—75 5 40 120
Рука Кисть Предплечье Плечо Лопатка	95 73—110 140 12G—150 179 164—191	60 32—80 55 40-71	27 15-40 124 113-154 15—20	60 52-79 30-40	99 82—114	91 59—139 35 30—40
Нога Бедро Голень Стопа	98 63-119 127 118—136 ^8 18-43	48 26-70 37 25 - 46	70 39—98 10-15	20 -?0	61 39-80 20—40	V 24—48 40—60

мерно на 12% больше, чем в том случае, когда она ре­гулируется человеком произвольно.

С точки зрения экономии усилий более совершенным является движение, производимое с максимальной на­чальной скоростью, которая постепенно- уменьшается (движение «толчком»). В этом случае активные и пассив­ные силы используются наиболее рационально: внача­ле быстро накапливается кинетическая энергия, и за ее счет протекает остальная часть движения.

При решении вопроса о типах Ърганов управления и их расположении в моторном поле оператора важно

364

ТАБЛИЦА 20

по Д. Д. Донскому [99], Иваницкому [С9], А. Д. Гланвиллю и в нижних—лимиты. Знак <^—> означает отсутствие данных)

Пассивные движения

под­нима­ние

опу­скание

разги­бание

отведение

Ири­не де-

супп-пацпя

пронация

скру­чива­ние

97 72—114

106 80—122

143 129—155

185 172—195

40 26-45

137 116-163

74 64-85

114

93—115

105 76-145

112 99 -124

НО 128 150

36 22-55

56

41 -75

44 Г 5—52

40 39-60

учитывать максимальный объем движений различных органов тела. Данные о величинах движений органов правой половины тела приведены в табл. 20 К

Величины, указанные в таблице, характеризуют воз­можности различных частей моторного аппарата при условии их изолированного движения (при неподвижно­сти всех остальных). Однако при выполнении реальных трудовых актов действуют не отдельные части моторного

¹ Имея в виду функциональную асимметрию двигательного аппарата, можно думать, что 'максимальный объем движений орга­нов левой .и правой половин тела различен.

365

аппарата, а кинематические цепи, что, естественно, по­зволяет увеличивать объем производимых движений. Практически дистальные части руки могут выполнить движение любой амплитуды в пределах, ограниченных размерами тела, и в любом направлении. Максимальное рабочее пространство руки (при неподвижном положе-

Рис. 81. Максимальная и оптимальная рабочие зоны рук (по Бар-

несу): а — в горизонтальной плоскости: / — оптимальная зона; 2—максимальная

зона; 3 — нормальная зона. Величины указаны в сантиметрах.

О — в трех измерениях: / — минимальная зона; 2 — максимальная зона; 3 —

нормальная (близкая к оптимальной) зона.

нии туловища и ног) приближается к полусфере, радиус которой соответствует ее длине. В пределах этого про­странства пальцы могут достигнуть любой точки.

Однако движения такого размаха, при котором рабо­тающая конечность достигает предельного положения, невыгодны, так как они требуют большой затраты вре­мени и энергии и ускоряют развитие утомления. Кроме того, предельные по размаху движения не позволяют добиться необходимой во многих случаях ' плавности. Наиболее рациональными являются движения среднего диапазона (сочленовый диапазон).

Максимальная, минимальная, нормальная и опти­мальная рабочие зоны для обеих рук изображены на рис. 81. Нужно, однако, иметь в виду, что из-за асимме­трии для левой руки дистанция предельно достижимой точки меньше, а предельный размах движения (по ве­личине угла) больше, чем для правой, т. е. максималь­ные рабочие зоны обеих рук неодинаковы. Впрочем, раз-

366

личия незначительны и не превышают нескольких про­центов.

Измерения показывают, что при манипулировании с органами управления (маховички токарного станка), расположенными в оптимальной зоне примерно на уров­не поясницы (100—106 см от пола), развивается макси­мальный темп работы. Если манипулирование требует больших усилий (8—12 кг), то целесообразно, остав­ляя орган управления в оптимальной зоне, расположить его несколько ниже (85—90 см от пола). В этом случае корпус работающего наклоняется, и в работу вовле­кается большая группа мощных проксимальных мышц [54].

Что касается возможных форм траектории дви­жений, то практически дистальные части руки в этом отношении неограниченны ^х. Как известно, свободная верхняя конечность обладает большим количеством сте­пеней свободы. Так, кисть по отношению к плечевому поясу имеет семь степеней свободы (за счет плечевого сустава—3, локтевого совместно с лучелоктевым—2, лу-чезапястного—2). Кончик пальца по отношению к груд­ной клетке имеет 16 степеней свободы, а по отношению к опоре (стопам) около 30. Это обеспечивает «безгра­ничную свободу движений» дистальных частей руки. Они могут перемещаться по любым траекториям (так, как если бы не имели никакой связи с туловищем). Наличие большого числа степеней свободы является предпосыл­кой универсальности исполнительских функций руки. Это отличает ее от всех существующих исполнительских органов машин, которые обычно обладают одной сте­пенью свободы (реже двумя). Нужно, однако, отметить, что, несмотря на неограниченность руки в выборе траек­тории, некоторые из них при выполнении рабочих движе­ний являются все же более выгодными. Из геометриче­ских соображений может показаться, что наиболее выгодно и экономно движение по прямой. Но в действи­тельности более выгодны плавные эллиптические и кру­говые движения, поскольку они полнее, чем иные, отве­чают радиальной форме перемещения звеньев тела

¹ Надо, конечно, учитывать, что ограничения размаха движений в оросграпстве сзади туловища создают значительные затруднения в свободе движений кисти.

367

в пространстве. Как показывают исследования, замена прямолинейных движений круговыми заметно увеличи­вает производительность труда [54].

Знание силы, с которой человек может производить движения, важно прежде всего для определения допу­стимого сопротивления органов управления. Но этим его значение не ограничивается, поскольку в известных пре­делах от величины мышечного напряжения зависят ско­рость и точность двигательных реакций, а также устой­чивость руки. Так, при увеличении нагрузки на рычаг, с которым манипулирует человек, от 15 до 40 кг латент­ный период реакции возрастает с 0,16 до 0,75 сек [441].

Сила, которая может быть развита при выполнении элементарных движений руки, варьирует в зависимости от их направления. В табл. 21 представлены результаты измерений силы руки при выполнении движений в раз­ных направлениях.

Как видно из таблицы, наибольшая сила развивает­ся при толкании от себя и вытягивании на себя. При этом значительное преимущество имеется тогда, когда рука вытянута вперед (180 или 150°). По силовой ха­рактеристике толкающие движения несколько превосхо­дят вытягивающие.

В процессе манипулирования некоторыми органами управления существенную роль играет сила сжимания рукоятки. В среднем она равна 50 кг для правой руки и 45 — для левой. Максимальное усилие, развиваемое че­ловеком при манипулировании рукояткой, зависит от ее формы и длины. Так, в исследованиях Кинга измерялись усилия, прикладываемые при повороте Г-образной и Т-образной ручек. Использовались ручки длиной 13 и 28 см. В одних случаях испытуемые работали только правой рукой, в других — обеими. Лучшей- оказалась Т-образная 28-сж ручка, рассчитанная на действие дву­мя руками. При ее повороте испытуемые могли развить наибольшую силу. Сила при манипулировании 28-см и П-см Г-образными ручками была соответственно в пол­тора и четыре раза меньше. В целом ручки большей длины всегда — в отношении к силовой характеристике движения — лучше коротких. Точно так же ручки, рас­считанные на действие двумя руками, лучше тех, кото­рые рассчитаны на движение одной рукой, примерно

368

ТАБЛИЦА 21