2 курс / Нормальная физиология / Физиология_речи_Восприятие_речи_человеком_Чистович_Л_А_

так как он обычно определяется при Лш=0). Это значит, что для получения пороговой амплитуды сигнала на выходе фильтра (для обнаружения модуляции) при любых значениях Ас потребуется одно и то же значение Ат, т. е. пороговый коэффициент модуляции ш.=Л,лМс окажется обратно пропорциональным Ае.

Если преобразователь обладает нелинейной (по типу компрес­ сии) амплитудной характеристикой, то пороговое значение А т бу­ дет возрастать с увеличением Ас. В случае логарифмической ха­ рактеристики отношение Ат/Ае будет постоянным, т. е. пороговый коэффициент модуляции не будет зависеть от уровня ощущения стимула.

Трудность использования экспериментальных данных для определения амплитудной характеристики преобразователя свя­ зана с тем, что для чистых тонов и для белого шума наблюдаются существенно различные зависимости. Это заставляет думать, что по крайней мере в одном из этих случаев экспериментальная зависимость отражает, кроме характеристики преобразователя, еще какой-то дополнительный эффект и соответственно не явля­ ется «истинной».

Различие проявляется как в экспериментах по определению порогового коэффициента модуляции (при низких частотах моду­ ляции), так и в экспериментах по определению дифференциаль­ ного порога по интенсивности (сравнение двух стимулов, разде­ ленных паузой). Для белого шума пороговый коэффициент моду­ ляции (относительный дифференциальный порог) уменьшается при увеличении уровня ощущения стимула примерно до 20 дБ, при больших уровнях пороговый коэффициент модуляции сохра­ няется постоянным. Для чистого тона уменьшение порогового коэффициента модуляции (относительного дифференциального по­

Предположение, что осложненной дополнительными эффектами является зависимость, полученная для шума, исходило из того факта, что на огибающей шума имеются случайные флюктуации, мощность которых возрастает с увеличением уровня интенсивно­ сти [379, 38°]. Допустим, что входной преобразователь обладает линейной амплитудной характеристикой. Тогда для эффективного различения модулированного и немодулированного шумов не­ обходимо изменять значение порога на выходе фильтра соответ­ ственно уровню ощущения стимула. Такая подстройка не нужна в случае тона.

Экспериментальное подтверждение получила за последние годы та точка зрения, что «осложненной» является, наоборот, зависи­ мость, полученная для тональных сигналов [197, 397 513, 539, 542]. Существо дела сводится к тому, что, обнаруживая амплитудную модуляцию тона (при низких частотах модуляции), человек ориентируется на изменения в тембре звука, т. е. основывается не только на изменениях огибающей gt (t) в частотном канале,

291

настроенном на данный тон, но и на изменении формы g(z) — рас­ пределения плотности импульсации по оси частот. Эти изменения g(z) обусловлены как нелинейностью фильтров улитки (см. главу 7), так и, при больших уровнях стимула, нелинейными искажениями сигнала в более периферических звеньях системы.

Из сказанного следует, что* и шум, и тон не являются идеаль­ ными стимулами для определения амплитудных характеристик преобразователя. Требования к идеальному стимулу состоят в том, чтобы он вызывал изменения огибающей g(i) только в одном частотном канале и чтобы случайные флюктуации огибающей отсутствовали.

Рис. 11.11. Порог обнаружения нерегулярности в стимуле как функция уровня ощущения стимула.

По оси абсцисс — уровень ощущения стимула; по оси ординат — пороговое изменение

Рис. 11.12. Огибающие стимулов.

Обозначения см. в тексте.

Удовлетворяющий этим требованиям стимул был применен в эксперименте Кэмпбелла и Лэски по определению порога обна­ ружения приращения огибающей [204].

Стимул был образован из трех составляющих: 700, 990 и 1300 Гц. Уровень тона 990 Гц был на 3 дБ выше, чем уровень остальных тонов; амплитуда этого тона увеличивалась ступенькой на величину С7г (рис. 11.11). Независимой переменной являлась величина пьедестала Uo; определялось значение Ult соответствую­ щее порогу обнаружения неравномерности в стимуле. Результаты

20 lg (UJUо) = а—20 lg Uo, где a=const. Эта прямая соответствует условию C/1=const. Как говорилось выше, такая зависимость должна наблюдаться, если амплитудная характеристика вход­ ного преобразователя является линейной.

292

При увеличении уровня ощущения (в пределах до 70 дБ) экспериментальная зависимость стремится к некоторому постоян­ ному значению 20 lg (U1/Uo). Следовательно, в этом диапазоне характеристика преобразователя близка к логарифмической, что соответствует данным, полученным ранее для шума. При уровне ощущения более 70 дБ значение 20 lg (СД/бД) снова уменьшается.

Стимулы со сложным спектром использовались также в экспе­ риментах Жуковой. В этих экспериментах исследовались зависи­ мости порогов обнаружения перепадов амплитуды огибающей от уровня ощущения стимула для стимулов с тремя типами оги­ бающей, схематически показанными на рис. 11.12. Спектр стимулов

Рис. 11.13. Порог обнаружения нерегулярности в стимуле и порог восприя­ тия согласного как функция уровня ощущения для стимулов рис. 11.12.

По оси абсцисс — уровень ощущения сегмента стимула с большей интенсивностью; по оси ординат — пороговая величина изменения в огибающей стимула. 1 — порог обнару­ жения нерегулярности в стимуле В, S — порог восприятия согласного в стимуле В, точки — порог восприятия согласного в стимуле В, крестики — порог восприятия со­ гласного в стимуле А.

Рис. 11.14. Зависимость порога восприятия модуляции шума от частоты модуляции.

По оси абсцисс — частота модуляции; по оси ординат — отношение порогового коэффи­ циента модуляции к минимальному пороговому коэффициенту модуляции (тпо=0.055). Престики соответствуют уровню ощущения стимула 40 дБ, точки — 15 дБ. Зависимость для уровня ощущения 40 дБ сдвинута на 3.2 дБ вниз по оси ординат.

состоял из первых шести гармоник основной частоты 180 Гц, амплитуды гармоник были подобраны так, чтобы стимул макси­ мально приближался к гласному [а]. Величина Uo задавалась экспериментатором, испытуемый мог изменять U1.

Для подробного исследования зависимости Ur от С70 исполь­ зовались стимулы типа В. Определялись значения Ur, соответ­ ствующие порогу обнаружения неравномерности в гласном и порогу появления согласного. Для стимулов типа А и Б опреде­ лялся только порог появления согласного.

На рис. 11.11 точками показаны полученные Жуковой пороги обнаружения неравномерности в гласном. Можно видеть, что точки практически идеально воспроизводят кривую Кэмпбелла

293

и Ласки, если ее сдвинуть на 4.5 дБ вверх. Необходимость сдвига возникает, вероятно, за счет того, что в эксперименте Жуковой длительность сегмента с измененной амплитудой составляла 60 мс, а в эксперименте Кэмпбелла и Лэски — 400 мс. На рис. 11.13 приведены полученные в работе Жуковой значения порога вос­ приятия согласного для стимулов типа А, Б и В (рис. 11.12). Можно видеть, что порог восприятия согласного в стимуле В (кривая 2) примерно на 10 дБ выше порога обнаружения нерегу­ лярности в гласном для этого же стимула (кривая 7). Вместе с тем вид зависимости оказывается достаточно близким.

70 дБ. При уровне 30 дБ порог достоверно выше для стимула Б (отрицательное приращение), однако разница мала по абсолютной величине. Существенно, что пороги для стимулов А и Б оказы­ ваются значительно большими, чем пороги восприятия соглас­ ного в стимуле В. Возможно, что этот эффект объясняется тем, что для восприятия согласного в стимуле В достаточно обнаруже­ ния хотя бы одного из двух явлений — отрицательного или поло­ жительного скачка огибающей (см. раздел 11.2.3).

Вывод о том, что в области средних уровней интенсивности амплитудная характеристика преобразователя должна быть близка к логарифмической, следует также из экспериментов по сравне­ нию хриплости двух посылок амплитудно-модулированного тона с сильно различающимися (на 20 и 40 дБ) уровнями интенсив­ ности [502]. Подчеркнем, что в данном случае применялись большие значения коэффициента модуляции и, согласно принятой интер­ претации, сравнивались существенно надпороговые сигналы на выходе «фильтра хриплости». Методика эксперимента состояла

вследующем. Посылки предъявлялись парами, уровни звукового давления посылок в паре различались на 20 и 40 дБ. Коэффициент модуляции тона с большим уровнем задавался случайным образом

впределах от 0.2 до 1, коэффициент модуляции тона с меньшим уровнем был равен 1. Испытуемые определяли, первая или вто­ рая посылка звучит более хрипло. Из распределения ответов были определены коэффициенты модуляции тонов большей интен­

сивности, дающие такую же хриплость, как более слабые тоны с т=1. Частота модуляции была равна 70 Гц, частота несущей — 1 и 4 кГц. Оказалось, что результаты существенно зависят от по­ рядка предъявления посылок, но даже в худшем случае различие в уровне сигналов на 40 дБ соответствует различию коэффициентов модуляции не более чем на 6 дБ (в лучшем случае — на 1.4 дБ).

Так как система обработки огибающей заведомо включает нелинейные преобразования и принятое пока допущение о линей­ ности фильтров является условным, более исчерпывающей харак­ теристикой системы было бы семейство амплитудно-частотных характеристик фильтров огибающей, снятых при разных уровнях стимула.

294

В экспериментах И. Чистович и Мушникова были получены зависимости порогового коэффициента модуляции от частоты для уровней ощущения шума Z=40 и 15 дБ. Результаты приведены на рис. 11.14 в децибелах от минимального коэффициента модуля­ ции при Л=40 дБ (то=0.055 при /„=5 Гц), причем зависимость для Л=40 дБ сдвинута на 3.2 дБ вниз по оси ординат. Легко ви­ деть, что зависимости совпадают практически идеально.

11.5. ОБЪЕДИНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОГИБАЮЩЕЙ В ЧАСТОТНЫХ КАНАЛАХ

Вопрос о том, как взаимодействуют системы обра­ ботки огибающей в разных частотных каналах, пока очень мало изучен. Очевидно, происходит нечто вроде суммирования сигна­ лов, отражающих неравномерности в огибающей в частотных каналах.

Это следует из данных по пороговым [г]-паузам (см. 11.3). Величина пороговой [г]-паузы оказалась больше для чистых тонов, чем для гласного [а] и для белого шума [621. Ясно, что в слу­

Рис. 11.15. Коэффициент модуляции (т3) тона, равного по хриплости сумме двух тестирующих амплитуд- но-модулированных тонов. По [5оа].

По оси абсцисс — расстояние между тести­ рующими тонами по шкале Барк; по оси ординат — коэффициент модуляции. 1 — модулирующие сигналы в фазе, 2 — в противофазе.

чае гласного и шума неравномерность в огибающей имеетсячв боль­ шем числе каналов, чем в случае тона. Кроме того, величина пороговой паузы несколько увеличивается при увеличении ча­ стоты несущей выше 500 Гц (рис. 11.9). Это может объясняться тем, что при более высоких несущих действует меньшее число каналов.

Необходимость объединения информации по частотным кана­ лам подтверждается и данными по восприятию хриплости.

Для изучения взаимодействия частотных каналов при опре­ делении хриплости Терхардт [б02] провел эксперимент с двумя амплитудно-модулированными тонами. Сигнал представлял собой

фициентом модуляции т3. Частота модуляции всех трех тонов составляла 40 Гц. Коэффициенты модуляции тонов Д и /2 подбира­ лись так, чтобы хриплость каждого из этих тонов, предъявлен­ ного отдельно, была равна хриплости стандарта с коэффициентом

295

модуляции, равным 0.5. Затем испытуемому предъявлялась сумма тонов /х и /2 с подобранными таким образом равными хриплостями; коэффициент модуляции т3 стандарта подбирался так, чтобы хриплость стандарта была равна хриплости суммы двух тонов.

На рис. 11.15 показаны полученные зависимости ms от рас­ стояния по частоте между /х и /2 в Барках для случаев, когда сигналы, модулирующие тоны‘комплекса, подавались в фазе и в противофазе. Из рисунка видно, что, если расстояние между частотами комплекса превышает критическую полосу, хриплость суммы тонов равна хриплости каждого тона в отдельности, когда модулирующие сигналы подаются в противофазе, и хриплость суммы больше хриплости одного тона, если модулирующие сиг­ налы в фазе. Отсюда следует, что при определении общей хрип­ лости некоторым образом складываются отклонения одного знака

вкаждом канале.

11.6.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ХРИПЛОСТИ

Построить полную функциональную модель системы обработки огибающей пока не представляется возможным из-за недостатка экспериментальных данных. Остается неясным, сколько фильтров (два или больше) должна содержать модель каждого частотного канала, не полностью известны параметры этих фильт-

Рис. 11.16. Блок-схема модели оценки хрип­

Первой попыткой смоделировать часть системы обработки оги­ бающей является предложенная Фогелем [514] функциональная модель оценки хриплости амплитудно-модулированного сигнала, блок-схема которой показана на рис. 11.16. В модели блок 1 представляет собой набор 96 параллельных линейных LC-фильт- ров, моделирующих фильтры улитки. Полоса пропускания каж­ дого фильтра примерно равна 1 Барк. Спад амплитудно-частотной

296

характеристики в сторону высоких частот крутой, в сторону низких — более пологий. Координатная характеристика отра­ жается (приближенно) неравнобедренным треугольником. Набор из 96 фильтров перекрывает всю область от 0 до 24 Барк таким образом, что расстояние между частотами максимумов соседних фильтров равняется примерно 0.25 Барк. В каждом канале сигнал подвергается однополупериодному выпрямлению и затем сглажи­ вается интегрирующей цепочкой с постоянной времени 1.4 мс (блок 2). Блок 3 осуществляет логарифмирование сигнала. Блок 4 представляет собой полосовой фильтр, частота максимума ампли­ тудно-частотной характеристики которого находится в районе 90 Гц, а наклоны амплитудно-частотной характеристики в сторону низких и высоких частот равны соответственно 12 и 6 дБ/окт. Выходной сигнал полосового фильтра подается на однополупериодный выпрямитель. Выпрямленные сигналы г', (t) сумми­ руются по всем каналам. Величина хриплости оценивается по максимуму выходной величины г (г).

11.7. РАЗЛИЧЕНИЕ ФОРМЫ НЕРАВНОМЕРНОСТЕЙ

Результаты, приведенные в данной главе и в главе 6, показывают, что человек не только обнаруживает однократные неравномерности в огибающей сигнала, но и разделяет их на не­ которые классы форм. Так, положительные и отрицательные сту­ пенчатые приращения и (г]-пауза относятся, видимо, к трем раз­ ным классам. Пока совершенно неясно, по каким признакам происходит эта классификация. Однако есть данные, указываю­ щие на то, что важную роль здесь играет скорость изменения огибающей стимула.

Исследование различения шумовых сигналов с разным перед­ ним фронтом проводилось в работе Поллака [427] и Гершуни идр. [41]. Результаты, полученные в обеих работах, являются доста­ точно близкими. Очень интересными для анализа являются дан­ ные Гершуни и др. Авторы применяли стимулы с экспоненциаль­ ным нарастанием (значение т изменялось) и провели два рода экспериментов. В одном из них от испытуемых требовалось, ис­ пользуя фонетические ассоциации, осуществлять классификацию стимулов. Выяснилось, что испытуемые выделяют три класса стимулов, соответствующие резкому началу, без резкого начала и плавному нарастанию. Полученные функции идентификации приведены на графике Б рис. 11.17.

на графике А рис. 11.17.

297

Можно видеть, что зависимость т2 от 44 имеет отчетливо сту­ пенчатый вид, свидетельствующий о категориальном характере различения. Изменение в некоторых пределах (разных у раз­ ных испытуемых) не изменяет значения т2; когда стимул выйдет за эти пределы, т2 изменяется скачком и затем опять сохраняется неизменным при некотором интервале значений у,. Число кате­ горий, как и по данным идентификации, оказывается равным

Рис. 11.17. Классификация (А) и различение (Б) шумов с разной постоянной времени нарастания.

На Л: по оси абсцисс — постоянная времени нарастания стандарта; по оси ординат — по­ стоянная времени нарастания тестового стимула, при которой он отличается от стандарта

отнесения стимула к определенному классу; 1 — процент отнесения стимула к первому классу (резкое начало), 2 — к третьему классу (плавное нарастание).

ожидать, если бы человек пользовался, например, такой харак­ теристикой стимула, как начальное значение громкости.

Важно отметить, что скорость нарастания переднего фронта шума имеет существенное значение для различения взрывных и щелевых согласных. Для получения взрывного согласного необхо­ димы крутой передний фронт и малая длительность, для получения щелевого — медленное нарастание и большая длительность [9].

По какому бы принципу ни осуществлялась классификация форм огибающей сигнала, во всяком случае приходится допустить существование некоторого набора детекторов форм. Эти детекторы должны некоторым образом взаимодействовать, что следует из результатов, полученных в работе [102]. В работе использовалось дихотическое предъявление [а]-подобного стимула с разными ва­

298

риантами огибающей, схематически показанными на рис. 11.18. Обозначения правое ухо и левое ухо являются условными, так как никакого намека на доминантность одного уха в этой работе

[а]; вероятность их восприятия как двух гласных, разделенных паузой или согласным [1], также является монотонно возрастаю-

Рис. 11.18. Типы (I—III) огибающих дихотпчески предъявляемых стимулов. По [1М].

Обозначения см. в тексте.

щей функцией Lb. Существенно, что в стимулах типа I испытуе­ мый воспринимал только [г]-паузу; в стимулах типа II он ее ни­ когда не слышал. В основных экспериментах использовались стимулы типа III.

На рис. 11.19 приведены результаты опыта, когда стимул А с паузой, равной 15 мс, имел высокий уровень интенсивности (7>д—61 дБ), а уровень стимула В с паузой в 90 мс менялся в пре­ делах от 0.5 до 53 дБ. Испытуемым разрешались ответы [ага] и [ala]. На рисунке крестиками показана зависимость вероятности ответа [ala] от Пу. Точками показаны результаты предваритель­ ного эксперимента со стимулом II. Можно видеть, что данные обоих экспериментов совпадают. Это говорит о том, что испытуемые воспринимают [г]-паузу только в тех случаях, когда интенсив­ ность стимула с большой (90 мс) паузой слишком мала, чтобы эта большая пауза могла быть обнаружена.

На рис. 11.20 приведены результаты опыта, где стимул с 90-мил- лисекундной паузой имел постоянный уровень, равный 35 дБ. Мы назовем его сейчас стимулом А. Стимул В с паузой 15 мс изме­ нялся в пределах от 18 до 61 дБ. Испытуемым разрешались ответы [а]—[a], [ala], [ага]. Крестиками показана зависимость вероят­ ности ответа [ага] от L*B. Можно видеть, что вероятность не превы­ шает 0.2. Для сравнения точками приведены данные эксперимента со стимулом типа I рис. 11.18, когда стимул А является сплошной

299