Другие бинауральные эффекты
Бинауральное суммирование при абсолютном пороге. Вопрос о бинауральном суммировании - независимо от того, является ли бинауральный порог более низким, чем монауральный, - задавался в течение многих лет, но ответы на него были сомнительны. Тарченов, Прейер и Кёртинг (см. Xирш, 1948а) каждый в отдельности считали, что двумя ушами они могут слышать звуки, которые неуловимы каждым ухом в отдельности. Но на стороне отрицательного ответа был авторитет Фехнера, Штумпфа и Хорнбостеля. Сивиан и Уайт (1933) исходили в своем решении из сравнения результатов измерений двух испытуемых (весьма шаткая основа), а именно из того, что полученная ими кривая для мензурального минимального слухового поля (см. фиг. 5) полностью совпадала с бинауральным минимальным слуховым полем.
Когда мы обращаемся к недавним экспериментам (Геидж, 1932; Хью, 1938; Коссэ и Шавассэ, 1942а; Шоу, Ньюмэн и Поллак, 1948), мы находим, что авторы подчеркивают основной довод (первоначально упомянутый Урбанчичем в 1893г.) для отклонения существовавшего ранее мнения. Эти эксперименты ясно показывают, что бинауральный порог для чистых тонов, выраженный в терминах звукового давления, сообщаемого барабанной перепонке, будет ниже, чем монауральный порог. Они также показали, однако, что если два монауральных порога не являются почти равными, то разница между бинауральным порогом и порогом для более чувствительного уха очень невелика. Поскольку два уха среднего испытуемого разнятся по чувствительности приблизительно на 6 дб, то величина фактически определенной бинауральной суммы (около 1 дб) представляет собой примерно то, чего можно ожидать на основе точного суммирования энергии. Если бы случилось найти человека, уши которого были бы чувствительными в одинаковой мере (или если при предъявлении звукового стимула мы смогли бы искусственно уравнять эту чувствительность, снизив чувствительность одного уха), мы обнаружили бы, что бинауральный порог будет около 3 дб ниже, чем монауральный. И еще пример суммирования энергии: испытуемый только что начинает различать звук независимо от того, направляем ли мы всю акустическую энергию в одно ухо или делим ее поровну между двумя. Хью определил, что фактически правило справедливо для неравного раздела общей акустической энергии, но данные Поллака (1948) указывают на то, что как для тона в 1000 гц, так и для белого шума бинауральное суммирование дает несколько меньший показатель, чем следует ожидать согласно гипотезе о суммировании энергии.
Бинауральный разностный порог по сравнению с монауральным разностным порогом. Бинауральный разностный порог несколько меньше, чем монауральный. Согласно одному из объяснений превосходство бинаурального слуха относится за счет того, что можно назвать биназуральным добавлением, то есть: 1) оба уха постоянно меняются по чувствительности; 2) иногда правое ухо воспринимает звуки более остро, иногда - левое; 3) центральная нервная система реагирует на более четкий из двух поступающих сигнзлов.
Объяснение, которое можно назвать количественным, сформулировано Крозье, который рассматривает системы чувствительности с точки зрения решения статистических проблем, для которых определение значения разностного порога сводится к проблеме определения разности, достигающей предусмотренного уровня статистического значения. По его мнению, два уха лучше, чем одно, поскольку при двух ушах образец (полученный от нервных элементов) вдвое больше. Так как удвоение образца делит обычную ошибку на v2 (1,4142...), то разности, которые будут невелики с точки зрения статистического значения для монауральной системы, будут значительны для бинауральной. Фактически бинауральный разностный порог для интенсивности будет около 3 дб ниже, чем монауральный разностный порог (Эптони Xолвэи, 1937). Поскольку 3 дб соответствуют отношению по напряжению, равному v2 (1,4142...), то полученный результат будет как раз таким, какого следует ожидать по теории статистики.
Бинауральное суммирование громкости. Ранние исследовзния, проведенные Сибеком, Махом, Фехнером и Доком (Xирш, 1948), указывали на то, что для обоих ушей тоны звучат громче, чем для одного, и что бинауральное суммирование громкости более очевидно, чем бинауральное суммирование абсолютного порога. Однако, эти наблюдения не имели большого успеха по сравнению с авторитетным утверждением Штумпфа, относительно того, что большая ясность, полнота и громкость бинауральных звуков приводит к иллюзии большей громкости. Утверждение Штумпфа не оспаривалось до 1929 г., то есть до того времени, когда Бекеши высказал логичную мысль, заключающуюся в том, что если громкость является субъективной реакцией испытуемого, то она должна включать элементы иллюзии. Бекеши сделал соответствующий подбор монаурально-бинауральной громкости и получил количественное подтверждение своей мысли относительно суммирования (фиг. 40).
Фиг. 40. Бинауральное суммирование громкости. Два тона одинакового звукового давления (один воздействует на одно ухо, другой - на другое) звучат так же громко, как один монауральный тон относительного звукового давления, показанного по оси ординат. По оси абсцисс выражено отношение между частотами двух тонов. Уровни их ощущения составляют 40 дб (из Стивенса и Дэвиса, 1938; по данным Бекеши, 1929).
Мы видим, что для обеспечения максимального суммирования сообщаемые в два уха тоны должны иметь одинаковую частоту. Это совершенно противоположно тому, что наблюдается в случае монаурального суммирования громкости, когда два тона, направляемые в одно и то же ухо, должны значительно отличаться по частоте, если их громкость должна суммироваться.
В своих экспериментах Флетчер и Мансон (1933), а также Коссэ и Шавассэ (19425) при различной монауральной интенсивности определяли, насколько монауральный тон может быть слабее бинаурального и все же иметь одинаковую с ним громкость. Результаты этих экспериментов не совсем ясны, но несомненно то, что результат бинаурального суммирования возрастает с уровнем интенсивности, по меньшей мере до 60 дб. Независимо от уровня интенсивности Флетчер и Мансон установили, что тон, слышимый бинаурально, кажется вдвое громче тона, воспринимаемого монаурально.
Бинауральная фаза и маскировка. Мы видели, что если приходится отличать звук от тишины, то два уха лучше, чем одно. Справедливо ли это для случая, когда мы должны услышать сигнал на фоне шума? При исследовании этого вопроса Хирш (1948) сообщал тон сначала одному уху, а затем обоим, но в продолжение всего времени оставлял маскирующий шум в обоих ушах. К своему удивлению, он обнаружил, что при испытаниях с интенсивными низкочастотными тонами два уха оказались слабее одного - слабее почти на 7 дб. Это явление было им названо "бинауральной задержкой", поскольку оказалось, что при сообщении тона второму уху создался процесс, который до некоторой степени являлся помехой уже действующему процессу.
Как показано на фиг. 41, бинауральная задержка происходит только тогда, когда действующий тон низок по частоте и когда маскирующий шум имеет высокую интенсивность. В других условиях наблюдается некоторая степень бинауралыюго суммирования.
Фиг. 41. Бинауральное суммирование и задержка. Бинауральная задержка происходит только при тонах с частотой 250 и 1000 гц и в присутствии довольно сильного маскирующего шума. Маскирующий шум во всех случаях подается бинаурально (по Xиршу, 1948).
Подобные же исследования, проливающие свет на бинауральную задержку Хирша, более или менее последовательно изложены в работе Лэнгмюра и др. (1944) по бинауральным влияниям в звуковой локализации. Было установлено, что различение тона на фоне беспорядочного шума зависит от бинауральных фазовых отношений тона и шума. Когда шум сообщается так, что он заставляет колебаться две барабанные перепонки вместе внутрь к центру головы и вместе обратно, то шум звучит так, как если бы в центре головы находился плотный шар; тон в данном случае будет более всего слышим тогда, когда он в значительной мере дихотичен по фазе, с локализацией (субъективно) в одной стороне шара.
С другой стороны, если шум, сообщаемый одному уху, имеет обращенную полярность, так что обе барабанные перепонки двигаются вместе вправо, а затем влево, он звучит рассеянно и его тон лучше всего слышен тогда, когда он диотичен по фазе и, следовательно, имеет центральную локализацию.
Хирш (1948с) разработал функции, связывающие слуховое различение и бинауральную фазу, и установил, что в определенных условиях смена соотношений бинауральной фазы может сдвинуть порог маскировки на 14 дб. Его результаты приведены на фиг. 42.
Фиг. 42. Влияние бинауральных фазовых соотношений на бинауральное суммирование и задержку. По оси ординат - соотношение между мензуральным и бинауральным порогами маскировки для частот чистых тонов, указанных по оси абсцисс. Маскировка производилась белым шумом на уровне звукового давления 59 дб над 0,0002 дин/кв.см. Раз-ность фаз тонов Ft, подаваемых в оба уха, составляла 0°, а иногда - 180°. Формы колебаний шума были иногда в обоих ушах одинаковы ( Fh=0°), иногда вправо вверх в одном ухе и "вверх дном" вниз - в другом ( Fh=180°). Таким образом, имелись четыре различных бинауральных фазовых соотношения и соответствующие им четыре различные кривые бинаурального суммирования или задержки (по Xиршу, 1948).
Очевидность того, что бинауральные отношения играют столь значительную роль при определении маскировки, совершенно опровергает утверждение, согласно которому маскировка является по природе своей исключительно периферической. Очевидно, маскировка ни в коем случае не может полностью определяться процессами в улитке, ибо действия, происходящие в центральной нервной системе, близ или вдали точки слияния двух афферентных путей, оказывают большое влияние на степень точности, с которой общий процесс возбуждения может быть проанализирован по составным частям.
Бинауральные фазовые соотношения оказывают свое влияние также и на громкость. Хирш и Поллак (1948) нашли, что громкость тона, слышимого на фоне интенсивного шума, будет значительно больше, если тон и шум имеют противоположные бинауральные фазовые отношения, чем в том случае, если последние одинаковы. Однако при тишине бинауральная фаза не оказывает никакого влияния ни на громкость, ни на абсолютный порог (Хирш, 1948)
Бинауральное несоответствие высоты звука - diplacusis. Отологи давно знакомы с состоянием слуха, известным под названием diplacusis binauralis, при котором пациент при раздражении его правого уха чистым тоном слышит одну высоту звука, а при раздражении тем же самым тоном левого уха - слышит другую высоту звука. Однако на ранние наблюдения Либермана и Ревеша (1914) не обращали должного внимания и в течение многих лет не понимали, что умеренная степень бинаурального несоответствия высоты звука является скорее правилом, чем исключением. Diplacusis измеряется путем определения того, сколько должно быть изменений частоты стимула при переключении тона из одного уха в другое, чтобы держать высоту звука постоянной. Типовые данные Стивенса и Игана (1941) показаны на фиг. 43.
Фиг. 43. Diplacusis "нормального" испытуемого: частота сообщаемого левому уху тона должна изменяться, чтобы подобрать высоту звука левого уха к высоте звука правого уха. По оси ординат - процентное изменение требуемой частоты (из Моргана, 1943; по данным Стивенса и Игана, 1941).
Величина diplacusis зависит от интенсивности стимула, то есть она уменьшается по мере повышения интенсивности. Diplacusis проявляется наиболее ясно после того, как одно ухо было подвергнуто интенсивному раздражению. Дэвис и др. (1944) обнаружили наличие несоответствия высоты звука до целой октавы у испытуемых, которые в течение нескольких минут подвергались воздействию тонов от 130 до 15056, исходная интенсивность 0,0002 дин/кв.см. Иногда звук, слышимый ухом, имеет не одну высоту, а две, из которых одна выше, а другая ниже высоты звука, слышимого ухом без предварительного стимула. Рюде и Фэррер (1945, 1946, 1947) установили, что высота звука имеет тенденцию к сдвигу вверх, если частота тона предварительного стимула ниже 4000 гц, и вниз, если частота тона предварительного стимула выше 4000 гц.
Стороннику теории "места" diplacusis дает в руки прекрасные аргументы против теорий "частоты" в области слуха. Если поддерживать то мнение, что высота звука зависит от частоты колебания нервных волокон, необходимо будет объяснить, каким образом "частота" нервов не совпадает с частотой стимула; придется отвергнуть мнение о синхронности между акустическим стимулом и чувствительностью нервов. Что касается теории "места", то явления, связанные с diplacusis, почти полностью находят свое объяснение. Необходимо только допустить, что небольшая часть основного механизма нечувствительна, например, в результате предварительного возбуждения. При сообщении слабого тонального стимула, который обычно возбуждает нервные волокна, иннервирующие данный участок, никакой реакции не происходит. При повышении интенсивности нервные волокна, иннервирующие соседний участок, возбуждаются до того, как достигаются верхние пороги для волокон этого участка. Соседние волокна производят высоту звука, характерную для этого "места" и, следовательно, несколько отличающуюся от высоты звука, обычно ассоциируемой с частотой стимула.