close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1blauert yens prostranstvennyy slukh

код для вставкиСкачать
ЙЕНС БЛАУЭРТ
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СЛУХ
Перевод с немецкого И. Д. Г у р в и ц в
МОСКВА -ЭНЕРГИЯ» 1979
ББК 32 87
Б 68
УДК 681.842
RAUMUCHES HOREN VON JENS BLAUERT
mit 174 Abblldungen
M 0 N 0 G R A P H 1 E N DER N A C H R I C H T E N r E C H N I K
S. H IRZEL VERLAG STUTTGART. 1974.
Б лауэрт П.
Б 68
Пространственный слух: Пер. с нем. — М.: ЭнерI ня. 1979. — 224 с. с ил.
1 р. 40 к.
В книге рассм атриваю тся «опросы восприятия зву ка о т одного и
нескольких источников.
Д еется определение слухового ощ ущ ения и
объемное тя эяу чшвин, понсняютс я
свойстве акустических снгв а лов
и звуковы х полей. Д октор Иене Б л ау эр т является научным сотрудни­
ком И нститута электросвязи в А ахене (Ф РГ) и заведую щ им каф едрой
электроакустики Университета в Бохум е.
Книга предназначена радиолю бителям , интересую щ имся вы сокока­
чественным звучанием , и м о ж ет б ы ть полезна специалистам в области
электроакустики.
30401-246
_
Б ----------------- 247-79. 2402030000
051(01)-79
Б Б К 32.67
6Ф 2.7
© 1974 by S. HIrzel VerJag S tu ttg art
Die Ubersetzung In ale russische Sprache erfolgte mlt Genehmlgung des S. Hirzel Veil ages, Stuttgart. Der Ubersetziing
der 1. Auflage 1974 der deutschen Ausgabe 1st der wissenschaftliche Stand von 1972 zugrundegelegt
© Перевод на русский язык. сЭнергня», 1979.
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Основная цель любых электроакустических н звукотехннческих устройств,
каково бы ни было их назначение, сложность и стоимость,— передела звуко­
вой информации человеку. Естественно, что характеристики и свойства электро­
акустических приборов должны быть рассчитаны с учетом свойств слухового
аппарата человека. Поэтому изучение этих свойств приобретает для конструк­
тора первостепенное значение.
Свойствам уха как приемника звуковой информации посвящена книга
Э. Цвнккере н Р. Фельдкеллсра «Ухо как приемник информации», вышедшая
в 1971 г. на русском языке вторым изданием. Однако и ней совершенно не за ­
трагиваются проблемы направленный свойств слуха. Между тем сегодня уме­
ние правильно оценивать свойства слухового аппарата человека разделять и
различать звуки, приходящие по разным направлениям, и находить решения,
обеспечивающие оптимальное качество звучания, приобретает особое значение.
Обусловлено это, с одной стороны, тем, что широкий круг специалистов н ра­
диолюбителей все чаще стремится к созданию стереофонических н квадрафо­
нических систем, воспроизводящих не только основные, простейшие отличпя
первичных сигналов, но н тонкие нюансы пространственных звуковых картин,
а с другой — все чаще применяются головные телефоны для прослушивания
художественно-музыкальных программ, содержащих не только смысловую, ко
н эстетическую информацию.
Именно этим проблемам посвящена книга известного исследователя
нэ ФРГ Пенса Блауэрта, в которой последовательно описываются методика н
результаты экспериментов по изучению направленных свойств слуха в откры­
том пространстве и в закрытых помещениях.
В данной кянге рассматриваются вопросы пространственного слуха. Одна­
ко отсутствие сколько-нибудь сложных математических выкладок, подробность
описания, разъяснение используемых базисных понятий делают книгу доступ­
ной н интересной для широкого круга читателей, в который, как нам кажется,
войдут не только радноспециалисты н квалифицированные радиолюбители, но
и спецналнсты-акустнкн, профессиональные музыканты, любители музыки,
врачн-огологи, архитекторы н многие другие.
Одна нэ характерных особенностей книги — ее обширная библиография.
К сожалению, в ней почти полностью отсутствуют работы наших соотечествен­
ников. Чтобы как-то восполнить этот пробел, в конце кпиги приведен неболь­
шой, отнюдь не претендующий на полноту, перечень основных отечественных
работ, затрагивающих те же вопросы.
Много хлопот причинила переводчику н редакторам принятая автором тер­
минология. Необходимость точного перевода понятий, отсутствпе в ряде слу­
чаев адекватных русских терминов нередко заставляли отыскивать компромис­
сные варианты. В частности, это относится к таким нашим терминам, как
«ушные сигналы», «медианная плоскость», «локализация внутри головы» я т. п.
Насколько удачными они окажутся, судить читателю.
Нам же остается выразить надежду, что книга И. Блауэрта заинтересует
читателя, окажется ему полезной.
Ваши отэыаы н пожелания о книге следует направлять по адресу: 113114,
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, иэд-во «Энергия», редакция Массовой
радиобнблиотекн.
Редакция
1*
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предварительная подгон n т лиформацн (, ее обработка н н редача в
пространстве п времени
ra n i с р д» а начение техники сви i Она окно
чает в себя н частую ио пг ю
к i {ую з дачу — дать человеку сред тво для
восприятия событий пр сх > inn I п другое время, в другом ме тс С этой
целью в конце цепи п реда 1 1 н
кп t мо формировать сигналы которые до
носили бы до адресата вукооую i i] >рм ц 1Ю
Чтобы со дать у человека 1ллк i и пр ут тпня при событии и уча тия в
нем, необходимо также воэ ожио б се т о т во произвести направление на
источник сигнала и иллюзию удален 1Я от него слушателя. Это означает, что
инженеры-связисты должны 1 Лубоко вин
ь n i роблемы субъективного вос­
приятия человеком акустических сигнале и в шеттк тн восприятия их прост
ранствениых при паков или K o p o i 'онорн
при трап тпенио о слуха
Проблемами простран тп пи го с, уха hi маетен гя там х разных дисц ш
- ии. как психоюгия, и нхофнзика, мед| цнца, с одной стороны и физика н
еория музыки с другой. В первую из упомянутых групп вх дят естествен
ные науки, объектом исследования которых иэнашльл служи ч ловск как
существо, сознательно воспринимающее окружающий мир Различия между
психологией, психофизикой и физиологией с этой точки зрения носят только
методический характер. Е ли психология и психофизика изучают процессы,
пронсходящи в организм ic.i иска до начата акустического восприятия, во
время и после пего то физнол гня исследует сами эти процессы. Медицина
использует оба метода, но интересу тся прежде всего аномалиями явлений
и пределами отклонений
i оенте ьно принятых норм. Интерес медицины к
пространственному слуху ы рсдсля тся главным образом поиском методов
лечения.
Науки, о тавляющне дру ую р тшу ра сиятр таю т челопска как ко­
нечное приемное звено цени связи В инженерных науках явление пространст
венного слуха изучается н используется прежде всего в технике связи, но
находит применение также в измерительной технике н при поиске решений
проблем борьбы с шумами. Физика как основа архитектурной акустики свя­
зана с пространственным слухом постольку, поскольку только человек — ко­
нечная инстанция оценки акустики» помещения Наконец, музыкальную
пауку интересует взаимосвязь между архитектурно пространственными ус­
ловиями при испотиснии произведения н его музыкальным во действием» на
слушателя. Здесь следует с к т а т ь ч » все жанры совр менной музыки широ
ко используют эффекты пр стран твенного слуха для усиления художествен
иого воздействия.
Из сказанного ясно, что кру вопросов, свя анных с пространственным
слухом, весьма широк н в нолн м объеме едва лн доступен спецнл тн ту в
области одной науки. Весьма немногочисленные обзоры н работы по у ким
специальным вопросам (в приведенном списке литературы они обоз л a i иы
звездочкой) со ержат анализ отдельных проблем, рассмотренных с п знци’1
лишь той наук!. к которой данная проблема относится.
Настоящая работа является попыткой систематизировать
прем иные
знания в области пространственного слуха н дать читателю осипппьв пред
ставлення о проб емс во всей ее широте. Многочисленные есиаки ив лн
4
i p турные источники и комментарии по ним в тексте книги позволяют бы
тро найти нужные работы по отдельным проблемам.
Изложение основано главным образом на работах по психологии,
психофизике, отолярннгологнн, технике связи н фнзнке. Физиологические
вопросы детально не рассматриваются. Кроме того, в книге опущены подроб­
ности, касающиеся электроакустических систем передачи, поскольку литера­
тура по нки весьма обширна. В тексте приведены соответствующие ссылки.
Исследования пространствевного слуха основаны на субъективных эк­
спериментах с участием людей н качестве экспертов. При этом складывается
неправильная, по крайней мере для инженеров н физиков, ситуация: то, что
слышат эксперты, становится достоянием экспериментатора не непосред­
ственно, а по словесным описаниям. К тому же очень часто описания группы
экспертов отличаются одно от другого, даж е при абсолютно одинаковых
условиях эксперимента. Д ля того, чтобы вес таки получить количественные
результаты, психологи н пенхофнзнкн разработали специальные, так назы­
ваемые «психометрические» методы измерений. Этн методы н лежащие в
нх основе модельные представления кратко оппсаны в вводной части. Кроме
того, таи ж е приведены некоторые замечания по теории испытательных сиг­
налов н звуковых полей. Инженерам связи н физикам они знакомы, читате­
лям же других профессий оии помогут разобраться в физико-акустических
аспектах пространственного слуха.
Звуковые сигналы у каждого уха — основные физические факторы про­
странственного слуха. Можно было бы, очевидно, рассматривать простран­
ственный слух исходя только нэ этих сигналов н делить материал книги на гла­
вы с позиций теории сигналов. Однако результаты соответствующих экспери­
ментов получены только для некоторых специальных классов сигналов н в пер­
вую очередь таких, которые при пространственном восприятии звуков сущест­
вуют в свободном звуковом поле н в закрытых помещениях. По этой причине в
книге сохранено традиционное деление материала по числу источников сиг­
нала. Благодаря близости к реальным условиям такой подход имеет свои пре■нущества.
В течение многих лет антор проводил теоретические н экспериментальные
исследования пространственного слуха в Институте электросвязи Технического
университета в Аахене. Он выражает сердечную благодарность своему глубоко­
уважаемому учителю профессору доктору В. Ашофу, иного лет бывшему ди­
ректором института н активно способствовавшему проведению работ н напи­
санию кннгн.
Автор благодарит также профессоров Берлинского технического универси­
тета Л. Кремера н Е. Р. Бергера, которые прочитали рукопись и помогли
внести в нее иного существенных поправок. Автор благодарит н своих сотруд­
ников доктора П. Лавса н инженера Р. Хартмана, которые оказывали по­
мощь в работе н высказывали свои критические замечания, ннжеиера
X И. Платтке, обработавшего массу экспериментальных данных, Л. Биллера.
подготовившего графический материал, и мадам Р. Иаврат, которая перепеча­
тала рукопись.
Я. Блауэрт
Аахен, август 1972 г.
1. ВВЕДЕНИЕ
В предлагаемой книге излагаются результаты слуховых экспериментов,
т. с. экспериментов, в ходе которых исследуются слуховые ощущения, возни­
кающие в определенных условиях. Под ощущением, или восприятием, здесь н
далее понимаются только осознанные ощущения. Исследования ощущений
проводятся разными науками и под различными углами зрения. В принципе
различают две постановки вопроса: философскую (что такое ощущение
вообще?) н научно-техническую (как возникают ощущения?).
Первый вопрос касается сущности восприятий, и ответ на него дает
представление о взаимоотношениях воздействия и вызываемого ни ощущения.
Ответ гласит — воздействию противостоит ощущение осознанного его вос­
приятия. Если воспринимающего назвать обычным понятием «субъект*, а
предмет восприятия «объект», то коротко ответ на первый вопрос можно сфор­
мулировать так: «восприятие есть взаимосвязь субъекта с обьектои» (Лунгвнтц, 1923, 1933; Бейзе, 1961). Не существует ощущения без субъекта, как
нет его и без объекта.
Второй вопрос связан с условиями возникновения ощущений. Поскольку
ощущения обусловлены физиологическими процессами в организме субъекта,
то более широко этот вопрос можно сформулировать так; какие процессы
должны происходить в организме н какими должны быть внешние условия
для того, чтобы у субъекта появилось ощущение объекта. Именно данной
проблеме н посвящена книга.
Исследуемый организм — это человек, участвующий в слуховых экспери­
ментах. Д ля краткости будем называть его экспертом. Внешние условия —
воздействии (раздражения, преимущественно — звуковыми сигналами), ко­
торым подвергались эксперты. То, что слышит человек, и есть интересующее
нас восприятие.
1.1. СЛУХОВЫЕ ОЩУЩЕНИЯ И АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО
Человек— существо видящее. По сравнению со зрением другие его орга­
ны чувств (слух, осязание и т. д.) развиты значительно слабее. Именно
поэтому многие чисто акустические понятия в основе своей содержат опреде­
ления из мира зрительных ощущений. Мы говорим; «звук окрашен», но никак
не наоборот — «краска звучит» и т. д. Такие заимствованные определения
широко используются в научно-технических работах.
Стандарт ФРГ Д И Н -1320 (1959 г.) определяет понятие «звук» как «ме­
ханические колебания и волны в упругой среде, преимущественно в слыши­
мом человеком диапазоне частот (16—20000 Гц)» и описывает тем самым
физически измеряемые смещения зрительно воспринимаемых объектов. То,
что человек слышит, т. е. его акустическое восприятие, в данном определении
участвует лишь косвенно в виде дополнительного указания «в слышимом
человеком диапазоне частот».
Д ля строго научного описания слуховых экспериментов пеобходнио под­
робнее проанализировать основные положения приведенного определения.
Исходным в нем является то наблюдение, что человек со здоровым слухом,
находясь в среде, в которой происходят колебательные, нлн волновые, про­
цессы с частотой в диапазоне 16—20 000 Гц, как правило, что-то слышит
6
Однако это отнюдь не означает, что слышимое идентично колебаниям и волнам.
Ьслн человек в такой среде на время закроет ушные раковины, то, хотя он
и перестает слышать, колебания среды продолжатсн н могут быть восприняты
нм (налрннер, косвенно с помощью физических измерительных приборов).
Д ля терминологической четкости мы, как это было предложено ранее,
будем обозначать дополнительным словом «звуковой» от стацдартнзоввнно*
го «звук» только то, что относится к физической стороне слухового процесса,
в первую очередь — «звуковой объект*. Сюда же относятся н такие понятия,
как: «источник звука», «звуковой сигнал», «звухован волна» н т. д., характе­
ризующие физическую сущность признаков звукового объекта. Акустически
воспринимаемое, или слышимое, будем характеризовать дополнительным сло­
вом «слуховой», имея в виду в основном слуховой объект.
Распространена точка зрения, будто слуховой объект вызывается только
звуковым возбужден кем. Известно, однако, что слуховые объекты (ощущения)
могут возникнуть н прн отсутствии явных механических колебапнй, или волн.
Например, слуховые галлюцннацнн (музыка, шумы) у людей с нарушениями
слуха, нлн слуховые объекты, вызываемые искусственным раздраженней слу­
хового нерва. Тот факт, что не прн каждом звуковом возбуждении
возникает слуховое ощущение н не каждому слуховому ощущению предшест­
вует обязательно звуковое возбуждение, опровергает мнение, что одно вызы­
вается только другим. То обстоятельство, что зрение человека — более диффе­
ренцированное, чем слух, — делает видимый мир богаче мира звуков, только
иллюстрирует упомянутую точку зрения, но не подтверждает се.
Более строго следовало бы говорить, что определенные точно оговоренные
звуковые возбуждения н слуховые объекты прн определенных точно оговорен­
ных условиях существуют одновременно, нлн происходят одно за другим
(Блауэрт, 1969). Утверждают также, что звуковые возбуждения н слуховые
ощущения связаны между собой, ассоциируются между собой нлн соподчи­
нены друг другу.
Звуковые н слуховые объекты наряду со специфическими параметрами ха­
рактеризуются временными и пространственными признаками (Лунгвнтц,
1933). Они возникают в определенном месте, в определенное время н имеют
определенные свойства. Б этой связи становится ясным понятие «пространстпевный слух». Его смысл именно в том н состоит, что слуховые объекты оп­
ределяются в пространстве. Б этом понятии можно усмотреть н определенную
тавтологию, поскольку «непосредственного слуха» не существует. В узком
смысле понятие «пространственный слух» объединяет взаимосвязи между про­
странственным распределением слуховых объектов н другими параметрами.
Прежде всего речь здесь идет об особенностях звуковых объектов, но учиты­
ваются н прочие факторы (например, психофизиологические).
Локалнзуемость1 слуховых объектов более нлн менее точна. Так, на­
пример, задать точно протяженность н положение звукового объекта «непре­
рывный тон» в гулком помещении невозможно. Звук воспринимается диф­
фузным, т. е. приходящим со всех сторон. И наоборот, источники импульсных
звуков (щелчков) в заглушенной камере воспринимаются точно локализован­
ными и имеющими четкие пространственные границы. Локалнзуемость слухо­
вых объектов характеризуют нх координатами н размерами относительно
других объектов, воспринимаемых как органами слуха, так н другими органа­
ми чувств н в первую очередь органами зрения.
Слуховые объекты могут вызываться звуковыми событиями в местах, ко­
торые зрению недоступны, например, внутри собственного организма, в про­
зрачных телах, за непрозрачными экранами, стенами, строениями, громкими
звуками за горизонтом, в темноте н т. д. В отлнчне от видимых объектов они
воспринимаются не только в поле зрении, но во всем пространстве вокруг
эксперта. Этим же слуховые ощущения отличаются от осязания, обоняния и
1 Чтобы исключить возможные терминологические недоразумения, пространственность восприятий мы называем «локалнзуеиостью», а не «локали­
зацией» (Блауэрт, 1966). Высвободившееся прн этом слово «локализация» бу­
дем использовать в другом смысле (см. гл. 2.1).
7
других ощущений. Множество точек, где могут располагаться слуховы объ­
екты, образует акустическое пространство. Слово пространство понимается
здесь в математическом смысле — как множество точек, разделенных конечны­
ми интервалами,
В литературных источниках можно встретить утверждение о том что
локалнзуемость не может быть изначальным признаком слуховых объектов,
что этот признак возник в ходе исторического развития человека, который,
накапливая опыт, научился приписывать слышимым звукам
правильные
места», т. е. места расположения источника звука. Эта точка зрении постро­
ена на предпосылке, будто в «нигде» могут существовать слуховые объекты,
дожидающиеся своего адреса, который к тому же может быть определен
только обладающими определенным опытом. На ошибочность такой точки
зрения указывал еще Хорнбостелъ в [926 г. В действительности дело заключа­
ется в том, что по мере индивидуального развития человека дифференцируется
н инр его слуховых ощущений. Диффузные поначалу слуховые объекты с те­
чением времени приобретают бохее четкке пространственные границы, уточ­
няются и нх связи со зрительными объектами н ощущениями других органов
чувств.
Далее. Справедливо, очевидно, правило, что положение слухового объекта
в пространстве часто совпадает с местом нахождения колеблющегося тела
(источника звука). Однако утверждать н связи с этим, что положение источ­
ника звука н есть «правильное место» слухового объекта, по меньшей мере
сомнительна И источник звука, н слуховой объект относятся к категории
воспринимаемого. Если нх места различны, то вопрос о том, какое из них не­
правильно, теряет всякий смысл.
Д ля специалиста связи наибольший интерес представляют как раз тс слу­
чаи, когда положении слухового объекта и источника звука не совпадают.
Его задача состоит в том, чтобы, используя как можно меньше источников
звука (например, громкоговорителей), искусственно рассредоточить слуховые
объекты вокруг эксперта в помещении на приемной стороне так, как они
рассредоточены в помещении ив передающем конце электроакустического
тракта. Другими словами, при воспроизведении должна быть предусмотрена
возможность обеспечения слуховых объектов в тех местах где нет громко­
говорителей
1.2. ИССЛЕДОВАННАЯ СИСТЕМ А
Слуховой эксперимент, как правило, состоит в том, что эксперт, помещен­
ный в определенные условия, подвергается звуковому воздействию известной
пространственной и временной структуры н, находясь непосредственно в этих
условиях, описывает по интересуемым признакам свои слуховые ощущения.
Таннмн признаками в нашем случае служат место и протяженность одного
или нескольких слуховых объектов. Показать свои ощущения эксперт может
не только словами, но и жестами, нажатием сигнальных кнопок н т. д. Важно
лишь, чтобы это описание позволяло делать количественную оценку прнзнаков
слухового объекта нлн объектов.
Существуют два основных способа слуховых экспериментов — самонсследованне н исследование, проводимое наблюдателем (посторопннм лицом).
В первом случае сам эксперт является н наблюдателем. Этот способ исполь­
зуют главным образом прн проведении предварительных, оценочных исследо­
ваний. Во втором случае эксперт н наблюдатель-экспериментатор не являются
одним и тем же лицом. В такой ситуации звуковой объект эксперта суще­
ствует для экспериментатора лишь в вкде описания. Экспериментатор получа­
ет от эксперта описание, которое с определенной степенью вероятности по
зволяст судить о том, что перед экспертом находится нлн находился слуховой
объект. Непосредственный доступ экспериментатора к слуховому объекту эк
сперта исключен. Если исходить из того, что для эксперимента оров не яв­
ляющихся психологами или медиками, процессы, происходящие в живом ор­
ганизме, как правило, не поддаются наблюдению, то объект исследования
(как это делают в теории цепей) условно можно представить в ви с черного
ящика», который в простейшем виде имеет два выхода и один вход (p ic 1)
i ь «черный ящик» служит лишь условным изображением функциональны*
вязей н не может рассматриваться как физиологическая модель исследуемого
сперта.
Пусть на исследуемый объект воздействует звуковой объект с ннтереующнм нас признаком sc Тогда выходной величиной будет слуховой объект
пространственным признаком h0. Слуховой объект располагается на соот­
ветствующем месте в акустическом пространстве н лишь в исключительных
случаях (см. § 2.3.2) непосредственно внутри эксперта.
Слуховые объекты доступны для непосредственного наблюдения только
в экспериментах, проводимых методом санонсследования. Выходная велнчипа
2 на условной схеме — это описание экс­
пертом своего ощущения, выражаемое
признаком Ь0. Показанные на рисунке
пунктирными линиями два звена внутри
черного ящика» указывают лишь на то.
что выходные величины А0 н Ь нсидентнчны.
Если экспериментов иного и прово­
дятся ш н с участием одного плн не­
скольких экспертов, то можно выделять
следующие множества входных н выодных величин: 1 — множество призна­
Рис I Простая эквивалентная
ков звукового объекта So, образованное
схема замещения эксперта в слу­
элементами so, 2 — множество призна­
ховых экспериментах
ков слухового объекта Н 0, образованное
ементаии fto; S — множество признаков
писания Во, образованное элементами Ьо.
Эти множества (впредь будем нх называть основными множествами) свя­
зны между собой зависимостями: //c«=/(Sp), Be—/(В о) я В е= /(5о). Цель
слуховых экспериментов состоит в количественных оценках данных соотно­
шений или соотношений для подмножеств. Д ля достижения этой цели необ­
ходимы некоторые промежуточные действия. Прежде всего количественные
оценки предполагают проведение измерений.
Измерения — это придание объектам численных значений по установлен­
ным правилам (Кэмпбел. 1938; Стивенс, 1951): численные значения придают
так, чтобы определенным взаимосвязям между признаками объекта соответтвоватн такие же взаимосвязи между нх числовыми выражениями. В каждом
конкретном случае прежде всего необходимо найти множество чисел, пригод­
ное для распределения по признакам основного множества нли его
нодмн жества, чтобы каждому рассматриваемому элементу соответство­
вало определенное число. Такое множество чисел называется шкатой,
деления шкалы — числовые выражения признаков элементов основного
множества.
В теории измерений различают шкалы нескольких уровней, номинальные,
I орядковые, интервальные н относительные. Разлнчне между ними состоит в
используемом свойстве чисел: тождественность (каждое число тождественно
только самому себе), иерархия (числа определяют отношение в данном по­
рядке), аддитивность (подчиненность правилам сложения).
Номинальные шкалы используют только свойство тождественности чисел
Чщло здесь—некий ярлык, который можно было бы придать группе одинаковых
но признакам элементов основного множества. Другого значепин число здесь
не имеет. Звуковые объекты можно, например, разделить на группы 1 н 2 по
характеру сигнала — импульсы нлн чистый той.
Порядковые шкалы наряду с тождественностью используют еще н иерар­
хичность чисел. Так. напрнмер, л слуховых объектов можно упорядочить в виде
последовательности чисел от 1 до п по признаку расстояния от эксперта. Тог­
да
каждому большему числу соответствовало бы н большее расстояние,
хотя равные интервалы между числами не означают, что одинаковы и харак­
теризуемые нин интервалы расстояния. Другими словами, порядок шкалы не
обязательно должен быть эквидистантным.
9
Интервальные шкалы требуют, чтобы образующие нх числа удовлетво­
ряли условиям тождественности, последовательности н аддитивности интер­
валов. Они не требуют, чтобы исчезал признак элемента, которому соответст­
вует нуль шкалы. Иначе говоря, интервальным шкалам не нужна точка сабсолютного нуля». Характерным
примером такой шкалы может служить
широко известная шкала температур ЦельсияНаконец, относительные ш калы — это шкалы, у которых все трн перечис­
ленных свойства чисел должны распространяться н на признаки элементов
множества. Например, расстояние между двумя слуховыми объектами прннн-
м
h^H h)
t
"IP
Phc. 2. Соотношении между основными множествами (а) н шкалами (б) в
слуховых экспериментах.
мается за нуль, если оно исчезающе мало. Расстояние, характеризуемое чис­
лом 2, в 2 раза больше расстояния, характеризуемого числом 1, н т. д. Отно­
сительные шкалы лежат в основе подавляющего большинства физических
измерительных приборов.
Класс шкалы, выбранный для данного измерения, определяет математиче­
ские действия, которые могут быть использованы прн оценке результатов из­
мерений (Гилфорд, 1954; Зигель, 1968; Снкстл, 1967).
Д ля измерения трех основных множеств, фигурирующих на эквивалентной
схеме замещения эксперта (ряс 1), могут быть построены трн следующие
шкалы: шкала звуковых объектов S с элементами (числами) а; шкала слухо­
вых объектов Н с элементами (числами) ft; шкала описаний В с элементами
(числами) Ь.
Трн основных множества н соответствующие им шкалы изображены на
рнс. 2 в виде ограниченных областей плоскости. Показаны также взаимосвязи
между элементами разных множеств:
1. Функции шкалообразования служат руководством в измерениях, указы­
вающим, как устанавливается соответствие между признаками элементов мно­
жества и делениями (числами) шкалы.
2. Психофизические функции показаны вертикальными линиями и отра­
жают взаимосвязи между элементами основных множеств по рассматривае­
мым признакам или взаимосвязи между результатами измерений.
Результат измерения в принципе имеет конечную точность. Это значит,
что число, которое согласно методике измерения соответствует признаку эле­
мента основного множества, может быть указано только как принадлежащее
к определенной области значений.
Кроме того, если провести серию одних и тех же измерений, можно ви­
деть, что результаты в большей нлн меньшей степени различаются, т. е. повта-
10
б о л е с т ь результатов ограничена. Д ля слуховых экспериментов вопросы точ­
ности измерений и повторяемости результатов имеют особое значение. Для
пояснения рассмотрим рнс. 3. Пусть, например, требуется яайтн психофизиче­
скую функцию h = f ( s ) , т. е. взаимозависимость, между результатами измере­
ний определенных признаков звукового и слухового объектов.
Д ля измерения поступающих на вход признаков звукового объекта а© ис­
пользуется физический измерительный прибор, отвечающий заданной зависи­
мости S = f ( s e). Признак слухового объекта ha. нолучаеныЙ на выходе, непос­
редственному измерению не поддается. Он измеряется косвенно следующим
образом: схема замещения эксперта
представляется состоящей как бы нэ
двух последовательно соединенных
элементов. Первый нэ них назовем
воспринимающим элементом, вто­
рой — опнсывающнм. Эксперт соглас­
но предварительной договоренности
либо сам дает показания по интере­
сующему признаку в виде чисел, либо
описывает свон ощущении так, что
по ним можно получить числовые зна­
чения. Методы, позволяющие этого
достичь, рассмотрены в $ 1.3.1. Опи­
сывающий элемент схемы должен об­
Рис. 3. Схема измерения психофизи­
ладать такими свойствами, чтобы
ческой функции Л = /(а ).
описания Ь0 не его выходе нвлялясь
/ — изм ерительны й прибор: 2 — вое прини­
численными описаниями А0, т. е. что­
каю щ ий элем ен т систем ы ; 3 — описы ваю ­
бы представляли собой результаты
щ ие элем ен т системы.
измерений. Отсюда можно записать
Ь0= л . Такнн образом, эксперт одно­
временно служит н объектом исследования, подвергающимся измерению (вос­
принимающий элемент системы), я ныполняет функции психофизического из­
мерительного прибора. Если проанализировать такое измерение в отношении
точности н повторяемости результатов, то обнаруживается следующее.
При измерении h ^ f ( s ) погрешность измерений необходимо учитывать дваж ­
ды, Во-первых, погрешность, присущую физическому прибору, и, во-вторых,
независимую от первой — погрешность психофизических измерений. Дважды
при этом будет сказываться и ограниченная повторяемость результатов
измерений. Она проявляется в разбросе показаний и по признакам зву­
кового объекта и по признакам слуховых ощущений. Этн разбросы взаи­
мосвязаны между собой, потому что рассматриваемые признаки связаны
между собой как входные и выходные параметры каждого данного
эксперта. Прн изменении s0 соответствующим образом изменяется и ho. О т
эксперимента к эксперименту изменяется, как правило, и сам воспринимаю­
щий элемент системы, независимо от того один эксперт участвует в несколь­
ких последовательных экспериментах, нлн несколько экспертов одновремен­
но участвуют в групповом эксперименте. Отсюда следует, что показания k0
изменялись бы н прн постоянных So.
Обработка этих взаимосвязей на практике упрощается благодаря сле­
дующим допущениям.
1. Повторнемость параметров звуковых возбуждений н точность кх изме­
рения настолько велики, что на времн слухового эксперимента So может счи­
таться неличнной постоянной.
2. Методика психофизических измерений такова н эксперты инструкти­
руются так, что психофизический измерительный прибор может считаться ин­
вариантным по отношению к повторным экспериментам н смене экспертов.
После таких допущений колебания признаков слуховых объектов и разб­
рос результатов нх измерений можно уже объяснить изменениями воспри­
нимающего звена схемы замещения эксперта.
Этн изменении часто не поддаются предварительному учету и не зависят
от условий эксперимента. Следовательно, на результаты измерений няклады-
Т аблица I
to
физические процессы НЛН явлении,
признаки которых рассматриваются
Звук в воздухе у одной или обеих
барабанных перепонок
Участвующие органы чувств
Орган
ухо)
слуха
(одно
Hasванне теорий
Делеяне теорий по категория!
Монауральные воз­
душные
А
Бинауральные различия ушных сиг­
налов
Орган слуха (оба уха)
Бинауральные воздуш­
ные 1
g
&
IU
аS
О
X
X
о
о.
х
г
Звук в воздухе у барабанных пере­
понок и костный звук
Орган слуха
Костные
£
X
н
X
<5
О
Звук в воздухе у барабанных пере­
понок и свет на сетчатке глаз
Органы слуха и зрения
Звук в воздухе у барабанных пере­
понок и в вестибулярном аппарате
Орган слуха и вести­
булярный аппарат
Вестибулярные
Звук а воздухе у барабанных пере­
понок и у осязательных рецепторов
Орган слуха н орган
осязания
Осязательные
Зрительные
3
в
с.
ои
?0J
U
о
§
Движения головы и обусловленные
ими изменения звуковых сигналов а
воздухе у барабанных перепонок
Орган слуха и вести­
булярный
аппарат, а
также рецепторы напря­
жений, положения, на­
правления, орган зрения
Моторные (теории по­
ворота)
лX
ч
оЕК
ое
о
tt
§X
о.
I
*
*
плются случайные ошибки, что всегда надо учитывать. Для систематизации
результатов измерений используют обычные средства статистики, а для интер­
претации— методы оценки и проверки взвешивающей статистики (см. Гил­
форд, [950; Зигель, 1956; Граф-Хенпнг-Штаиге. [966; КроЙсцнг, [967 и др.).
Статистические методы обработки данных построены иа предпосылке того,
что полученные результаты измерений представляют собой выборки из задан­
ной совокупности, отобранные по случайному закону и независимо один от
другого. Поэтому и выбор экспертов для слуховых экспериментов должен
также быть случайным. Однако это требование обычно полностью не удовлет­
воряется, так как руководитель эксперимента часто прибегает к услугам экс*
пертов-добровольцев и уже из их числа отбирает наиболее подходящих — об­
ладающих нормальным слухом. Необходимо иметь в виду, что нарушение
указанных предпосылок ограничивает общий характер результатов измерений.
Другой принципиальный вопрос: можно лн вообще обобщать («объекти­
визировать») результаты измерений, полученные по высказываниям экспертов.
При измерениях физическими методами обычно предполагают, что получаемые
результаты независимы от экспериментатора и, следовательно, в принципе
всегда верны н «объективны». Такое утверждение объясняется способностью
большинства людей совмещать положение стрелки с меткой на шкале прибора,
нлн считывать цифровые показания без вносимых различий. Более глубокий
анализ показывает, однако, что н этн показания людей сугубо индивидуальны.
Следовательно, физические’ н психофизические измерения не отличаются тем,
что первые в принципе объективны, а вторые — субъективны. Различие меж­
ду ними состоит лишь в степени совпадения результатов, даваемых разными
лицами. Поэтому в практике психофизических измерений принят специальный
коэффициент, характеризующий степень этого совпадения, — коэффициент
объективности (Гилфорд, 1954; Сикстл, 1967). Полная объективность соответ­
ствует совпадению результатов двух измерений, будь то результаты, получен­
ные одним экспертом в нескольких последовательно проведенных эксперимен­
тах или несколькими экспертами в одном групповом эксперименте. Можно так­
же сказать, что полная объективность достигается в случае, когда исследуемые
процессы обладают статистическим свойством эргодичности. Результаты иссле­
дований пространственных свойств слуха, имеющиеся в литературе, очень ред­
ко сопровождаются расчетом объективности, поэтому построенные на их осно­
ве теории вызывают серьезные сомнения.
При построении схемы замещения эксперта (см. рис. 1—3) было принято,
что входными величинами являются признаки звуковых объектов. Будем счи­
тать далее, что множество возможных входных величии относится ко всем
признакам физических явлений н процессов н определенным образом коррелнруется с положением слухового объекта в акустическом пространстве. Д ля
обнаружения таких явлений н процессов целесообразно исходить из вопроса
0 том, какие органы чувств человека участвуют в создании физиологического
состояния мозга, вызывающего слуховое ощущение. Тогда в качестве корре­
лируемых можно рассматривать прнзпакн, связанные с органами чувств, дру1ими словами, признаки, на которые как на сигналы реагируют органы
чувств— принимают их, обрабатывают н передают дальше (так называемые
адекватные раздражения).
В табл. I приведены психофизические теории пространственного слуха,
физические явления н процессы, корреляция которых с ощущением положения
слухового объекта либо уже доказана, либо предполагается. «Воздушные»
теории названы основными (базисными), потому что любая теория простран­
ственного слуха основана на анализе звуковых колебаний в воздухе у бара­
банных перепонок. Только в тех случаях, когда звуковые сигналы у барабан­
ных перепонок неоднозначно связаны с ощущением места его происхождения,
к анализу дополнительно привлекают другие физические признаки (дополни­
тельные теории). По числу органов чувств, участвующих в слуховом процес­
се, теории слуха можно разделить на одиосеисорныс и многосенсорные. Нако­
нец, признаком деления теорий на статические и моторные служит состояние
головы эксперта: неподвижность или обязательные рефлекторные движения.
13
1.3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В предыдущей главе были рассмотрены некоторые основные вопросы
психофизических измерений. Показано, что объект исследований (эксперт) в
процессе слухового эксперимента выполняет две роли. Он одновременно н
объект исследований н измерительный прибор. Функции эксперта как измери­
тельного прибора состоят в том, чтобы по заранее оговоренным правилам д а­
вать количественную оценку своим ощущениям слухового объекта (например,
направление на источник звука или расстояние до него), т. с. выдавать чис­
ленные данные измерений. Разработаны специальные методы, позволяющие
экспертам давать свои показания с максимально возможной точностью. Неко­
Рис. 4. Система координат для слуховых экспериментов (г — радиус; q> —
азимут; б — угол возвышения)
/ — ф рон тальн ая
плоскость; 2 — м едиан­
ная плоскость; 3 ■
— в а правление
к а за х :
4 — направление вперед; S — горизонталь­
ная плоскость.
торые нэ них, используемые в изучении пространственных свойств слуха, крат­
ко рассмотрены далее.
Очень кратко рассмотрены также некоторые основные свойства сигналов
и акустических полей. Один из параграфов посвящен специальным измери­
тельным приемникам звука, предназначенным для измерения звукового дав­
ления в слуховом канале н ушных раковинах. Укажем, кстати, что прн иссле­
довании пространственных свойств слуха параметры локализации (положение
слухового объекта, место расположения источника звука, точка, в которой
проводятся измерения, н т. д ), как правило, задаются системой сферических,
отсчитываемых относительно головы эксперта координат. Это означает, что
прн любом смещении головы система координат смещается вместе с ией
Поскольку человек не может менять положение своих ушей относительно го­
ловы, то «привязка* системы координат к голове одновременно является н
«привязкой» к ушам.
Впредь (если не будет особых оговорок) будем пользоваться системой ко­
ординат и направлениями отсчета углов, показанными на рис. 4. Начало ко­
ординат помещено в середину отрезка между верхними точками входов слу­
ховых наналов.
Верхние границы слуховых каналов и нижние границы глазниц лежат в
горвзонтальной плоскости (принятая в международном масштабе «черепная
горизонталь»). Фронтальная плоскость проходит через верхние точки слуховых
каналов н перпендикулярна горизонтальной плоскости. Медианная плоскость
перпендикулярна н к фронтальной и к горизонтальной плоскостям. Все три
плоскости пересекаются в начале координат. Если считать, что череп имеет
симметричную форму, то медианная плоскость будет н плоскостью симметрии
1.3.1. Психометрические методы
Методы измерений психофизики н психологии (так называемые психо­
метрические методы) можно разделить на две группы:
I.
По роду оценки измеряемого параметра, требуемой от эксперта. В соот­
ветствии с четырьмя видами шкал различают мегоды оценки по номинальной,
порядковой, интервальной и относительной шкалам.
14
2.
По способу предъявления эксперту входной величины, причем здесь
имеются два варианта.
Первый основан на предположении, что.оцениваемый признак физической
величины плавно изменяется. Это изменение осуществляется в процессе экспе­
римента, и эксперт фиксирует выполнение заранее оговоренного требования.
Само регулирование здесь играет второстепенную роль. Его может проводить
и экспериментатор и сам эксперт или, наконец, автоматическое устройство.
Методы, в основу которых положен этот принцип, можно назвать методами
восстановлении, нлн уравнивания. Они особенно целесообразны, когда слухо­
вые эксперименты проводятся сериями с участием одного н того ж е эксперта.
Область Воспринимаемых
интенсивностей
г£Йг)мцн
интенсивность
звука
Громкость А
50% больше | больше одинаково, 50% нет
50% меньше] чем неодинаково 50% да
,
]
50 % одинаково
75 % меньше 75 % больше
50% неодинаково
25 % больше 25 % меньше
~0 % есть
50% нет
Рнс. 5. Определение порогов восприятия, порогов различения и точек одина­
кового восприятия.
Второй вариант состоит в том, что эксперту для оценки предлагается вход­
ная величина, интересующий признак которой в течение всего времени оценки
остается постоянным. Из набора заранее оговоренных оценок эксперт выби­
рает одну наиболее подходящую с его точки зрения. Эксперимент повторяет­
ся несколько раз при измененной входной величине. Получаемые от эксперта
оценки статистически обрабатываются по специальной методике. Закоп изме­
нения входной величины эксперту неизвестен (чаще всего изменения случай­
ны). Эти методы можно назвать методами постонкства. опроса нлн оценки.
Их целесообразно использовать для слуховых экспериментов, в которых од­
новременно участвует несколько экспертов.
Мы рассмотрим только пекоторые нэ этих методов, используемых прн
слуховых экспериментах. Подробно и наиболее полно психометрические методы
измерений оннсаны в книгах Фехнера, I860; Стивенса, 1951; Гилфорда, J954;
Снкстля, 1967; Робинсона и Джексона, 1972. Поскольку результаты субъектив­
ных (с участием эксперта) измерений определенным образом зависят от выб­
ранного метода измерений, то его всегда следует указывать в протоколе из­
мерений. Д ля субъективных измерений преимущественно используют методы,
основанные на оценке номинальных н порядковых значений. Именно этн мето­
ды позволяют измерять пороги восприятия, пороги различимости н устанавли­
вать точки одинакового восприятия. Пояснение этях понятий дается на рнс. 5.
Д ля примера рассмотрим слуховой эксперимент по исследованию взаимо­
связи между интенсивностью звука и громкостью слухового объекта. Шкалы
значений при таких измерениях имеют одно измерение. Это шкалы интенсив­
ности звукового объекта н громкости слухового объекта.
Порогами восприятия в нашем примере будут две точкп / ывн н /мша
на шкале интенсивности, которые ограничивают область воспрнии маемых нн-
15
тенснвностей, т. е. область, в пределах которой существуют слуховые объекты.
От эксперта требуют давать слуховому объекту поминальные оценки «да»
(слышно) нлн «негт» (не слышно). Точно на пороге восприятия обе этн оценки
будут даваться с одинаковой вероятностью (0,5).
Пороги различимости имеют на шкале интенсивностей вид отрезков, со­
ответствующих минимально воспринимаемым различиям громкости, например
А(Л) ннв и Д (/?)ми1т- От эксперта требуют номинальных или порядковых оце­
нок. Если для оценки громкости используют номинальные понятия «одинако­
во» или «неодинаково», то порог различимости займет участок от начальной
точки /] до то1;к к на шкале интенсивностей, вероятность оценки «неодинаково»
которой равно ОД Если же принята оценка «больше» или «меньше», то край­
ние точки интенсивностей, по которым с вероятностью 0,75 даны соответствен­
но обе оиеккн, будут ограничивать участок шкалы, вдвое больший порога раз­
личимости1.
Точками одинакового восприятия для рассматриваемого примера будут
ючки / ЭК Н 7ЭК* П0Т0МУ что нм соответствуют звуковые объекты одинаковом
громкости. Для примера будем рассматривать два источника звука, излучаю­
щих непрерывные тоны частотой соответственно 100 и 200 Гц. Пусть, напри­
мер, громкость обоих сигналов оценивается как одинаковая в случае, когда
интенсивность тоиа 100 Гц равна 10 дБ, а топа 200 Гц равна 15 дБ 1. От
эксперта требу ются порядковые оценки. Если требовать оценки только «боль­
ше» и «меньше», то в точке одинакового восприятия обе оценки будут равнове­
роятны (по 0,5).
К методам восстановления, используемым для измерения порогов восприя­
тия, порогов различения н точек однпакового восприятия, можно отнести мето­
ды средних ошибок и минимальных изменений. Между собой они различаются
тем, что в одном нз них (метод средних ошибок) сам эксперт изменяет приз­
нак звукового объекта иа входе до тех пор, пока ошушенне ие достигнет за ­
ранее заданной субъективной оценки, п то время как в другом (метод мини­
мальных изменений) признак звукового объекта малыми ступенями изменяет­
ся экспериментатором до тех пор, пока эксперт не скажет, что достигнутое
ощущение отвечает заранее оговоренной оценке. Затем, многократно повторяя
эксперимент, получают кривую распределения результатов измерения по из­
меняемому признаку. Как правило, оиа имеет вид нормального распределения.
В зависимости от направления изменения признака — от больших значений к
меньшим нлн наоборот — меняется положение кривой относительно оси абс­
цисс. По полученным в результате двум кривым расчетным путем получают
кривую распределения средних значений (рнс. 6). Д ля измерения порога вос­
приятия сначала изменяют уровень звука, например, от меньших значений к
большим до тех пор, пока эксперт ие даст оценку «звук воспринимается», за­
тем это же измерение проводят прн изменении уровня звука от больших зна­
чений к меньшим до получения оценки «ие воспринимается». В качестве поро­
гового принимается значение в вершине кривой распределения средних
зкачекнй.
Для измерений порога различимости и точек одинакового восприятия
эксперт дает соответственно оценки «одинаково», «неодинаково» пли «больше»
и «меньше». Одним из вариантов метода восстановления является автомати­
ческий метод балансного регулирования (уравнивания), предложенный Беке­
ши в 1947 г. (см. § 2.2.3).
Для измерения порогов п точек одинакового восприятия методом постоян­
ства экспертам предъявляется несколько входных величии, в которых интере­
сующий экспериментатора признак выражен по-разиому н меняется в нензеестпой для эксперта последовательности. Так, например, если требуется изме­
рить порог восприятия, то эксперты должны давать оценки
только
1 В зависимости от метода оценки измеренные пороги различимости могут
оказаться разными. В литературе ист единого мнения о более предпочтитель­
ном методе.
* Здесь следовало бы говорить об уровне интенсивности. — Прим. ред.
16
«воспринимается». «ие воспринимается». Разумеется, что последовательность
входных величин должна быть подобрана в предварительных экспериментах
таким образом, чтобы область изменений интересующего признака, в которой
ожидается порог, перекрывалась более равномерно. После многократного
предъявления ряда входных величин получают кривые распределения обеих
оценок в функции входного признака. Примерный d h a э т и х кривых показан
на рнс. 7, си
1,0
г
4
■чJ
Jf г/ ч1
* /
/ / / ч
/ / * ч
Р
* щ»
1
1
0,5
V 3
k\
Ч \
\ \
\ V
й§
/ /
/
1
;
£е L
о*
«а »■
*+&
а * Ь ц;кала признаков
| fy Входной Величины
i
Рнс. 6. Оценка результатов измерений, проводимых ме­
тодом восстановления.
I — р езу л ьтат первого изм ерения прн увеличении входной вели*
чины; 2 — среднее значение 1.2; 5 — р е зу л ь тат второго изм ере­
ния при уменьш ении входной величины; 4 — порог или точка
одинакового восприятия.
Порог
Восприятия
°)
Точка одинакового
Точка одинакового
Восприятия
Восприятия
W—— *]
f— 1
Двойная область
Двойная область
порога различения
порога различения
Шкала признаков Входной величины
6)
В)
Рис. 7. Оцецка результатов измерений, проводимых
методом
постоянства.
а. б — ном инальны е оценки: в — порядковы е оценки.
Точка с ординатой 0,5 иа обеих кривых определяет значение порога. Для
измерения порогов различения н точек одинакового восприятия эксперту дол­
жны одновременно нлн поочередно предлагаться по меньшей мере две вход­
ные величины. Одна нз них (эталоп) остается неизменной при всех предъяв­
лениях, другая от предъявления к предъявлению изменяется. В зависимое»!
от типа выбранных оценок «одинаково» — «неодинаково» или «больше» —
«меньше» в результате серии экспериментов получают кривые распределения,
приведенные на рис. 7, б н е . На' графике показан также способ определения
порогов различения н точек одинакового восприятия. Разновидность метода
постоянства представляет собой метод «сравнения тройки»: эксперту для
2-810
17
оценки предлагают трн входные величины, из которых две сохраняются не­
изменными, а третья изменяется. Задача эксперта состоит в идентификации
изменяемой величины.
Перечисленные методы не позволяют, однако, без дополнительных при­
емов сопоставить точкам шкалы восприятий конкретные значения входной
величины н наоборот. Другими словами, они не дают возможности поточечно
строить соответствие между этими двумя шкалами. Относительно просто эту
задачу можно решить с помощью методов измерений, основанных па субъ­
ективной оценке интервалов н отношений. Некоторые варианты этих методов
можно также назвать методами восстановления или постоянства. Подробно
рассматривать этн методы мы здесь не будем; нх сущность должна стать поннтной из сказанного ранее.
Методы, которые рассматриваются далее, отлнчаютсн от описанных тем,
что эксперт в процессе эксперимента даст оценки непосредственно в виде за­
ранее оговоренных значений, поэтому этн методы называют также методами
прямых измерений.
Прн измерениях методом, основанным на оценке интервалов, эксперту
предлагают обращать внимание на различия между восприятиями. Восприя­
тие, интересующий признак которого оценивается как «два», должно оглнчатьсн от восприятии с оценкой «единица» ровно настолько, насколько оно
отличается от восприятия с оценкой «три». Особенно хорошую повторяемость
результатов даю т два метода измерений. Один из них называется методом
равных интервалов. Эксперту одновременно нлн поочередно предъявляют не­
сколько входных величин, и он должен систематизировать свои восприятия в
группу последовательных категорий. Категории задаются таинм образом, что­
бы на шкале восприятия они были эквидистантными. Другой метод называ­
ется методом деления пополам. Эксперт должен отрегулировать входную
величину по нптересующену признаку таким образом, чтобы соответствующее
восприятие располагалось точно в середине между двумя фиксированными
значениями на шкале восприятий.
В основу метода оценки отношений положена мысль о том, что эксперт
в состояннн ощущать отношение двух интересующих признаков восприятия.
Схему измерений по этому методу можно представить в следующем виде:
эксперту предлагают прослушать входную величину и говорят, что по инте­
ресующему признаку его восприятие соответствует оценке «единица». Затеи
ему предлагается входная величина с измененным признаком, и он должен
ответить на вопрос, какое во втором случае значение признака восприятия.
Вместо этого можно также спросить, во сколько раз или на сколько процентов
увеличился или уменьшился интересующий признак. Задачу оценки можно
облегчить, предложив эксперту оценивать отношение по интересующему при­
знаку так, чтобы сумма числителя и знаменателя дроби была равна 100. Так,
например, стпошенке 1:1 выразится числами 50:50, а отношение 4:1 — числами
80:20 (метод постоянных сумм). При измерениях методом восстановления
эксперт, варьируя входную величину, должен добиться, чтобы по интересую­
щему признаку впечатление о входной величине было во сколько-то раз боль­
ше (нлн меньше)
одновременно или поочередно предлагаемого эталона.
В звключенне общего обзора психометрических методов посмотрим, как
можно нх применить для иэиереннн пространственных признаков слуховых
объектов. Пространственным признаком нвляетсн положение слухового объ­
екта, нлн (если объект имеет большие размеры) все положения внутри и на
ограничивающих его поверхностях.
В гл. 1.1 уже отмечалось, что положение объекта невозможно указать
абсолютно. Оно определяется только расстоянием и направлением относи­
тельно другого объекта. Прн этом направление описывается углом к неко­
торому заданному направлению. Следовательно, измерять следует не поло­
жения, а расстояния и углы. Д ля того, чтобы полностью определить положе­
ние объекта, необходима пространственная (трехиернан) система координат.
Такая система показана на рис. 4. Шкалы на осях такой системы (шкалы ди­
станции и углов) относятся к уровню относительных. Это зпачит, что к ним
можно применить псе четыре класса оценок (поминальные, порядковые, ни-
18
тервальные н относительные) н, следовательно, использовать во всех рассмот­
ренных методах намерений.
Прн измерении пороговых значений углов н дистанций нецелесообразно
отдельно рассматривать пороги восприятии и различения, так как каждан нз
этих велнчнн с помощью преобразования коорднпат всегда может быть пре­
образована в другую. Иногда говорят о пороге разлнчепня положепип, на­
правлении нлн удаления, что не совсем точно, потому что в действительности
имеются в виду минимальные измерения рассматриваемого признака входной
величины, вызывающие изменении в восприятии положения слухового объ­
екта. Позднее (гл. 2.1) для таких порогов будет введен специальный термин
«размытость локализации». Д ля их измерения можно, например, использо­
вать два источника звука, которые попеременно излучают одинаковые сиг­
налы н могут смещаться относительно друг друга. Важно прн этом, чтобы
эксперты давали оценку только пространственным признакам слухового объ­
екта н не обращали внимания на изменения громкости, тембра и т. д.
Длн измерения точек одинакового восприятия пространственных призна­
ков объектов преимущественно применяют так называемые «векторные ме­
тоды». Задвча эксперта состоит в построении вектора, стрелка которого ука­
зывала бы точно на слышимый объект, а длина соответствовала расстоянию
до объекта. Векторы могут быть также зрительными н осязвтельнымн. Метод
акустического вектора состоит в том, что эксперт изменяет положение ис­
точника звука — указатели так, чтобы соответствующий ему слуховой объект
совпал с положением исследуемого слухового объекта. Еслн в эксперименте
использовать источник света н сравнивать положение слухового объекта с по­
ложением зрительно воспринимаемого объекта, то прн этом получим опти­
ческий вектор. Он же получается н в случаях, когда эксперт указывает на
слышимый объект рукой нлн указкой.
Пример получения осязательного тактильпого вентора описан Бекеши в
1930 г. Он состоит в следующем. Из сопла на лоб эксперта направляется тон­
кая струя воздуха. Находя точки равного восприятия, можно определить
тс изнепеннн взаимного положения источников звука нлн источников звука
с источниками света, которым соответствует одинаковое восприятие иссле­
дуемого пространственного признака. Однако этим методом невозможно уста­
новить взаимосвязь между положением слухового объекта н источника звука.
Так, только по одним указательным движениям эксперта нельзн судить о
направлении к слуховому объекту. Это стало бы возможно, еслн была бы
известна связь между физически измеренным направлением вектора н направ­
лением зрительного ощущения «вектор». Часто это обстоятельство не учиты­
вается.
Непосредственно установить, как связаны положения слуховых объектов
(углы, удаление) с признаками звуковых объектов, можно, используя методы
оценки интервалов н отношений. Наиболее рвспрострапенным является метод,
прн котором эксперту предлагают передвигать источник звука так, чтобы
ощущение направления к слуховому объекту н расстояние до него совпвлн
с наперед заданными, нлн ему ставнтсн задача оценить количественно ощу­
щение направления нлн удалении слухового объекта. Другой метод состоит
в том, что слуховые объекты распределяютсн по заранее оговоренным интер­
валам углов н расстояний. Все этп методы позволяют более или менее точно
определять положение слухоных объектов в пространственной системе коор­
динат.
1.3.2. Сигналы и звуковые поля
Пусть эксперт в процессе слухового эксперимента подвергается воздей­
ствию звука. Это воздействие состоит в том, что един нли несколько источ­
ников звука, рассредоточенных определенным образом в пространстве, излуча­
ют одинаковые нлн разные звуковые сигналы, которые, распространяясь в
внде звуковых волн в окружающей среде (как правило, в воздухе), доходят
до барабанной перепонки уха. Сигналы у барабанной перепонки могут быть
описаны временной функцией звукового давлеяня. Вяд функции звукового
2*
19
давления p(t) для данного эксперта зависит от параметров пространственной н
временной структуры звуковик полей: от вида, количества и расстановки источ­
ников звука; от характера сигналов, излучаемых источниками звука. Для слухових экспериментов в принципе могут быть использованы звуковые поля
любой сложности. Однако из-за иевсзможностп учета всех параметров слож­
ные поля нс пригодны для систематизированных исследований пространст­
венных свойств слуха. В слуховых экспериментах стараютсн использовать
звуковые поля возможно более простой временной н пространственной cTpvxтуры, стремясь при этом к тому, чтобы результаты измерений можно было
распространить н на более сложные поля. Некоторые соображения по выбору
сигналов и источников звука поля рассмотрены ниже. Более глубоко теория
ф )
П асса
лрогуекпния
измерительное
фильтра
€ R
ГДЫ*
1
£Kb
*
II
■S'*
ТМ
""
«.
*)
*s
«s=: f*
£'
0,2 IE'
M itt
_
1
а
сэ
%
Ё
CJ сПя
С«
ЛЬ
?3
О*
£
а
£
,
X
*
§«
I*
§
1)
0 дБ
* *
Д
-
— V ь \\
8)
Рнс. 8. Элементарные сигналы н нх спектры энергии и мощности (кривые в
нижнем рнду построены в двойном логарифмическом масштабе).
сигналов изложена в книгах Лн, i960; Кюпфмюллера, 1968; Фншсра, 1969;
Унбсхауэна, 1960. Вопросы теории источников звука рассмотрены в книгах
Скучика, 1954; Майера н Ноймана, 1967; Райхардта, 1968; Кремера, 1971.
Любой сигнал х ( 0 , являющийся функцией времени, например звуковое
давление, колебательная скорость, напряжение н т. д., может быть разложен'
в ряд элементарных сигналов, которые обычно н используются в качестве
измерительных сигналов в слуховых экспериментах. Так, любую функцнюврсменн можно разложить на множество очень коротких импульсов. В основу
анализа положен так называемый интеграл свертки
-J-O0
х
W
"
j
X
( т )
6
(*
—
т )
03
где б (/—т) — тан называемая единичная функция (дельта-функция Днрака)
в момент времени t. Единичный импульс — это воображаемый импульс, пло­
щадь которого равна 1, а длительность при неизменной площади стремится к
0. Достоинство короткого импульса в качестве элементарного измерительного
20
сигнала состоит в том. что его энергия целиком приходится на определенный
момент времени н прн этом равномерно распределена по всем частотным со­
ставляющим.
Временная
диаграмма
распределении
спектральной
плотности энергии (энергии, лрнходящейен на полосу частот шириной
1 Гц) очень узкого прямоугольного импульса показана на рис. 8, а. Достаточ­
ная для практических целей равномерность распределения плотности энергии
в области звуковых частот (16 Гц— 16 кГц) достигается уже прн длительности
импульса менее 25 икс.
Кроме того, любую функцию врсменн x (t) можно разложить в ряд гар­
монических колебаний (непрерывных тонов). Это делают с помощью ин­
теграла Фурье:
* (/) -
J X (/) «/2л// d h
СО
(2>
здесь X { t) — комплексная спектральная характеристика рассматриваемого
сигнала. Вещественная часть величины
представляет собой гармо­
ническое колебание с частотой / и амплитудой, равной 1. Энергии элементар­
ного колебания, используемого в качестве измерительного сигнала, точно
характеризуется по шкале частот и не определяется на временной оси, так
как длительность непрерывного тона бесконечна. На рнс. 8,6 представлены
характеристики непрерывного тона и его спектра. Вследствие бесконечной дли­
тельности непрерывного тона бесконечно велика н его энергия, а понятне
плотности энергии теряет смысл. В связи с этим будем оперировать спектром
плотности мощности, принимая аа плотность ыощностн отношение мощлостн
енгналв на выходе фильтра с конечной шириной полосы к шнрнне полосы
(т. е. мощность, приходящуюся на полосу частот шириной 1 Гц).
Непрерывные топы используют в качестве измерительных сигналов в тех
случаях, когда энергию сигнала желательно сосредоточить в бесконечно узкой
полосе частот, а импульсы — в тех случаях, когда эпергшо сигнала жела­
тельно сосредоточить в бесконечно узком временном интервале.
Существует бесконечное множество элементарных составляющих, на ко­
торые можно разложить сигнал как функцию врсменн. Здесь справедливо
следующее общее правило: чем больше эпергин требуется сконцентрировать
в данный момент временн, тем более широкополосным должен быть сигнал
в частотной областн, и наоборот: чем больше энергии должно быть сосре­
доточено в данной частотной полосе, тем более протяженным должен быть
сигнал во временн. Оптнмуму этих двух требований удовлетворяет так на­
зываемый гауссов тональный импульс (рнс. 8, а). Поэтому его часто приме­
няют в слуховых экспериментах.
Гауссов нмпульс н его спектр определяют выражениями:
д
у
х (/) = Ае
I л ' ' Re (с'2л{'*)-,
(3)
АМ
* < /) =
е“ Я
Г ”
) в-/З Д /+ М * J ;
(4)
здесь А — максимальная амплитуда заполняющего тона; Д< — ширина равно­
великого прямоугольного импульса той же амплитуды. Можно показать что
Д * -Д /= 1 .
Если требуется создать широкополосное возбуждение, например возбуж­
дение во всем диапазоне звуковых частот, то согласно сказанному в качестве
возбуждающего сигнала следует нспользовать короткий нмпульс. Правда,
энергия, которую прн этом можно сообщить системе, будет ограниченной, по­
тому что максимальная амплитуда звукового давления не может превысить
некоторый предел, за которым появляется опасность повреждения источника
нлн приемника звука (органа слуха). Этого можно избежать, использовав
вместо одиночного импульса бесконечную последовательность коротких нм-
пульсов, полярность н частота следования которых случайны. Полагая, что
любые интервалы следования импульсов и нх полярности равновероятны, при­
ходим к понятию «белого шума». Его энергия не ограничена, поскольку не
ограничена длительность. Плотность мощности белого шума одинакова на
всех частотах. Плотность вероятности, с ноторой мгновенное значение белого
шума принимает определенные значения, опнсываетсн нормальпоА функцией
распределении (рис. 9).
С помощью линейной фильтрации из белого шума можно получить слу­
чайные сигналы любой полосы частот п с любым спектром плотности мощно-
3,020,050,10,2 0,5 7 2
Рнс. 9. Плотность вероятности w '(x)
5 10КЩ
Рис. 10. Типичные спектры плотнос-
стн. Используя такие сигналы, можно исключать резонансы возбуждаемой
системы, например образование в помещении стончнх ноли. Шум можно ис­
пользовать и дли имитации речи н музыки (по крайней мере по спектру плогностн мощности). Типичные спектры речи (2) н музыки (J) приведены на
рнс. 10 (по Скучику, 1954).
Спектры плотности мощности, которые при определенных условиях яв­
ляются н спектрами плотности энергии, можно изучать с помощью фильтров,
с перестраиваемой полосой пропускания. В акустике для этой цели исполь­
зуют фнлътры двух типов: с постоянной шириной полосы прн любой централь­
ной частоте (A /= c o n st — фильтры с постоянной абсолютной шириной нлн
фильтры скользнщего тона) н с постоянной относительной шириной полосы
пропускании (A//f0= c o n s t) — треть-октавные нлн октавные. Еслн построить
зависимости уровней мощности на выходе фильтра от центральных частот
полосы пропускании, то этн завнснмостн для обоих типов фнльтров полу­
чаются различными. На рнс. 11 для примера приведены такие завнснмостн
для случаи белого шума и так называемого «розового шума». В случае бело­
го шума мощность, прнходящаясн на полосу частот постоянной ширины, не
зависит от частоты. При розовом шуме независимой от частоты оказывается
мощность, приходящаяся на относительную полосу частот. Поскольку органы
слуха человека в процессе формирования ощущения громкости разлагают
енгнал на составляющие с почтн постоянной относительной шириной полосы,
то дли слуховых экспериментов в качестве измерительного сигнала очень
удобно использовать розовый шум.
На некоторые свойства пространственного слуха оказывают влияние оги­
бающие сигналов. Функции времени x{t) (без постоянных составляющих, что
для звука всегда справедливо) могут быть записаны в виде
jr (/) = A (t) R e (
(5)
Способ пересчета описан в книге Б. Фолькера, 1966.
В общем виде jr(f) представляет собой колебание с непрерывно изменяю­
щейся амплитудой и фазовым углом (т. е. частотой н фазой). На рнс. 12 по­
казан график такого сигнала. Функция А (/) — огибающая. Она показана на
рис. 12 штриховой лннней.
Подобно тому, как любвн функции времени может быть разложепа на
элементарные сигналы, так н любое звуковое поле может быть разложено на
элементарные звуковые полн. Один нз возможных способов разложения ос­
нован на принципе Гюйгенса н Френеля, согласно которому каждую точку
волнового поля можно рассматривать как источник сферической волны. Н а­
ложением таких элементарных волн определяют колебательный процесс в
любой точке измеряемого поля.
+20
Е
!« ■ #
сэ
Рис. 11. Спектры мощности белого % р-Е
н розового шумов.
5J
а — мощ ность,
приходящ аяся на полосу s i ! 0
частот постоянной
абсолю тной ширины
(здесь 60 Г ц ); 6 — мощ ность, п ри ходящ ая­ щ - ®
ся на полосу частот постоянной относи­
тельной ш ирины (здесь третьоктава); / — £«S £ -20
«а
крутизна н арастан и я 3 дБ /окт; 2 — кр у ­ =*» %
0,125 0,25 0,5
ти зн а спада 3 дБ /оат.
1
2
*
В
TS
кГц
OJS 0,5 1
I------------- L
cj S
Рнс. 12
12
£
J
Рис
13
Рнс. 12. К пояснению понятия «огибающей».
Рнс. 13. Звуковое давление, колебательная скорость н интенсивность звука
в ближнем н дальнем поле сферического излучателя нулевого порядка.
/ — сп ад колебательной скорости в ближ нем поле пропорционален I/г* (при удвоенна
расстояния до излучателя составл яет 12 д Б ) : 2 — спад звукового Давления пропорциона­
лен 1/г (при удвоении расстояния до излучателя составляет В д Б ); 3 — сп ад интенеявности пропорционален 1/г5 (ори удвоении расстояния составляет 6 д Б ): 4 — сп вд коле­
бательной скорости в дальнем поле пропорционален 1/г (при удвоения расстояния равен
6 д Б ); В — область ближ него поля; 6 — о б л асть дал ьн его поля.
Сферическая волна — волна, обладающая центральной симметрией, т. е,
волна, параметры которой аввисят только от расстоянии до источника н не
зависят от направления. И с т о ч н и к и звука, излучающие сферические волны,
называются сферическими излучателями нулевого порндка, элементарными
излучателями, или пульсирующими шарамн. Название пульсирующий шар онн
получили потому, что источник сферических волн сам должен нметь сфериче­
скую форму. Кроме того, его поверхность должнв колебаться так, чтобы все
ее точки (есля смотреть из центра шара) синфазно перемещались по радиусу
23
в обоих направлениях. Таким образом, шар как бы раздувается и стягива­
ется, или «пульсирует».
Звуковое поле пульсирующего шара испытывают двумя уравнениями:
р (<. г) = R* {const
v ( t , г ) ~ R e |c o n s t
еР*К
^ - J —j
.
е—Г-пг1) '| >
(6)
(7 )
где po — плотность среды. Видно, что амплитуда звукового давления нзменяетсн пропорционально 1/г, т. е. с увеличением расстонння от центра сферы
Рис. 14. Вид сферической волны, образованной любым
пульсирующим излучателем звука, размеры которого
малы по сравнению с длиной волны (на больших рас­
стояниях от излучателя волна становится плоской).
амплитуда давления уменьшается, причем при каждом удвоении расстояния
амплитуда уменьшается вдвое. Эта зависимость в двойном логарифмическом
масштабе показана па рис. 13.
Амплитуда колебательной скорости на больших (г » 2 л г /Ь расстояниях
от источника спвдает также пропорционально 1/г. Вблизи сферы (г< ;2лгД )
амплитуда уменьшается пропорционально 1/г*. На больших расстояниях от
сферы звуковое давление и колебательная скорость енпфазны. Отношение
P (t)/V(t) представляет собой чисто активное сопротивление, принимающее
значение характеристического сопротивления среды z D— р0с.
Уравнения поля сферической волны с достаточной степенью приближе­
нии справедливы не только для пульсирующих сфер, по и для пульсирующих
излучателей другой формы, в том числе н для случаев колебания отдельных
частей поверхности излучателя (рнс. 14). Такое приближение возможно, если
точка измерений достаточно удалена от излучателя и размеры излучателя м а­
лы по сравнению с длиной волны.
Первое условие удовлетворяется легко, второе — сложнее. Закрытый ящик
громкоговорители обычных размеров (болъшан сторона равна около 30 см)
может считаться сферическим излучателем только для частот не выше несколь­
ких сотен герц. На более высоких частотах излучение в разных направлениях
различно. Однако дли верхних частот условия сферического излучателя могут
быть восстановлены, если к громкоговорителю через специальную камеру
присоединить одним конном отрезок трубы. Тогда противоположный (откры­
24
тый) конец трубы будет представлять собой «пульсирующий» излучатель,
размеры которого опрсделнют диаметром трубы. Эта возможность моделиро­
вании небольших сферических излучателей была использована Миллсом, 1938.
Шоу н Терашшш, 1967.
С увеличением расстояния от любого излучателя можно считать излуча­
емую волну вес более плоской.
Звуковое давление н колебательная скорость становятся практически син­
фазными, н искривление фронта волны в пределах препятствия конечных раз­
меров становится все менее заметным. Д аж е для обычных громкоговорителей
уже на расстоянии 3 м разность измеряемых микрофоном уровней прн его
смещении перпендикулярно оси излучателя на ± 9 см (размер головы чело­
века) не превышает 1 дБ. Таким образом, микрофон перемещается практи-
Рнс. 15. Фронт отраженной волны,
представленный как фронт зеркаль­
но-отображенного источника.
/ — первый фронт волны ; 2 — второй (от­
раж енны й) фронт волны ; 3 - - точке прие­
м а; 4 — реальны й источник зв у к е ; Б —
зеркальпо-отобрвж еипы в источник звука.
о ---
I
V
ческн в плоскости одинакового звукового давлении. Искривление фронта
волны становится малозаметным, мы имеем поле почти плоской волны.
Звуковое поле источника перед плоской отражающей стеной может быть
представлено как результат наложения неискаженного собственного поля н
предполагаемого зеркально расположенного источника (рнс. 15). Это значи­
тельно облегчает объяснение свойств пространственного слуха в закрытых
помещениях. В гл. 3 будет показано, что в закрытых помещениях решающее
для слухового восприятия значение имеет фронт волны, поступающий к органу
слуха первым. Распространение первых фронтов легко может быть просле­
жено на модели с зеркально-отображенным нсточпиком звука.
В заключение рассмотрим головной телефон (наушник), который в каче­
стве источника звука широко применяют в слуховых экспериментах. Головные
телефоны используют в тех случаях, когда для целей измерений необходимо
исключить явлении дифракции, затенения, резонанса наружного уха, взаимное
влияние сигналов у обоих ушей, т. е. псе явления, которые имеют место а
свободном звуковом ноле. По типу конструкции различают телефоны-вкладышн н телефоны воздушной н костпой проводимости.
Первые плотно вставляются в слуховой канал, вторые охватывают уш­
ную раковину, прилегая к голове, третьн более или менее плотно прнжнмаются к ушной раковине.
Д о сих пор считалось, что головной телефон создаст одинаковое звуковое
давление во всем присоединенном объеме, т.е. что он нагружен как бы на
камеру давления. Это мнение не соответствует действительности и отчасти
является причиной того, что некоторые свойства пространственного слуха дол­
го оставались необъяснимыми. Еслн учесть объем замыкаемого телефоном
пространства, то можно видеть, что на частотах выше 1 кГц процессы следует
рассматривать как волновые (Б. Внллчур, 1969). Именно эта область частот,
т. с. область выше 1 кГц, особенно важна для пространственного слуха.
1.3.3. Акустические зонды
Важнейшими дли эксперта входнымп величинами в слуховом экспери­
менте являются звуковые сигналы у барабапной перепонки. Дли того чтобы
измерять эти сигналы нлн хотя бы сигналы в слуховом канале близ перепонок.
25
к
Рнс. 16. Акустический зонд для измерений звукового давления в слуховом
канале.
1 — ынкрофонпмй капсю ль тина Б рю эль к Дьер 4134; 1 — уплотнительное
конусный переходник; 4 — м ем брана.
кольцо: 3 —
необходимы специальные звукопрнемные устройства. Они должны удовлетво­
рять следующим требованиям: их присутствие в слуховом канале не должно
заметно искажать поле, должны позволять проводить нзмереннн параметров
енгналов во всем диапазоне звуховых
частот, должны быть безопасными
ллн эксперта.
Этим условиям удовлетворяют
так называемые акустические зонды.
Акустический зонд представляет со­
бой конденсаторный микрофон, к ко­
торому присоединена тонкая трубка.
Такая система есть не что иное, как
приемник звукового давления:
на
выходе микрофона развнвается элек­
трическое напряжение, пропорци­
ональное звуковому давлению
на
входе трубки. Правда, коэффициент
пропорциональности вследствие
ре­
зонансных нвленнй и затухания
в
трубке зонда сильно зависит от ча­
стоты. Акустические зонды имеют
круговую характеристику направлен­
ности, т. е. онн одинаково чувстви­
тельны к звукам, приходящим
по
всем направлениям. Это можно по­
яснить на основании закона обрати­
мости. Если бы такой преобразова­
тель звука работал в режиме нзлуРнс. 17. Акустнческнй зонд в работе
чатеяя (что для
конденсаторного
26
W
/.J
k
25 к . 56
1,7» 16,6. 177
1,66
21Q
1J59 13k . 365
-TJffA
X
-L-tffii X
Рнс. IB. Электрическая схема корректирующего операционного усилителя
MC 1439 (фирмы Моторола). (Сопротивлении резисторов указаны в омах, ин­
дуктивности катушки в генри, емкости конденсаторов в фарвдах).
микрофона вполие возможно), то выход трубки, размеры которой малы пэ
сравнению с длиной волны, был бы сферическим излучателем нулевого поряд­
ка (см. § 1.3.2).
&
Рнс. 19. Частотные ха­
рактеристики (действи­
тельна и
составляющая
коэффициента передачи)
акустического зонда до
и после норрекцнн н эк­
вивалентные уровни ме­
шающего шума.
1 — после коррекция:
3 —
д о коррекции; 3 — уровень
н ап ряж ен и е ш у и а в ш иро­
кой полосе; 4 — уровпеграын а ш уни в третьоктавнъпс
полосах.
%
-w
'■'с о
5* |
« in
>3О *Чз
-5 0
eg
C,C6J 0,125 C,25 0,5 1 2
4
8
16кГц
Для иэмерсинЙ в слуховом каиалс применяют акустические зонды с диа­
метром трубки от 1 до 2 мм. Дли того, чтобы можно было проводить изме­
рении непосредственно у барабанной перепонки, на трубку одевают насадку нз
мягкого пластика. Звуковое поле прн этом искажается незначительно, в чем
можно убедиться, введи в слуховой канал вторую зондирующую трубку и на­
блюдай, как изменяется напряжение на выходе первого зонда. Резонансы
трубки зонда могут быть либо эадемпфнрованы минеральной или металлической
ватой, либо скорректированы электрически.
27
Литературный обзор по вопросам измерений с использованием акустичес­
ких зондов приведен в гл. 2.2. Здесь рассмотрим только один специальный
микрофон, разработанный Лоусом в 1972 г. и применяемый автором книги во
многих измеренпнх. Размеры этого микрофона приведены на рис. 16. В основу
конструкции положены элементы набора зондов фирмы «Брюэль и Кьер» (Ко­
пенгаген). Трубка зонда изогнута так, что позволяет измерять звуковое д а­
вление на расстоянии 0,5 см от входа слухового канала н прн надетых голов­
ных телефонах (внешний диаметр трубки зонда — 1 мм, внутренний — 0,6 мм).
На рнс. 17 показано крепление микрофона, вцдно также устройство для фиксацнн положении головы эксперта.
Особенность этого микрофона состоит в том, что с помощью специального
коррентнрующего усилителя (рис. 16) неравномерность частотной характе­
ристики в слышимом диапазоне частот можно уменьшить до ± 1 дБ. На рнс.
19 приведены частотные характернстнкн микрофона-зонда до н после кор­
рекции. Кроме того, здесь же приведен измеренный с помощью треть-октавных
фильтров уровень электрических шумов на выходе цепи, в которую включен
микрофон, катодный повторитель, предварительный усилитель и корректиру­
ющий каскад. Электрические шумы эквивалентны широкополосному акусти­
ческому шуму на входе микрофона с уровнем громкости от 50 до 55 фон'.
Полученный относительный уровень помех совершенно недостаточен для высо­
кокачественной передачи музыки, по вполне удовлетворителен для большинст­
ва измерений.
2. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СЛУХ В СЛУЧАЕ О Д Н О ГО ИСТОЧНИКА
Анализ физических и психофизических свойств пространственного слуха
целесообразно начать с простейшего с физической точки зрения случая — на­
личие одного источника звука. Зная физику формировании звуковых сигналов
у барабанной перепонки прн одном источнике, произвольно расположенном
относительно эксперта, можно на основании принципа суперпозиции распро­
странить полученные выводы на любые комбинации источников, поскольку
уравнения звукового поля существенно линейны.
С точки зреннн психофизической дело обстоит гораздо сложнее, поскольку
органы нервной системы, участвующие в оценке ушных сигналов н выработке
ощущения положения слухового объекта в пространстве, не могут рассматри­
ваться как линейные системы. Хотя в принципе психофизические параметры
пространственного слуха прн одном источнике справедливы н для нескольких
нсточнннов, но специфика явлений в последнем случае требует некоторых
существенных дополнений.
Говоря о «единственном» источнике звука, будет понимать источник зву­
ка в свободном звуковом поле, где нет отражений. Отраженный звук может
* Впредь будем оперировать тремя понятиями уровня.
1. Уровень звукового давления L, дБ:
р
L = 20 lo g — , где ро=20 мкНм-2.
2. Относительный уровень звукового давления £, в дБ:
£ = 2 0 log
ш
где ра — порог слышимости исследуемого звукового объекта.
3. Уровень громкостн Л в фопах:
P i, кГц
Л = 2 0 log — ---------- ,
Pi
где ро=20 мкНм-2; pi, кГц — уровень звукового давлении тона с частотой
1 кГц в месте расположения эксперта, в случае когда субъективные громкость
этого тона и исследуемого звукового объекта одинаковы (см. стандарт ДИН131В. 1969 г.).
28
рассматриваться как звук мнимого зеркально-расположенного источника. Этот
случай описан в разд. 3. Свободные звуковые поля существуют в природе,
это, к примеру, поле источника звука, установленного на вершине холма, н л
заснеженном или заросшем высокой травой поле. В лабораторных условиях
свободное звуковое поле достаточно точно можно создать в заглушенной
камере.
Много исследований пространственных свойств слуха проведено с исполь­
зованием головных телефонов. Их результаты рассмотрены в настоящей главе
(§ 2.3.2, 2.4.3) в той степени, в какой они касаются пространственных свойств
слуха прн палнчии одного источника.
2.1. ЛО КАЛИ ЗАЦИ Я И ЕЕ РАЗМЫВАНИЕ
В последующих главах подробно рассмотрены пространственные свойства
слуха, сделана попытка раздельно проанализировать свойства н функции фи­
зических н психофизических элементов и выяснить нх значение для системы
в целом. Однако перед тем, как приступить к рассмотрению деталей, целесооб­
разно обсудить общие возможности н свойства системы. Другими словами,
перед тем, как рассматривать роль, которую в формировании слуховых ощу­
щений играют, например, ушные раковины, целесообразно поставить более об­
щий вопрос: насколько «хорошо» человек вообще ощущает пространственность
звуков?
Для этого сначала определим два понятия: локализацию и размывание
локализации.
Локализация — правила н законы соотнесения ощущаемого положения
слухового объекта в пространстве с определенным признаком нлн признаками
звукового нлн другого возбуждении, коррелируемого со слуховым ощущени­
ем. Примеры: взаимосвязь между воспринимаемым положением слухового объ­
екта н местом расположения источника, между ощущением направлении на
объект (ориентацией) н бинауральными различиями уровня звукового давле­
ния, между ощущением направления иа слуховой объект н поворотом головы
н т. д.
Размывание локализации — минимальное изменение данного признака нлн
признаков звукового возбуждения, которое вызывает ощущение смещения
слухового объекта в пространстве (по направлению или удаленности). Р аз­
мывание локализации — свойство локализации. Примеры: размывание четкого
ощущения направлении на слуховой объект прн боковых смещениях нсточинка
звука; размывание ощущения расстояния между слушателем н слуховым
объектом при изменениях спектрального состава сигналов. И для случая одно­
го источника звука, н для более общего случая нескольких источников с этими
понятиями связаны два частных вопроса: где располагается слуховой объект
при данном положении реального источника (вопрос локализации); какнм
должно быть минимальное изменение положения источника звука для того,
чтобы вызвать минимально заметное ощущение смещении слухового объекта
(вопрос размывания локализации).
В употрсблнемом нами смысле слова локализация — это показатель (опе­
ратор) отображения точек пространства источников звука в точки пространст­
ва слуховых объектов. Оба пространства ие идентичны, н положения источни­
ков звука н слуховых объектов не всегда совпадают. Локализация может
зависеть не только от положения источника звука, но н о т характера излучае­
мого сигнала, а также от предысторнн звукового события. В некоторых усло­
виях эта зависимость может быть многозначной, т. е. одни источник звука мо­
жет вызвать ощущение нескольких слуховых объектов. Кроме того, в опреде­
ленных пределах локализация меняется и от экспертв к эксперту. Она под­
вержена также временным колебаниям, которые практически не поддаются
учету.
Явление размывания локализации свидетельствует о том, что слуховое
пространство в меньшей степени дифференцируемо, чем пространство источ­
ников звука. Объемная разрешающая способность слуха оказывается мень­
29
шей, чем разрушающая способность физических приборов. Реальный точечный
источник звука ощущается как объект с размытыми в слуховом пространстве
границами. Кроме того, как было указано выше, размыванию локализации
свойственны колебания во временн.
Впредь под размываннем локализации будем понимать такие изменения
расположении источников звука, которые вызывают соответствующие ннпкмально заметные ощущении у 50% экспертов (см. § 1.3.1).
Заимствованные нз литературных источников данные, основанные на дру­
гих определения к пороговых ощущений, по возможности пересчитывались с
учетом нормального закона распределения результатов измерений.
Теперь следует поставить вопрос о том, какова вообще доступная слуху
точность пространственной локализации, нлн, говоря более точно, каково
минимальное раэмывапне локалнзацнн в оптимальных условиях. Было уста­
новлено, что область максимальной пространственной остроты слуха распо­
ложена по направлению вперед нлн вблизи этого направления, н в пределах
этой области наибольшие изменения положения слуховых объектов вызыва­
ются боковыми смещениями источников звука.
На этом основании во многнх работах размывание локалнзацнн направле­
ний на источники звукв под малыми углами q> и 61 считается максимальной
пространственной разрешающей способностью слуха. В табл. 2 приведены ре­
зультаты некоторых измерений. Видно, что абсолютный нижннй предел раз­
мывания локализации составляет около 1°.
Таким образом, разрешающая способность слуха почти на два порядка
меньше, чем зрения, так как глаз способен распознавать изменения напра­
вления, составляющие менее одной угловой минуты.
Из табл. 2 видно, что прн нзмеренннх с узкополосными сигналами (на­
пример, тоны п гауссовы импульсы) данные по размыванию локализапии
имеют заметный разброс. Тщательный анализ показал также наличие харак­
терной завнснмостн размывания от частоты енгнала. Результаты соответству­
ющих измерений приведены иа рис. 20. Они получены методом, прн котором
эксперты давали одни нз двух возможных ответов. Сначала эксперту сигнал
для оцепкн подавался точно спереди, а затем — от источника, смещенного
Т аблица 2
Автор, гол
Клемм, 1920
Книг н Лэйрд, 1930
Стевенс н Ньюмен, 1936
Шмндт и др., 1953
Сандель н др., 1955
Миллс, 1958
Штиллер, 1960
Бергер, 1965
Гарднер, 1968
Перро. 1969
Блауэрт, 1970
Хаусштейн н Ширыер, 1970
П р и м е ч а н и е . П оскольку
то д аю тся ссы лки н а источники.
Вяд сигнала
локализации
Щелчок
0,75—2°
Последовательность щелч­
1,6°
ков
Непрерывный тон
4.4°
То же
1°
» »
1,1—4°
» »
1 ,0 - 3 . Iе
Узкополосные шумовые им­
1,4—2 ,В°
пульсы, коси нус-квадратные
импульсы
Гауссовы импульсы
0 ,8 —3,3°
Речь
0.9°
Тональные импульсы раз­
1,8—11,8“
личной крутизны фронтов и
частоты
Речь
1.5°
3,2°
Широкополосный шум
данные получены при изм ерениях разными м етодам и,
1 q>~0 и В ~ 0 (см. рис. 4). — Прим. ред.
30
Раэмывапне
сюд некоторым углом. Эксперт должен был лишь отмечать, левее или правее
первого звучит второй сигнал. При такой методике смещение источника звука
•считалось установленным при совпадении 75% положительных ответов. Это
среднее значение между Б0% одинаковых ответов (равновероятность, т. е.
случай, когда предполагается, что ни один из экспертов не заметил бокового
смещения источника) н 100% одинаковых ответов (когда все эксперты это
смешение заметили).
t
Для дальнейшего анализа про­
странственных свойств слуха рас­
смотрим три частных случая:
Направление на
слудоВой оВъект
Рис. 30
Р и с. 21
Рве. 20. Зависимость размываннн локализации Д(ф=-0)няя от частоты сигна­
ла для случая боковых смещений источника звука.
к р и вая а — в случае непрерывного тона {Миллс, 1958. Э эксперта, уровень звукового
иавленн я Б0 л Б . полож ение головы ааф н хен ровако); кри вая б — в случае тональны х га ­
уссовы х импульсов с полосой в одну частотную группу {Бергер, 1965, 4—7 экспертов.
уровень громкости сигнала о т Б0 д о 60 фон. голова неподвиж на).
Рис. 21. Размывание локализации Афмяя н локализации. н горизонтальной
плоскости (измерительный сигнал — белый шум, уровень громкости 70 фон,
положение головы зафнксироваио). Направление прихода звука показано
стрелкой.
1. Размывание локализации и локализация направления прихода звуков
при разных направлениях на источник в плоскости, горизонтальной к источнику
(«направленность слуха» в горизонтальной плоскости).
2. Размывание локализации и локализация направлении прихода звука
при разных углах возвышения в медианной плоскости («направленность слуха»
в медианной плоскости).
3. Размывание локализации и локализация в зависимости от расстояния
до источников («локализация по глубине»).
Итак, первый вопрос — направленность слуха в горизонтальной плоскости.
Ранее (табл. 2, рис. 20) мы видели, что размывание локализации минимально
в узком растворе углов вблизи переднего направления. Если угол прихода
звука спереди увеличивать влево или вправо до 90s (звук точно сбоку), раз­
мывание локализации увеличивается относительно начального значения в 3—
10 раз (Политцер, 1В76; Блок, 1В93; Перскалнн, 1930; Ван-Гнльэе и Роэлофс,
1937; Стивенс н Нейман, 1936; Тоннинг, 1970 н др.). При дальнейшем увели­
чении угла до 1В04 (звук сзади) размывание локалнзапнн уменьшается до
значения вдвое больше начального.
На ряс. 21 приведены результаты массовых слуховых экспериментов, опи­
санных Прайбнш-Эфснбергером (1966), Хаусштейном н Шнрмерон (1970).
Онн проводились с участием 600—900 экспертов, не нмевшнх никакой специ­
альной подготовки. Измерялись размывание локализации н локализация н
горизонтальной плоскости. Сначала эксперты поворачивали подвижный громко-
говоритель до совпадения направления прихода звука с неподвижный источ­
ником— указателем, а затем так, чтобы по слуховому ощущению он распо­
лагался точно спереди, слева, справа и сзади. В этих экспериментах осталось
неясным, ке является ли отклонение показаний для углов 0, 30, 180 н 270° це­
ликом или частично систематической ошибкой экспертов в оценке направления
прихода звука. Такие же отклонения наблюдались Феером <1957) п Внлькенсом (1972).
Приведенные на рнс. 21 результаты слуховых экспериментов справедливы
для случая, когда в качестве измерительных звуков использовали шумовые
импульсы длительностью ЮОмс. Сигналы другой длительности и с другими
$-
Рис. 22
Р ис. 23
Рнс. 22. Отлнчня направлений прихода длительных тонов (нлн гауссовых им­
пульсов с полосой в одну частотную группу) и широкополосного шума (пока­
зал стрелкой) прн совпадении направлений к вызываемым ими слуховым
объектам. Сплошная линия — непрерывный тон (по Зайделю н др., 1955,
уровень звукового давления 35 дБ, 6 экспертов, положение головы зафикснровано). Пунктирная линия — импульсы Гаусса (по Бергеру, 1965, уровень
громкости 50—60 фон, 4—7 экспертов, положение головы зафиксировано).
Рнс. 23. Аномалия локалнзацнн, часто наблюдаемая в случае узкополосных
сигналов: направления на слышимый объект ( # / ) симметричны относитель­
но слуховой оси с направлениями действительного прихода звука ( 5 /) .
спектрами приводят к большему разбросу ппказапий. Так, например, из работ
Цсрлнна (1959), Тобнаша и Церлннв (1959), Хаутгаста н Пломпа (1968) мож­
но предположить, что прн длительностях измерительного сигнала до 700 мс
размывание локалнзацнн уменьшается. Это предположение в определенны!
степени подтверждается работой Дубровского н Черняка (1971).
Когда в качестве измерительного сигнала используют непрерывный той,
размывание локализации увеличивается так же, как и в случае широкопо­
лосного сигнала прн смещениях источника в сторону от передней оси (Шмидт и
др., 1953). Кроме того, наблюдалась сильная зависимость размывания локали­
зации от частоты сигнала, в том числе н дли источников, расположенных точно
спереди, причем в боковых направлениях появляются дополнительные мини­
мумы размывания (Галгннайтнс, 1956; Мнллс, 1958).
Локализация непрерывных тонов н другнх узкополосных звуков отлична
пт широкополосных сигналов. На рнс. 22 показано, какими должны быть
смещения источника непрерывного тона, или гауссовых импульсов, отноентель-
32
но источника широкополосного сигнала для того, чтобы совпали направления
к вызываемый ими слуховым объектам. Приведены три случая, когда источник
звука (громкоговоритель) помещали относительно эксперта под углом q>=
= 3 2 0 . 0 и 40°.
По этим результатам видно, что сигналы, включающие в себя несколько
узкополосных составляющих (последовательности тональных импульсов или
музыкальные звуки), могут вызвать ощущение нескольких слуховых объектов,
расположенных в разных местах и слышимых одновременно или со сдвигом во
времени. Так, напрнмер. Хорнбостелъ (1926) пишет, что звуки, издаваемые
неподвижно сидящей певчей птицей, всегда ощущаются приходящими из раз-
500 Ги,
6-35*
л* 2 кГц
Р и с. 24
Рис. 2S
Рис. 24. Размывание локализации Дбмиа н локализация в медианной плоскости
знакомого голоса. Направление прихода звука показано стрелкой.
Рнс. 25. Траектории перемещения слухового объекта в зависимости от ос­
новной частоты узкополосного шума, излучаемого источником нз произволь­
ной точки медианной плоскости (1 эксперт, положение головы зафиксировано).
ных направлений. Другой пример. Если на громкоговоритель подать синусои­
дальное напряжение, вызывающее незначительную перегрузку так, чтобы воз­
никли гармонические составляющие, обусловленные искажениями, и изменять
частоту сигнала, то у слушателя создастся впечатление, что несколько слухо­
вых объектов перемещается в разных направлениях.
Высота тона слышимых объектов определяется частотами основного сннусоидальиего сигнала и высших гармонических составляющих. Другая «ано­
малия» локализации, особенно часто наблюдаемая иа узкополосных сигна­
лах, состоит в том, что слуховые объекты могут слышаться по направлениям,
симметричным относительно слуховой осн — прямой, проходящей через оба
уха в данной полуплоскости, направлениям на действительные источники зву­
ка (Релей, 1877; Перекалин, 1930; Стивенс и Нейман, 1936; Фпшер н Фрид­
ман, 1968 и т .д .). В горизонтальной плоскости звук, приходящий под углом
ф — 30°, слышится под углом 150° (рис. 23). Позже будет покачано, что ин­
формацию о том, по какому из двух симметричных к слуховой осн направле­
ний воспринимается объект, слух извлекает нз спектра поступающих сигна­
лов. В случае узкополосных или «неестественно» искаженных сигналов эта
информации либо отсутствует, лябо искажена.
Есан эксперту предоставлена возможность свободно поворачивать голову
и длительность сигнала такова, что он успевает ориентировать голову на
звук, то подобные эффекты практически не наблюдаются. После нескольких
движений головой эксперт всегда слышит объект с того иаправлення, откуда
звук в действительности приходит (подробнее об этом см. § 2.5.1). Псленгнрующне движения головой играют важную роль во всех случаях аномальной
локализации.
Направленные свойства слуха в медианной плоскости значнтельпо отли­
чаются от свойств в горизонтальной. Причина состоит в том, что в медианной
3—810
33
плоскости звуки, доходящие до ушсн, не имеют бинауральных различий, на
которые слух мог бы реагировать.
Размывание локализации А (б=0)нип при изменениях угла возвышения
фронтально расположенного непрерывно говорящего незнакомого (диктора)
составляет 17° (20 экспертов, уровень громкости 35 фон, Блауэрт, 1970), а в
случае, когда голос диктора знаком, — около 9° (7 экспертов, уровень гром­
кости 65 фон, положение головы зафиксировано, Дамаске п Вагенер, 1%9),
для белого шума это составляет около 4° (2 эксперта, уровень громкости 60
фон, Ветшурск, 1971). В работах Дамаске и Вагонера приведены также дан­
ные о локализации н размывании локализации (речь, знакомый голос) и
для некоторых других направлений медианной плоскости. Представление об
этом дает рнс. 24 (см. также Резер, 1969).
Рис. 26. Расстояние слухового
объекта в зависимости от рас­
стояния до источника звука
для разных речевых сигналов
в случае прихода звука спе­
реди.
J — крик:
2 — норм альная
3 — ш епот.
речь;
Б своей работе Пленге п Бр\ншен (1971) указывали, что при очень короткнх импульсных звуках наблюдается тенденция смещения слухового объ­
екта в тыльную медианную полуплоскость. Еслн эксперт прослушивает измери­
тельный сигнал незадолго до начала измерения, то этот эффект отсутству ст. Та­
ким образом, для направленных свойств слуха медианной плоскости имеет
значение н фактор ознакомления эксперта е измерительным сигналом. На узкопо­
лосных сигналах (шнрниа полосы частот меньше одной-двух терций) явления
локализации н размывания локализации в медианной плоскости не обнаруже­
ны. Для таких сигналов направление на слуховой объект зависит не от на­
правления на действительный источник звука, а только от частоты (Блауэрт,
1968). Закономерных взаимосвязей между направлениями к источнику звука
и к слуховому объекту ис обнаружено. На рнс. 25 показаны траектории пере­
мещения слухового объекта при изменении основной частоты узкополосного
шума, приходящего к эксперту от источника, расположенного в произвольном
точке медианной плоскости.
Укажем здесь, что все направления в медианной поскостн епмметрпчпы
относительно слуховой otn. Наблюдаемое в горизонта льном плоскости на
искоторых сигналах несовпадение направлений к источнику зпука и к слухо­
вому объекту, которые оказываются расположеннымн симметрично относи­
тельно слуховой оси, имеет место п п медианной плоскости и может изучать­
ся, так сказать, в «чистом виде».
Несколько общих замечании к «дистанционным» свойствам слуха.
Для
правильной оцемкн удаленности слухового объекта большую роль играет
фактор предварительного ознакомления эксперта с измерительным енгпалом.
Д ля енгпалоп, хорошо знакомых эксперту, папрпмер для речи с пормальной
громкостью, расстояния до слухового объекта и действ ител ьпого источника
звука достаточно хорошо совпадают. Но они становятсн различными даже
тогда, когда меняется просто манера речи. На рнс. 26 приведены кривые
зависимости локализации трех вариантов речевых сигналов — нормальна я речь,
крик и шепот иа расстоянии от 3 до 7,5 м. Этн данные получены Гарднером
(1969, 10 экспертов).
34
г
|
I
*
Такую же отчетливую корреляцию между расстояниями от источника звука
до слухового объекта, которую Гарднер обнаружил для речевых сигналов.
Хаус штейн (1969) подтвердил н для импульсных звуков. Правда, до начала
эксперимента эксперту давали прослушать измерительные сигналы (щедчки,
уровень громкости 70 фон) при разных расстояниях до источника. Получен­
ные в этих экспериментах данные также позволяют обнаружить явление размы ванн я локализации дистанций, хотя результаты усреднены не но серии данпых одного эксперта, а только по показаниям 20 экспертов (положение голо­
вы зафиксировано) в одном эксперименте (рис. 27). Здесь следует указать
также, что по методике опроса экспертов интересовало не расстояние иепосредственно до с л у х о в о г о объекта, а предположительпое расстояние до ис­
точника звука (на рисунке показано жирной линией). Для незнакомых зву7,?*#
2,5 м
Ь,5 м
f О—♦---------------- )----------\---- О
1,3м
2,7 м
Ч ,6м
±0,27
± 0 ,№
±0,55
6,6 м
о----- 1— } о-5,7 м
5,5 м
+0,50
± 0 ,№
В,6 м
J
г
—
I
Рнс. 27. Размываипе локализации Дгмня н расстояния до источника звука н
слухового объекта и случае прихода звуки спереди (расстояние до источ­
ника 4 м).
ков (громкость которых неизвестна эксперту ни при каклх расстояниях до
источника) локализация по расстоянию очень неопределенна. Хотя слуховой
объект четко локализуется по направлению, при расстояниях от источника
звука 3 м и более (для узкополосных шумов и меньше 3 м) локализация по
глубине не завнент от расстояния до источника звука, а определяется только
громкостью. Д ля широкополосных сигналов при небольшом (меньше 3 м) уда­
лении источника я для незнакомых звуков обнаружена тенденция ощушать
слуховые объекты в непосредственной близости от головы или даж е внутри нее.
Отдельные вопросы слухового восприятия удаленлостн источников рассмот­
рены в § 2.3.2.
Как отмечено выше, пространственные свойства слуха в профильной плос­
кости, в особенности глубинная локализация, сопровождаются явлениями
адаптации, такпм образом, локализация изменяется и зависимости от времсин.
Укажем здесь еще иа одип «временной» эффект прострапствснных свойств
слуха — инерционность. Под инерционностью понимают свойство слуха реаги­
ровать на изменения в положении источника ие мгновенно, а с определенной
задержкой во времени. Это необходимо учитывать всегда, когда речь идет о
бистро перемещающихся источниках зпука.
В 1963 г. било опубликовано сообщение Ашоффа о слуховом эксперимен­
те, при котором эксперты располагались в центре окружности, образованной
18 громкоговорителями. Каждый громкоговоритель поочередно излучал шу­
мовой енгнал. Громкоговорители переключались с помощью контактора. При
медленном переключепнн экспертам показалось, что источник шума вращается
вокруг головы. С увеличением частоты переключения громкоговорителей слу­
ховой объект уже ис представлялся вращающимся, а воспринимался то справа,
то слева от эксперта. Наконец, при дальнейшем увеличения частоты переключе­
ния слуховой объект становился диффузно локализуемым и, сохраняя объем,
ощупи алея в центре головы.
В более поздних экспериментах (Блауэрт, 1968; Плат и др-, 1970) нам
удалось показать, что при перемещении источника звука справа — налево
3*
35
инерционность слуха оказываегся меньшей, чем прн перемещениях вперед—
назад в медианной плоскости. Дли того, чтобы слуховой объект успевал сле­
довать за источником сигнала, перемещение источника нз одного крайнего
положения в другое должно осуществлнться в первом случае за время, равное
172 мс, в во втором — 233 мс (белый шум, громкость 50—60 фон, № экспер­
тов). Эту зависимость инерционности слуха от плоскости перемещения источ­
ника звука следует объяснить тем, что во втором случае звук поступает поч­
ти без бинауральных различий»
Функциональные нарушения слуха, в особенности тугоухость, всегда вы­
зывают изменения и пространственных его свойств. Много раз делались по-
г---- I---
100
1I
%
_j
75
1
\
50
i
25
'L
— —
10
го
тI
j
30
Уо
so
Ркс. 28. Зависимость
размывания
локализации Лфмкш в передней гори­
зонтальной полуплоскости от воз­
раста. По ординате отложено относи­
тельное число случаев, когда разлнчпе направлений на источник звука
и слуховой объект не превышает
7.5°.
60 70 лет
пыткн измерить н диагностически интерпретировать эти изменения на ото­
ларингологических больных. Б последнее время такие исследования проводи­
лись Резером (1965, 1966), Прайбиш-Эффенбергером (1966), Штейнбергом
(1957), Платом, Блауэртом, Клеппером (1970). Однако ни один нз предло­
женных методов измерений н диагностики до настоящего времени ие получил
широкого распространения (но крайней мере в медицинской практике). И везтакн мы хотели бы здесь остановиться на двух замечаниях нз области меди­
цины, которые представляют интерес с точки зрении пространственных свойств
нормального слуха. Во-первых, при симметричной тугоухости (потеря до 30—
40 дБ) локализация н размывание локализации нарушаются весьма незна­
чительно (Резер, 1965). В особенности малы нарушения пространственных
Рис. 29. Размывание локализации
Лфма» н локалиэапия в горизон­
тальной плоскости при левосто­
ронней полной глухоте н здоровом
правом ухе (Прайбнш-Эффенбергер, 1966, импульсы белого шума
длительностью 100 м, уровень
громкости 70 фон, 32 эксперта,
положение
головы
зафиксиро­
вано.)
1S0
свойств слуха (по крайней мере азимутальная локализация в горизонтальной
плоскости) при возрастной тугоукостн. Иа рис. 28 прнведепа зависимость
размывакня локализации от возраста человека (белый шум, уровень громкости
70 фон, 428 экспертов). Во-вторых, прн асимметричности тугоухости размы­
вание локализации меньше, чем при нормальном слухе, н локализация изменя­
ется. Д аж е при полной односторонней потере слуха у людей обнаруживаются
«статочные явления размывания локализации и определенная способность
ЯГ,
к локализации (Блох, 1893; Ангель и Фите, 1901; Клемы, 1913; Ал лере и Бенеси, 1922; Раух. 1922; Брунцлов, 1925, 1939; Ван Гильзе, 1928; Файте, 1936;
Гюттнх, 1937; Мейер-Готесбергер, 1940; Кленш, 1949; Ионгкис н Феср, 1958;
Батье, 1967).
На рнс. 29 представлены результаты измерений, проведенных на 32 эк­
спертах. Кроме того, Ангель и Фнте (1901), Резер (1965), Перро н Эленер
(1968) и др. показали, что при несимметричном нарушении слуха нлн одно­
сторонней глухоте размывание локализации по мере привыкания больных к
дефекту слуха становится меньше, а способность локализации улучшается
настолько, что направления на источник звука (показаны отрезком с кружоч­
ком в центре) н слуховой объект (показаны стрелкой) совпадают все точнее
(сведения прнведепы в работах Гюттнха, 1937 и Ленхардта, i960).
Прсстрапственные свойства слуха людей с односторонней глухотой пред­
ставляют интерес для изучешш нормального слуха потому, что ирн таком не­
достатке исключена оценка слухом бинауральных различий ушных сигналов.
Пространственные свойства слуха людей, страдающих односторонней глухотой,
аналогичны свойствам здорового слуха при восприятии звуков в медианной
плоскости.
2.2. ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ У ОБОИХ УШЕЙ
На рнс. 30, о приведепа возможная схема цепн звукопередачи. В оба уха
эксперта VPi введены акустические зонды, которые реагируют на звуковое
давление у входа в слуховой канал. Электрические сигналы микрофонных
зондов записывают на магнитную ленту. Затем эти же сигналы прослушивают
Рнс. 30. Система звукопередачи, обеспечивающая правильное воспроизведем
нне первоначального направления на слуховой объект.
а — эапнсь сигналов в слуховы х к ан ал ах эксп ерта; б — зап и сь сигналов о т «искусствен'
пой головы ».
сами эксперты через головные телефоны. Включенный в цепь звукопередачи
уснлнтсль-корректор позволяет прн воспроизведении сохранить иа входе слу­
хового капала значения и фазы звукового давлеинн почти такими же, какими
они были до записи. И прн записи н при воспроизведении голова эксперта не­
подвижна, помещение затемнено.
С помощью такой установка можно искусственно воссоздать слуховой
объект с такими же признаками (направление н дистанция), как прн запнен.
37
f
Это соответствие обеспечивается, несмотря па дополнительные помехи в вос­
производимых сигналах, обусловленных собственным шумом микрофонных
зондов.
На рис. 30,6 приведена схема цепн звукоиередачи, в которой звук прини­
мается двумя микрофонами, помещенными в «искусственной голове». Вопросы
использования так называемой «искусственной головы», в той нлн иной мере
имитирующей естественную, часто рассматриваются в литературе (например*
Файрстон, 1930; Де-Боер и Фермельс, 1939; Де-Боер, 1949; Кок, 1950; Низе,
1956/1957; Вендт, 1963; Нордлупд и Лндеи, 1963; Харрис, 1964; Мертенс,
1965; Шпрмср, 1966; Торик н др., 1968; а также более новые работы — Д а­
маске и Вагсиер, 1969; Кюрср, Пленге н Внлькенс, 1969; Дамаске, 1971; Внлькенс, 1971/1972 и Миллерт, 1972), причем н в этом случае для воспроизведе­
ния используют головные телефоны, а при необходимости предусматривается
возможность электрической коррекции.
Вместо головных телефонов для воспроизведения можно использовать
громкоговорители, по тогда для устранения взаимного влияпин каналов вос­
произведения необходимо специальное устройство компенсации (Бауэр, l9 6 l;
Атал и Шредер, 1966). Один из способов компенсации, так называемый способ
«Траднс», кратко описан в гл. 3.3 (Дамаске н Меллерт, 1969/1970, 1971; Д а ­
маске, 1971).
В результате многих исследований, проведенных с «искусственной голо­
вой», было установлено, что воспроизвести исходное слуховое пространство
без искажений не удается. Наименьшие искажения звукопередачи вносит
«искусственная голова», нмитнрмощая не только форму головы, но н ушные
раковины, слуховые каналы, барабанные перепонки.
Из сказавиого можио сделать два вывода:
1. Звуковые сигналы в слуховых каналах (ушные сигналы) являются
определяющими дли пространственных свойств слуха.
2. Д аж е незначительные искажения ушных сигналов могут вызвать за ­
метные искажения пространственных свойств слуха.
Таким образом, длн того, чтобы понять процессы формирования прост­
ранственных слуховых ощущений, необходимо прежде всего тщательно изу­
чить свойства ушных сигналов. Рассмотрение ушных сигналов, анализ зависи­
мостей свойств от места расположении источника звука будут освещены
дальше. Предварительно дадим самые обшнс сведения по анатомии уха (Бер­
гер, 1952; Собота и Бехср, 1963; Справочник но отолярнпгологии, 1965; Мсрнке
и Мергеиталер, 1959; Плат, 1969; Клинке, 1972).
Различают наружное, среднее н внутреннее ухо. Наружное ухо состоит
пЬ уш1го& раковины и наружного слухового капала. Среднее ухо — из бара­
банной перепонки, барабанной полости с находящимися в ней слуховыми ко­
сточками (наковальня, молоточек, стремя), мышечными тканями и связками,
а также евстахиевой трубы, соединяющей среднее ухо с носоглоткой. Во
внутреннем ухе (лабиринте) находятся как слуховые нервные окоичанни,
представленные кортневым органом, расположенным в улитке, так н вести­
булярный аппарат — статолнты, расположенные н преддверии, и ампульные
органы в трех полукружных каналах, вестибулярные ампулы. На рнс. 31 схе­
матически показано анатомическое строение уха. Нас будет интересовать
преимущественно звуковое поле в наружном ухе, т. е. поле на участке до ба­
рабанной перепонки. Рассмотрим поэтому подробнее основные части уха.
Ушиая раковина расположена между челюстным суставом и отростком
височной н о е т . Оиа огибает вход слухового канала и паклонена к плоскости
черепа под углом от 25 до 45°. Ушная раковина состоит нз хрящевндпого ос­
това, туго обтянутого кожей. Она имеет характерные очертания и рельеф с
четко выраженными индивидуальными признаками. Долгие годы не признава­
лась роль ушных раковин для слуха, нм преннсывались только защитные
функции (леннеберг, 1941). Теперь мы зиаем, что ушные раковины выполня­
ют весьма важную задачу в формировании пространственных свойств слуха
н, кроме того, они могут демпфировать возникающие у головы ветровые шу­
мы (Фельдман н Штсймаи, 1968). Особенностей формы ушных раковин мы
коснемся несколько ниже.
38
Наружный слуховой канал — это слегка изогнутая покрытая кожей труб­
ка, начинающаяся у центральной полости раковины и заканчивающаяся у
барабанной перепонки. Наружная треть канала образована соединительной
тканью л хрящом (хрящевой слуховой канал), дальше кожное покрытие при­
мыкает непосредственно к барабанной перепонке (костный слуховой канал).
Средняя длина всего слухового канала — S5 мм. Длина стенок канала различ­
на (передней стенки — 27 мм, задней — 22 мм, верхней —21 мм н нижней —
26 мм). Средний диаметр слухового канала — 7—8 мм, сечение его может
Рис 31. Анатомическое строение
уха (по Мёрикс н Мергенталеру,
1959).
В — полукруж ны е квнелы ; S — улитке;
М — связки
СарвЛяииой
перепонки;
£ — евстахиева тр у б е; С — уш н ая р а ­
ковине; G — наруж ны й слуховой к а ­
н е т ; Т — О арвбанння перепонка. И —
молоточек.
быть кру I дым или слегка овальным. Сечение отверстия на входе канала имеет
диаметр 5—7 мм. далее п хрящевой части канал расширяется до 9— II мм н
затем в костной части опять сужается до 7—9 мм.
Наружный слуховой канал заканчивается на ба раба иной не ре попке, ко­
торая представляет собой тонкую кожаную мембрану почти крупой или слегка
овальной формы (большая ось— 10— II мм, меньшая — 8,5—9 мм, толщина —
около 0,1 мм). Барабанная перепонка наклонена к слуховому каналу под уг­
лом 40—50°. Колебания барабанной перепонки, вызываемые изменяющимся
звуковым давлением в канале, через цепочку слуховых косточек передаются
во внутреннее ухо. Соединенная со слуховыми косточками часть барабанной
перепонки имеет нлошадь около 0,55 см3 (по Бекешн, 1941). Таким образом,
барабанная перепонка акустически нагружена на цепочку слуховых косточек
н внутреннее ухо. Крпмс того, она колеблется иа подушке, образуемой воз­
духом в барабанной полости н других прпмыкаюншх к перепонке полостях.
Статическое давление воздуха в полости регулярно уравнивается с атмосфер­
ным давлением, когда прн глотательных движениях н зевках на короткое вре­
мя открывается евстахиева труба D нормальном состоянии евстахиева труба
плотно закрыта, благодаря чему закрыта н воздушная полость внутреннего
vxa. Ко]да давление па барабанной перепонке превышает определенное зна­
чение (больше 90 д Б ), рефлекторио раседаблнются мышца между евстахиевой
трубой и молоточком (связка барабанной перепонки) и другие мышцы внут­
реннего уха. Этот процесс назыпаетсн акустическим рефлексом. Акустический
рефлекс вызывает натяжение барабаппой перепонки п приводит к уменьшению
чувствительности уха. К этому эффекту мы вернемся ниже.
2.2.1. Распространение звука в слуховом канале
Наружный слуховой канал заканчивается барабанной перепонкой. Звук
в слуховом канале вызывает колебания барабанной перепонки, которые пере­
даются среднему и внутреннему уху. Таким образом, п отношении наружного
уха барабанная перепонка представляет собой приемник звука. Другой способ
звукопрнсма во внешнем слуховом канале, а именно возбуждение его стеиок
39
и передача колебаний на внутреннее ухо височной костью (костная проводи­
мость), в нормальных условиях имеет второстепенное значение»
Барабанная перепонке — это мембрана. Для того, чтобы вызвать ее ко­
лебание, необходимо приложить силу. Эта сила определяется как разность
звукового давления по обепм сторонам мембраны н может быть выражена
в внде
L = 5 вфф
Е с )•
(8)
где Smфф — эффективная площадь мембраны. Звуковое давление за барабан­
ной перепонкой определяется внешним звуковым полем лишь в гой мере, в
какой от него зависят звуковое давление перед мембраной. Иначе (т. е. без
барабаииой перепонки) воздушная полость внутреннего уха прн нормально
закрытой евстахиевой трубе была бы недоступиа для внешнего звукового
поля. Таким образом, в выражении (8), определяющем силу
единственной
переменной величиной является ре» следовательно, практически
F пропорционально рб.
(9)
Приемннк звука, у которого действующая на одну сторону мембраны сила
зависит только от звукового давления, называется приемником давления
(Райхврдт, 1968; Ашофф, 1968; Кремер, 1971). В этом смысле барабанная
перепонка представляет собой приемник давления. Воспринимаемой (входной)
величиной н адекватному этой величине раздражению органа слуха при при­
еме звука, распространяющегося по воздуху, служит звуковое давление у
барабанной перепонки p t{f).
Барабанная перепонка как приемник звука помещается в конце слухового
канала. Еслн приближенно представить слуховой канал в виде трубы рав­
номерного диаметра, имеющей акустические жесткие стенки, то распростра­
нение звуковой волны внутри нее можно описать уравнениями длинной липни.
Д ля случаи линии с малыми потерями, на вход которой подастся синусоидаль­
ный сигнал, уравнении принимают вид:
Zx
Р (/) = PC ch V/ +
Рб sh у /;
(10>
g ( l ) = ge c h \ l + — g o s h y i ,
(II)
-7—
_0
-
-
где pt и до — соответственно звуковое давление н объемная скорость на на­
грузке линии, т. е. в нашем случае — в эквивалентной плоскостибарабанной
перепонки (рис. 32). Из-за небольшого наклона барабаииой перепонки поло­
жение плоскости определяется с точностью ± 2 мм;
— акустическое волновое сопротивление линии, определяемое форму­
лой
(12)
где го — характеристическое сопротивление воздуха; S — площадь сечении
воздушного столба;
Z# — акустическое сопротивление нагрузки, т. е. отношение среднего со­
противления барабанной перепонки к площади сечения ливни:
п
“
—
да
р б
r v -
Р0 *
<13>
Уравнения длинной линии в приведенном виде справедливы для случая,
когда вдоль трубы может распространяться только плоская волна. Верхняя
граничная частота, для которой удовлетворяется это условие нрн диаметре
40
трубы 8 мм, рассчитана Скучнком (1954) и равна 23 кГц.
Таким образом, условие, прн
котором уравнение справедли­
во, лежит выше интересующего
нас диапазона частот. Предпо­
лагаем далее, что стснкн слухо­
а)
1-0
вого канала обладают акусти­
яя**
*■>'•«*. «I. SSs
^ *ЛЛ.^ун*У^^ Ч
ческими свойствами. Согласно
pf у :
jfij
Бекеши (1932) акустическое
сопротивление кожного покры­
z
(Z A )
? (i) I
I '
тия приблизительно соответ­
ствует сопротивлению поверх­
ш ш ш ш ш т ^ т ш ^
ности воды. Новейшие иссле­
дования подтвердили этот вы­
s)
^ —— *H
вод (Крюкель, 1972). Поэтому
можно считать, что коэффици­
ент отражения звука от стенок
(2 х )
слухового канала прггблнзнтельио равен единице Более
подробные сведения об отра­
Рис. 32. Слуховой капал (а), эквивалентная
жающих свойствах стенок слу­
труба (б) я схема электрического анало­
хового канала приведены
в
га (в)
кннге Метна (1946). Затухания
волны в слуховом канале изза влияния волос невелики.
Поэтому в уравнениях (10) н (И ) они не учтены.
Уравнения (10) н (И ) показывают, что распределение давления, а также
объемной идиколебательной скоростн звука в трубе зависит только
от пагрузки. Функциюпередачи звукового давления от данной точки капала
до
барабанной перепонки можно представить в виде
Рб
*
А Ц ) = - = ^ Г = '------------ 5 ------- --p
H)
(14)
chY/ + ^ r s h V*
И наоборот, по заданной функции A (f) можно, естественно, рассчитать
полное сопротивление барабанной перепонки. Предполагая, что звук распро­
страняется без потерь, выражение (14) можно упрощенно записать в виде
Рб
I
^ ( / ) -----= ----------------------v----------;
(15)
Ъ.
p H)
Cos р/ + J — sin р/
2б
здесь вместо комплексного коэффициента распространения у фигурирует вол­
новое число р=2л/А,.
Таким образом, если известно полное сопротивление барабанной пере­
понки, то с помощью уравнепия (15) можно рассчитать функцию передачи
звукового давления от входа слухового канала до барабанной перепонка.
Кроме того, расчетным путем можно определить входное полное сопротивление
слухового канала, являющееся сопротивлением нагрузки ушной раковины.
Для полного сопротивления линии без иотерь в какой-либо точке имеем:
3o + / Z ,t g p /
Z (/) = —
j.
(16)
1 + i ~ ~ IgP/
_>
Измерения полного сопротивлении барабанной перепонки широко оспешены в литературе (Трегер, 1930; Геффкеп, 1934; Бетцман и Кайбс, 1936;
41
Кайб 1936, Б к шн, 1936; iMcru, 1946 195Г Мортон и Ионе 1956. Звислоц
кн 1957; Моллер, 1959 I960; Оихн, 1961, Звнслоцки, 1962 фишлер и др
19661
Живой интерес к сопротивлению барабанной перепонки вызван тем что
зная его, можно сулить о функциях внутреннего уха непосредственно прн
мыкающего к барабанной перепонке, а это имеет ущественное значение дтя
медицинской диагностики сяуха Имеющиеся в литературе результаты изме­
рений ограничены областью пн ж них частот (прнблм.-штепьно до 3 кГц). Ис­
ключение составляют лишь результаты, приведенные Онхн н Фпш.лером н др
Они охватывают область частот до 10 кГц п получены при и )мере пнях на
анатомически препарированном рее. Поэтому в 1972 г. Лове и Блауэрт д я
получения дополнительных данных провели специальные измерения.
Прежде чем приступить к анализу результатов, рассмотрим кратко не­
которые методы намерений полного сопротивления барабанной перспошш.
Часть из иих может быть использована также для измерения сопротивления
нагрузки головных телефонов. Обзор литературы по этому вопросу, не яв­
ляющемуся предметом дайной монографии, можно найти у Делани (1964).
Подробный обзор методов измерений акустических сопротивлений приведен
в книге Беранека (1949).
Метод непосредственного пзыерепня полного сопротивления барабанной
перепонки состоит в том. что на перепонке и меряются звуковое давление и
колебательная скорость. Звуковое давление легко может быть измерено с
помощью акустического онда (впервые этот способ предложил Куль в 1939г )
Измерение колебательной скорости связано с определенными трудностями, новместо нее можно определять смещепне, продифференцировав которое по вре
мен и получаем колебательную скорость. Измерять смещение перепонки можно
с помощью емкостпых акустических зондов (Бекеши 1941; Фишлер и др.
1966) — миниатюрного зеркальца, наклеиваемого па барабанную перепонку
(Бекеши, 1936), а также новыми методами с помошью лазерного интерферо­
метра (Тондорф н Кхана, 1970). основанными на эффекте Месбауэра (Гнтад
и др., 1967) Па людях подобны пзмерения до настоящего времени не про
водитнсь
Другой группой методов, основанной на н меренпп сопротивления бара
бзпной перепонки как сопротивлении нагрузки длинной линии, можно опре­
делить, например, распределение вдоль лннпн максимумов н минимумов зву­
кового давчення (Трегер, 1930). Однако для таких измерений потребова-шсъ
бы in пн и длиной н несколько длин волн, которые трудно поддаются согласо­
ванию Кроме того, сопротивление барабаииой перепонки как функция часто
ты должно измеряться по точкам. Другая возможность состоит в измерении
, модуля и фазы функции передачи звукового давлепия между двумя опреде­
ленными точками л мнии. Затем с помощью уравнения (15) по полученным ре
зу-штатам можно рас читать сопротивление нагрузки линии
Акустическое полное сопротивление можно определить, подключая ичме
рнемын обект к источнику звука с исходной объемной скоростью Qo=v S
н известным внутренним с протип п. нисм Zj п измеряя звуковое давление Р
на нагрузке Z* (Звпслоскп, 1957 Моллер, 1959, I960). Искомое полное соiipoTifnieiiiic рассчитывают по форм\дс
Рх Zf
z*
- (17)
Qot* — Рх
-)тот метод поягинется рис. 33 на котором изображены акустическая си
ст ма I схема эчектрпческого апаю га. Еслн выбрать Z t очень большим то
полу Iим источник постоянной объемной скорости. Тогда Z x = pxlq
Опр де­
лить q н Z неизвестного источника звука можно, намерив рх на двух аведе
мо и всстпых сопротивлениях
Прн этом получим два уравнения р =
1 Здесь имеются в виду комплексные сопротивлення. — Прим. ред.
42
= q \Zi\\Zx\, Ux= f \Z t\Z x \, нз которых можно опредетнть £ и _Z На рис 34
хематичсскп показан метод, который применял автор. Анал гичный метод
был применен в 1961 г Онхн. Он подключал к источнику постоянного звуко­
вого давлении цепочку из двух последовательно соединенных р исторов Со­
противление одного резистора пзвестпо, а другого — нет. По вуновому давченню па резист р неизысс ного сопр ти влепи я можно быто найти это сопро­
тивление
Еще
)дин метол который быт нсиольэоваи Бексшп (1936) и Метцом
(1946 1951), о новап на при» нсинн а устического
моста,
нрсдло
Чо
Z
Г 1
У 'Ш П Ы
1ш
& ^
L
h
i,
I
I
u,
*
Рис. 33. Измерение полного акустического сопротивления с п мощью псточипка звука с известными параметрами.
ленного в 1936 Шу тером. П ринт н работы такого моста пронтлюстрнровап
на рнс 35 В одно пчечо моста вкчючают измеряемое (2), в другое
регули­
руемое эта ониие сипротипд ни (3) М мбрана (/) позбуждает плечп моста
в противофа с. Когда измеряем е сонроив еш е тановится равным этач ииому нгналы в прослушиваем й диагонали моста (1) пч ими о компентфу-
Pi с. 34
Метод
и меренин
п шо о
, _-----(El ~ .-------ЕУ.)РХ. слухового канала
z,
ty
"
'
(£ /- Ex) Eh
о
нскусс в иное ухо
входного
сопро ивленпя
б — эксперт.
ют я. П р а к т 1чсская эффектней ть метода определяет я в основном качеством
п р мен ноги тачонншо сопротивления
Трудности акустической бачапсировкп можно обойти с помощью микрофо­
нов. предварительно измерив звуковое давление перед искомым п эталонным
сопротивления мп и затем электрическим способом сба чапеяровав выходные
напряжения микрофонов (электроакустический мост). Балансные (мостовые)
методы нзмцюния полного сопротивления барабанной перепонки все более ши­
роко прпменяют в отолярннголопш.
Применяя некоторые из упомянутых методов, м жио намерять не само
с против.! нне барабанной перепонки, а входное полное сопротивление слухо
вого канача. Затем, исночьэуя уравнение (16), можпо найти искомое сопро-
43
тнвлеине барабанной перепонки. Часто для расчетов используют не уравнения
длинной линии, а считают объем воздуха между головкой измерительного при­
бора и барабаииой перепонкой — элементом акустической упругости (Граи.
1968). Если в качестве допустимой считать ошибку 10%. то принятое приб­
лижение оказывается справедливым в диапазоне частот приблизительно до
1500 Гц. Точное значение граничной частоты зависит от положения головки
измерительного прибора в слухопом канале
<
На рнс. 36, а приведены результаты измерений полного сопротивления'
барабаииой перепонки, полученные разпыми авторами. Данные, приво­
димые 3 внелодки (1962), обобщают результаты, приведенные большой,
группой исследователей ио измерениям, проведенным яа 120 экспер­
тах (Трегер, 1930; Геффекеп, 1934; Ветцмап и Кайбс, 1936; Бекеши, 1936;
Метц, 1946; Моллер, i960; Мортон п Иопес, 1956). Измерения проводилисьу самого входа слуховых каналов илп ка небольшой их глубине. Кривые,
приведенные Онхп (1961), получепы на анатомических препаратах. Измери­
тельные зонды помещались пепосредствеипо у барабаииой перепонки с обеих
сторон. Различия результатов, полученных Звпслоцкн и Онхи, самими авто­
рами объясняются по-разпому. Минимумы и максимумы в области высоких
частот иа кривых Онхи подтверждены работами Фишлера и др. (1966). Прав­
да, эти авторы измеряли только модуль полного сопротивления барабанной
перепонки также иа анатомических препаратах.
На ри с 3 6 ,6 показаны результаты контрольных измерений (Лаве. 1972;
Блаузрт, 1972), проводимых методом, показаппыы на ри с 34. Иа графики
нанесены значения, усредненные по показаниям И экспертов, отмечены также
некоторые среднеквадратпческне отклонения. Результаты пашнх изме­
рений па порядок меньше, чем получеипые Онхи. Порядок величып достиг­
нутых нами результатов дополнительно проверялся п был подтвержден изме­
рениями импульсным методом, проведенными иа пяти экспертах. Можно, повшшыоыу, утверждать, что полное акустическое сопротивление барабанной
перепонки людей н анатомических препаратов сравнивать нельзя. Для нахож­
дения частотной характеристики полного акустического сопротивления бара­
банной перепонки человека иа частотах выше I кГц были проведены дополни­
тельные измерения. Результаты измерений, показанные на рис. 36, б, близки
к данным, полученным Звнслоцки в 1962 г. при измерениях на электрической
аналоговой модели среднего уха.
Наконец, на рис. 37 приведены результаты измерений функции передачи
звукового давления на участие от входа слухового капала до барабанной
перепонки. По ординатам отложены разности уровней звукового давления
20 log [£ ([) | н 1 рупповос время задержки trp = d b /d 2 n f [см. уравнение
(42)]. На рисунках приведены результаты прямых измерений с помощью
акустических зондов, а также расчетные значения сопротивления барабаииой
перепонки (расстояние между точкой зондирования п барабанной перепонкой
принято равным 21 мм). В принципе общий ход нзмереипых кривых совпа­
дает с теоретическими предсказаниями Бекеши в 1932 г.
44
В заключение напомним еще раз о явлении, обусловленном влиянием
сопротивления барабаииой перепонки,— о так называемой вкустнческоы реф­
лексе. Акустический рефлекс — это сокращеине мышц уха (с задержкой по
времени), которое ведет к уменьшению гибкости в цепи звукопередачи средне­
го уха и тем самым к уменьшению чувствительности слуха.
Одновременно увеличивается почти вдвое полпое сопротивление барабан­
ной перепоннн (Метц, 1951; Моллер, 1962; Фельдман и Звнслопкн, 1965; Росс,
30
1
а б &L
20
t
t
В;
10
в
i
J
-1
Ui 1
[
г
-10
0,1 01
CL5
I ..г J
о)
J]
1
10 20
у
1
Vv\
-0,25
Рнс. 36
Рис. 36. Результаты намерений полного акустпческого сопротивления барабан­
ной перепонки.
а — по Звнслоцкя (19621 ш Онхн (1961); б — полученные автором при изм ерениях м ето­
дом . показанны м на рнс. 34 (сплошной лнкней п о к азан а акти вн ая, а пунктирной — реак-
тняяяя соетшамющляJl
Рис. 37. Частотные характеристики передачи звукового давления роп/р(/) —
=A ( f ) иа участке от барабанной перепонки до входа слухового канала (на
глубине 4 мы).
а — расчеты по Онхн ([961); б — расчеты автора. | | экспертов; а — изм ерения В ниера а
Росса (1946), 6 экспертов: г — измерения Яна (i960). 6 экспертов.
1968; Мюллер, 1970). Акустический рефлекс начинает проявляться прн уров­
нях звукового давления от 80 до 90 дБ (по измерениям с чистыми тон а я ч
нлн шумами в свободном звуковом поле) н достигает максимума при уров­
нях больше 100 дБ. При изменении сопротивления барабанной перепонки,
вызываемом акустическим рефлексом, изменяются и полное входное сопро­
тивление слухового капала п. следовательно, нагрузка иа ушные раковины
[уравнение (16)].
2.2.2. Ушные раковины и влияние формы головы
Открытый торец наружного слухового канала выходит в главную полость
ушной рвковпны. Такнм образом, ушная раковнна связана непосредственно
со слуховым капалом и нагружена на его акустическое сопротивление. По
45
своему акустическому действию ушиая раковина представляет собой линей­
ный фильтр, характеристика передачи которого зависит от направления па
источник звука и расстояния до него. Таким образом, внося в принимаемые
звуковые сигналы линейные искажения, зависящие от направления прихода и
удаленности источника, ушные раковины выполняют как бы функцию преоб­
разования пространственных признаков звукового поля во временные. В этом
я состоит их роль в формировании пространствен пых свойств слуха
Акустическое действие ушных раковнн основано на разных фнзяческнх
явлениях: отражении, затенении, рассеяиип, дифракции, интерференции и ре­
зонансе. И здесь, как н в случае слухового канала, можно исходить из того,
что воановое сопротивление ушиых раковнн очень нели ко по сравнению с
сопротивлением воздуха.
Первые эксперименты по выяснению функций ушных раковин исходили
и з предположения об их «звукособнр а тельном» действии. В 1684 г. Шелькамер, экспериментируя на ухе жпвотиого, считал, что звук направляется в
слуховой канал в результате ряда отражений. Путь звуковой волны он пола­
гал возможным определить по законам i еометрнческой оптнкн (Штеннауэр,
1877, 1878). Аналогичные представления, но уже в отношении уха человека
высказывал Петри (1932). Он считал, что звуки, которые приходят не со
стороны самого раструба раковпны, отражаются н в слуховой канал не по­
падают. Это ошибочпое представление было построено на необоснованной
аналогии прямых и отраженных звуков с оптическими лучами. Такая анало­
гия была бы возможной, если бы речь шла об отражающих поверхностях,
размеры которых велики по сравнению с длинами волн. В отношении же уш­
ных раковнн человека и длпн волн звукопых сигналов дело обстоит не так.
Поэтому в действительности не отражения и затенения имеют здесь значе­
ние, а явления дифракции н рассеяния, которые из-за неопределенности фор­
мы раковины к ее индивидуальных особенностей математическому анализу
пока не поддаются.
Противоположное «лучевому» и тоже ошибочное представление о роли
ушных раконпи до пеяавнего времени было широко распространено в птолярннгологпн (Резер, 1965; Медицинский справочник. 1905). На том основа­
нии, что ранмерн ушиых ракопип малы по сравнению с длиной волны енгпалов средних туковы х частот (речь), делался вывод, что, кроме функций
'■исто механической защиты, другого зпачення ушные раковины ис имеют.
11рн этом пе учитывалось, что ушные раковины человека имеют характерные
полости, в которых звук распространяется «направленно». Явления резонанса
могут наступать в том случае, когда размеры полости соизмеримы с четвер­
тью длины волны звуковою колебания.
Представление об ушных раковинах как об отражателях звука возро­
дилось в недавнем прошлом в несколько измененном виде(Батье,1967, 1968).
Б своих рассуждениях Батье учитывал интерференцию между прямым и от­
раженным от ушных раковин звуком. Зависимость функции передачи эпукэ
в раковинах от направления на источник звука и расстояние от пего он объя­
снял меняющимися различиями в длине путей прямого и отраженного звуков.
Отражения, по мпспню Батье. п основном возникают иа бугорках раковнн;
другим элементам он также приписывал вполне определенные функции Схе­
матически эти представления изображены на рнс. 38. Если рассматривать
источник звука в горизонтальной плоскости, то согласно схеме па рнс. 38, а
получим два отражения. Для этого случая справедлива эквивалентная схема
па рнс 3 8 ,6. Переходная характеристика раковины описывается уравнением
* ( 0 - 6 ( 0 f в » 6 ( * - т ) - * - в а6 ( ( - т я),
(18)
п функция передачи в этом случае имела бы вид:
Л (О = I + о,е_' 2ч/т,-Н а2 е ^ 2-4^ .
(19)
Для того, чтобы проверить гипотезу Батье, нужно найти такие значения
«I.
Т] и т2, прн которых функция А (/) совпадает с функцией передачи
звука, реально измеренной на естественном ухе. Решение задачп в такам ви­
де пока неизвестно.
4G
В остальном для модели Батье, как н для всех моделей, в основу кото­
рых положено отражение звука, в силе остается главное затруднение: размеры
отражающих поверхностей малы по сравнению с длппамп волн. Наряду с
отражениями (илп вместо) возникает и рассеяние, следовательно, я отражен­
ных сигналов с различными временными задержками будет множество. Сам
Батье отдавал себе отчет в этом и для расчета функции передачи рассмат­
ривал систему с бесконечным множеством параллельных лннпй задержки, в
рсзулыатс чего получил выражение
+“
А (/) =
J А (0 e ~ rlnfr d t ,
(20)
Рис. 38. Модель ушной раковины
(о), электрическая эквивалентная
схема модели для случая источни­
ка звука в горизонтальной плос­
кости (б).
I — детекто р
угла возвы ш ения; 2—
сдвоекн ы ft реф лектор д л я детектн ровэння удаленности источника; 3 — д е ­
тектор азны утя;
4 — вход слухового
к ап ал а.
которое представляет собой преобразование Фурье1 для переходной функции*
справедливое для всех линейных систем. Любая линейная система может
рассматриваться как цепь с бесконечным множеством параллельных линий
задержек. Так, попытка Батье просто объяснить влияние ушных раковин,
исходя из нх переходной функции (т. е. во временной области) успеха не
имела.
г
<
t
тТ'>>»
□
Р ис 39. Установка для модельных
исследований звуковых процессов в
ушной раковине
/
источник сферической волны . 2 — зо н д :
Э — основание: 4 — ж есткая перегородка.
Другим путем для исследования процессов в ушных раковинах, а именно
рассмотрением их свойств в частотной области, пошли Шоу н Тераничн
(1968). Б тщательных экспериментах, проведспных иа модели наружного
уха н на живом ухе, они с помощью акустических зондов измеряли функцию
передачи звукового давленпя при разных условиях прихода звуковой волны.
Им удалось установить происхождение пиков н провалов частотной характе­
ристики коэффициента передачи (правда, только для случая прихода звука
по направлению слуховой осн). На этой работе следует остановиться подроб­
нее.
На рис. 39 показана схема установки (по Шоу и Тераничн (968), которую
использовали для некоторых измерений иа модели ушпой раковины. Модель
1 Вмесго преобразования Фурье Батье применял преобразование Лапласа.
47
была сделала из резнны н закреплена иа основании, в котор ы п мелась по­
лость, имитировавшая слуховой канал уха. Перегородка в конце полости бы­
ла съемной и выполнялась нэ разных материалов. На схеме показан вариант
с жесткой перегородкой С помощью акустического зонда можно было из­
мерять звуковое давление в любом месте слухового канала. Источнн *ом зву­
ка служила трубка диаметром I см, расположенная на расстоянии 8 см от
схода слухового канала. Противоположным концом трубку п одклю чат к ис­
точнику звука Звуковое давление иа выходе трубки поддерживали постоян­
ным иа всех частотах.
Рнс. 40 Распределение давления на резонансных частотах в модели наруж­
ного уха с отражающей перегородкой. Пунктиром показаны узловые поверхстк звукового давления.
Важнейший результат исследований Шоу — Тераннчн состоял в том, что
нм удалось обнаружить па модели несколько резонансов. Первые пять резо­
нансов схематически приведены на рнс. 40. Частоты резонансов совпадают с
максимумами иа частотой характеристике коэффициента передачи звука на
участке от источника до входа в слуховой каыа* (или до барабанной пере­
понки). Возникновение этих максимумов объясняется обнаруженными резо­
нансами системы Первая собственная частота
около 3 к !ц — это, по-внднмому, частота четвертьволнового резонанса трубки, закрытой на одном конце
жесткой перегородкой. Эффективная длина трубки оказывается равной 30 мм.
что иа Чз больше слухового капала модели Следовательно, акустически
ушная раковина действует как удлнинтааь слухового канала. Свое влияние
оказывает н так называемый «эффект сужения»,
На второй резонансной частоте (fox 5 кГц) область максимума давле­
ния простирается па всю основную полость ушиой раковнпы. Распределение
давления оказывается почти таким же, как при полностью заглушенном вхо­
де слухового канала, закрытом заглушкой
Шоу н Тсраничн назвали резонанс па частоте /и четвертьволновым резо­
нансом «глубины» главной полости ушиой раковнпы. Около половины эффек­
тивного значения глубины они приписывали эффекту сужении, указывая, что
этот первый резонанс главной полости вызывает синфазные колебания иа
всех поверхностях, граничащих со звуковым нолем. Таким образом, резонанс
демпфируется большим акустическим сопротивлением излучения, и резонанс­
ная кривая тлновится шире. Тот факт, что максимум коэффициента передачи
4S
и а частоте 5 кГц действительно обусловлен резонансом главной полости,
подтвержден и автором настоящей работы. В экспериментах с засолы ииеч
полости пластилином было установлено, что провал в частотной характерно*
тике коэффициента передачи появляется именно в этой области час т. Это
подтвердили также в своих работах Яыагуши п Сухи в (1956).
На более высоких частотах (/м = 9 кГц, /о* —II кГц, /оя=-13 кГц) резонан­
сы обусловлены стоячими волнами в продольном направлении. Узловые по­
верхности звукового давления разделяют главную полость ушной раковины
иа участки. Добротность резонансов более высоких частот оказывае я боль-
Рнс. 41. Звуковое давление в моде­
ли наружного уха со звукоотражающей перегородкой иа частоте 10 кГц
при приходе звука под углами <р=0°
н чз= 18(Г.
/ — слуховой к ан вл ; 2 —гл в а я я полость
ушиой рйховнны.
0
ДБ
-5
-10
= 180
1
15
J__L
10
20
30
W
SV мм
шей, чем добротность иа частоте /м . Это объясняется худшими условиями со­
гласования и, следовательно, меньшими потерями излучения.
Шоу и Тераннчи в дополнение к экспериментам иа модели провели из­
мерения на шести ушных раковинах п еще раз доказали существование пер­
вых двух резонансов (/oi; / 02) . Следующие резонансы (иа частотах / а. /о* и
foi) также проввились на характеристике коэффициента передачи относи­
тельно широкими плоскими участками. Положение резонансов па ося частот
оказалось нным, чем у модели, что можно понять, если учесть различпя гео­
метрических размеров модели и уха, а также иные параметры вкустпческоЙ
нагрузки в плоскости барабанной перепонки.
После того, как были доказаны резонансные явлепия, вызывающие вы­
бросы частотной характеристики коэффициента передачи уха при падении
звуковой волны вдоль слуховой оси, оставалось выяснить, чем вызвана зави­
симость функции передачи ушных раковип от места расположения источни­
ка звука. Шоу и Тераничп измерили эту зависимость, но полного объясне­
ния ей не дали. Объяснение получил только острый минимум характеристики
коэффициента передачи в окрестности 8 кГц, который зависел от угла возвышенпп нсточпика. Его объясняли как следствие интерференции. По-внднмому,
здесь свою роль сыграли также явлении рассеяпня и огибания, о которых
упоминалось выше. Подтверждение этому предположению автор получил в
1967 г. в результате экспериментов на модели Шоу и Тераннчи (за исключе­
нием параметров искусственного слухового канала).
В этих экспериментах исследовалась зависимость характеристики пере­
дачи ушиых раковин от направления прихода звука в горизонтальной плос­
кости. Было установлено, что выброс характеристики в области 5 кГц, обу­
словленный резонансом в основной полости раковины, имеет одинаковые
значения для углов прихода звука между 0 и 90°. При изменении угла от 90
до 110° выброс сладвет иа 15—20 дБ и сохраняет это значение вп оть до
угла <р 18(г.
Таким образом, резонанс проявляется сильнее тогда, когда звук прихо­
дит из направления перед слуховой осью, и слабее — из направлений за слу­
ховой осью. Было установлено также, что иа некоторых частотах па характе­
ристике авукового давления вблизи ушиой раковнпы появляется неравно­
мерность, зависящая от направлеипя прихода звука. В слуховом же капале
этого явлеиня нет. На рис. 41 эта зависимость показана для частоты 10 кГц,
т. е. для частоты лежащей в области резопапсов fos, fo* (по оси ординат отложей спад звукового давлепия, а по оси абсцисс — расстояние / от барабав4— 810
49
ной перепонки до оси слухового канала). Б случае прихода звука под углом
(р—0Э волнистости характеристики звукового давлении в основной полости
ушной раковины вообще нет, но она сильно проявляется нрн приходе звука
под углом <р—180°. Это явление также указывает на различные условия воз­
буждения гаавпой полости при изменении направления прихода звуковой
волны.
Попытка объяснения акустических свойств ушных раковпи по их частот­
ным характеристикам позволяет сделать следующие общие выводы: ушная
раковина вместе со слуховым каналом образует единую акустическую резо­
нансную систему. Возникновение каждого резонанса системы зависит от на­
правления на источник звука и расстояния до него. Болес точные данные пока
01 сутствуют.
Мы рассмотрели распространение звука в системе, образуемой слуховым
каналом н ушной раковиной. При этом мы не учитывали, что этн элементы
органа слуха находятся не в свободном пространстве, а па акустически жест­
ком теле (голова человека). Голова, однако, представляет собой ощутимуюпреграду на пути распространения звука. Вызываемые ею нарушения звуко­
вого поля существенно влияют на звуковые сигналы в ушной раковине н
слуховом канале.
Для исследования влияния головы на звуковом ноле ее обычно представ­
ляют в виде шара таких же размеров (Хартли н Фрн, 1921; Файрстои. 1930;
Кнтц, 1953; Вудворт п Шлосберг, 1954; Мертеис, I960; Ашофф. 1963; Вендт,
1963; Резер, 1965). Строгий расчет звукового поля на поверхности звукоотражаюшего шара впервые произвел Реллей в 1904 г. Позднее такие расчеты
были проделаны Стюарт, 1911. 1914, 1916; Балаытайи, 1928; Штенцель, 1938;
Шв&рп, 1943.
Рассмотрим кратко принцип расчета. Пусть точечный источник звука,
находящийся достаточно далеко от шара, излучает синусоидный звуковой сиг­
нал, поле которого в окрестности шара можно считать плоским. Тогда зву­
ковое давление в данной точке воображаемой шаровой поверхности в отсут­
ствие шара (нсвозмущенпая плоская звуковая волна) равно:
Ро ( 0 -
Не ( д , e p n f t ) .
{21}
Поскольку дифракция представляет собой линейный процесс, то звуковое
давлепие в той же точке в присутствии шара (плоская возмущенная волна)
Р ( 0 - / г е ( р е ' (2я^ > ) .
(22)
Выражение
л
(23)
представляет собой так называемое дифракционное отношение с коэффициен­
там и р!рв н Ф или Ъ. Д ля расчета коэффициентов дифракции необходимо оп­
ределить гранпчные условия. Возмущенное звуковое ноле должно удовлетво­
рять следующим условиям: иа больших расстояниях от шара опо должно
иметь свойства плоской неискаженной волны; нормальная составляющая век­
тора колебательной скорости иа поверхности шара должна быть равна нулю.
Для решения нсиользуют принцип Гюйгенса — Френеля, согласно которому
поле любой волны можно разложить па сферические волны. Решение имеет
вид (по Морзе, 1948):
(24)
/7 1 = 0
50
2500
1870
1250
625 ГЦ
Рис. 42. Зависимости отношения (в децнбеллах) звукового давления у левого
уха и в центре воображаемого шара от направления прихода звука (углы
ориентации левого уха ф 100°, 6 = 0 °).
Рис. 43- Бинауральная разность звукового даищеиня в функции угла прихода
звука. Рассчитано для шара диаметром 19,5 см и углов ориентации уха
Ф= I 00°, ф=260° прн 6 = 0 ° (горизонтальная плоскость).
4*
51
в3о6ра*мш0' °
(д я я
Бйвеур®
лъи&« Фа3°Виа
РиС'
рйС .
30°
60°
SO°
700е
180* f
(ДЛЯ
„ о я д е р * кИ v
грудров°е Bya*pv*c- 43^'
рис
4о. Ь « « М ? а № В 0
вОТ°
а#ев
У' а р В *
й3° Р
‘On и Dm определяются из выражений
/
(2m -Ь 1) Dm cos
= |/
^
|^
j +
+ (m+l)/Ve ^ * ( ^ ) j
(2m + I) Dm sin * m = j /
(25)
[(m -f- I) J m+t
(26)
где l.m (Z), Jтл{Z\ , A'tnCZ) — соответственно функции Лежандра, Бесселя, Hoftыана m-го порядка. Такой комплексный ряд обладает плохой сходимостью, и
его расчет очень трудоемок. Необходимые таблицы приведены у Шварца
(1943).
О
АБ
-1 0
Рис. 46. Зависимости бинауральных
различий уровня звукового давлении
от расстояния до источника звука
на частоте 1860 Гц.
-2D
IГ
30°
60°
30°
120• 150° 18вт
Результаты расчетов для других случаев представлены на рис. 42—45.
Диаметр шара, имитирующего голову человека, был принят равным 17.5 см.
Предполагалось, что уши расположены иа поверхности шара в горизонталь­
ной плоскости под углом 100° к переднему иапрапленпю.
На рис. 42 приведен график зависимости разности уровней звуковых дав­
лений неискаженного плоского поля и поля у левого уха для случая, когда
звук приходят в горизонтальной плоскости под углам к 100°г£Гф^280°. При­
мечательно, что в случае прихода звука к уху сзади звуковое давление у уха
оказывается большим, чем давление свободного звукового поля. Несмотря на
то, что шар помещен точно между источником звука и ухом, он оказывает не
ослабляющее, а усиливающее действие.
С точки зрения пространственных свойств слуха особенный интерес пред­
ставляют также бинауральные (от уха к уху) различия сигналов, т. е. отно­
шение
(рлряв/рлев)
(лграв/Атев) е
(27)
Соответствующие зависимости для шара приведены на рис. 43—45. При­
нималось, что к источнику звука обращено левое ухо. На рис. 43 показаны
графики зависимости бинауральных различий звукового давления, иа рис. 44—
бинауральных фазовых задержек 6/2л / и на рис. 45 — бинауральных разли­
чий группового времени задержки db/d■2nf Во всех случаях (за исключени­
ем случая ф =0° н ср= 180е) звук достигает противоположного уха позже и с
ослаблением. Прн приходе звука под углом 90° в бинауральном затухании
наблюдается интерференционный провал. Следует ожидать, что для реальной
головы он будет я up аж ей слабее, чем для шара из-за влияния шеы человека.
Если н точечный источник звука прнблнзпть настолько, что поле у голо­
вы уже нельзя считать плоским, то бинауральные различия спгналов значи­
тельно изменяются. Для шара завпспмость коэффициентов дифракции от рас­
стояния до источника звука была рассчитана Стюардом в 1914 г.. а Хартли
53
н Фрей в 1921 г. определили бинауральные различия уровней звукового дав­
ления II фазы. Графики зависимостей приведены да рис. 46. Хартлп и Фрей в
1921 г. показали, что в области частот до 1,86 кГц бинауральные различия
уровней звукового давления енлыю зависят от расстояния до источника зву­
ка, а различия фазы и группового времени задержки зависят от расстояния
намного слабее или не зависят совсем.
Как было уже показано, функция передачи з в у к о в о г о давления на участ­
ке от источника до барабаииой перепонки формируется щ составляющих, ко­
торые зависят от полного акустического сопротивления барабанной перенон-
Рнс. 47. К расчету бинауральных различий сигналов.
а
плоская звуковая волна; б, в — точечны е источник зву ка вблизи головы.
кн. сопротивления слухового капала, процессов в ушных раковинах н у го­
ловы. Точный расчет функции передачи может быть проведен только с \ четом
всех этих факторов. В литературе имеется ряд упрощенных методов, в осо­
бенности для расчета бинауральных различий сигналов. Кратко рассмотрим
этн методы.
Самый простой метод был предложен Хорнбостелем и Вертхаймером в
1920 г. Принималось, что расстояние между ушами составляет 21 см. Влия­
ние головы пе учитывалось совсем. В случае прихода звука к ушам парал­
лельными путями (плоская волна) цозникает разность хода AS, отсюда би­
науральное различие времени прихода звука определяется выражением
AS = и sin «р.
(28)
где к = 2 1 см.
Этому так называемому «сниусоидалъпому» закону направленности слу­
ха придавалось большое значение в литературе 20-х годов. Поскольку значе­
ние х = 2 1 не соответствует диаметру головы и в выражении пе учтено влия­
ние затенения, вносимого головой, то позже была введена эмпирическая по­
правка н выражение получило вид:
AS — D x 's in tp ,
(29)
где D — диаметр головы, а коэффициент х = 1,2ч-1,3.
Более точныевыражения, учитывающие огибание звуком головы,
были
получены де-Боером (1940); Кнтпем (1953); Вудвартом
нШлосбсргом
(1954); Вендтом (1963) и Резер ом (1965, 1966); Вудварт н Шлосберг, кач
н Резер, в своих выкладках рассматривали случай точечного источника зву­
ка, расположенного вблизи уха.
54
Полученные выражения имеют вид:
для случая плоской in у копой волны (параллельные «лучи»), т. с. когда
гЗ>£>/2 (рпс. 47, а) ■
D
(30)
(<f — s i n q ) ) ;
AS
для случая точечного нсточпнка звука, расположенного вблизи головы
таким образом, что лпук достигает ушей только за счет дифракции, т. е ког­
да ып^£>?2 (рнс. 47,6);
AS^D y;
(31
для случая точечного источника звука, расположенного около головы
так, что прямой звук приходит к одному уху, т. е. когда s in q :> D /2
(рис. 47, о):
AS =
—
1/
где
COS С +
/>■
»
| - у — |л +
’ Е
. ,_ £ \
8ГеЧ1П ( 2г /
~~Г (ф + е) —
D
'
"
2_
D
arcsin ( —
).
11 + 2 л '
(32)
Завнснмостн бинауральной разности пути звука от азимута гр для разных
расстояний до источника звука были рассчитаны по этим формулам Резер о.и
(1965, 1966). Результаты расчетов приведены на рпс. 48.
Расчет но приближенным формулам в некоторых случаях дает резуль­
таты. близко совпадающие с экспериментальными. Об этом свидетельствует
рпс. 49. иа котором приведены результаты расчетов по (30) бинауральных
различий сдвига фазы i= J \S fc (с — скорость звука), а также данные измере­
ний, проведенных двумя авторами. Измерялось время запаздывания первого
фронта импульсов, т. с, приближенно — среднее бинауральное групповое вре­
мя задержки. Аналогичные результаты получил также Мордлунд в 1962 г.
Рнс. 48
Рнс. 48. Зависимость бинауральной разиостн пути от расстояния до источни­
ка звука.
Рис. 49. Зависимость бинауральной разности времени прихода фронтоп корот­
ких прямоугольных импульсов от угла падения звуковой волны (кружочком
отмечены результаты измерений по Вендту 1963, крестиком — по Федерсеиу
н др., 1Э5/").
55
2.2.3. Функции передачи наружного уха
В двух предыдущих параграфах рассмотрено влияние головы к этемеятов внешнего уха иа звуковые сигналы, воспринимаемые слухом. Здесь мы
этот же вопрос рассмотрим в более общем виде. Не вдаваясь в детали, будем
интересоваться линейными искажениями сигналов па пути к барабанной пе­
репонке н их зависимостями от направления прихода звука я расстояния до
его источника.
Линейные искажения сигналов в линейной системе могут быть описаны
функцией передачи системы. Применительно к наружному уху существуют
три следующих определения функпни передачи: функция передачи по свобод­
ному полю, мензуральная и бинауральная функции передачи. Рассмотрим
каждую нз них в отдельности.
/. Функция передачи по свободному полю.
Эта функция характеризует связь звукового давления в данной точке
слухового канала (преимущественно у барабапной перепонки) со звуковым
давлением, которое тот ж е источник, не меняя расположения, создавзл бы
в центре головы (иачало координат) в отсутствие эксперта.
2. Л]о наура ль на я функция передачи
Эта функция характеризует взаимосвязь между звуковым давлением в
данной точке слухового канала при любом направлении н расстоянии до ис­
точника звука и давлением, создаваемым в этой же точке опорным нсточинком звука, расположенным под определенным углом п на определенном рас­
стоянии от эксперта. (Обычно в качестве эталонного используют источник
плоской волны с углами прихода ф =0° и 6 = 0°.)
3. Бинауральная функция передачи.
Отношение звуковых давленый в одинаковых точках обоих слуховых ка­
налов. В качестве нормировочного служит звуковое давлепие в ухе, обра­
щенном к источнику звука.
Дчя всех трех определеппй справедливо выражение
„ Л 2 л //- Н > ( П ]
А (/) = — -------------------- \А(/)| е-< ь .
(33)
/I
где ро, Ф „(/)— параметры звукового поля, относительно которого нормирует
ся м } ) .
В каждом конкретном случае должно указываться, о какой функции пе­
редачи идет речь, какой источник звука используют при измерениях, под ка­
ким углом п на каком расстоянии он установлен, какое поле служит опор­
ным. Вместо |i4ff) | впредь будем подставлить разность уровней AL=201og
\ A( f ) \ . вместо фазового коэффициента b( f ) — групповое время задержки
Trp(f) =db[f)d~2nf. Величина т Гр содержит всю информацию о Ь ((), за ис­
ключением постоянной интегрирования, которая определяется фазовым коэф­
фициентом на любой частоте [см уравнение (42)]. Другая используемая ве­
личина — фазовая задержка т # —4 (f) -2nf.
Измерения функции передачи по свободному полю, как правило, проводят
у барабанной перепонки эксперта. Техника таких измерений полностью отра­
ботана и при правильном проведении безвредна для человека. Вводить акус­
тический зонд к барабанной перепонке уха рекомендуется с участием врачаотолярннголога, так как только врач, как пранило, владеет техникой рефлектосконнн слухового капала. Поскольку функция передачи давления слухового
канала не зависит от источника звука и его расположения, то точку для из­
мерений можно выбрать не непосредственно у барабапной перепонки, а у вхо­
да в слуховой канал (на глубиие не менее 5 мм). По полученным данным
можно рассчитать фуккцпю передачи и до барабанной перепонки, учитывая
56
значения функции передачи соответствующего участка слухового канала
(сы. данные рис. 37). При измерениях на входе слухового канала большое
значение имеет точность повторных вводов эопда в требуемое место (Джаи.
1938; Джаи и Фогельэаиг, 1959).
Для измерения ыоиауральной функцип передачи зонд можно распола­
гать непосредственно у входа в слуховой канал, так как ш орная волна
проходит и по самому капалу. Еслн требуется знать только абсолютную ве­
личину функции передачи, или разность уровней, то вместо измерений с акус­
тическим зондом можно проводить субъективные измерения, поскольку (как
показал Джаи, 1958) каждому зпачеипю звукового давления у барабанной
перепоини всегда соответствует определенная субъективная громкость (влия­
ние акустического рефлекса должно быть исключено, т. е. уровни звукового
давления прн эксперименте должны быть меньше 80—90 дБ ).
Существуют два метода психометрических измерений: измеряют порог
восприятия в функции частоты при разных условиях прихода звука, которые
н исследуют (метод слухового порога); в функции частоты измеряют т о ч к у
равной субъективной громкости исследуемого и опорного звуков сигналов
(метод сравнения громкостей).
Модель ыоиауральной функции передачи находится как разность зна­
чений кривых равной громкости пли слухового порога, найденных при иссле­
дуемых условиях, и значений соответствующих кривых, полученных с опорным
источником.
Эти
проводят методом балансирования, предложенным
книгу Цвнкере и Фельдкеллера «Ухо как приемник
Бекеши
информаций». Связь, 1971). Данный метод относится к группе так называ­
емых методов восстановления. Он состоит в следующем. С помощью автома­
тического устройства плавно укеличнвается уровень звука, восприятие кото­
рого ксследуется. В момент, когда уровень достигает определенного значе­
ния, эксперт иажимает киш ку п начинается спад уровня до момента, когда
эксперт опять паж мет кпопку, после чего уровень снова начинает возрас­
тать.
Такое балапсирование повторяют несколько раз. Если в эксперименте оп­
ределяют слуховой порог, то эксперт иажимает кнопку всякий раз в момент,
когда звук по его впечатлеппю начинает ощущаться плп исчезать. Если в эк­
сперименте проводят сравнение громкости, то эксперт соответственно нажи­
мает кнопку в моменты, когда исследуемый звук становится то громче, то
тише эталоииого. Очевидно, что при таком манипулировании уровень звука,
предлагаемого эксперту для прослушивания, все время колеблется около ис­
комого порога.
Используя самоппсец уровня, эти колебания можно зарегистрировать на
скользящей частоте. Затем, усредняя регнетрограмыы, получают крквую ис­
комого порога в функции частоты.
Рассмотрим теперь методы измерения бииауральпой функции передачи.
Строго говоря, по этпм методам измерения следует проводить одновременно
в обоих слуховых каналах. При измерениях с участием большого числа эк­
спертов можно счптать в среднем, что голова эксперта енмметрпчпа. Сделав
такое допущение, бинауральную функцию передачи можно рассчитать как
по моиауральпой функции, так и по фуыкшш передачи по свободному полю.
Ее получают как обратное отношение функции передачи уха, обращенного к
источнику, к функции того ж е уха. получающего звук по зеркальному отно­
сительно ыеднаппой плоскости направлению:
d ^ б н в а у р <j>—30*
(34)
Подробные сведения о функции передачн наружного уха и ее зависимос­
ти от направлеипя прнходв звука и расстояния до источника представляют
интерес не только для изучения пространственных свойств слуха, но и при
решении проблем борьбы с шумом. Этим объясняется большое число иссле-
57
ел
Т я бл иц а 3
Условия измерений
Автор, год
Измерительны!! звук
Измерительная часто­
та, id ц
Количество
экспертов
Очно ухо, горизонтальная плоскость
^ 3 fi0 9. Слуховые эксперименты (сравнение гром­
кости и эталонным звуком) при ф = 0 Измерения
в дальней зоне свободного поля
Тоны
0,2: 0.4; 0,6; 0.8;
1,0; 2,5
1
С.нвнан н Уайт,
1933
Одно ухо, горизонтальная плоскость
^360°. Слуховые эксперименты (пороговые изме­
рения). Громко| оворнтель на расстпяннн ] м в
заглушенной камере
Топы
0.3: 0,5; 1,1; 2,2:
3 2; 4 2: 5, 6,4; 7,6;
10; 12; 15
3
Вннср
1946
Одно ухо, измерения с акустическим зондом в
разных точках слухового канала, модуль звукового давления относительно свободного поля. Го­
ризонтальная плоскость ф = 0, 45, 909. Заглушен­
ная камера, удаление громкоговорителя не указано
Тоны
Сколь гя ш д я ч а ­
стота от 0,2 до 8
6 -1 2
Одно ухо, акустический зонд в слуховом кана­
ле. Звуковое давление измерялось относительно
свободного поля. Горизонтальная плоскость ф =
= 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 316е. Заглушенная
камера, источник звука на расстоянии 140 см
Тпны
Скользящая ча­
стота от 0,2 до 6
6
0,2; 0,5, 1; 1,8;
2,5: 3; 4; 5, 6
5
Трсгср 1930
и
Росс,
Вннс*р, 1947
Фсдсрсен, Сандель, Тис н Дж еф­
фри, 1957
Два уда, акустический зонд в слуховом канале,
бинауральное различие уровней звукового давле­
ния и бипауралытое «групповое время задержки»
(см рис. 49). Горизонтальная плоскость 0 < <
^ 180е. Расстояние до громкоговорителя — около
2 м. Характеристики помещения не приведены
Томы и короткие
импульсы
|
«Л
.♦WWS».
Джап и Фогсльзанг, 1959 (пред­
варительные рабо­
ты Джана, 1958)
Одно ухо, акустический зонд у барабанной пере­
Тротьоктавныс
понки, измерялся модуль звукового давления от­ шумы
носительно ф=0®, 6=0®, для 0® <Ф<360® при
6 = 0 , 30, 60, 90е, заглушенная камера, плоская
волна
От 0,9 до 1,14;
от 2 до 2,56
2
Робинзон I!
Уайтл, 1950
Одно ухо, акустический зонд в главной полости
ушной раковины, горнзоитальпая, медианная и
фронтальная плоскости ступенями по 10е (ф и 6).
Модуль звукового давления относительно ф = 0°,
6=0®, заглушенная камера, громкоговоритель па
расстоянии около I м
1,6; 2,5; 4; 6,4;
8; 10
16-20
Узкополосные
шумы
Шнрмер, 19G3
Одно ухо, акустический зонд у барабаииой пе­
Третьоктавные
репонки. Измерялось звуковое давление относи­ шумы
тельно ф = 0®, 6=0® для 0® <ф <360°, при 6 =
= 15, 30, 45, 60, 90, — 15, —30, —60®, заглушен­
ная камера, громкоговоритель на расстоянии 1,5 м
Шоу, 1966
Одно ухо, акустический зонд на входе слухово­
го канала, измерялось звуковое давление относи­
тельно свободного поля. Горизонтальная плоскость
ф = 0 , 45, 90, 180, 270, 315°, заглушенная камера,
громкоговоритель па расстоянии ] м
Блауэрт, 1969
Одно ухо, акустический зонд на входе слухового
Третьоктавные
канала, горизоптальпая плоскость ф = 0 , 180®, из­ шумы
мерялся модуль звукового давления ф=180® от­
носительно давлепия при ф = 0®, заглушенная ка­
мера, плоская волна
То же в медианной плоскости: модуль звуково­
Третьоктавные
го давления при 6 = 90е относительно 6=0®
шумы
Тоны
0,7; 3,5; 5
20
Скользящая ча­
стота от 0,2 до 15,
иногда от 0,2 до 8
10
От 0,125 до 16
третьоктавиыми
ступенями
10
Продолжение тибл.
С)
1
Автор! гид
Условия яэмереииА
Харрисон и Да} ни, 1970
Два уха, акустические зонды па пходах слухо­
вых каналов. Бинауральная разность уровня зву­
кового давления — 90’ < ф ^ + 9 0 ° . Громкоговори­
тель на расстоянии 90 см на высоте- GO см н а '1
звукоотражающей поверхностью, сведения о по­
мещении не приведены
Унлкенс, 1971,
1972
Одпо ухо, слуховой эксперимент (сравнение
громкости) относительно ф = 0 °. Горизонтальная
плоскость 0 ° < ф < 3 6 0 ° ступенями по 30е н ф=45*\
заглушенная камера на расстоянии 2 м
Акустический зонд у барабанной перепонки ф
= 0®, 6=0°, остальные условия прежние
Блауэрт, Харт­
ман и Лаве, 1971
Два уха, акустические зонды на входах слухо­
вых каналов. Модуль звукового давления и груп­
повая задержка при ф = 0 ° (громкоговоритель на
расстояпия 25 см) относительно ф = 0° при рас­
стоянии 3 м. А также при ф = 180° при расстоянии
3 м, относительно ф = 0 ° н при расстоянии 3 м.
Бинаурвльиая интенснвностная и временная раз­
ности (3 м, ф = 0, 30, 60, 90, 120, 150?), заглушен­
ная камера
Измерительный звук
Тоны
Узкополосный
шум ( / — 100 Гц)
Тоны
Тоны
Измерительная
частота, кГц
Колнче* тво
эксперте»
4
3
0,25; 0,5; 0,7; 1;
2; 2,5; 3; 3,5; 4; 5;
G; 7; 8.2; 10; 12; 14
2
От 0,2 до 15
ОТ 0,1 ДО 16. Хгр
только от 0,5 до 10
5 -Г 2
3
О
Меллерт, 1972
Одно ухо, пороговые измерения функции переда
чи по свободпому полю прн ф=9(Г, 6 = 0°
Тоны
Лаве, 1972
Одно ухо, измерения порогов разности относи­
тельно ф-=0“, расстояние 3 м. Расстояния гром­
коговорителя при ф = 09 25 см, 50 см, I м, 2 м.
Измерения акустическим зондом на входе слухо*
виго капала: уровень звукового давления и груп­
повая задержка относительно <р=0° и 3 м при
расстоянии громкоговорителя 25 см, 60 см, I м,
2 м (мри расстояниях 50 см, I м, 2 м групповое
в речи задержки отсутствует). Заглушенная ка­
мера
Тоны
Данная работа
Одно ухо, акустнчЕч кий аомд в слухивоч кана­
ле Горизонтальная плоскость, уровень звукового
давления, групповое и фазовое время задержки
относительно ф = 09 для 6 = 30, 60, 120, 150, 180,
210, 240, 270, 300, 330°, заглушенная камера гром­
коговоритель па расстоянии 2 ч
Импульсы
От 0,5 до 10
Слуховые экспе­
рименты: 0,2—16,
скользящая часто­
та. Измерения с
акустическим зон­
дом: 0.1 — 16. Тгр
только на частотах
от 0,5 до 10
О г 0,5 до 16
дованпй. Те, к которым автор имел доступ, сведены в табл. 3. Там же поме­
щены п краткие сведения о программе измерений. Кроме того, Кессель (1882);
Брунилоп (1925, 1939) и Клснш (1948, 1949) приводят и качественные харак­
теристики направленных свойств наружного уха.
На рнс. 50 показана схема установки, использованной автором для из­
мерения монауральных н бинауральных функций передачи наружного уха.
Эксперименты проводились в заглушенной камере, эксперты сплели на вра­
щающемся стуле, поза была зафиксирована, причем зафиксировано было пе
только положение головы, но и верхней части туловища. Эта мера оказалась
необходимой после измерений времени групповой задержки (Лаве, 1972).
Источником звука служил громкоговоритель, установленный па расстоянии
3 м от эксперта н создавший звуковое поле, которое с достаточным приб­
лижением можно было считать плоским. Измерения проводились двумя ме­
тола мн.
1. Обычный метод. С помощью звукового генератора и самописца ре­
гистрировалась разность уровней. Д ля измерения времени групповой задерж­
ки применяли специальный прибор, созданный Лавсом, в основу которого
была положена идея Няйквпста н Ьраида (1930).
2. Импульсный метод (метод отчетов). Экспертам предлагался для про­
слушивания короткий звуковой импульс. Принятый импульс дискретизиро­
вался с частотой 40 кГц, вводился в устройство памяти на феррптовых сер
дечннках и записывался на перфоленту. Затем с помощью ЭВМ рассчитывали
функцию передачи 1.
Несколько замечаний к операции сканирования сигналов. Д ля того, что­
бы определить функцию передачи A [ f) липеГшой системы, можно использо­
вать импульсные измерительные сигналы, которые с помощью преобразова­
ния Фурье могут быть представлены в виде ряда гармоник. Функцию A [ f)
получают как отношение преобразований Фурье для временных выходной н
входной функций. Схема такой системы показана на рнс. 51.
При выборе входной временной функции необходимо учитывать, что в
ее частотном спектре не должно быть нулевых составляющих в интересую­
щем диапазоне, так как в противном случае функция передачи была бы неоп­
ределенной. Наиболее подходящими для этих измерений являются прямо­
угольные импульсы длительностью до 25 мкс. Приближенно можно считать.
—
У
Измеритель
групповой
задержки
N
Оконечный
каскад
Самописец
уровня
Корректор
Генератор
импульсов
Звуковой х - Модулятор AM,
генератор
55 Гц
Аналогоцифровой у
преобразователь у
/
1
Устройство
памяти
Перфоратор
Рнс. 50. Установка для измерения функции передачи наружного уха с по­
мощью акустических зондов.
1 Расчеты проводились на ЭВМ СД-6400 в вычиедктедг.чом центре Поли­
технического института н Аахене.
62
что в области частот от 0 до 16 кГц спектральные составляющие такого им­
пульса имеют почти одинаковые амплитуды (—2,4 дБ на частоте 10 кГц).
Поскольку преобразование Фурье осуществляется на ЭВМ, то времен­
ные функции на входе в выходе системы должны быть представлены в виде
последовательностей чисел. Для этой цели и требуется дискретизировать вход­
ную н выходную функции. Согласно теореме Шеннона 1 (1949) временная
функция, спектр которой ограничен сверху частотой )ц>, полностью определя­
ется выборками с интервалами отсчетов т - ——
Спектр дискретной функции
2 Г гр -
чисто формально можно представить на псп частот н периодической форме.
Полученную периодическую зависимость можно разложить в ряд Фурье. При
этом полечим:
Д-р (/) -
v
а ,„ е - М ™ ,
(35)
* (* )
^
ГЛе
Т —
1
Г
7
Й
1
т
ш
т / 2^ГР
. ~ .г р
Рис. 51. Схема для измерении импуль­
су
—---- 1 Х р (f)er2nf,nxtlf.
сным методом,
2/гр J
- /г р
(36)
Обратное преобразование Фурье даст исходную временную функцию
*^/гр
ЛГ (/)— ЫГ .Y </)£■'-*/'d f.
—
(37)
/ г р
20
Д * AL
1
С
10
Р ис. 52. Функции передачи но
своболпому полю, измеренные па
входе слухового капала (иа глу
бнис около 5 мм). Звук приходит
спереди (<f=0°, б= о°), плоская -1 0
волна в заглушенной камере, ме­
тод измерения — обычный.
J
*
1
[
1
1
1
р
АЬ
кривые а - го Винеру (1947). С экспер­
тов; б — по Д ж ану (I960). 6 экспертов;
е — по Шоу (1966). 10 экспертов: г —
измерения авторе. 12 экспертов
1 До Шеннона и независимо от него м а теорема была доказана В. А. Ко­
тельниковым. — Прим. pt'fi.
63
JO
A&
20
1
АБ
\
1
1
л ь
7 \|
г
1
t
1
4
- « ■
1
Т
-10
%
г
L
l
/
Tv
w
\ Ь
V4 H
I
t
Ы
- У ' - .......
j
I
.
-л
i
!
1
\
%
10
1
1
10
20
1
г
г
,
i
1
i------------------ 1------------------
Рис. 53. Монауральная функция передачи.
о — звук спереди (ф —СР. в —О*), громкоговоритель иа расстоянии S5 см . показаны т а к ж е
пределы разброса средник значений д л я у - 9 5 : б — зву к сзад н (ф —180*. 6 —0°). громкого*
норн гель не расстоянии 3 м, кривы е нормированы относительно источника зв у ке, расп о­
лож енного спереди па расстоянии 3 ы, 12 экспертов. Еаглушенная к ам ер а , метод изм ере­
нии обычный. Кривые: I — го измерениям зато р а к Л евее (1972 г.): 2 — по измерениям
Ш нрмера (1963, 20 экспертов); Л — по изм ерениям Ш оу (1966. 10 экспертов); ■#— по и з­
мерениям Б л ау эр та (1968, 10 экспертов).
1
,3
&L
- v
л aVi 2
"\\
/'
“
>
•
w
i
5
- i^ m
И
\
)
{
/
<ft 3* A В 1/ l
\i К !
40
-1 0
:
V r
-2 0
-2 0
i
*
1
j
4
1,0
«с
/
i
1
/
t
\ w
4
j
!
*
if 1
.
*
-0,5
,
0,1 0,2
/
V
0,5
1
4
ц
1
2
а)
-0.5
10 16
0,1 0,2
L --
5
кГц
0,5
1
6)
Рнс. 54. Монауральная функция передачи левого уха.
а — углы прихода зву ка ф —90*. б —(Г; громкоговоритель ка расстоянии 3 м: б — углы
прихода зву ка ф -270*. б —(Г; громкоговоритель ив расстояни я 3 м . В о б о » сл у ч аях
результаты нормированы относительно си гн ала, приходящ его спереди о т громкоговори­
тел я , располож енного иа расстоянии 3 ы; заглуш ен н ая к ам ер а , метод изм ерения обы ч­
ный. Кривые: / — г о В етер у (1947, б эксп ертов); 2 — п о Ш оу (1966, 10 экспертов); J —
но Ш нрмеру (1963. 20 экспертов): 4 — изм ерения автора (5 эксп ертов); 6 — результаты
расчета д л я сферы (согласно рнс. 43).
64
0,1 0,2
0,5
1
2
5
10 16
кГц
0,1 0,2 0 ,5 ^ 1 1
2
5
Ю 16
кГц
Рис. 55. Бинауральная функция передачи для нескольких направлений прихо­
да звука в горизонтальной плоскости. Загаушенная камера, метод измерения
обычный, громкоговоритель на расстоянии 3 м, 5 экспертов.
о
результаты расчета функции д л я сферы согласно рнс. 43; С — результаты измерения
Ш оу (1466. 10 экспертов}.
о—ь;о
2,5
0
Jffi 60*
2,5
0
30*
2,5
0
-
Рис- 56. Монауралъиые функции передачи левого уха для нескольких направ­
лений прихода звука в горизонтальной плоскости, нормированные относи­
тельно звуковой волны, падающей спереди (9= 0°, 6 = 0°). Заглушенная камера,
громкоговоритель иа расстояипн 2 м, импульсный метод измерений, 25 эк­
спертов, усреднено.
В точках тх выражения а т и x (t)
совпадают с точностью до постоянной»
коэффициента. Таким образом, коэффи­
циенты Фурье От определяют как функ­
цию Хр(/)\ так и функцию X (f). Следо­
вательно, преобразование Фурье данной
временной функции может быть рассчи­
тано но дискретным отсчетам последнею
11рипеденныс соотношения
лишь
приближенно справедливы для сигналов,
ограниченных во времени, отображаемых
конечным числом отсчетов. Ошибка ап­
проксимации может Сыть сколь угодно
уменьшена выбором достаточно высокой
частоты дискретизации (Шлюслер, 1958).
Преобразование Фурье по отсчетам вре­
менной функции рассчитывается по удоб­
ному для ЭВМ алгоритму— так назыпасмому
быстрому
преобразованию
Фурье (Б. Кули и Тюки, 1965; Гольд н
Р а дер, 1959; Геринг, 1971).
На рис, 52—57 приведены результа­
ты измерений функции передачи наруж­
ного уха, проведенных разними автора­
ми при различных условиях прослуши­
вания сигналов одного [рочкоговорпте
ля. Анализируя эти результаты, следует
иметь в виду, что они усреднены по по­
казаниям группы экспертов и не обя­
зательно характеризуют индивидуальные
свойства каждого.
Индивидуальные
кривые
отличаются от усредненных
прежде всего четко выраженными мак­
симумами и более глубокими мимнму
мамн. Для каждого в отдельности сни­
мались кривые разности уровнен н ipynповой задержки. Затем по ним полу­
чались средние кривые разности уровней
к средние кривые групповой задержки.
В акустике такой способ усреднения яв­
ляется обычным. Сопоставление индиви­
дуальных кривых с усредненными при­
ведено в работе Шоу (1966)
Кривые, приведенные на рнс 56—57.
получены в результате преобразования
Фурье для усредненных по времени им­
пульсов на входе исследуемой системы
Б частотной области л и м у методу со­
ответствуют раздельное усреднение дей­
ствительной и мнимой составляющих ин­
дивидуальных функций передачи и по­
следующий расчет среднпх кривых раз­
ности уровней и кривых групповой за­
держки. Только такой метод усреднения
можно считать теоретически правильным,
хотя получаемые в некоторых случаях
результаты имеют значительный разброс.
6*
67
p=3D'
0.5Г * 2 4
8
16
кГц
0.5 1
2
4
8 76
кГц
Рнс. 57. Бинауральные функции передачи, рассчитанные по кривым рис. 56
(25 экспертов, импульсный метод измерений).
2.3. ОЦЕНКА ИДЕНТИЧНЫХ УШНЫХ СИГНАЛОВ
В гл. 2 2 было показано, что на пути к барабанной перепонке звуковые
сигналы претерпевают лилейные искажения, которые зависят от места рас­
положения источника. Было также установлено, что сигналы у барабанных
перепонок — один из факторов оценки слухом места расположения источника
звука и что можно привести много случаев, когда места расположения ре­
ального источника звука н слухового объекта в большей нлн меньшей степе­
ни совпадают.
Итак, бинауральные сигналы содержат признаки, характеризующие мес­
то расположения источника звука, а слух, оценивая их. формирует ощущение
места слухового объекта Хотя совпадение в пространстве мест расположе­
ния источника звука и слухового объекта — очень частое явление, но отнюдь
ие единственно возможное. Нередко бывает н так, что места слухового объ­
екта и источника звука совершенно противоположны. Следовательно, выска­
занное выше предположение оказывается справедливым не всегда. Задачей
настоящего и ‘последующих разделов как раз н будет более подробный ана­
лиз этих взаимосвязей.
У человека со здоровым слухом функционируют оба уха Анализируя
поступающие к ним сигналы, следует различать два класса признаков:
1. Признаки сигналов, для приема которых в принципе достаточна работа
68
одного уха Этн признаки
ryi быть прння ы чет в ком с олностор пней по­
терей слуха. Очень часто такие признаки кратко называют монауральнымн
2.
Прн накп различна нлн отношения сигналов для приема которых в
лрн| цнпе нужны два уха Их называют бинауральными.
Для исследования роли монауральных н биначратьных признаков сигна­
лов в процессе форынронання слуховых ощущепнн и пх влияния на c d нства
слуха необходимо, чтобы в ходе экспериментов прн нзменешш одних приз­
наков другие оставались неизменными, и наоборот. О тдм ы ю нсследоват
нлнянне на слух бипаурачьных признаков в свободном (иа открытом поэду
хе) звуковом иоле невозможно, потому что при нзмснеппп расположения и точннка звука вместе с бинауральными
ней бежно изменяются н монаурзльные
прн паки. Поэтому в слуховых экспери­
ментах по исследованию бинаураяъных
признаков применяют способ днхотнче
ской1 подачи звука эксперту, осущес
влн мой с помощью головных телефонов
г ...... ..
53%
.«► f ■''
Е *Т ,тУ**/ *
о
Е
3b v*
ь;>■
Y
у
с*
CJ • ш4 J’| |J '1 + л .
3: •а г- :• - r+ •'
-Q
.
*
•
•
t**
fp <л*•:i**►' / t
Чэ
* r ,*1 -.
е
■ y '-T
г» :#'■
У * . *Т*н
:
у У* А
•r *
£ 1
r * <
vs
'
"
">
<
,‘jr
1
. .V' А кЕ
а
.
сэ -+.-■' •V • ■•?*у•+г*л■*►
*W**• * I • +
гУ.-'Уу'л
ш ш
■1
О 0,2’ ОЛ-ОУ 0,Ь°-0,6В 0,Б°-0,8
А т т щ д ъ оборота голобь
V
V
г
■
Рис. Б8
Рис 69
Рис 58. Среднеквадратическне отклонения бинауральных разностей уровня
н групповой задержки от нуля в случае прихода звука точно спереди
(<р=(Г, б 0°), 10 экспертов.
Рнс 59. Относительная частота амплитуд движения головы при слушании
шумов спереди и сзади (10 экспертов, по каждому направлению 20 замеров
положение головы механпчсскн ие зафиксировано, средний угол поворота
головы х 0,22°).
Бо се подробно способы подачи звука эксперту опн аны в гл. 2 4.
В экспериментах с мопотнческим способом подачи сигналов также мож­
но использовать головные телефоны Но это должны быть специальные лнотическис» телефоны, которые позволяют с большой точностью обеспечить
идентичность двух сигналов для того чтобы в них ие было бинауральных
прн паков.
Последнее требование хотя н приближенно может быть удовлетворено
н в свободном акустнческо пространстве, например, когда источник звука
расположен в медианной плоскости Если форму головы человека считать
1 Различают три способа подачи звука с помощью головных телефонов
(Штумпф, 1905): монотнческнй — сигнал включается только на один наушник;
днотическйн — один н тот же сигнал включается на оба наушника; дихотнческнй — на два наушника включаются разные сигналы.
69
симметричной, то ушные сигналы в этом случае оказываются одинаковыми.
Нелл источник звука (громкоговоритель) меняет место расположения но
остается в медианной плоскости, то изменяются только монаурадьные п^итиакн сигналов, бинауральные же остаются неизменными п равными О
Если источник звука находится в медианной плоскости или если одинаковы сигналы иа обоих ушах, то слуховой объект, как правило, также распотагается в медианной плоскости. Для болое точного определения места слу­
хового объекта в медианной плоскости по оценке сигналов на обоих ушах
слухом используют только моиауральиыс признаки. Таким образом* простран­
ственный слух в медианной плоскости или аналогичный ему случай, когда оба
\х а получают одинаковые сигналы, особенно интересен для экспериментиро­
вания, поскольку позноляет сделать выводы о том, как оцениваются простран­
ственным слухом монауральные признаки сигналов. Рассмотрим в этом ас­
пекте данный случай более подробно.
Основная предпосылка для получения одинаковых сигналов от источни­
ка звука в медианной плоскости симметричность формы головы, т. с. отсут­
ствие бинауральных различий сигналов. Результаты контрольных измерений
приведены на рис. 58.
Па десяти экспертах измерялись стандартные отклонения бниауральпыч
различий но уровню н групповому времени задержки от теоретических пуле­
вых значений.
Если сравнить эти данные с данными табл. 4 и 5, то можно видеть, что
могут быть случаи, когда воспринимаемые различия оказываются выше слу­
хового порога. Значит, предположен не. что в случае прихода звука от источ­
ника в медианной плоскости ушные сигналы абсолютно идентичны, -ложно
считать только прнбчнженным
Вторая предпосылка исследования пространственных свойств сл\ха прн
поступлении звуковых сигналов от источника в медианной плоскости состоит
в том, что во время подачи сигнала эксперт смещает голову незначительно.
Это условие всегда удовлетворяется для сигналов длительностью не бодое
200—300 мс. поскольку, как показал Внльмовски (I960), от момента включе­
ния сигнала до поворота головы (он может быть вызван сигналом) должно
пройти определенное, так называемое «мертвое» время, в среднем 350 мс.
Вудворт н Шлосберг (1954) назвали интервалом моторной реакции про­
межуток в 250 мс. Турлов и Мергснер (1970) не обнаружили изменений п размьша пи и локализации источника звука прн фиксированном н свободном поло­
жении головы прн длительности сигнала 300 мс
Если предлагаемые эксперту звуки имеют большую длительность, то воз­
можные движении головы уже необходимо учитывать. Известны два исследо­
вания, в которых учитывались непроизвольные движения, когда эксперт зара­
нее получал указания держать голову «абсолютпо* неподвижно (Кёниг и Зусмаи, 1966-. Блауэрт, 1969). Методика измерений в обоих случаях была одной
и той же. На голове эксперта крепилось небольшое зеркальце, отражавшее на
измерительную шкалу направленный на него луч света. По перемещениям зай­
чика по шкале рассчитывали угол поворота головы эксперта в градусах. Гаа­
за эксперта во время эксперимента были закрыты. Кен л г н 3 усман сообщают
об обнаруженных синхронных с импульсами небольших движениях головы в
пределах до 5 у гл. мин н значительных перемещениях до 5 град, которые сопершал эксперт через нерегулярные интервалы времени вплоть до нескольких
секунд.
Блауэрт (1969) в своих экспериментах предлагал экспертам для прослу­
шивания шумы длительностью I с. Звук поступал точно спереди н сзади. Ре­
гистрировались амп.тнтудпые значения поворота головы независимо от направ­
ления. Результаты эксперимента приведены иа рнс. 59. Статистическая обра­
ботка результатов показывает что вероятность поворота головы более чем на
1 град не превышает 5%.
Из этих исследований можно сделать следующий вывод: если проводятся
слуховые эксперименты с источником звука в медианной плоскости, то при
длительности звуков до 1 с принимать специальные меры по фиксации поло­
жения головы, если эксперта заранее просили не поворачивать голову, не тре-
70
Суете я Если же эксперименты проводятся с более длительными сигналами пли
если один и тот же эксперимент повторяется много раз, то для того, чтобы
исключить необходимость каждый раз заново ориентировать голову, рекомен­
дуется использовать простой подголовник. Как правило, более сложное фикси­
рующее устройство ие нужно.
2.3.1. Направленность слуха в медианной плоскости
Под попятием «направленность слуха в медианной плоскости» понимают
взаимосвязи между направлениями к слуховому объекту в этой плоскости и
признаками других всяичнн, коррелируемыми с этими направлениями, и в пер­
вую очередь особенностями признаков звуковых объектов. В этом парагра­
фе мы остановимся только па взаимосвязи места расположения источника зву­
ка с признаками сигналов иа обоих ушах. Другие взаимосвязи будут рассмо­
трены в 1л. 2.5.
Существовавшие ранее представления, а также результаты некоторых ис­
следований по этому вопросу описаны в работах Прайера, 1887; Урбанчича,
1889; Криса. 1890; Блоха, 1893; СеЙшора, 1899; Пирса, 1905; Майерса, 1914;
Гехта, 1922; Ксрстена н Селипджсра, 1922; Хорпбостсля, 1926.
Остановимся кратко на современных трактовках. Раньше считалось, что
направленность слуха в медианной плоскости — специальный мучай, для ко­
торого бинауральные различия ушных сигналов как признаки, оцениваемые
слухом, отсутству ют. В экспериментах по исследованию направленных свойств
слуха было замечено также, что в случаях, когда источник звука располагал­
ся в медианной плоскости, очень часто направление к слуховому объекту не
совпадало с направлением ив источник звука. Было замечено далее, что ча­
стота появлении этой ошибки локализации зависит от вида звукового сигнала.
Расхождении между направлениями па источник звука и слуховой объект воз­
никали ис как случайные явления, тенденция появления характерных «оши­
бок» наблюдалась прн экспериментах с определенными видами сигналов. Так,
в случае широкополосных измерительных енгпалов, в особенности когда они
длительны илн многократно повторялись, совпадение направлений на источник
звука и слуховой объект оказывалось довольно хорошим. Прн изменении на­
правления на источник звука размывание локализации в профильной плоскости
было значительным (в 3 раза больше, чем для горизонтальной плоскости).
Урбанчич в экспериментах, проведенных днотнческнм способом, во время ко­
торых повторявшиеся речевые сигналы от камертонов подавались эксперту
через два связанных Т-образных звукопровода, заметил, что положение «субъ­
ективного слухового поля» зависит от частоты сигнала. Однако он не связы­
вал это явление с направленными свойствами слуха в профильной плоскости.
Позже возникло предположение о том, что лаправлепия на Суховой объект
каким-то образом связаны с искажениями звуковых сигналов у головы и уш­
иых раковин. Описаны, например, случаи, когда громкие звуки ощущаются в
передней медианной полуплоскости чаще, чем тихие. Майерсу удалось пока­
зать, что если в звуке, состоящем из четырех гармонических составляющих,
изменять интенсивность верхних составляющих, то меняется направление к
слуховому объекту, т. е ощущение направления зависит от спектра сигналов.
Блох, Керстек и Селннджер описывают следующий экспсрнмент. Если источ­
ник широкополосного звука установить перед экспертом и предложить ему
прикрыть руками уши так, чтобы раскрытые ладони были обращены назад, то
слуховой объект сразу же переместится назад. Такой же эффект имеет место
и в обратном случае, когда источник звука расположен сзади, а уши прикры­
ты руками так, что ладони обращены вперед. Слуховой объект в этом случае
будет восприниматься спереди.
Большое значенне для направленности слуха в медиаппоЙ плоскости при­
давалось фактору тренировки. Оказывается, что после определенной трениров­
ки эксперт может точно определять направление к источнику звука в профиль­
ной плоскости, если источник излучает непрерывный достаточно широкополос­
ный сигнал. Прн этом, однако, не ясно, по какому признаку эксперт опредсля-
71
ет положение источника — по тембру звука или по расположению слухового
объекта. Без достаточного теоретического обосновании предполагалось, что
впечатление о месте слухового объекта в медиаиной плоскости формируется
по оценке тембральных признаков звука. Хорнбостель (1926), например, счи­
тает, что направленные свойства слуха в медианной плоскости определяются
только фактором привыкания: «... если эксперименты неоднократно повторя­
ются, то в конце концов эксперт по опыту узнает, какие звуки из каких на­
правлений приходят». Положение слухового объекта в таких рассуждениях
вообще не участвует.
Дальнейшие исследования направленных свойств слуха в медианной пло­
скости оказались затруднительными, поскольку раньше не было источников, по­
зволявших получать звуковые сигналы с точно контролируемыми свойствами.
Оставался неяекым также вопрос о том, можно лп, произвольно меняя пара­
метры выбранных сигналов, предопределять результаты локализации (Крис),
т. е. создавать слуховой объект в определенном направлении медианной пло­
скости, подбирая соответствующим образом параметры ушных сигналов.
Д ля анализа исследований, проведенных в последнее время (начиная при­
близительно с 1930 г.), целесообразно разделить всю проблему «направленные
свойства слуха в медпанноЙ плоскости» на несколько более узких:
1. Роль линейных искажений звуковых сигналов у головы и в наружном
ухе.
2. Вопрос о том, прн каких видах сигналов направления к источнику зву­
ка и к слуховому объекту совпадают н при каких нет.
3. Роль опыта, адаптации, знакомства с сигналом и т. п.
4. Вопрос о специфических признаках сигналов, корректированных с на­
правлением на слуховой объект, т. е. оцениваемых слухом.
С течением времени дальнейшее подтверждение получило предположение
и роли линейных искажении звуковых сигналов у головы и в ушных ракови­
нах. В 1930 г. Перекалил провел эксперименты, исключив влияние ушных ракопнм Для этого п сдуховыс каналы экспертов вставляли короткие резиновые
трубочки. Эксперимент состоял в сравнении локалнзацкп направлеиня ка слу­
ховой объект в нормальных условиях прн использовании указанных трубок.
Он установил, что при использовании трубок направления на источник звука
и слуховой объект совпадали значительно реже, чем без них. Аналогичный ре­
зультат был получен в эксперименте, прн котором ушные раковины отгибались
вперед под углом 90° к височной кости. При этом часто наблюдались инверсии
локализованных направлений — источник звука, установленный перед экспер­
том, слышался сзади и наоборот.
Такяе ж е эксперименты в последующие голы проводили Кнтц (1952,1953)
п Тарночн (1958). Правда, они исследовали лишь случаи размещения источни­
ка только спсрсдк нлн только сзади, сузив, таким образом, вопрос до так на­
зываемого ощущения «спереди—сзади». Эксперимент проводился следующим
образом. В заглушенной камере (Китц) нлн в свободном пространстве (Тар­
ночн) в случайной очередности в направлениях ф = 0° и ф = 18и ’ (при б-*0)
излучался широкополосный измерительный шум. Ушные раковины экспертов
модифицировались, как показано иа рис. 60: а — ушные раковины в нормаль­
ном состоянии; б — в слуховые каналы вставлены короткие (3 см) латунные
трубки; в — на трубки надеты миниатюрные рупоры, имеющие форму рас­
крытой ладони; г — на латуппые трубки надеты рупоры нз гипса (Китц) или
пластилина (Тарночн), имитировавшие ушные раковины. Рупоры могли по­
ворачиваться, занимая нормальное положение, вперед или пазад (только на
модели Тарночи).
Эксперименты показали, что когда ушные раковины открыты (рис. 60 а ),
направления к источнику звука и слуховому объекту, как правило, совпадают»
даже если измерительные сигналы эксперту незнакомы.
После введения латунных трубок (с рупорами илп без) большинству
экспертов звук казался приходящим сзади, независимо от направления к дей­
ствительному источнику (позже это явление было подтверждено Блауэртом,
1969). Когда вместо рупоров на трубки надевали имитаторы ушных раковнн,
восприятие направлений к источнику звука и слуховому объекту становилось
72
таким же, как в случае (рис. 60, а). При повороте имитатора ушиых раковнн
назад слуховой объект регулярно ощущался нз направления, противополож­
ного действительному направлению прихода звука.
Другой вариант эксперимента, позволивший полностью исключить ошиб­
ки, возможные в экспериментах Кнтца и Тарночн, был проведен автором
(Блауэрт, 1969, 1969/1970). Фильтрами служили ушные раковины экспертов,
что позволило отказаться от применения имитаторов. Эксперимент проводили
следующим образом (см. рис. 30, а ): эксперту (спереди и сзади) предлагались
для прослушивания определенные звуки (шумы, речь, музыка), и в это время
вкустическнм зондом принимали
н записывали на магнитную лен­
ту сигналы у входов слуховых
каналов. Затем записанные сиг­
налы воспроизводили п опять
предлагали эксперту.
Воспроизводящее устройство
было откорректировано так, что
сигналы иа входе свуховых кана­
лов получались такими же, как
при заинсн. Несмотря иа то, что
громкоговорители при воспроизве­
дении были другими, эксперты
всякий раз оценивали направления
Рис. 60. Модификации ушных раковин
прихода звунв так же, как прн
в экспериментах оценки направлений
записи. Эксперимент проводили с
«спереди — сзади».
десятью экспертами, и он всегда
удавался. Так была подтверждена
роль искажений сигналов у го­
ловы н наружного уха. После этого можно было приступить к систематизиро­
ванному изучению второго вопроса: прн каких типах сигналов направления к
источнику звука и слуховому объекту уверенно совпадают. Де.ю в том, что
фильтрующее действие головы и наружных ушей при узкополосных сигналах
может сказаться только на уровне сигналов. В случае же широкополосных
сигналов фильтрующее действие может привести к изменениям как значения
функции передачи, так и соотношения фаз спектральных составляющих
между собой и, следовательно, к сдвигам моментов времени прихода со­
ставляющих сигнала барабанной перепонки. На этом основании можно пред­
положить, что воспринимаемый каждым ухом широкополосный ушной сигнал
может содержать больше информации о месте расположения слухового объ­
екта, чем сигнал с узкой полосой частот. Соответственно н совпадение на­
правлений к источнику звука и слуховому объекту должно быть более час­
тым для широкополосных сигналов. Имеетсн целый ряд работ, которые под­
тверждают это предположение.
Стевенс и Ньюмэн (1936) установили, что направления «спереди—сзади»
часто изменяются на обратные в случае чистых тонов, особенно когда в ходе
эксперимента постоянно изменяется уровень измерительного сигнала. Бургер
(1958), использовавший для исследования совпадений направлений «спереди—
сзади» шумовые импульсы октавной ширины, часто (около 35%) обнаруживал
полную инверсию направлений к источнику звука н слуховому объекту. Свои
эксперименты ои проводил на 15 экспертах. Зависимость направления на слу­
ховой объект от уровня звука on не обнаружил. Франссен (I960) показал, что
если в экспериментах по локализации направлений «спереди—сзади» исполь­
зовать тональные посылки прямоугольной формы, то направления к источнику
звука и слуховому объекту совпадают приблизительно в 85% случаев (для
одного эксперта). Обнаружено, что большое значение при этом имеет крутиз­
на нарастапия н спада импульса (широкоиолосность). Об обнаруженной за ­
висимости направления на слуховой объект от ширины полосы измерительного
сигнала в своей работе сообщает Тул (1969).
Тщательные исследования угла возвышении слухового объекта с исполь­
зованием сигналов разных типов провели Роффлср и Батлер (1968), исследо*
73
вапня локализации сгпередн—сзади» — Блауэрт (1969). В результате этих
исследований установлено, что направления на источник звука н слуховой
объект в медианной плоскости, как правило, совпадают, если прослушиваемый
сигнал удовлетворяет следующим требованиям.
1. Л о углу возвышения (Роффлер и Батлер): енгналы должны быть ши­
рокополосными н содержать составляющие выше 7 кГц. При изменении на­
правления на нсточннк звука размывание локализации уменьшается в этом
случае до 4° (для сравнения см. гл. 2.1).
2. По направлениям «спереди—сзади» (Блауэрт): сигналы должны Быть
широкополосными, например, шум на выходе фильтра верхних частот среза
от 2 до 8 кГц.
Если шум низкочастотный (фильтр нижиих частот), то направление ока­
зывается инвертированным, появление инверсий стабильно зависит от верхней
граничной частоты шума. На очень коротких сигналах (например, щелчках
длительностью 0,5 мс) явления нпверенн направлений наблюдаются довольно
часто. Здесь, очевидно, длительность сигнала недостаточна для того, чтобы
слух успел его оценить.
Следующий частный аспект пространственного слуха в медианной пло­
скости— роль, которую в формировании ощущения направления на слухопой
объект играет предыстория звукового события. Однако перед тем как при­
ступить к обсуждению результатов экспериментальных исследований, прове­
дем чисто умозрительный анализ проблемы.
Известно, что б о д н о м н т о м же эксперименте эксперту можно ставить две
разные задачи локализации: оцепить направленпе иа слуховой объект («где
находится то. что Вы слышите?») п направление иа источник звука («где на­
ходится источник звука7»). Если при ответе на первый вопрос показания
эксперта основываются на опенке исключительно положения слухового объек­
та, то во втором случае наряду с местом расположения объекта могут
оцениваться совершенно другие критерии, например тембр звука.
Что касается предыстории звукового события, то зависимость от нес
должна означать, во-первых, что впечатление направления на слуховой
объект, относящееся к данному сигналу, приходящему нз данного направления,
может быть различным. Это значнт, что локализация как таковая должна
быть вариантной во времени, что она может меняться или уточняться в ре­
зультате адаптации н тренировки. Во-вторых, адаптация нлн тренировка озна­
чает, что эксперт заранее настроен на восприятие определенных звуков из
определенных направлений н запоминает распределение звуков по направле­
ниям. В литературе эти два взгляда на адаптацию раздельно не рассмотрены
Поэтому додать окончательные вы лод и о значении предыстории для простран­
ственного слуха в медианной плоскости преждевременно. Однако некоторые
соображения высказать можно.
Рис. 61. Направленность слуха в медианной плоскости: знакомый и незнако­
мый голос. 10—20 экспертов. Нанесена относительная частота, с которой
«сигнал» после предварительного прослушивания слышался из определенно! о
направления.
74
Ознакомление с си шалом до экспсрпмспта не для всех типов сигналов
является условием совпадения направлений к источнику звука и слуховому
объекту. Так, например, Кнтц (1962) сообщает, что в экспериментах по иссле­
дованию восприятия паправденпй «спереди—сзади» эксперты часто давали
совпадающие показания направлений к источнику звука к к слуховому объек­
ту и в тех случаях, когда измерительные сигналы для предварительного
ознакомления пе предлагались. Измерительными сигналами служили удары
различными предметами о дерево нлн металл. Кстати говоря, автор к н и г и
провел аналогичные эксперименты на 140 экспертах, использовав короткие
импульсы белого или розового шума. Направления на четко локализуемый
ся>ховой объект и иа источник звука совпадали у 90% экспертов. С другой
стороны, можно показать, что для многих видов сигналов место источника
звука достаточно точно локализуется экспертами и тогда, когда они заранее
ознакомлены с измерительным сигналом.
Количественные данные по этим вопросам приводят Батье (1967), Пленжс и Врун шеи (1971). Батье в своих экспериментах использовал макет наружного уха, а вместо барабанной перепонки — микрофон. Сигнал от микро­
фона с помошью пары головных телефонов без искажений монотнчсскн пода­
вался для прослушивания экспертам, которые должны были определять
направление на источник звука относительно макета уха. Измерительным
сигналом служили импульсы белого шума. После серии нз шести экспери­
ментов, в каждой из которых было повучеио 36 показании, средняя «ошибка»
шести участвовавших экспертов значительно уменьшилась. Результат показал,
что у людей с односторонней потерей слуха способность правильно локаднзовать направления к источнику звука со временем восстанав-жвастся
(см. гд 2.1).
Пленжс н Бртншен (1971) разместили в верхней медианной полуплоскости
пять громкоговорителей, через которые эксперты слушали речевые фрагменты
(логатомы) знакомых и незнакомых гоеосов. Знакомые голоса перед экспери­
ментом дополнительно прослушивали по 40 раз поочередно нз всех
пяти направлений, перед каждым предварительным прослушиванием
эксперту сообщалось, какой громкоговоритель включен. Незнакомые голоса
предварительно не прослушивались, более того — фрагменты (логатомы)
произносились вперемежку'. Эксперт в этом эксперименте должен был отве­
чать на вопрос: «из какого направления слышалась речь?» Некоторые резуль­
таты эксперимента приведены на риг. 61. Четко видно, что в случае знакомою
голоса совпадение кажущихся и действительных направлений на источник зву­
ка намного лучше (сплошная линия), чем для незнакомого (пунктирная).
Незнакомый голос иногда локализуется сзади. Кстати, ряд других авторов
также сообщает, что когда эксперт пе уверен в своем ошущеннп, то в его от*
встах преобладает оценка «сзади» (Валлах, 1938; Тарночн, 1959 н др.).
Бекеши в 1930 г. п экспериментах с головными телефонами наблюдал, что
ири одном н том же сигнале эксперт может давать противоположные оценки
(«спереди—сзади») в зависимости от психологического состояния (ожидания,
желания п т. д.). Здесь, однако, следует учитывать, что при использовании
головных телефонов исключено фильтрующее действие ушных раковин, н
поэтому сигналы, воспринимаемые обоими ушами, как прежде не содержат
никакой информации о месте расположения источника звука. Эту способность
челопека локализовать один н тот же слуховой объект то спереди, то сзади
Бекеши сравнивает с эффектом оптического обмана, показанным иа рис 62
(см. также Кленш, 1949). Произвольную ннверспю локализуемых направлений
оп объясняет способностью человека сосредоточивать свое внимание па опре­
деленных признаках в ущерб другим, т. е. в конечном счете — эффектом адап­
тации.
Современные представления по данному вопросу сводятся, таким образом,
к следующему. Д ля многих типов сигналов направление иа слуховой объект
в медианной плоскости иногда совпадает с направлением и а источник звука
и тогда, когда эксперту данный звук ранее был незнаком. Степень расхожде­
ния действительных н кажущихся направлений к источнику звука и, возмож­
но. к слуховому объекту может уменьшаться после привыкания эксперта к
75
I
условиям эксперимента или в результате специальной тренировки. Это зна-тт,
что при появлении в ушных сигналах противоречивых признаков эксперт по
истечении некоторого отрезка времени учитывает только те из них, которые
позволяют сделать правильную оценку. Это предположение приводит к пос­
леднему из рассматриваемых частных аспектов проблемы пространственных
свойств сауха в медианной плоскости — к вопросу о специфических признаках
ушных сигналов, коррелируемых с ощушепнямн направлений.
Ранее мы уже упоминали о работе Урбапчнча (1889), в которой указано,
что при диотнческом способе подачи сигналов эксперту положение слухового
объекта меняется с изменением частоты. Аналогичный эффект наблюдал Пратт
в 1930 г., его подтвердил и Триммер в 1934 г. Этот эффект был тщательноисследован Роффлером и Батлером в 1968 г. Пратт установил также, что слухо­
вые объекты более высокой тональности локализуются н под ббльшпм углом
возвышения, чем звуки низкого тона. Тримбл проводил свои эксперименты, из­
меняя частоту измерительного сигнала. Он обнаружил, что прн увеличении
частоты слуховой объект кажется поднимающимся вверх, а при уменьшении —
опускающимся. Более строго этот эксперимент провели Роффлер к Батлер с
участием большой группы экспертов (около 50 человек). Схема эксперимента
it характерные результаты, полученные на тональных импульсах различной
частоты, приведены на рис. 63.
Во время основного эксперимента громкоговорители были оттеаепн от
экспертов хорошо освещенным светлым занавесом. Д ля облегчения задачи
экспертов по указанию направлении на слуховые объекты позиции громкого­
ворителей обозначили числами. Эксперты держали голову неподвижно. Затем
провели контрольные эксперименты прн разных уровнях сигналов с участием
разных экспертов — слепых, детей (для которых понятия «высокий тон», «низ­
кий тон» неизвестны), при разных позах экспертов, в том числе лежа. Сущест­
венных изменении в результатах контрольные эксперименты не дали. Получен­
ное таким образом распределение субъективных направлений к слуховым
объектам, упорядоченное по углу возвышения, показано иа рнс. 63 (частоты
измерительных сигналов от 250 Гц до 7,2 кГц). В 1967 г. автор, не располагая
описанными данными, провел аналогичные эксперименты, несколько расширив
наблюдения. Сидя перед громкоговорителем, который излучал тон скользящей
частоты (от 200 до 16 000 Гц), он ощушал систематические качания слухового
объекта по дуге над собой спереди назад и обратно (см. рнс. 25). Позднее это
Ряс. 62
Рнс. 63
Рис. 62. Оптический аналог произвольной инверсии направлений иа слуховые
объекты в медианной плоскости. Фигура кажется то выступающей усеченной
пирамидой, то полым углубленном.
Рнс. 63. Схема эксперимента Роффлсра н Батлера (1968). Прк слушапии то­
нальных импульсов различной частоты слуховой объект независимо от на­
правлении прихода звука располагается в направлениях, показанных стрелками.
76
наблюдение было повторено н подтверждено Меллертом (сообщение приведено
в книге Дамаске, 1971), затем последовал целый ряд экспериментов (Блауэрт,
1968, 1969, 1969/1970), давших важные сведения о признаках бинауральных
сигналов, оцениваемых слухом прн формировании ощущения направления к
слуховому объекту в медианной плоскости. Два основных этапа проведенных
исследований описаны ниже.
На нервом этапе эксперимента эксперты помешались в затемненную за­
глушенную камеру; измерительными сигналами служили третьоктавные поло­
сы шума, которые излучались поочередно одним нэ источников, показанных
Сверху
Спереди
Рнс. 64. Различные положения источников звука для получения идентичных
или близких бинауральных сигналов.
а: / с — источник спереди; 1 6 — источник езядн ; / в — источник сверху; 2—2' — источники
слева и справа (рвСотэю т одновременно и си вф азн о): 3 — головны е телеф оны (синф аз­
ны е); 6 — условная ш кала направления иа слуховой объект, известная экспертам.
на рнс. 64, а. Положение головы экспертов фиксировалось: перед экспертами
слабо горела красная лампа, служившая ориентиром для положения головы.
Длительность шумовых импульсов изменялась в пределах от 100 мс до 1 с,
сигналы имели уровень 30. 40, 50 и 60 дБ относительно 20 мкН/м3. Отношевне
(сигнал/шум) было лучше 65 дБ, коэффициент нелинейных искажений— мень­
ше 2%. Частота, уровень и источники измерительного сигнала чередовались
в хаотической последовательности. В яаждой серии экспериментов принимали
участие от 5 до 20 экспертов с нормальным слухом.
После того, как было установлено, что все предложенные звуки воспри­
нимаются действительно в медианной плоскости или близко к ней (не ниже
15° к горизонтальной плоскости), для классификации оценок направлений
к слуховым объектам была принята единая шкала, показанная иа рис. 64,6.
На рпс. 65, а— в приведены результаты экспериментов, проведенных с 20 экс­
пертами, которым измерительные сигналы предлагались спереди и сзади. На
всех трех семействах кривых отчетливо видна зависимость относительной
частоты ответов «сверху», «спереди», «сзади* от центральных частот третъоктавмых полог. Статистическая обработка результатов показывает, что от
других факторов, например от уровня сигналов пли угла прихода звуков
относительная частота одинаковых оценок не зависит. Результаты не измени­
лись и прн других способах подачн экспертам звуковых сигналов.
Отклонения от установленной закономерности ие обнаружены и в случае,
когда для исключения влияния ушных раковин в каждое ухо эксперта встав­
лялась латунная трубка длиной 5 см.
На рнс. 66 показаны графики статистической обработки результатов, про­
иллюстрированных на рис. 65. Можно внцеть, что в некоторых областях
частот абсолютное большинство экспертов давало определенные ответы вдвое
чаше двух других возможных ответов, вместе взятых. Частотные полосы, для
77
которых это яолснне справедливо, назовем «пеленговыми» (полосы, опреде­
ляющие направление иа слуховой объект в медианной плоскости). Д ля про­
верки объективности положения пеленговых полос на шкале частот срсдьеквадратнческис отклонения показаний одного выбранного эксперта, получен­
ные в 10 экспериментах, сравпцвались с аналогичными данными
1
по группе из 10 экспертов, полу­
40 дБ
а ) -------- so дБ
ченными в одном эксперименте
- ------ОСдБ
— 30 дБ
(рис 67). Из диаграммы видно,
что границы пеленговых полос
имеют индивидуальные различия.
Однако в центральных зонах по­
40
лос совпадение показаний разных
экспертов хорошее. Отмстим так­
же, что для 40% экспертов, как
это видно иа рис. 66, число н
*
структура пеленговых полос от­
I
ветов оказались одинаковыми: две
сзади», одна «вверх}» н две спе
реди». Для 15% экспертов пелен­
говые полосы ответов образуют
следующие комбинации', две по­
лосы «сзади», одна «вверху н
три спереди».
Второй этап исследований
состоял в объективных измерени­
ях функции передачи наружного
уха для звуков, приходящих спе­
реди я сзади. Измерения прово-
Рнс. 65. Относительная частота
объектов «сзади» (а) (20 экспер­
тов, измерительный
сигнал *
третьеоктавные полосы шума с
разной центральной частотой, каж ­
дый сигнал один раз подавался
спереди, одни — сзади); сверху»
{б) ; «спереди
(а)
500Гц
Спереди Сзади
’З С
125 250 500П* 1
78
8 кГц 16
. Сверху
Спереди \^зади
8 кГц 16
Рнс. 66. Относительное число эк­
спертов, дававших с достовер­
ностью 95% одни из трех ответов
(«сзади», «сверху», спереди») ча­
ще, чем двух других, вместе взя­
тых. Вверху на рисунке показаны
частотные полосы, в которых аб­
солютное большинство экспертов
лавали одни ответ вдвое чаще
двух других, вместе взятых. Незаштрлховаипые полосы соответству­
ют 90% достоверности, заштрихо­
ванные — наибольшей вероятности.
лились на входе слухового канала методом, описанным в § 2.2.3. На
рнс. 68 приведена полученная в результате измерений частотная характеристи­
ка разности уровней звукового давления у барабанной перепонки для сигна­
лов, пришедших спереди и сзади. Из рисунка видно, что в отдельных частот­
ных полосах уровень звукового давления, вызываемый у барабаииой перепон­
ки сигналом спереди, в среднем выше, чем уровень, вызываемый сигналом,
приходящим сзади. В некоторых частотных полосах наблюдается обратное:
Еслн обобщить результаты измерений всего коллектива экспертов, то можно
заметить «области подъемов», которые показаны в верхней части рнс. 68.
3
500Гц,
T- спереди
1000 Гц
2 - сверху
1 2
3
1
>
'V-------'V.
2000 Гц
4000 Гц
3 -сзади
Рис. 67. Срсднеквадратнческие отклонения ответов «сзади», «сверху»,
реди» (стрелка соответствует достоверности выше 95% ).
спе­
а — 1 эксп ерта, прослуш авш его восемь сигналов в каж дой терцин 10 р о з: б — группы и»
10 экспертов, прослуш авш ей восем ь сигналов в к аж д о й терции | р а з.
Кривые иа рнс. 69 показывают, что для звуков сверху область подъема при­
ходится на полосу частот в окрестности 8 кГц (Шоу и Тераничн, 1968).
Каковы ж е взаимосвязи результатов первого н второго этапов исследова­
ний? На первом этапе экспертам для прослушивания предлагались узкополос­
ные сигналы. Влияние головы н ушных раковни на этн сигналы проявляется
лишь в изменении уровня. Изменений составляющих в спектре сигнала не про­
исходит. Результаты слуховых экспериментов показывают, что узкополосные
сигналы ие содержат никакой нвформации о направлении прихода звука, кото­
рую слух мог бы оценивать. Ощущение направления на слуховой объект вы­
рабатывается слухом о результате опенки частоты ушных сигналов. Локалнзациоппая способность слуха может быть описана с помощью так называемых
пеленговых частотных полос. На втором этапе проводились измерения фильт­
рующего действия головы и ушных раковин. Частотные характеристики раз­
ности уровней звукового давления сигналов, приходящих спереди н сзади,
имеют подъемы. Когда звук приходит сверху, подъем наблюдается как в от­
ношения сигнала спереди, так и сигнала сзади.
На рис. 70 сшс раз показано положение пеленговых полос и областей
подъема иа оси частот. Видно, что по своему расположению полосы
сзади определенным образом связаны с областями подъема, соот­
ветствующими углу «р=18(г. Аналогичная взаимосвязь прослеживается между
полосами «спереди» и областями для угла «р=0, за исключением частоты
16 кГи, где полоса «спереди» просто отсутствует. Если же обратиться к гра­
фику на рис. 66, то можно видеть, что в принципе такая полоса может сущест­
вовать н сс можно обнаружить в экспериментах с большим числом экспертов1.
Пеленговые полосы были обнаружепы в слуховых экспериментах с узко­
полосными шумами. Можно предположить, что на локализацию в медианной
1 Полоса, определяющая направление «сверху», и связанная с ней об­
ласть подъема для упрощения рассуждений не рассматриваются.
79
плоскости они влияют так, что ощущение направления формируется преиму­
щественно по тем полосам, в которых сосредоточена ббльшая часть
мощности сигнала. Тогда взаимодействие головы и внешнего уха с другими
элементами органа слуха можно было бы объяснить так, как это схематически
показано ва рнс. 71. В первом столбце здесь приведены спектры мощности
S |(/) Для трех сигналов. Допустим, что сигналы поступают к эксперту спере­
ди. Тогда голова и ушные раковины будут представлять собой фильтр, подоб­
ный гребенчатому. Характеристика разности уровней такого фильтра
у 0я
180°
0я
180я (Г
Рис. 68. Частотные характеристики разности уровней звукового давлення у
барабанной перепонки для звуковых сигналов, приходящих спереди и сза­
ди. Средние значения и доверительный интервал по показаниям 10 экспертов.
Вверху показаны «области подъема», для которых звуковое давление у ба­
рабанной перепонки сигналов спереди по показаниям абсолютного большин­
ства экспертов было большим, чем для сигналов, приходящих сзади, и наобо­
рот. Неэ а штрихованные участки — достоверность 95%, заштрихованные участ­
ки — зоны наибольшей вероятности.
125 2S0
500 Гц 1
8кГц,16
Рис. 69. Частотные характеристики
разности уровней звукового д ав­
ления у барабанной перепонки
для звуковых сигналов, приходя­
щих спереди (или сверху) и
сзади. Усредненные результаты
измерений двух экспертов.
20 log \А_ (/) ] приведена во втором столбце. Пройдя через фильтр, сигналы по­
лучат относительный подъем в областях 0°. Спектры мощности сигналов
Si(f) у барабанных перепонок показаны в третьем столбце. Если считать
справедливым, что направление к слуховому объекту определяют пелепговые
полосы с максимальной мощностью, то слуховой объект, которому соответст­
вуют сигналы первого н второго ридов, будет восприниматься спереди. Эго же
будет справедливо н для многих других сигналов, для которых спектральное
распределение мощности равпомерно. В этом мы видим объяснение того, что
для многих типов сигналов априорное их знание отнюдь не является предпо­
сылкой совпадения направления на источник звука и слуховой объект.
Только для очень непривычных сигналов, показанных, например, иа рнс. 71
в третьем ряду, или других специальных сигналов с ограниченной полосой
частот такая система оценки допускает «ошибки» и слуховой объект появляет­
ся не в направлении источника звука.
80
Справедливость этого предположения автор доказал с помощью сигналов
со специально введенными искажениями (Блауэрт, 1969). Были проведены
также эксперименты для выяснения того, что произойдет, когда в пеленговых
полосах определенной группы нет четкого преобладания энергии. Еслн при­
мерно одинаковая мощность приходится, например, иа пеленговые полосы
«спереди» (иезаштрихованные участки) или «сзади» (заштрихованные), то
слуховой объект ошушается в самой голове (см. § 2.3.2) или расщепляется
на два объекта, одни нз которых слышен спереди, другой— сзади. Еслн макСпереди
Сзади
Спереди
Сзади
180'
250
125
16 кГц
8
500 Гц
Рнс. 70. Положение пеленговых полос ( /) н областей подъема (2)
на оси частот.
‘ioy S7( f )
г&Ьл
„■S.'S.
а)
0
0'
0*
0'
Ю
*)
Рис. 71. Совместное проявление фильтрующего действия головы, наружных
ушей и механизма, описываемого с помощью пеленговых полос, показаны
примеры оценки трех специальных шумовых сигналов: поступающего сигнала
(а), гребенчатого фнльтра (б) н сигнала у барабанной перепонки (е).
енмум энергии приходится на полосу «сверху* в окрестности 8 кГц, то слухо­
вой объект располагается под определенным углом возвышения. Этот вывод
согласуется с результатами экспериментов Пратта, Тримбла, а также Роффлера
и Батлера, которые использовали сигналы частотой не выше 7,3 кГц и инте­
ресовались только углом возвышения. В этих исследованиях эксперты не сле­
дили за направлениями «спереди — сзади». Более того, они заведомо знали,
что громкоговоритель расположен именно спереди.
Принятый нами механизм оценки при формировании слухом ощущений
направления на слуховой объект в медианной плоскости еще раз показан в
6— 810
81
*
виде функциональной схемы иа рис. 72. Осталось лишь объяснить, как форми­
рование ощущения направления может быть связано с предысторией звуко­
вого события. Здесь можно предположить, что положение пеленговых по ю с
нпварнантпо во времени и что оно эавиевт от конкретных условий. Однако
протнп такого предположения говорит следующее наблюден не: около 10%.
экспертов при исследовании паправленяых свойств слуха в меднапной плос­
кости даже на широкополосных измерительных сигналах не указали на ка­
кую-либо зависимость направления па слуховой объект от направления прихо­
да звука. В затемненном помещении слуховой объект, например, всегда
располагался либо спереди, либо сзади. Выборочные эксперименты показали.
Спереди
Сверху
Рнс. 72. Функциональная модель механизма оценки слухом направлений при­
хода звука в медианной плоскости.
/ — гребенчаты й ф ильтр с переменкой характеристикой; 2 — блок третьоктавкы х ф п льтроп (ум нож ение постоянны х);
3 — ф орм ирование эф ф ективного значения, усреднение;
4 — ком параторы ; 5 — логические реш ении; 6 — линейное преды скаж ение; 7 — частотны й
ан али з и оц ен ка; в — сравнение и решение.
что для отдельных экспертов положения пеленговых полос и областей подъе­
ма не совпадают. Не существует, но-виднмому, никакой взаимосвязи между
положением пеленговых полос н индивидуальными особенностями ушных
раковин.
Второй путь для объяснения явления адаптации состоит в допущении, что
постоянные ai...a„ функциональной схемы изменяются во времени. Это озна­
чает. что изменяемы во времени факторы оценки энергии, приходящейся на
пеленговые полосы, что может быть следствием афферентной фильтрации
внутреннего уха или центральной нервной системы. Примеры таких явлений в
физиологии мозга известны. В действительности, однако, физиологические
процессы нампого сложнее, чем их можно описать на модели.
В заключение укажем еще иа одни существенный недостаток модели. Д о
сих пор в качестве критериев оценки мы рассматривали только удельную мощ­
ность, приходящуюся на пеленговые полосы частот. Такой подход имеет смысл
лишь для процессов, стационарных во времени. В случае импульсных сигналов
вместо удельной мощности следует учитывать и энергию импульсов. Поскольку
энергия импульса сосредоточена во времени, то следует, очевидно, учитывать
и момент ее появления. Однако для составляющих энергии разных пеленговых
полос эти моменты, как правило, не совпадают. В некоторых полосах соответ­
ствующие составляющие энергии появляются раньше, чем в других.
82
Анализ этих явлений средствами теории сигналов довоаьно сложен, поэто­
му здесь мы его подробно проводить ие будем. Интересующихся отсылаем к
ра(?о?ам Б. Габора (1946); Мертенса (I960, 1965). Один ш вариантов анализа
состоит в том, чтобы по огибающим составаиющих сигнала в отдельных пе­
ленговых полосах рассчитать положение максимумов плотности энергии Вза­
имное положение рассчитанных таким образом максимумов изменялось бы в
зависимости от группового временн задержки сигнала. Поскольку сигнал,
достигающий юловы и наружных ушей, испытывает 1 рупповое время задерж­
ки, зависящее от направления прихода (см. рис. 53—56), то н взаимвое поло­
жение максимумов плотности энергии также зависело бы от направления при­
хода звука
Влияние группового времени задержки или временных относительных
сдвигов составляющих сигнала у барабанных перепонок на направленные свой­
ства слуха в медианной плоскости пока глубоко не исследовалось. То, что
такое влияние действительно имеет место, автору удались доказать на двух
относительно простых экспериментах. В одном с помощью фазового фильтра
задерживались опрсдеаенные спектральные составляющие сигнала, в другом —
создавался временпой сдвиг между огибающими двух разночастотиых тональ­
ных импульсов Гаусса, предлагавшихся одновременно. В обоих случаях явно
ощущались изменения направления па слуховой объект. О том, что слух че­
ловека в принципе способен выявлять информацию о спектре сигнала уже из
фронта сю нарастания, т с за очень короткий промежуток времени, свиде­
тельствуют. в частности, результаты работ Петерсона и Грина (1970. 197П.
2.3.2. Локализация по глубине и локализация «внутри головы»
Теории «дистанционного слуха» анализируют взаимосвязи между уда­
ленностью слуховых объектов и признаками других величин, коррелируе­
мых с ней Впредь расстоянием до слухового объекта будем считать его
расстояние от средней точки слуховой оси (см. рнс. 4) и рассматривать
взаимосвязь между этим расстоянием и признаками звукового возбужде­
ния. Локализация «внутри головы» появляется в тех случаях, когда рас­
стояние до слухового объекта меньше радиуса головы, т. с. когда слуховой
объект находится как бы в самой голове слушателя. Проблема локализуе­
мое™ «внутри головы» имеет большое вначепне при разработке систем
электроакустической передачи с использованием головных телефонов, по­
скольку в них это явление как мешающий эффект паблюдастся очень часто.
Отдельные принципиальные вопросы слухового восприятия расстояний
были рассмотрены в гл. 2.1. Здесь мы обсудим эту проблему более деталь­
но. Укажем попутно, что наиболее полная библиография по этой проблеме
приведена в работах Колемама (1963) и Лавса (1972). Вообше же следует
сказать, что, несмотря на многочисленность проведенных работ, знания
о «дистанционных» свойствах слуха в отднчие от направленных его свойств
сравнительно скромны. Это объясняется чрезпычайной сложностью явлений.
Исследования в области слухового восприятии расстояний и локали­
зуемое™ «впутрп головы» в большей части касаются монауралъных при­
знаков сигналов. Многие нз исследований проводились с источниками звука,
расположенными в медианной плоскости, нлн с помощью головных телефо­
нов в днотичсском режиме. Этны и объясняется вводная часть данной главы
под пазваинем «оценка одинаковых ушных сигналов». Кратко значение би­
науральных признаков сигналов для формирования ощущения удаленности
слухового объекта рассмотрено в § 2.4.2. В га. 3.3 рассмотрено влияние
отношения прямых и отраженных звуковых сигналов па слуховое восприя­
тие расстояния.
Пусть в медианной плоскости эксперта находится источник звука, кото­
рый излучает стационарный во временн широкополосный сигнал. Тогда слу­
ховой объект, как правило, занимает положение, точно совпадающее с ме­
стом источника звука или близкое к нему. Исли расстояние до источника
упщнчить, то увеличится п расстояние до слухового объекта; соответствси6*
83
но прн уменьшении расстоянии до источника уменьшится и расстояние до
слухового объекта.
Объяснить совпадение расстояния до слухового объекта и источника
звука по аналогии с эффектами направленного слуха в медианной плоско­
сти можно на основании предположения о том. что определенные признаки
звукового сигнала в слуховом канале зависят от расстояния до источника,
и того, что слух реагирует на эти признаки прн формировании ощущения
расстояния до слухового объекта.
Анализ признаков сигналов, зависящих от расстоянии до источника
звука, привел к следующей классификации.
1. При средних расстояниях до источника (для точечных источников —
от 3 до 15 м) н при стационарных во времени сигналах уровень звукового
давления1 ушных сигналов завнепт только от удаления источников звука
В свободном звуковом поле при каждом увеличении расстояния вдвое уро­
вень звукового давления падает на 6 дБ [см. кривую I/г па рис. 13 и уравне­
ния (6), (7)].
2. При больших (больше 15 м) расстояниях воздух между источником
звука и экспертом уже не может рассматриваться как канал звукопередачи,
не вносящий искажений. Здесь наряду о независимым от частоты изменением
уровня звукового давления, подчиняющимся закону 1/г, начинает сказываться
затухание, зависящее от расстояния, проходимого звуковой волной. При этом
высокочастотные составляющие сигналов затухают быстрее, чем низкочастот­
ные Таким образом, не только уровень звукового давления ушных сигналов
зависит от расстояния до источника звука, но н форма спектра (точнее, отно­
сительные изменения уровня и фаз в функции частоты).
3. При небольших расстояниях (для точечных источников — не более 3 м)
искажение фронта волиы у головы не может уже считаться пренебрежимо ма­
лым по сравнению с размерами головы. В этом случае линейные искажения
сигналов, вызванные влиянием головы и ушиых раковин, изменяются с изме­
нением расстояния до источника звука (см. рис. 53). Таким образом, н прн
небольших расстояниях до источника звука с изменением этого расстояния ме­
няется не только уровень звукового давления, но и форма спектра ушных сиг­
налов. Правда, здесь это изменение носит ниой характер, чем прн больших
расстояниях.
4. Четвертый случай касается звукопередачи с помощью головных теле­
фонов, когда полпостью исключено нормальное фильтрующее действие ушных
раковни. Головные телефоны находятся иа ушных раковинах непосредственно
у входов в слуховые каналы. В такой системе звукопередачи ушные сигналы
подвергаются специфическим линейным искажениям, тесно связанным с часто
на блюда ющейся в этих условпях локализацией «внутри головы».
В дальнейших рассуждениях будем исходить из условий, что источник зву­
ка а меднапной плоскости находится па таком расстоянии от эксперта, что до­
стигающие его звуковые волны можно рассматривать как плоские- Если изме­
нить расстояние между источником звука и экспертом, то звуковое давление
рэФФ ушных сигналов изменится обратно пропорционально расстоянию. Если
при начальном расстоянии г0 звуковое давление равно ро 8фф, то
пли в уровнях относительно 20 ыкП
L (г) = 20 log (р0эфф/2О мк Па) — 20 log (г/г0) .
(39)
Из формул видно, что для определения расстояния до источника звука по
уровню ушных сигналов необходимо удовлетворить два требования. Во-пер­
вых, должна быть постоянной во времени и сохраняться неизменной при нзме1 Здесь под уровнем звукового давления понимается эффективное значе­
ние уровня, рассчитанное по средмеквадратнческому значению сигнала, изме­
ренному в широкой полосе.
84
пенни расстояния средняя излучаемая мощность источника. Во-вторых, должен
быть известен уровень звукового давления при данном исходном расстоянии от
источника. Эти условия удовлетворяются ие всегда. Еслн в качестве источника
звука служит громкоговоритель, то, изменяя подаваемое иа пето напряжение,
можно изменять звуковой сигнал так, чтобы прн постояпном расстоянии до
громкоговорителя менялся уровень бинауральных сигналов или чтобы при из­
менении расстояния уровень звукового давления у голоны оставался низм ен­
ным. Однако ни в том, ин в другом случае соотношения между уровнем зву­
кового давления н расстоянием до источника пе будут описываться приведен­
ными уравнениями. Следует также иметь в виду, что положепнып в основу
Рнс. 73. Кривые равной громкости чистых тонов в случае при­
хода звука спереди (стандарт ДНН-45630, 1966). Слуховой порог
показан пунктирной линией.
этих уравнении закон 1/г справедлив лишь для случая распространення сфе­
рических воли в свободном звуковом поле. Это условие часто не удовлетворя­
ется прн оценке пространственного слуха в обычных условиях.
Исходя нз этих чисто фкзическнх соображений, можно ожидать, что рас­
стояние до слухового объекта, определяемое слухом, в результате оценки уров­
ней сигналов может значительно отличаться от расстояния до источника зву­
ка, в особенности в тех случаях, когда звуковой сигнал эксперту малознаком
нлн когда необычны условия распространения звуковых волн.
Прежде чем приступить к рассмотрению результатов измерений зависимо­
стей между уровнем ушных сигналов и расстоянием до слухового объекта, не­
обходимо указать еще на одно затруднение. Дело в том, что уровень звукового
давления ушных сигналов связан не только с расстоянием до слухового объек­
та, но и с громкостью и тембром сигналов. При увеличении уровня звукового
давления громкость звука возрастет, но при этом более тусклым становится
тембр. Последнее обстоятельство можно проследить по «кривым равной гром­
кости» (рис. 73). По ним видно, что в случае широкополосного сигнала низко­
частотные составляющие с возрастанием уровня оказываются громче высоко-
85
1
частотных. Таким образом, есян источник широкополосного сигнала прибли­
жается к эксперту, то расстояние до слухового объекта сокращается, но одно­
временно возрастает громкость звука и тускнеет тембр. На это явление ука­
зывал еще Мах в 1865 г.
Здесь мы оказываемся перед той же трудностью, что и прн анализе на­
правленных свойств слуха в медианной плоскости: эксперты в ходе слухового
эксперимента реагируют на изменения различных параметров зоука. Поэтому
даваемые экспертами оценки оказываются зависимыми от характера постав­
ленной перед ними задачи.
Рнс 74. Типичная кривая зависимости расстояния до слуховою объекта от
уровня звукового давления в месте расположения слушатели (речевые сиг­
налы, заглушенная камера). Включались только два громкоговорителя: на
расстоянии от экперта 3 м (показаны кружочками) и 9 м (треугольниками).
Следует различать два вида постановки попросив перед экспертами:
1. Вопрос о расстоянии до слухового объекта. С точки зрения простран­
ственных свойств слуха он и представляет основной интерес
2. Вопрос о расстоянии до источника звука. Здесь эксперт, помимо рас­
стояния до слухового объекта, в качестве критериев идентификации может ис­
пользовать громкость и тембр звука. Поэтому достоверно измерить локализа­
цию в употребляемом нами смысле слова прн такой постановке вопроса непозможно. К сожалению, в большинстве имеющихся работ вопрос ставится
именно таким обраюм.
Поскольку при изменении расстояния меняются громкость и тембр слухо­
вого объекта, то во многих работах предпринята поиытка оценивать для объ­
яснения свойств слуха взаимосвязь между громкостью и расстоянием или меж­
ду тембром и расстоянием (Томсон, 1882; Бекеши, 1938; Колеыан, 1963; Морман. 1939; Варрен, 1963; Мах, 1865; Клемм, 1913). По этому поводу следует
заметить, что расстояние, i ром кость н тембр зоука — все совокупные признаки
слухового объекта. Их взаимозависимости, конечно, можно измерить, но они
ничего не снижут об интересующих нас взаимосвязях между удаленностью
слсхового объекта и признаками источника зпука. Громкость и тембр в луч­
шем случае могут служить лишь вспомогательными параметрами для описания
взаимосвязи между уровнем ушных сигналов н расстоянием слухового объек­
та, если известна их зависимость только от уровня ушных сшналов. По здесь
сэтсдует дополнительно учитывать, что громкость н тембр зависят не только
от уровня, но и от спектра ушныл сигналов.
*6
После этих предварительных замечаний можно перейти к анализу резуль­
татов измерений и прежде всего к результатам^ характеризующим зависимость
между уровнем ушиык сигналов и расстоянием до слухового объекта. То, что
такая зависимость действительно существует, а именно то, что расстояние до
слухового объекта с возрастанием уровня уменьшается, часто утверждается,
и приводятся экспериментальные данные (Штейнхаузер, 1879; Лацумото, 1897;
Гамбле, 1909; Старч и ГревфорД. 1909; Тримбл, 1934; Штейнберг и Сноу, 1934,
Бекеши, 1949; Стивенс и Гняро, 1962; Гарднер, 1969; Хауштейп, 1969; Лаве,
1972 и др ). На рнс. 74 приведены результаты, полученные Гарднером в 1969 г.
Показана зависимость расстояния до слухового объекта от уровни сигнала
в месте расположения эксперта для двух направлений до источника звука.
Видно, что на расстояние до слухового объекта не влниет расстояние до нсточ-
Рис. 75. Зависимость расстояния
до слухового объекта от рас­
стояния до источника звука
(дпктор) (5 экспертов, иа гла­
зах экспертов повязки) Усред­
нено по показаниям пяти эк­
спертов.
ника звука. Оно зависит только от уровня сигнала в месте слушания. Ощуще­
ние удвоеиин расстояния до слухового объекта наступает лишь при уменьшении
уровня более чем на 20 дБ, а ие на б дБ, как ожидалось. Этот результат сов­
падает с результатами Бекеши (1949) и Лавса (1972).
Отсюда следует, что когда уровень звукового давления ушных сигналов
представляет собой единственный признак сигнала, оцениваемый слухом при
формировании ощущения удаленности, то расстояпие до слухового объекта
увеличивается медленнее, чем расстояние до источника звука. Эту тенденцию
можно наблюдать н по результатам измерений других авторов (Бекеши, 1949;
Кохран и др., 1968; Хауштейн, 1969).
На рис. 75 приведена кривая локализации по глубине для речи в заглу­
шенной камере. По кривой четко видно, что расстояние до слухового объекта
отстает от расстояния до источника звука при увеличении последнего. На
основании этой кривой Бекеши (1949) высказал предположение отом, что слу­
ховое пространство имеет определенный предел, т. е. что слуховой объект не
может удаляться сколь угодно далеко («акустпческнн горизонт»).
К вопросу локализации по глубине в случае речи относится также кривая
на рис. 26, рассмотренная в гл. 2.1. Она характеризует взаимосвязь между рас­
стоянием до пухового объекта и расстоянием до источника различных рече­
вых сигналов (речь, крик, шепот) в заглушенной камере. На глазах экспертов
была повязка. В этом случае тенденция отставания расстояния до слухового
объекта от расстояния до источника проявляется только на шепоте. Однако
этн кривые свидетельствуют о существовании другой весьма интересной взаи­
мозависимости. Несмотря на то, что при одном и том же расстоянии источника
уровень ушного сигнала прн крикс выше, чем при нормальной речи, расстояние
до первого слухового объекта оказывается бояьшнм, чем до второго. При ше­
поте эта зависимость носит обратный характер. Значит, ощущение положения
слухового объекта определяется не только уровнем звукового давления ушных
сигналов, но зависит и от характера сигнала.
Многие авторы подчеркивают, что эффекты восприятия слухом расстояний
особенно легко удается наблюдать тогда, когда экспертам знакомы нредлагае-
87
мые в экспериментах сигналы. Правда, при этом неясно, имеется ли в виду
полное совпадение расстояния до слухового объекта и расстояния до источни­
ка нлн то, что эксперты хорошо могут оценивать расстояние до источника
звука. Последние работы в этой области (Колеыан, 1962; Хауштейн, 1962)
подчеркивают, пожалуй, второе предположение, так как в обоих видах экспе­
риментов ставилась задача идентифицировать расстояние до источника звука,
а не до слухового объекта. Правда, может быть н так, что место слухового
8
м 10
8
м 10
Рнс. 76. Взаимосвязь между кажущимися и действительными расстояниями
до источника звука. Усреднено по показаниям 20 экспертов для случая чис­
тых тонов и щелчков прн различных условиях эксперимента (затемненная за­
глушенная камера, положение головы зафиксировало),
объекта эксперты использовали как критерии оценки его дистанции. Однако
нельзя утверждать, что этот критерий единственный.
В исследовании Колсмана ( 1962) 20 экспертам предлагался широкополос­
ный шум постоянной мощности, который излучался одним нз I4 громкогово­
рителей, установленных иа открытой (заснеженной) местности на расстояниях
3—8 м. Разница кажущихся и действительных расстояний до источника зна­
чительно сокращалась от первого до одиннадцатого прослушивании. На рис. 76
приведены результаты экспериментов Хауштейна (I969) В левой части по­
казаны кривые, характеризующие зависимость между действительным и ка­
жущимся расстояниями до источника звука; эти эксперименты проводились на
чистых тонах с частотой I50 Гц. Измерительный сигнал непрерывно излучался
громкоговорителями, установленными на разных расстояниях от экспертов, ко­
торые должны были оценивать эти расстояния.
В одном случае напряжение на громкоговорителе было таким, чтобы уро­
вень звукового давления в месте расположения эксперта на расстоянии I ы
от громкоговорителя был 58 дБА. Прн изменении расстояния между экспер­
том н громкоговорителем напряжение иа громкоговорителе сохранялось неиз­
менным. Б другом— напряженно при изменении положении громкоговорителя
регулировалось так, чтобы уровень звукового давления в месте расположения
эксперта сохранился неизменным. Эксперименты проподились в затемненвой
заглушенной камере. Результаты показали, что эксперты способны очень точ­
но оценивать расстояние до источника звука. Решающим признаком, по кото­
рому оценивалось расстояние, оказался уровень звукового давления в месте
расположения эксперта: прн неизменном уровне звукового давления кажущееся
расстояние не зависит от действительного. Неясно, правда, воспринимали ли
88
эксперты остро локализованный слуховой объект на удалении источника, или
ои был диффузным н удаление источника оценивалось по громкости звука.
В правой части рис. 76 приведены результаты аналогичных эксперимент ив,
в которых использовались щелчки, т. е. широкополосные сигналы. Условия
экспериментов были следующими: кривая а — напряжение иа громкоговори­
теле было неизменным и соответствовало уровню звукового давления 70 дБЛ
на расстоянии 4 и; сигнал эксперту незнаком; кривая б — уровень звукового
давления в месте расположения эксперта независимо от удаления источника
составлял 70 дБА, сигнал эксперту знаком: кривая в — уровень звукового давленкя в месте расположения эксперта поддерживался постоянным и равным
65 дБА, звук эксперту незнаком.
Так же, как в эксперименте с непрерывным топом (150 Гц), кривые сви­
детельствуют о хорошем совпаденнп кажущегося и действительного расстоянии
до источника. (О причинах неполного совпадения можно судить по кривой,
изображенной иа рнс. 27.) Кривая б ие вполне соответствует ожиданиям. Еслн
руководствоваться прежними представления ми, то можно было бы предпо­
ложить, что прн расстояниях больше 3 м никакой взаимосвязи между кажу­
щимися и действительными удалениями источника быть не должно.
Обиаружеипое противоречие следует, по-вндимому, объяснить двумя осо
бел иостями экспериментов Хауштсйна: во-первых, помещение было бы не иде­
ально заглушенным, и, во-вторых, использовавшийся громкоговоритель не
обеспечивал строго сферическую волну и на расстояниях более 3 м.
Кривая в характеризует взаимосвязь между кажущимся и действитель­
ным расстоянием до источника звука в случае, когда эксперту нтмерительным
сшнал заранее не предъявлялся. Видно, что при расстоянии более 4 м взаи­
мозависимость полностью отсутствует
П. наконец, последняя работа, посвященная свойству
— исследова­
ние размывания локализации (при среднем расстоянии д о источника), прове­
денное Эдвардсом в 1955 г. Правда, из самой работы неясно, в каком поме­
щении проводились эксперименты. По-вндимому, камера не была заглушена.
Источник звука располагался сзади эксперта (<р=180“, 6 = 0 °). Оценивалось
минимальное смещение источника звука АгНм . вызывавшее минимально за ­
метное смещение слухового объекта *. Д ля звуков метронома отношение
&Гмжп!г при расстояниях до источника от 3 до 5 м составляло около 25%
(31 эксперт). Для звука часового механизма это отношение при увеличении
расстояния до источника от 1 до 8 м уменьшалось соответственно от 55 до
22% (50 экспертов).
Рассмотрим случай больших расстояний до источника. Как уже упомина­
лось выше, при больших расстояниях наряду с независимым от частоты умень­
шением уровня звукового давления по закону I/г становится заметным частотно-зависимое уменьшение уровня, обусловленное поглощением звука в воз­
духе на пути от источника до эксперта. Это затухание зависит также от влаж­
ности воздуха н скорости ветра (обусловлено турбулентным движением воз­
духа). Характерные зависимости затухания звука на открытом пространстве
показаны на рис. 77. Более подробные сведения приведены п работах Колемана (1969) и Ашофа (1963). В последней работе имеются выводы об ожидае­
мом затухании зиука в лесной местности. Имеющиеся данные позволяют сде­
лать вывод о том. что влияние поглощения звука воздухом па спектр ушных
сигналов в области выше 10 кГц может стать заметным на слух начиная с
расстояния 15 м.
В качестве примера Ашоф указывал иа глухие звуки грома далекой гро­
зы. Колем а и проводил эксперименты, используя громкоговоритель, пзлучапшнй
на разных расстояниях от эксперта короткие щелчки. С помощью фпльтра
пижпих частот спектр сигналов ограничивался частотами 7.7 н 10.6 кГц. Вег
всех случаях сигнал на входе фильтра был одинаковым. В результате было
установлено, что при ограничении спектра частотой 7,7 кГц определяемые экс* Прн таком подходе определяют фактически порог локализации по глу­
бине, а не размыпапие локализации. — Прим ред.
89
портами расстояния оказываются значительно бблыпими, чем при ограничении
частотой 10,6 кГц. Однако из-за изменения верхней граничной частоты изме­
нялись не только форма спектра, ио н общий уровень звукового давлении
ушных сигналов, т- е. «спектральпый» эффект исследовался не изолированно.
Не вызывает, очевидно, никакого сомпения тот факт, что эксперты в со­
стоянии ассоциировать глухие звуки грома с представлением о далекой грозе
Однако до енх пор экспериментально не проверено, далеким ли представляет­
ся гром как слуховой объект. Кроме того, до настоящего времени эксперимен­
тально не подтверждено мнение о том, что при формировании ощущения рас­
стояния слух оценивает частотно-за в йен мое затухание звука в воздухе. В этой
Рис. 77. Частотные характеристики
поглощения звука на открытом воз­
духе (с поправками ло Ипгарду,
I953). Учтено затухание, обусловлен­
ное дивергенцией сферических волн
(закон 1/г), влажпость воздуха 40%.
0,25 0,5
1
1 — ветрен ая
погода; 3 — ш тиль.
связи вспомним еще раз утверждение Бекеши (1949) о том, что протяжен­
ность слухового пространства в отличие от пространства источников звука
ограниченна
Рассмотрим теперь локализацию по глубние при иеболъшпх расстояниях
до источника звука (точечный источник, расстояние меньше 3 м). Прн таких
расстояниях линейные искажения звуковых сигналов у головы слушателя уже
независимы от расстояния до источника. Это связано с тем, что звуковые вол­
ны, достигшие слушателя, не могут рассматриваться как плоские. Д ля одного
случая результаты экспериментов приведены на рнс. 53, где показаны разно­
сти уровней и временных задержек звукового давления ушиых сигналов прн
использовании в качестве источника звука специального громкоговорителя
(Изофон ХЭВ 12/8), установленного па расстояниях 25 см и 3 м от эксперта.
До частоты примерно 600 Гц измеренная разность уровней составляет 20 дБ,
что соответствует закону 1/г. С увеличением частоты начинает сказываться
дополнительное затухание, частотный ход которого напоминает характери­
стику гребенчатого фильтра. Расчетная разность группового времени задержки,
вызванная тсьтько различиями расстояния, составляет примерно 8 мс. Изме­
ренные разности группового времени задержки в функции частоты отличались
от указанных на ± 0 ,5 мс.
Зависимость фупкцнн передачи наружного уха от расстояния до источни­
ка звука использовалась еще Бекеши (1939) для объяснения локализации по
глубине в ближнем поле сферических излучателей нулевого порядка. Он исхо­
дил из того, что полное акустическое сопротивление барабанной перепонки иа
средних частотах (выше I кГц) равно волновому сопротивлению воздуха н что
в этой области частот ухо можно считать «приемпнком колебательной ско­
рости». Если рассматривать измепенне колебательно!*! скорости в звуковом
поле сферического излучателя нулевого порядка (см. волновые уравнения сфе­
рического излучателя в § 1.3 2), то можно вядеть. что оно содержит состав­
ляющую, ие зависящую от частоты и преобладающую в ближнем поле (г <
<Х /6), и составляющую с коэффициентом 1/X —/, преобладающую в дальнем
поле ( г > V 6 ). Таким образом, в случае источника, излучающего широкополос­
ный сигнал, в спектре колебательной скорости ближнего поля будут присут­
ствовать низкочастотные составляющие, пропорциональные длине волны
1//.
Согласно представлениям Бекеши они и используются слухом прн оценке рас­
стояния до слухового объекта.
90
Против гипотезы Бекеши имеется следующее соображение. Приемник, воэбчждасмий только с одной стороны, независимо от сопротивления мембраны
всегда я в л я е т с я приемником давления, а не приемником колебательной скоро­
сти (см. § 2.2.1). В этой связи ухо скорее можно сравнить с акустическим зон­
дом. С другой стороны, следует помнить, что на частотах выше 1 кГц ближнее
поле сферического излучателя начинается лишь па расстоянии менее 5 см от
центра пульсирующей сферы. Еслн поместить эксперта так, чтобы вход слу­
хового канала находился близко от издучатаяя, то приемник звука, очевидно,
будет оказывать обратное влияние па акустическое поле. Однако с позиций
гипотезы Бекеши это обратное действие (т. е. относительный подъем нижних
6
Рис
76
Рнс. 79
Рнс. 78. Расстояние до слухового объекта н зависимости от громкостп бело­
го шума (эксперты с сигналом предварительно не ознакомлены). Эксперимен­
ты проводились при двух положениях громкоговорителя (срсднпе значения я
средисквадратичсские отклонения по показаниям 27 экспертов, затемненная
заглушенная камера, положение головы зафиксировано).
Рис. 79. Зависимость между кажущимся н действительным расстоянием до
источника звука (усреднено по показаниям 20 экспертов для случая щелчков
а разных условиях экспериментов, затемненная заглушецная камера, поло­
жение головы зафиксировано).
/ — сигналы известны ; 2 — напряж ен ие на гром коговоритезе постоянно: 3 — постоянный
уровень звукового давлен и я сигнала у готовы .
частот ушных сигналов) до пастоящсго временя экспериментально не под­
тверждено '.
Бекеши для подтверждения своего предположения приводит следующее
наблюдение. Если источник звука, излучающий широкополосный сигнал, при­
ближать к эксперту, то тембр воспринимаемого звука тускнеет. Это явление
описано многими авторами (например, Блок, 1893: Хорнбостель, 1923; Лшоф,
1963; Хауштейи, 1969). Значительный подъем низкочастотных составляющих
сигнала при приближении источника не может служить объяснением этого яв­
ления, поскольку, как это следует нз кривых равной громкости, повышение
уровня сигналов, достигших уха, вызывает изменение тембра и без одновре­
менного изменения формы спектра. Так как повышение уровня ушных сигна­
лов пропорционально относительному изменению расстояния до источника, то
прн его уменьшении одинаковые абсолютные изменения расстояния сказыва­
ются сильнее и, следовательно, оказывают большее влияние на изменение темб­
1 Об пмитацни ближнего поля сферического излучателя в дальнем поле
двух громкоговорителей и о влиянии его на локализацию по глубине имеются
указания в работе Лавса (1971).
91
ра Таким образом, возникает вопрос о том, использует ли с,71'х вообще для
оценки расстояния до слуховых объектов в случае близких источников те при­
знаки сигналов, которые сказываются на зависимость функции передачи на­
ружного уха от расстояния до источника сигнала. Указания на зтот счет мож­
но почерпнуть из работы Лавса (1972).
На рнс. 78 приведена зависимость расстояния до слухового объекта от
громкости для двух положений громкоговорителя. (Значения громкости были
определены в слуховом эксперименте.) Видно, что прн постоянной громкости
слуховой объект, соответствующий громкоговорителю, удаленному иа 25 см,
ощущается ближе (пунктирная линия), чем для громкоговорителя, установлен­
ного на расстоянии 3 м (сплошная линия). Правда, различия в удаленности
слуховых объектов оказываются намного меньше различий в расстояниях до
громкоговорителей. Если учесть, что каждому удвоению громкости соответст­
вует повышение уровня ушных сигналов примерно на 10 дБ, то можно ска­
зать, что изменения спектра сигналов, вызываемые приближением громкого­
ворителя, по своему влиянию на оцениваемое расстояние до слухового объекта
равнозначны повышению уровня менее чем на 10 дБ. Таким образом, прн рас­
стоянии до громкоговорителя, равном 25 см, не обнаруживается сколько-ни­
будь значительного влияния изменения формы спектра на оценку расстояния
до слухового объекта. В этих исследованиях использовался тот ж е громкого­
воритель, что и в экспериментах, описанных на ряс. 53.
Л аве (1972) в своих экспериментах ставил экспертам вопрос об удален­
ности слуховых объектов. Интересно сравнить полученные им результаты с ре­
зультатами субъективной оценки удаления источника звука. Данные Хауштейна (1969) для сравнения неудобны, так как они получены в эксперимен­
тах с сигналами, знакомыми для экспертов (рнс. 79). Кроме того, в его экспе­
рименте контролировались не громкость, а уровень звукового давлении. И всетаки результаты лауштейна показывают, что при постоянном уровне звуково­
го давления около головы эксперты достаточно точно определяют расстояние
до источника звука. Каккс признаки ушных сигналов прн этом играют решаю­
щую роль, неясна
Среди других авторов, занимавшихся исследованиями локализации по глу­
бине пря расстояниях до источника звука меиее 3 м, следует упомянуть Крича
(1890); Блоха (1893); Икенбсррн и Шутта (1898); Пирса (1901); Арпса и
Клемма (1913); Вернера (1922). Правда, все они проводили эксперименты не
в специально подготовленных помещениях. Кроме того, из этпх работ ие ясно,
что оценниалн эксперты: удаленность слуховых объектов или расстояния до
источника звука; нет сведений н о том, сообщалось лн экспертам расстояние
до некоторой отсчетноЙ точки.
В перечисленных работах исследуются в основном два следующих вопроса:
1. Насколько точны пространственные свойства слуха прн небольших рас­
стояниях до источника звука?
2. Имеют лн значение при таких расстояниях другие признаки ушных сиг­
налов кроме уровня звукового давленпя (в частности — форма спектра)?
По первому вопросу, который в сущности является вопросом размывания
локализация, интересны результаты, полученные Пирсом. Он установил, что
прн расстояниях до источника от 50 до 150 см относительное размывание ло­
кализации А/мин/г для разных сигналов, таких, как щелчки, звонки (электри­
ческий звонок), звуки органа, лежнт в пределах от 0,13 до 0,15. Эти данные
Довольно хорошо совпадают с результатами исследований Арпса н Клемма,
которые использовали тональные импульсы с частотой 383 Гц. В то же время
по результатам Вернера, использовавшего в качестве измерительного сигнала
звуки ударов молотка, размывание локализации А/мм /г прн тех же расстоя­
ниях до источника оказалось почти вдвое больше.
О значении изменений формы спектра ушиых сигналов говорят, например,
наблюдения Криса. С помощью головного телефона он создавал щелчки иа
расстояниях 35 н 75 см и в широких пределах варьировал мощность звука.
Эксперты, несмотря на то, что уровень звука изменялся случайным образом,
всегда четко различали ближнее и дальнее положение источника. Такой же
результат дали эксперименты, в которых измерительным сигналом служил
92
звук o r ударов двух деревянных брусков. Результаты наблюдений Блоха, ко­
торые он проводил, используя звуки ксилофонов, совпадают с приведенными,
еслн меняется лишь интенсивность, а не характер шума. Когда в эксперимен­
тах дополнительно изменялась форма спектра (деревянная или металлическая
плита), то показания экспертов сразу становились противоположными, особен­
но иа расстояниях больше 35 см.
В заключение укажем, что Шутт в экспериментах с узкополосными сигна­
лами (форма спектра которых ие может изменяться) обнаружил большее, чем
для широкополосных шумов, размывание локализации А/мин- Заканчивая рас­
смотрение вопроса о локалнзацнн по глубине при небольших расстояниях до
Рис. 80. Устройство для создания
эффекта локализации «внутри го­
ловы» (слуховые трубки могут
подключаться к одной общей труб­
ке через T-образиыП элемент, иаушпики — параллельно к одному
мнкрофопу).
источника звука, можно утверждать, что, кроме уровня, слух оценивает и ис­
кажения формы спектра ушных сигналов, которые зависят егт расстояния до
источника. Однако, начиная с расстояния более 25 см, влияние спектральных
признаков оказывается незначительным. Не выяснено пока, какие специфиче­
ские спектральные признаки прн этом оцениваются слухом
Остановимся теперь на специальном случае локализации «внутри головы».
Под локализацией «внутри головы» понимают ощущение слухового объекта
в самой голове. О том, что такое ощущение существует, известно всем. Прн
этом, как правило, имеются в виду звуки «собственного голоса», в особенности
слуховые ощущения, вызываемые голосом при сомкнутых губах и еще боль­
ш е — при закрытых ушах. Особый интерес вызывает эффект локализации «вну­
три головы» потому, что он может возникнуть и в случае, когда источник звуиа находится вне головы. Как указывали еще Пуркайн (1859), Томсон (1877,
1978) и Урбанчнч (1881), слуховой объект внутри головы возникает всегда в
случае, когда в оба уха с помощью трубок подаются одинаковые или по край­
ней мере схожие сигналы. Вместо трубок можно применять головные телефо­
н ы — наушники (Томсон). Если изменить полярность сигнала иа одном нз на­
ушников, то слуховой объект «внутри головы» смещается, как правило, назад
(рис. 80).
В 1890 г. Шефер (вопреки существовавшим представлениям) на основе
серии экспериментов установил, что «чем ближе воспринимается каждый из
источников звука в отдельности, тем блнже к голове в медианной плоскости
локализуется и акустическая картина прн совместном звучании источников.
То же самое происходит и в черепной коробке, если каждый из источников в
отдельности воспринимается локализованным непосредственно в правом или
левом ухе».
В наше время эффект локализации «внутри головы» вновь стал предме­
том исследований, особенно в связи с разработкой «головной» стереофонии
(при записи сигналы поступают от искусственной головы, прн воспроизведе­
нии — подаются на головные телефоны). В последнее время высказан ряд мне­
ний о причинах возникновения эффекта локализации «внутри головы» в слу­
чае использования головных телефонов: Кнтц (1953) пытался объяснить этот
эффект влиянием собственных резонансов микрофонов и головных телефонов;
Ораиссен (1950) объяснял «леремодуляцией» (перегрузкой) нервной системы,
ширмер (1966) обобщил ряд других гипотез: неизменность ушных сигналов
при поворотах головы (см. § 2.5.1); нагрузка барабанпой перспоикн на со­
противление, отличающееся от сопротивления свободного звукового поля; ста­
тическое давление головных телефонов (наушников) на голову; отсутствие
звуковой волаы, воздействующей иа все тело слушателя. Сам Ширмер окон­
чательно не прннил ни одно из этих предположений, которые в общем сводят-
93
ся к тому, что локализацию «внутри головы» следует объяснять различиями
двух каналов звукопередачи. Сонэ и др. (1968) высказали предпоюжение. что
причина эффекта в неестественности соотношения составляющих звука, прн. ннмаемых по воздуху и каналу костной проводимости (см. § 2.5.2).
В 1968 г. Райхардт н Хауштсйн опубликовали работу, в которой подроб­
но рассмотрена проблема локализации «внутри головы» при использовании
головных телефонов. В ней еще раз изложена гипотеза Шнрмера о том. что
этот эффект вызывается различиями каналов передачи звука к левому и пра­
вому уху. Для подтверждения згой тшютеш они проводили эксперименты
с двумя слуховыми трубками одинаковой длины и высококачественной \ста
новкой звукопередачи с электростатическими головными телефонами, которые
позволили свести бинауральпые различия каналов к уровню, лежащему ниже
порога восприятия. В обоих случаях эффект сохранялся. Авторы указали па
елтчаи, когда он не возникал, несмотря иа различия ушных сигналов (таковы,
собственно, обычные условии восприятия пространственных звуков). Райхардт
п Хауштсйн предположили далее, что эффект локализации «внутри го.-юпы»
может быть вызван исключением или изменением функций ушных раковин, так
как и в экспериментах со слуховыми трубками, и при использованиях голов­
ных телефонов отсутствуют обычные линейные искажения сигналов, обуслов­
ленные влиянием ушных раковнн.
Эффект локализации «внутри головы» может быть создан н в заглушен­
ной камере прн использовании громкоговорителя, сети умело прикрыть рука­
ми ушные раковины. Авторы приводят также некоторые результаты, которые
ие подтверждают эти предположения в той мере, в какой они ожидали
Свои основные выводы Райхардт и Хауштейн сделали нз наблюденияо том, что эффект локализации «внутри головы» проявляется в случае когда
два установленных недалеко от ушей громкоговорителя излучают одинаковые
нлн очень схожие сигналы. Авторы указывают, что для получения эффекта
необходимо удовлетворить двум требованиям:
1) оба ушиых сигнала должны быть настолько схожими (когерентными),
чтобы созданный ими слуховой объект казался единым;
2) каждый из двух источников звука должен находиться недалеко от уха
иди «слышаться» недалеко.
Практически это новая редакция предположения Шефера (1890).
Если сформулировать второе условие в более общем виде, то оно означа­
ет, что каждый из ушных сигналов должен обладать такими свойствами, что
бы вызываемый нм слуховой объект помещался в непосредственной близости
от головы. При такой постановке вопроса рассмотрение проблемы может быть
сведено к анализу самих ушных сигналов вне зависимости от рода источников
звуков и их расположения в пространстве.
Экспериментальное подтверждение справедливости предположения о том,
что признаки, оцениваемые слухом при формировании ощущения источника
звука внутри головы, кроются главным образом в ушных сигналах, дал Л аве
(1972). Пнже па рис, 81 приведены результаты его экспериментов.
Эксперименты проводились следующим образом. Сначала с помощью аку­
стического зонда иа 12 экспертах в заглушенной камере измерялись частотные
характеристики уровня н времени задержки ушных сигналов, создававшихся
громкоговорителем, установленным на расстоянии 3 м. а затем — головными
телефонами. Напряжение на громкоговорителе и головных телефонах поддер­
живалось постоянным. Затем были построены разностные характеристики уш­
ных сигналов при озвучивании двумя способами и собрано устройство, доста­
точно точно имитировавшее разностные кривые. Если такое устройство вклю­
чить до головного телефона, то можно подучить ушные сигналы, точно воспро­
изводящие сигналы, получаемые от громкогопорнтйдя. Так, с помощью науш­
ника и электрического корректора имитировался громкоговоритель
На рис. 82 приведены результаты экспериментов, проведенных с помошы»
такого корректора. Измерялась локализация слухового объекта по глубине п
функции громкости для белого шума. Перед экспериментами сигналы экспер­
там не предъявлялись Без корректирующего устройства (пунктирная линия)
в цепи одного телефона (ДТ48) слуховой объект при любой* громкости сигна94
л а ощущался «внутри головы». Когда же в цепь телефонов включался коррек­
тор (сплошная л и н и я ) , слуховой объект ощущался в медианной плоскости вне
головы, хотя и приближался при увеличении громкости. Еслн сравнить этн
результаты с кривыми на рнс. 78, то можно видеть, что при имитации гром­
коговорителя расстояния до слухового объекта в среднем оказываются мень­
шими, чем до громкоговорителя. Вероятно, это можно объяснить тем, что кор15
AL
АБ
ч
5
\
О
-5
\
t
i
\
\\
Л I
1 V
Чу
дБ
ш
Т"
1
\ч
1
*и
\1
1/ \ /
‘------ ,
\ | /
VГ1 ^
Г
1
/
с------
J
1
1
7
4
-15
11
sJA
1
*
■ ■
1 1
*5,5 мс
, М -J-л
■
0,5
\
И Т 1
0,1 0 J
*
05
'
2
7
*)
5
10 1S
«Щ
0,1 0,2 0,5
1
О
Рис. 81. Электроакустические частотные характеристики разностей уровней
звукового давления н групповых задержек на входе слуховых каналов (а).
Усреднено по 12 экспертам прн постоянном напряжении на источнике звука
(2 В). Сплошпые линии — громкоговоритель «Изофон KSB 12/8* ((р=0°
6 = 0 °); пунктирные линии — головные телефоны «Бейер DT-48*. Сопоставле­
ние частотных характеристик разности уровней н временпых задержек ушных
сигналов при использовании громкоговорителей и головных телефопов (б;.
Сплошпые линии — результаты измерений на 12 экспертах, пунктнрпые — на
электрическом эквиваленте. Все иэыерепня проводились в заглушеипой каме­
ре. Числа у кривых указывают, насколько нужно сдвнпуть данные кривые
для того, чтобы они совпали с измеренными.
ректирующая цепь имитирует не индивидуальные разностные характеристики,
а усредненные по показаниям 12 экспертов.
Из экспериментов Лавса следует, что в случае, когда ушные сигналы ока­
зываются такими же, как в условиях свободного звукового поля, эффект ло­
кализации «внутри головы» ие проявляется независимо от вида источника зву­
ка. Значит, появление или исчезновение эффекта определяется только самими
ушными сигналами. (Другие факторы могут только усиливать эффект,
см. гл. 2.5.) Этот вывод подтверждается тем, что в некоторых современных
системах стереофонии, в которых используют искусственную голову с микро­
фонами, точно имитирующими уши, эффект локализации «внутри головы» при
использовании головных телефонов обычно не наблюдастси *. Если ж е иа нс1 Автор убедился в этом иа электроакустических системах стереофонии в
Западном Берлине (Кюрер, Плеиже и Вклькеис. 1069; Вилькенс, 1971, 1972) и
Геттингене (Дамаске и Вагенер, 1969; Дамаске, 1971; Мнллерт, 1972).
95
кусственную голову надеть наушники, то у слушателя сразу же возникает этот
эффект. Эффект локализации «внутри голоии» возникает не только при ис­
пользовании слуховых трубок или головных телефонов. Известны и другие си­
стемы прослушивания, при которых он также наблюдается.
Исследованию этого явления посвящены работы Шнрмера, 1966; Крумбахера, 1969; Тула, 1970; Плен же. 1971, 1972. Системы источников звука, при
использовании которых часто или почти всегда проявляется эффект локализа­
ции «внутри головы», — это, например, большое число громкоговорителей, раз­
мещенных симметрично относительно медианной плоскости и излучающих оди­
J.
1
2
k Сан В
глушенная камера.
наковые сигналы, или два прогнвофазно включенных громкоговорители.
Решающую роль в возникновении эффекта играют ушные сигналы. Соответ­
ствующих исследований ушных сигналов в таких системах пока ие проводи­
лось. Явлении, возникающие в случае двух противофазных сигналов, рассмо­
трены также в § 3.1.1.
Мы установили влияние спектра ушных сигналов на эффект локализации
«внутри головы». Интересен вопрос, возникает лн это ивленне и прн узкопо­
лосных сигналах. Наблюдения показывают, что оно появляется при достаточ­
но высоком уровне звукового давления ушных сигналов. Впрочем, по этому
поводу есть н другие данные (например, Блауэрт, 1969); Лаве (1972) указы­
вает, что импульсы Гаусса локализуются по глубине очень неточно п давае­
мые в слуховых экспериментах оценки в значительной степени зависят от пред­
ставлений, связанных у экспертов со слуховым объектом.
Пленже (1971, 1972) установил, что иа шумовых импульсах с шириной
полосы 300 Гц и центральной частотой 400 Гц. которые поочередно прослуши­
ваются через головные телефоны и громкоговорители, показания экспертов о
расстоянии («объект внутри головы» или «громкоговоритель вне головы») з а ­
висят не от способа подачи звука, а от индивидуальных особенностей восприя­
тия эксперта. Локализация по глубине при нечетко выраженных признаках
ушных сигналов существенно зависит от других факторов: предварительного
прослушивания сигнала, ожидания, привычки, характерных ассоциаций.
В своих последних работах Плепже (1970, 1972) высказывает мысль
о том, что в отношении локализуемое™ «внутри головы» предварительное
знакомство со звуковым событием имеет куда большее значение, чем это пред­
полагалось ранее. Для подтверждения этого он провел следующий экспери­
мент. 34 эксперта, имевших опыт в oueirec удаленности слуховых объектов,
находились в звуковом поле Через некоторое время после того, как экспер­
ты вслушались в звуковую картину, в нее с помощью громкоговорителя, уда­
ленного иа 2 м. кратковременно вводились дополнительные сигналы (речь нлн
музыка с реверберацией и без нее). Этот дополнительный слуховой объект
всегда локализовался экспертами либо в «самой голове», либо в непосред­
ственной близости. Отсюда Пленже делает вывод, что эффект локализация
«внутри головы» возникает всегда в тех случаях, когда эксперт ничего (или
почтя ничего) не знает об источнике звука н помещении, в котором воспроиз­
водится звук, т- е. когда слушатель как бы обескуражен слуховым объектом.
96
Ои предполагает также, что необходимая информация об источниках звука
н помещении фиксируется оперативной памятью и при смене акустической
среды стирается, после чего память может фиксировать новую информацию.
2.4. ОЦЕНКА С Л У Х О М РАЗЛИЧНЫХ УШНЫХ СИГНАЛОВ
В гл, 2 3 рассмотрен случай, когда источник звука расположен в медианиой плоскости и. следовательно, когдв ушные сигналы почти одинаковы.
Тогда слуховой объект локализуется в медианной плоскости. Теперь перей­
дем к более общему случаю, предполагая, что источник звука расположен
в пространстве слева или справа от медианной плоскости. В этом случае би­
науральные сигналы уже не одинаковы, а отличаются между собой в зави­
симости от направлении к источнику звука и расстояния до него. Как было
показано в гл. 2.2, отношение частотных характеристик двух ушных сигна­
лов описывается бинауральной функцией передачи
=
(40)
Результаты измерений функции передачи A_(f) для некоторых случаев
приведены на рис. 56, 57.
Считается, что информация, по которой слуховой объект локализуется
в боковых направлениях (слева или справа), выделяется преимущественно
из бинауральных различий ушных сигналов. Есть основание предполагать,
что слух оценивает не все, а лишь определенные хорошо обнаруживаемые раз­
личия, выделяя из них необходимую информацию. Существуют два следую­
щих класса таких различий:
1. различия времени прихода бинауральных сигналов или их составляю­
щих могут быть описаны фазочастотной характеристикой 6(f). Их будем на­
зывать бинауральными временными различиями сигналов.
2. Различия ушных сигналов или их составляющих по среднему уровню
звукового давления характеризуются абсолютной величиной функции пере­
дачи А ((}. Их будем называть вмплнтудНымн различиями или различиями по
уровню.
Для того, чтобы их анализировать раздельно и независимо друг от друга,
необходимо обеспечить всевозможные комбинирования бинауральных сигна­
лов, которых в нормальных условиях не бывает. Например, получить два
сигнала с одинаковым уровнем звукового давления, но сдвинутых одни отно­
сительно другого во времени. В свободном звуковом поле достичь этого не­
возможно. Д ля таких исследований почти всегда применяют головные телефо­
ны. Способ передачи различных бинауральных сигналов с помощью головных
телефонов называется днхогнчсскнм. Выше говорилось о том, что прн слуша­
нии через головные телефоны слуховой объект локализуется «в голове» или в
непосредственной близости от нее. Это обычно имеет место и в слуховых экс­
периментах с дихотнческой подачей сигналов. Поэтому прн проведении экс­
периментов перед экспертами всегда ставится конкретная задача — оцени­
вать боковые смещения слуховых объектов вдоль осн (ушная ось), соединяю­
щей слуховые каналы. Функциональная взаимосвязь между измеренными та­
ким способом боковыми смещениями слухового объекта н признаками би­
науральных сигналов называется латералнэацней (в отличие от локализации,
определение которой дано в гл. 2.1). Првмой взаимосвязи между латералнзацией и локализацией, благодаря ьоторой каждому положению точки иа
ушной оси соответствовало бы определенное направление иа слуховой объ­
ект, не существует (Джеффри н Тейлор, 1961). Из рпс. 83 в яд но, что боковое
смещение слухового объекта прн постоянном направлении зависит от рас­
стояния до источника звука.
Слуховые эксперименты ио латералнэацни позволяют судить о способ­
ности слуха оценивать бинауральные различия сигналов. По результатам этих
экспериментом можно строить гипотезы о процессах формирования ощущения
направлении иа слуховые объекты и использовать их для изучения простран­
ственных свойств слуха в свободном звуковом поле. Имепно поэтому оста­
новимся подробнее на днхотическнх исследованиях.
7— 810
97
Методы измерения боковых смещений слуховых объектов очень схожи
с рассмотренными выше методами измерения локализации. Так, например,
латералнэация оценивается тоже по единой шкале или сравнением с резуль­
татами оценки неподвижного или перемещающегося стандартного слухового
объекта. Измерении размывания литерализации также проводятся метода­
ми, аналогичными локализации, т. е. путем определения таких изменений рас­
сматриваемых признаков бинауральных сигналов, которые вызывают мини­
мально заметные изменения литерализации. В этой связи особо укажем на
часто применяемый метод установления середины (нулевые боковые смеще-
Рис. 83. Зависимость боковых
смещений слухового объекта от
направления и расстояния.
Рнс. 84. Метод нулевого сме­
щения.
ни я), так называемый метод нулевых перемещений, разработанный Кнкучи
в 1977 г. Он состоит в периодическом перекрестном переключении электри­
ческих сигналов иа головных телефонах (рис. 84): сначала сигнал / — теле­
фон 1, сигнал 2 па телефон II, затем сигнал 7 — на телефон II, сигнал 2 — на
телефон I и т. д. Если прн этом слуховой объект не меняет места, то это
значит, что найдено его среднее положение.
2.4.1. Бинауральные временные различия
В основу рассуждений положим частный случай, когда абсолютное зна­
чение бинауральной функции передачи пе зависит от частоты и равно едини­
це, т. е. будем считать, что уровень звукового давления обоих ушных сигна­
лов одинаков.
Мыслимые при этих условиях различия сигналов могут быть описаны
фазочастотной характеристикой 6(f)- Как было указано в § 2 23, вместо фа­
зочастотной характеристики можно без потери информации задавать также
частотную характеристику фазовой задержки T # (/)= b (f)/2 n / или частотную
характеристику групповой задержки Тгр —db (f) -2л/, т. е. справедливо
Ь (/) = Тф (П *2я/
(41)
н
6<n = j Trp(v).2ndv + 6 (fo ).
(42)
Для урапнения (42) дополнительно необходимо задать бинауральную раз­
ность фаз прн любой частоте сигнала f0Бииауральиые различия сигналом, которые могут быть описаны фазовой
задержкой, состоят, очевидно, во временных взаимных сдвигах двух сигна­
лов или некоторых их составляющих. Иногда их ие совсем строго называют
«бинауральными временными различиями» ушных сигналов. По мнению боль­
шинства авторов, бинауральные временные различия являются важнейшими
признаками сигналов, определяющими положение слухового объекта в бо­
ковых направлениях. Первые гипотезы высказывались еще несколько дсся-
98
тнлетнй тому назад. Приверженцами так называемой «временной» теории
направленного слуха были Релей (1907); Маллок (1908), Клемм (1914. 1918).
Классические вклады сделаны Хорибостелем н Вертхаймером (1920), а такж е
Бекеши (1930). Фаэочастотные характеристики, измеренные в свободном зву­
ковом поле Ь(б, ф, г. /) . довольно сложны. В экспериментах латералнзацки,
описанных ниже, моделировались упрошенные характеристики, поддающиеся
теоретическому анализу. Поэтому эти эксперименты имеют искусственный ха­
рактер, и, переноси полученные в них результаты на «естественный» простран­
ственный слух, следует быть весьма осторожными.
Ледов ухо
i Ледов ухо
Г г
г
1
\
Правое ухо
i
Пробое ухо
,
b (f)
\b(f)
/b ( f)*180B
_____ Т*рЮ
а)
-F
6)
Рис. 85. Примеры бинауральных аремевпых задержек.
а — сдвиг по вренелн прн постоянной ф азовой за д ер ж к е ; 6 — инверти­
рование при горизонтальной фачочвстотноЯ характеристике.
Простейший случай бинауральной аременнбй задержки состоит в том, что
временные функции двух сигналов, совершенно одинаковые по форме, раз­
несены во времени на определенный интервал (рис. 85. о). Д ля этого необ­
ходимо, чтобы были одинановымн задержки всех составляющих запаздываю­
щего сигнала относительно опережающего. Таким образом, функция бинау­
ральной передачи должна удовлетворять требованию тф(/) —const, н, следо­
вательно,
Ь (/) = 2л/тф (/) = 2 л / «const (43)
Следовательно, чтобы без искажений сдвинуть сигнал по времени, сдвиг
по фазе должен увеличиваться прямо пропорционально частоте.
На рис. 86 схематически показана установка для проведения слуховых
экспериментов, с помощью которой можно получить два бинауральных сигна­
ла и без искажений сдвинуть один относительно другого во времени. Один н
тот же сигнал подается иа два ука через две лиыни задержки, время задерж­
ки которых может раздельно изменяться. Практически такие лнини задержки
можно создать либо акустически (слуховые трубки разной длины, открытые
звуковые каналы переменной длины, проходя по которым звук поступает к
уху), либо электрически (электрические линии задержки, устройства задерж­
ки, устройства задержки с магнитной лентой, регистры сдвига, накопители
иа магнитных сердечниках и т. д.).
Если линии задержки создают одинаковые сдвиги, то слуховой объект
поместится точно в медианной плоскости эксперта. Если а одной из линий
изменить задержку, го слуховой объект сместится в сторону того уха, к ко­
торому сигнал приходит раньше. Так, создавая искусственно временные за7*
99
держкн между бинауральными сигналами, можно создавать эффекты боко­
вых смешений слухового объекта.
Проше всего в этом можно убедиться на следующем известном экспери­
менте: в оба уха вставляют кониы одной резиновой трубкн длиной прибли­
зительно ] м. Если ударить по трубке точно в сс середине, то слуховой объект
локализуется в центре головы. Еслн ударять по трубке в других местах, то
слуховой объект будет смещаться в сторону того уха. к которому точка уда­
ра ближе. Значение бокового смещения слухового объекта увеличивается
почти линейно до тех пор. пока разность участков трубки до обоих ушей не
~^500 -1000 -500
Р и с. 68
0
500 W00 1S00
мкс
Р и с. 87
Рис. 86. Схема получения постоянной бинауральной временной задержки.
Рис. 87. Боковое смещение слухового объекта в функции фазовой задержки
сигналов. Кривая справедлива для импульсных сигналов (5 экспертов, гром­
кость от 30 до 80 фон. по измерениям Тула и Сойерса, 1965).
достигнет приблизительно 2 | см. Этот путь соответствует задержке звука иа
630 мкс. Прн такой задержке между бинауральными сигналами боковое по­
ложение слухового объекта оказывается таким, как при слушании одним
ухом. При дальнейшем увеличении бинауральной задержки увеличение боко­
вого смещения объекта замедляется и прн задержке 0,8—] мс прекращается.
В немецкой литературе разность пути 21 см часто называется постоянной
Хорибостеля— Вертхаймера, хотя известно, что эта величина не является
константой, а может зависеть от уровня звукового давления и рода сигнала.
Физический смысл этой величины а том, что путь длиною 21 см приблизительно
соответствует максимальной разности путей для звука сбоку. Одиако, как
показано в § 2.2.3, отсюда не следует, что при угле прихода звука, равном
90°, бинауральная задержка фазы составила бы 630 мкс независимо от часто­
ты. В действительности дело обстоит гораздо сложнее.
В последнее время проводились тщательные измерения боковых смещений
слухового объекта в функции независимого от частоты фазового сдвига для
различных типов сигналов. Такие измерения проводили Тисс (1962), Сойерс
(1964), Сойерс и Тул (1964, 1965).
На рис. 87 приведена типичная кривая латералнзации шумовых импуль­
сов (щелчков), которая справедлива и длн других коротких сигналов — шу­
мовых или речевых. По ординате отложены значения боковых смещений слу­
хового объекта, оцениваемых экспертами по линейной шкале. Нуль шкалы
соответствует центру головы, максимальное отклонение характеризуется циф­
рой 5, соответствующей дислокации слухового объекта у самого входа слу­
хового канала. Ход кривой до значений Тф=630 мкс линеен.
Итак, слух должен обладать способностью с большой точностью опреде­
лять моменты появления, импульсных составляющих ушных сигналов. Если
попытаться объяснить механизм такого детектирования, то наиболее просто
100
«го можно представить как «отпирание» слуха в моменты, когда
уровень
данного ушного сигнала превышает определенный порог. Следовательно, мо­
мент «отпирания» определяется тем участком фронта сигнала, при котором
имеет место это превышение.
Д ля наших целен такая модель вполне приемлема, если дополнительно
учитывать, что мы рассматриваем внутреннее ухо как анализатор гармоник,
в котором ушной сигнал грубо разделяется иа спектральные полосы. Таким
образом, для определения момента прихода сигнала решающим оказывается
превышение порога не всем спектром, а лишь наиболее выраженными его
составляющими. Кроме того, предполагается! что слух предпочтительно или
исключительно оценивает фронты сигналов, соответствующие уменьшению
давления, т. е. разрежению аоздуха у барабанной перепонки. Это предполо­
жение было сделано на основе аналнэа физиологических свойств внутренне­
го уха. Справедливость этого предположения подтверждена слуховыми Экс­
периментами Флаиагаиа, Давида и Уотсона (1962, 1964), а также Тула н
Сойерса (1965).
Б своих экспериментах эти авторы предлагали прослушивать импульсы,
подававшиеся на левое и правое ухо со сдвигом фазы иа 180° (см. рис. 85,6).
Было установлено, что слуховые объекты, вызываемые разнополярными им­
пульсами, локализуются менее точно, чем синфазными, хотя прн этом и воз­
никает доминирующая составляющая, отклоняющаяся в сторону. Еслн бы
внутреннее ухо одинаково реагировало на положительные и отрицательные
фронты сигналов, то положение и протяженность слуховых объектов при
синфазных и противофазных импульсах сохранялись бы неизменными. Боковое
отклонение слухового объекта прн разнополяриых импульсах, наблюдавшееся
п экспериментах Фланагана н др. (1964), было точно таким же, как при одно­
полярных импульсах с бинауральной задержкой иа 350 мкс. Более глубокий
анализ формы сигнала во внутреннем ухе показал, что самой выраженной в
спектре рассматриваемого сигнала была составляющая с периодом 700 мкс
(рис. 88). Таким образом, бинауральный сдвиг фазы иа 18(Г соответствовал
здесь точно 350 ыкс. Слуховой объект отклонялся в ту сторону, с которой
раньше появлялся фронт сигнала, аналогичный спаду давления.
Объяснить ослабление локализации слухового объекта в случае бинау­
рального сдвига сигналов на 180° можно, используя характеристику фазовой
скорости в системе с постоянным фазовым сдвигом (см. рнс, 85, б). Спект­
ральные составляющие одного сигнала оказываются по-разному сдвинутыми
по фазе относительно составляющих другого сигнала. Поэтому слуковой
объект распадается на составляющие различной высоты, которые имеют раз­
ное боковое отклонение, вызывая впечатление расширения объекта в простран­
стве. Это легко распознаваемое кажущееся расширение слухового объекта
используют иа практике как простой способ фазировании сигналов громкого­
ворителей стереофонических установок (о других проявлениях неправильной
полярности сигналов и а громкоговорителях стереофонических установок
см. $ 3.3.1). Допуская, что под влиянием частотно-зависимого бинаурального
сдвига фаз слуховой объект может распадаться иа составляющие в простран­
стве, мы одновременно предполагаем, что слух в состоянии распознавать и
оценивать спектральные составляющие ушных сигналов по бинауральным
временным сдвигам. Справедливость этого предположения убедительно до­
казали Сойерс (1964); Тул и Сойерс (1965).
В упомянутых экспериментах на оба уха экспертов подааалась последова­
тельность импульсов с периодом следования 6 мс. Бинауральная задержка по
фазе была независимой от частоты, и ее можно было регулировать. Оказа­
лось, что в этих условиях эксперты различали несколько одновременных слу­
ховых объектов, которые, очевидно, соответствовали гармоникам бинаураль­
ных сигналов. В зависимости от фазовой задержки изменялось и боковое
отклонение каждого слухового объекта. Типичные характеристики литерали­
зации основного тона и второй гармоники показаны иа рис. 89 (схематически
по Тулу и Сойерсу, 1965). Обе кривые имеют периодический характер, функ­
ция латерализацин второй гармоники имеет частоту, вдвое большую частоты
основного тона. Периодический характер кривых объясняется ниже при рас­
смотрении латерализацин чистых тонов.
101
Вопросы латерализацни чистых тонов (стационарные тоны без переходных
процессов) при бинауральных сдвигах фаз в литературе описаны довольно
подробно, хотя зачастую (даже в последнее время) трактуются неверно (Ре*
лей, ]907; Леихардт, i960; Эльперн и Наунтон, 1964). Здесь мы ограничимся
рассмотрением современных общепринятых представлений (Баулкер, 1907;
Халверсон, 1922; Хорнбостель, 1923, 1926 и др.).
Если исходить из представления о том, что реакция внутреннего уха
наступает в момент, когда сигнал превышает некоторый порог (см. выше), то
применительно к слушанию чистого тона такой момент наступает I раз за пе­
риод Бинауральный временной сдвиг между этими точками для двух ушей
*а350 ш с
7
О
■7
■г
0
0,33 С,67
1,0
Рис. вв
1,33
мс
—б м с - в
Рнс. 89
Рис. 88. Форма сигнала (по осн ординат отложена амплитуда) в точке мак­
симального возбуждения внутреннего уха.
Рис. 89. Характеристики латерализацни основного тоив и первой гармоники
последовательности импульсов, период 6 мс, частота 168 Гц.
I — позже; 2 — слева раньше; 3 — первая гарыонвка; 4 ■— основной тон.
может быть определен двояко в зависимости от того, какое ухо (левое или
правое) считается получившим звук первым (рис. 90).
Здесь сразу же напрашивается предположение о том, что слух, регистри­
руя эту двузначность, вызывает ощущение двух объектов. В действительно­
сти так Оно и есть, но дополнительно а действие вступает закон превалиро­
вания ближнего и медианной плоскости слухового объекта (который соответ­
ствует меньшей бинауральной временной задержке). При бинауральном
сдвиге сигналов приблизительно на полпериода слуховые объекты четко раз­
личают и неопытные слушатели. Иногда, правда. Соковое отклонение ошибоч­
но оценивается как нулевое, или описывается боковое положение одного из
слуховых объектов.
Ввести ясность адесь позволяет характеристика латерализацни тона
600 Гц, опубликовапиая Сойерсом а 1964 г. (рис. 91). Из рисунка ввдио, что
при бинауральных сдвигах фаз иа 180° слухом ощущаются два объекта. Если
построить кривую средних боковых отклонений, то она получит вид периоди­
ческой кривой, как показано на рис 87. Информация о возникновении двух
объектов прн таком усреднении теряется. По-видимому, в этом и кроется
лричянв того, что по некоторым данным (они появляются и в последнее аремя) максимум бокового Отклонения наступает при бинауральном сдвиге
на 90°.
Выше указывалось, что полное боковое отклонение слухового объекта
наступает при бинауральной фазовой задержке 630 и к с Если иметь в виду,
что доминирующими являютси слуховые объекты, соответствующие меньшим
временным сдвигам, то приходим к выводу, что полное отклонение слухового
объекта на чистых тонах достигается лишь в случае, когда полупернод тона
102
не меньше 630 мкс. т. е. когда его частота не превышает 800 Гц, Иа частотах
выше 800 Гц достигаемое максимальное отклонение слухового о&ьекта ста­
новится все меньшим. Кроме того, оно наступает уже не при Тф=630 мкс,
а прн Тф=Г/2.
Сюда же, вероятно, можно отнести и другой эффект, уменьшающий мак­
симально достижимое отклонение слухового объекта с увеличением частоты.
Оказывается, что клетки внутреннего уха, отреагировавшие на данный сиг­
нал, в течение 1—2 мс остаются невосприимчивыми к следующему возбужде­
нию (время невосприимчивости). Если периоды превышения порогов сигна­
лами меньше времени невоспри­
имчивости, то число импульсов
7
нервного возбуждения за время я г - г
Слева опережение
За w ib&v'i
каждого превышения скачкообраз­
но уменьшается Согласно исслет п п а т т м Стсвенсв и Давида
(1938) это происходит на частотах
сигнала около 800 н 1600 Гц.
-Я
Рнс. 90. Бинауральные временные
различия для двух сдвинутых во
иремеии периодических процессов
(двузначны).
-я / 2
-т/2
я
Рнс. 91. Кривая латерализацин тона
600 Гц (точками показаны оценки
экспертов, кривой — усредненные дан­
ные).
Имеющиеся в литературе сведения об экспериментах по латерализацин
чистых тонов однозначно подтверждают описанное резкое уменьшение откло­
нения слуховых объектов на частотах выше 800 Гц. На частотах выше 1,6 кГц
явление бокового отклонения слуховых объектов, как правило, не наблюдает­
ся. Наиболее просто это доказывается существованием так называемых би­
науральных биений — эффекта, который, как утверждают, был обнаружен
Томпсоном еще в 1887 г. Затем он наблюдался Петерсоном (1916), Стюар­
том (1917), Хорнбостелем (1923, 1926) и в последнее время изучался Перро
и Нельсопом (1969, 1970). Эффект состоит в следующем. Если к ушам чело­
века подвести два тона различной частоты (разность частот должна быть
небольшой), то слуховой объект «будет колебаться» внутри головы из сторо­
ны в сторону с разностной частотой, Па частотах выше 1.6 кГц эффект пол­
ностью исчезнет.
На рнс. 92 приведены результаты измерений, проведенных Шерером
в 1959 г. Его эксперты должны были обнаружить введение бинауральной фа­
зовой задержки в 20 мкс. Как и ожидалось, для чистых тонов с повышением
частоты процент правильных ответов постепеппо уменьшался. На частоте
сигнала около 800 Гц число правильных ответов стало меньше 50%, а иа ча­
стотах выше 1,6 кГц правильных ответов пе было вообще. Д ля частотто-модулнрбваппых тонов (девнация— 100 Гц,_ модулирующая частота— 8 Гп)
результаты были такими же, но спад кривой начинался выше 1,2 кГц.
Совершенно по-иному обстоит дело в случае октавных шумов или то­
нальных импульсов. Здесь боковые отклонения на частотах выше 1,6 кГц
распознаются не хуже, чем на низких частотах. По-вндимому, на этих сигна­
лах слух в состоянии распознать бинауральные различия по таким крите-
103
рням, которых нет у чистых тонов и биений. Такими критериями могут быть
бинауральные сдвиги огибающих сигналов.
Рассмотрим подробнее роль бинауральных временных сдвигов огибающих
в пространственных свойствах слуха. Эксперименты могут быть построены
Рнс. 92. Распознаваемость
бинау­
ральных фазовых задержек (в про­
центах) в функции частоты для раз­
ных сигналов, ] эксперт.
1 — чистый тон: 2 — частотко-ы одулировлккый тон; 3 — т о н в л ы ш е импульсы: 4 —
октавны й шум.
следующим образом. Эксперту подаются два сигнала (по одному на каждое
ухо) с синфазными несущими, огибающие которых сдвинуты во времени. Та*
кие сигналы можно получить от двух амплитудных модуляторов (рис. 93) *.
С помощью подобной установки проводили эксперименты Лики, Сойерс и
Черри (1958), Бергер (1965), Сакаи и Иное (1968). Несущими колебаниями
служили тоны различной частоты, огибающими — тоны нлн узкополосные
шумы с частотами до 1,6 кГц, а также импульсы Гаусса.
Рассмотрим случаи, когда частота несущей больше 1,6 кГц. Во всех этих
случаях боковое отклоиенке слухового объекта в фупкцни сдвига огибающих
наблюдается четко. Кривые латерализацни имеют точно такой ж е вид, как
если бы сдвиг получал весь сигнал. Это служит подтверждением того, что
на сигналах без спектральных составляющих до 1,6 кГц слух не реагирует на
временное сдвиги «микроструктуры» сигналов, а оценивает только огибаю*
щую. Более того, ограниченный в пространстве слуховой объект возникает
даж е тогд«. когда ушные сигналы совершенно различны, но огибающие оди­
наковы. Шуберт и Верник (1969) показали это для двух некоррелированных
шумовых сигналов, модулированных по трапецеидальному закону. Если в ка­
честве испытательных сигналов служат два чистых тона различной частоты,
модулкроааииых по одному закону, то ощущение единственного слухового
объекта существует до тех пор, пока разность частот сигналов не превышает
определенного порогового значения (Ебата и Соне, 1968; Перр, Бриггс и Пер­
ро, 1970). Если же частоты сигналов различны, то слуховой объект распа­
дается иа два, один из которых воспринимается левым ухом, другой —
правым.
Отсюда следует, что оценке подвергается огибающая не всего сигнала.
Сначала внутреннее ухо с доступной ему разрешающей способностью разде­
ляет спектр сигнала на отдельные полосы и затем оценивает огибающие каж ­
дой полосы. Ощущение целостного слухового объекта создается, очевидно,
лишь в случае, когда временные сдвигн огибающих совпадают во всех выде­
ленных областях спектра.
При слушании в открытом звуковом поле, когда звук падает сбоку,
взаимно сдвинутыми во времени оказываются и несущие двух сигналов и их
огибающие, хотя сдвиги, как правило, различны. Для узкой спектральной
группы, как, например, у амплитудио-модулированного сигнала (рис. 94),
временной сдвиг несущей вызывается фазовой задержкой, а сдвиг огибаю­
щей — групповой задержкой иа частоте несущей. Обычно бинауральные фазо­
вая н групповая задержки неодинаковы.
1 Приведенное в начале пара рафа предположение о том, что бинаураль­
ные временные сдвигн могут быть описаны только фазочастотной функцией
b(f), d дан ом случае, вообще говоря, несправедливо, так как амплитудные
модуляторы представляют собой нелинейные системы.
104
Для ушиых сигналов, содержащих составляющие выше 1,6 кГц, никаких
противоречий ис возникает. Латерализацин происходит путем оценки оги­
бающей. По-ииому обстоит дело, когда песущая содержит составляющие
только ниже 1.6 кГц. Влияет ли огибающая на результат латерализацин, в
Рис. 93. Получение двух сигналов со сдвинутыми во времени огибающими и
синфазными несущими.
Р кс 94
Р я с . 95
Рис 94 Разли ные бинауральные временные задержки для колебания несу*
щей частоты и огибающей.
Рнс. 95. Порог смещения латерализацин Д (т = 0 )Мив в случае, когда между
бинауральными сигналами нет временного сдвига (Д /= 0 ); чистые тоны и имп> и.сы Гаусса шириной □ одну частотную группу; 5. 6 экспертов, гром­
кость 50—60 фон.
t — н е с у щ и : 2 — огиб кидая; 3 - полный сигнал; 4 — чисты е тоны.
данном случае зависит от формы огибающей. Сакаи и Иноуэ (1968) сообщают,
например, что при тоие 500 Гц, модулировапном по амплитуде сигналом
200 Гц. эксперты ощущают три слуховых объекта, соответствующих состав­
ляющим 300, 500 и 700 Гц. Влияние огибающей при этом не обнаруживается.
Еслн же в спектре огибающей содержатся составляющие высших частот (для
сигналов с крутыми фронтами, скачками и т. д.), то сдвиги огибающей на­
105
чина ют оказывать свое влияние и при несущих меньше 1.6 кГц (Бергер, 1965;
Шуберт и Верник, 1069). Детрндж (1961) указывает, что когда спектр ушных
сигналов содержит составляющие ниже и выше 1,6 кГц, а бинауральные
временное сдвиги огибающих и несущих различны, то слуховой объект распа­
дается на две части. Однако доминирующей здесь оказывается та часть слухо­
вого объекта, которая обусловлена сдвигом огнбаюшей (см. § 2.4.3). Если
спектр огибающей содержит более или менее выраженные составляющие
ниже 3—4 Гц. то слуховой объект кажется движущимся (Блауэрт, 1970).
Дислокация объекта в каждый данный момент временн зависит от мгно­
венного значения бинауральной разности звукового давления. Д ля того что­
бы можно было сравнивать значение для латерализацин временных сдвигов
с рааличиямн других параметров сигналов, необходимо оценить «чувствитель­
ность» слуха к бинауральным временным различиям. Для этого измеряют так
называемый порог смещения латерализацин, представляющий собой мини­
мальное изменение бинауральных фазовой или группой задержек (или сдви­
га по ф азе), вызывающих боковые отклонения слухового объекта.
Некоторые результаты изиереннй порога смещения латерализацин в слу­
чае неискаженной временной задержки ушных сигналов для слуховых объек­
тов в медианной плоскости А( тф= 0 ) КнП приведены в табл. 4На рис. 95 приведены кривые порога смещения латерализацин чистых
тоиов в функции частоты, полученные Клумпом и Эйдн в 1956 г.. а такж е
Звнслоцкн и Фельдманом в 1956 г. На рисунке приведены также результаты
измерений для импульсов Гаусса полосой в одну частотную группу *. получен­
ные Бергером в 1965 г. При измерениях временной сдвиг получали либо толь­
ко несущая, либо огибающая, либо весь сигнал. Видно, чгго при сдвиге несущей
кривая обрывается на частоте 1,5 кГц, что характерно и для чистых тонов.
Оценка слухом огибающей становится заметной уже иа частоте несущей
500 Гц и с ростом частоты становится точнее. При неискаженном сдвще
всего сигнала четкая латерализацин наблюдается во всем диапазоне частот.
Кприкэ и др. (1971) обнаружили, что для полуоктавных шумов порог смеще­
ния латерализацин узелнчивается почты линейно от 35 мкс на частоте 400 Гц
Таблица 4
Автор, год
Баулкер, 1908
Клемм. 1920
Гехг, 1922
Клумп, 1953
Клумп и Эйдн,
1956
Холл, 1964
Гершкович и Дурлах, 1969
Вид сигнала
Тоны
Щелчки
Данных нет
Топы и шумы
Щелчки
Последовательность
щелчков
Шумы:
ши рокоп о л осныВ
150—1700 Гц
426—600 Гц
410—440 Гц
2400—3400 Гц
3056—3344 Гц
Щелчки
Тон, 500 Гц
1 О понятии «частотная группа» см.
приемник информации». Связь, 1971.
106
Уровень громкости
приближенно
Данных нет
То же
» »
Оптимальный
1
60—80 фон
Ж
4
80 фон
50 фон
Цвиккер и Фельдкеллер
Порог смеще­
ния латераля*
аащш. мкс
7— 14
2— 10
Около 30
6—12
28
11
10
9
14
19
44
62
20—50
11,7
«Ухо как
до 65 мкс иа частоте 4 кГц (3 эксперта, громкость енгназа около 50 фон).
Иост, Витман и Грии (1971) при изиерекиях иа щелчках, спектр которых
ограничивался фильтром, обнаружили, что Д ( т ф — 0 ) ц ц к увеличивается, когда
инжняя граничная частота фильтра больше 800 Гц, т. е. когда сигналы не
содержат низкочастотных составляющих (3 эксперта, громкость около
70 фон).
Эльфнер и Тоысик (1968) показали, что точность оценки огибающей при
латерализацни сильно зависит от крутизны фронтов сигнала. Оин провели сле­
дующий эксперимент. На два уха эксперта с помощью головных телефонов
1
3D
Д ("Сф-й)ицц
60
МКС
го
МКС
40
'----
1
18
20
D
1
4 1В 6Ь 250 1000 т о МС
Рис. 96
0
20
40
60дБ 80
рис. 97
Рис. 96. Зависимость порога смещения латерализацни Д (т ф = 0 )ыии от длитель­
ности измерительных сигналов. Эксперименты проводились с широкополое*
иыыи шумовыми импульсами
е= 5 кГц), громкость около 65 фон, 5 экс­
пертов.
Рис. 97. Зависимость порога смещения латерализацни Д (Тф =0)Ни„ от уровня
звукового давления измерительного сигнала — тона с частотой 500 Гц. 8 экс­
пертов [по данным Звислоцкя и Фельдмана (1958), а также Гершковича и
Дурлаха (1969)].
еннфазно подавался чистый тон с плавно нараставшим фронтом (время на­
растания от 10 до 250 мс). Сигналы каждого нз телефонов включались в раз­
ные моменты времени (создавался бинауральный временной сдвиг). Резуль­
таты показали, что порог смещення латерализацни зависит от длительности
нарастания сигналов. На сигналах от 600 до 6000 Гц порог смещения, литера­
лизации изменялся при изменении длительности нарастания фронта от 6 до
38 мкс. Одни эксперт прн длительности нарастания фронта 250 мс вообще не
смог дать показаний.
До енх пор речь шла о смещении латерализацни слухового объекта вбли­
зи медианной плоскости. Прн боковых отклонениях объекта, вызываемых
временпыми сдвигами до 630 мкс, субъективная четкость объекта не ослаб­
ляется. Поэтому можно считать, что в указанных пределах мало изменяется
и порог смещения латерализацни. Соответствующие эксперименты были про­
ведены Гершковичем и Дурлахом в 1969 г., а также Кэмпбелом в 1959 г. Герш­
кович и Дурлах использовали той 500 Гц, Кэмпбел — низкочастотные шумо­
вые импульсы (граничная частота 1,3 кГц). В обоих случаях было установле­
но, что при увеличении бинауральной фазовой задержки от 0 до 600 мкс
Атфыпв также увеличивается, достигая удвоенного зпачения.
В заключение укажем еще на два важных свойства смещения латерализацнн при временных сдвигах бпиауральиых сигналов. Они состоят в том, что
порог уменьшается при возрастании уровня сигналов н при увеличении их
длительности. О первом свойстве свидетельствует кривая иа рис. 96, получен­
ная для тона 500 Гц (по Тобиашу и Церлику, 1959; Хауггнсту и Пломпу,
1968). Такая же зависимость получена н для коротких импульсов давления1
(Холл, 1964). Второе свойство иллюстрирует кривая на рис. 97. Оно было об­
наружено также Клумпом и Эйди в 1956 г. (см. табл. 4). Попытки объяснить
этн свойства сводится к тому, что и повышение уровня и увеличение длитель­
ности сигналов приводит к увеличению чкела импульсов возбуждения нерв­
ной системы.
2.4.2. Бинауральные разности уровня
В настоящем параграфе рассматривается влпяпне таких признаков
бинауральных различий сигналов, которые могут быть описаны модулем
функции передачи \А (f) ] нлн разностью уроппей звукового давления
20 log [j4_(f)|. Исследования строятся на следующем эксперименте. На оба
уха эксперта подается одни и тот же сигнал. Последовательно с каждым теСлс&а 1
Громче]ТЪше
£
СЭ
г--------------р
i/ T c
■
------
у
О
-------------------------
1
1
f
Р
Рис. 98
j
1
1
AL 1
Рис. 99
Рис. 98. Способ создания бинауральной разности уровней звукового давления.
Рнс. 99. Боковое смещение слухового объекта в функции бинауральной раз­
ности уровпей сигнала. Широкополосный шум (отрезки с кружочками в цент­
ре) н тон 600 Гц (точки), 4 эксперта, громкость 30-—50 фон.
лефоном включается аттенюатор, с помощью которого можно изменять ам ­
плитуду данного сигнала, получая два сигнала с различными уровнями зву­
кового давлепня (рнс. 98).
Если эатухапне аттенюаторов одинаково, то слуховой объект лоцируется
в медианной плоскости эксперта. Еслн же изменить амплитуду одного из сиг­
налов, то слуховой объект переместится к уху, получающему сигнал боль­
шей амплитуды. Следовательно, эффект бокового отклонения слухового
объекта может вызываться изменениями бинауральной разности уровней уш­
ных сигналов. Это явление лежит в основе так называемых «нитенснвностных» теорий направленности слуха1 — самых старых теорий слуховых ощу­
щений. Сторонники этих теорий (Релей, 1877; Штейнхаузер, 1877; Томпсон,
1882; Мацумото, 1897; Пирс, 1901; Штефаинни, 1922, КрайДл и Гачер, 1923)
считали, что бинауральные разности уровней звукового давления — важней­
шие. еслн ие единственные факторы, вызывающие ощущение отклонения
1 Поскольку здесь понятие «интенсивность» используется не в том смысле,
который ему придается в акустике, то впредь мы его применять ис будем.
10fi
слухового объекта. Как сейчас известно, в действительности это ие так, хоти
не вызывает никакого сомнения тот факт, что свою роль в формирований
пространственных свойств слуха разность уровней определенно играет.
Разность уровней ушных сигналов ДЦ 5 , ф, г, /), возникающая в свобод­
ном звуковом поле, зависит от частоты. Однако в описываемых экспериментах
по латерализацни эта зависимость ие учитывается. Ощущения боковых от­
клонений слухового объекта исследовались только в зависимости от частотнонезависимых разностей уровня (рис. 98). Это обстоятельство следует иметь
в виду при анализе и обобщении результатов, например прн малых уровнях
звукового давлении, когда составляющие одного ушного сигнала ниже слухо­
вого порога, а другого — еще воспринимаются слухом (см. рис. 73). Кнтц
(1953) показал, что если бинауральная разность уровней лежит а пределах
15—20 дБ. то слуховой объект может лоцироваться «полностью сбоку» прн
любой частоте сигнала. В условиях локализации «внутри головы» это соот­
ветствует положению слухового объекта у уха, получающего сигнал с боль­
шим уровнем. Как показали Пииейро и Томин (1959), аналогичное явление
наблюдается и иа импульсах белого шума или низкочастотном шуме (верхняя
граничная частота 1,2 кГц) прн бинауральной разности уровней 10 дБ. Одна­
ко к этим данным следует относиться с определенной осторожностью, по­
скольку, как отмечают все авторы, исследовавшие литерализацию, если раз­
ность уровней превышает 8—10 дБ. то уменьшаются ширина слухового объек­
та и, следовательно, зона литерализации. Поэтому измерить предельную
разность уровней, соответствующую субъективной оценке «полностью сбоку»,
весьма трудно (Бекеши, 1930; Сойерс, 1964).. До тех пор, пока не достигну­
то ощущение «полностью сбоку», отклонения слухового объекта линейно зави­
сят от бинауральной разности уровней.
На рнс. 99 показаны результаты измерений на шумовых импульсах и
импульсах тона 600 Гц (Сойерс, 1964). Отклонения оценивались по линейной
шкале, за О принималась точка в центре головы, точка 5 соответствует откло­
нению объекта до ахода в слуховой канал.
Прн постоянной бинауральной разности уровней латерализацни чистых
тоноп зависит от частоты сигнала. Федерсен н др. доказали это эксперимен­
тами, проводимыми методом акустического эталона. Своим экспертам они ста­
вили задачу совмещать слуховой объект, перемещающийся под влиянием раз­
ности уровней, с акустическим эталоном — ориентиром. Измерения проводили
с чистыми тонами, акустическим ориентиром служил шум (полоса от 100 до
3000 Гц).
Дислокнцпя акустического ориентира изменялась путем ввода бинаураль­
ных временных сдвигов. Результаты эксперимента приведены иа рнс. 100, на
которого видно, что в районе 2000 Гц разность уровней, необходимая для того,
чтобы вызвать определенное отклонение слухового объекта, минимальна.
В сторону меньших частот крутизна кривой больше, а в сторону больших
частот — меньше. Когда в эксперименте использовали сигналы со спектраль­
ными составляющими ниже 1,6 кГц, то эксперты, обладавшие определенным
опытом, ощущали не одни, о два слуховых объекта. При невнимательном слу­
шании они сливались в одни объект, ширина которого соответственно увели­
чивалась (Баннстор, 1926, 1927). Раздельно латерадизацию двух появляющих­
ся слуховых объектов исследовали Витворт и Джеффри (1961), используя в ка­
честве измерительного сигнала чистый тон 500 Гц. Акустическим ориентиром
у них служил также чистый тон той же частоты. Дислокация ориентира из­
менялась искусственным введением бинауральных временных сдвигов. Экс­
перименты показали, что одни нз двух слуховых объектов сохраняет свое по­
ложение в центре головы, в то время как другой меняет свое положение
пропорционально увеличению разности уровней (рис. 101). Таким*оо разом,
бинауральная разность уровней сказывается только на дислокации однсЦо из
слуховых объектов, другой же под влиянием временных бинауральных сдви­
гов сосредоточивается в центре головы. Эффект расщепляющегося слуховом
объекта может наступить и тогда, когда различны но уровню спектральные
составляющие двух ушиых сигналов. Для периодических сигналов это явление
подтверждено экспериментами Тула и Сойерса (1905).
109
Д ля того чтобы оценить значение бинауральной разности уровней в фор­
мировании пространственных свойств слукз, рассмотрим и здесь порог сме­
щения латерализацин, понимая под этим минимальные изменения разности
уровня звукового давления, которые вызывают ощущение бокового отклоне­
ния слухового объекта. В табл. 5 даны результаты измерений этого порога,
проведенных несколькими авторами, прн исходной бинауральной разности
уровней 0 дБ, т е. для слуховых объектов, лежащих в медиапиой птоскостн.
5 кГц ю
Р н с. 100
Рне. 101
Рис. 100. Бинауральные разности уровней, вызывающие смещения слухового
сбъекта до совпадения с акустическим ориентиром (шум полосой от 100 до
3000 Гц). 6 экспертов, громкость около 60 фон (по Федерсену и д р , 1957).
Рнс. 101. Боковое смещение обоих слуховых объектов, возникающих при би­
науральном прослушивании тона 500 Гц. Громкость около 50 фои, 1 эксперт.
Н а рис. 102 приведены аналогичные данные для чистых топов и импульсов
Гаусса в зависимости от частоты (Миллс, 1960; Бергер, 1965). Такне же из­
мерения на шумах с октавпой шириной полосы были проведены Шерером
(1959). Результаты аналогичны случаю чистых тонов.
Рис 102. Частотные характерис­
тики порога смещения латерализацнн при бинауральной разности
уровней 0 дБ.
К ривая о
д л я тоня Ы
1Ы
Х им У ьсов
la y c c (по Deprepy 1065). К ривая б
д л я чисты х тонов (по М йллсуг I960):
длительность тон а I с. сигнал вводит­
ся постепенно; громкость 60—60 фон,
4—5 кспертов Н а кривы х у а
ы
длительности им у ьсо
0,1
в,2
0,5
5 кГц 10
Размывание латерализацин при боковых отклонениях слухового объекта
исследовали Гаге (1935); Хохол ( 1957); Роуланд и Тобиаш (1967); Эльфиер
и Перро (1967); Бабков и Саттон (1969). Как можно было ожидать, расшире­
ние слуховых объектов приводит и к увеличению порога смещения латералнзацнн. Это особенно заметно иа низкочастотных тонах, распадающихся на
два слуховых объекта.
В последних трех работах попутно была проверена гипотеза Бекеши
(1930) о том. что изменение уровня одного из ушных сигналов, необходимое
110
Та блица 5
Автор, год
В ид
сигнала
Порог смещения
Уровень
лдтерДлнэацнэ
громкости. (приблизительно ).
фон
ДР
40
1.5
Бекеши, 1930
Щелчки
Аптон, 1936
Тон 800 Г ц
Форд, 1942
Тон 200 Гц
Тон 2000 Гц
50
50
1.5
0.6
Холл, 1964
Щелчки
80
1,5
Эльфнер и Перро, 1967
Тон 1000 Гц
60
2
Роучанд и Тобиаш, 1967
Тоны; 250 Гц
2000 Гц
6000 Гц
50
50
50
1,15
0,72
0,92
Гершкович и Дурлах,
1969
Тон 500 Гц
4 0 -8 0
0,8
Бабков и Саттон, 1969
Щелчки
53
1.5
40—60
I
для того, чтобы вызвать боковое отклонение слухового объекта, точн соот­
ветствует монауральиому порогу различимости громкости этого же сигнала.
Данные, полученные Эльфиероы и Перро и в особенности Бабковым и Сатто­
ном (рис. 103), свидетельствуют в пользу этой гипотезы, однако эксперименты
Роуланда и Тобнаша ее не подтверждают. Общий для экспериментов трех
авторов недостаток состоял в том, что эксперты прн оценке боковых отклоне­
ний слухового объекта могли по ошибке ориентироваться на изменения
громкости, поскольку варьировался уровень одного ушного сигнала.
Можно утверждать, что порог смещения латерализацни зависит от уровня
(рнс 103). Прн увеличении уровня до средних значений порог спадает
(Роуланд и Тобкаш, 1967; Гершкович и Дурлах, 1969). Далее на кривой на­
блюдается почтя равномерный участок, на котором порог остается постоян­
ным н затем начинает опять медленно возрастать (Аптон, 1936; Холл, 1964;
Бабков и Сатгон, 1969). Если слух возбуждается в течение длительного
отрезка времени, то чувствительность его уменьшается в зависимости от ха­
рактера сигнала, уровня и длительности возбуждения. Это свойство слуха
называют адаптацией или утомлением. Адаптация — быстрое уменьшение
чувствительности, наступающее уже через несколько секунд носле начала
возбуждения и достигающее максимума через 3—5 мин. Реадаптация (т.е.
возврат слуха н исходной чувствительности) длятся от 1 до 2 мин. Утомление
наступает прн возбуждении слуха громкими сигналами, а также прн длитель­
ных возбуждениях. Для восстановления чувствительности слуха после утом­
ления требуются более длительные паузы. Переход от адаптации к утомлению
плавный.
Оба этя явления имеют определенное значение для латерализацни прн
бинауральной разности уровней звукового давления. Дело в том, что и рас-
111
сматрнваемых условиях, уши прнннммат си in алы различного уровня о то нз
них, которое получает более громкий сигнал, уменьшает свою чунствитсльность в большей степени, чек противоположное ухо. Но это означает также,
что боковое отклонение слухового объекта при длительном слушании сигнала
уменьшается. Слуховой объект смешается к середине (Урбанчич, 1881; Том­
сон, 1869; Бекеши, 1930).
Этот эффект может быть использован для измерения адаптации (Врант,
1960). Сначала измерительный сигнал подается па одно ухо. После того, как
ухо адаптируется, сигнал переключается ив другое ухо. После адаптации
Рис. ЮЗ. Зависимость порога раз­
личимости громкости (кривая а)
и порога смещения латерализа­
цин (кривая б) от уровив гром­
кости изменяемого сигнала. Ис­
пытательный
сигнал — щелчки
2 эксперта.
второго уха слуховой объект смешается в медианную плоскость. Измеряется
отрезок аремени от начала возбуждения второго уха до наступления эффекта
смещения слухового объекта в медианную плоскость.
Из работы Эльфпера и Перро (1965) следует, что еслн слуху сообщать
звуки с различными уровнями в течение 2 ч, то наступающие эффекты лите­
рализации уже нельзя объяснить тольио адаптацией и утомлением. Иногда
наступает эффект смещения слухового объекта в сторону уха, получающего
Солее громкий сигнал. Причины этого явления пока не выяснепы.
Еслн искусственно повысить чувствительность уха, например, хирурги­
ческим путем (Петцольд, 1890; Резер. 1965) или с помощью капсюля-уенлнтеля. вставленного в слуховой капал (Бауэр и др., 1966), то эффект смещения
слухового объекта в сторону уха с более интенсивным возбуждением в первое
время усиливается. Но через какое-то время (часы, дин, недели) эффект
полностью исчезает и симметрия слуха восстанавливается. Здесь, по-видимому,
сказывается фактор «переучивания», поскольку «время привыкания» (см. вы­
ше) путем соответствующих тренвровои может быть сокращено (Бауэер м др.,
19661.
Таким образом, мы устаповнлн, что латерализацин при бинауральной
разпостн уровней звукового давления изменяется со временем. Эти нзыеневпя могут быть как кратковременными, обусловленными, например, адапта­
цией и утомлением, так и длительными — существующими в течение всего
временн «обучения».
Следует учесть, что иа оценке слухом бинауральной разиостп уровней
звукового давления сказывается н различие чувствительности ушей как ин­
дивидуальное свойство экспертов. Практически взаимосвязь между индиви­
дуальными различиями чувствительности (конечно, в определенных пределах)
и особенностями оценки бинауральной разности уровней Пока ие доказана
(Сандель и др., 1955; Бергиаи, 1967; Шоель и др., 1961; Ферри и Колииз.
1911). Возможно, в этом проявляется свойство механизма оценки ралпости
уровней приспосабливаться путем тренировки к особенностям чунствнтельноетн cavxa.
*
2.4.3. Взаимодействие временных и амплитудных бинауральных
различий
Ощущение слухового объекта в боковых направлениях может возникнуть
лишь прн различных ушиых сигналах, возникающих в результате огибания
звуковой волной головы слушателя, экранировки и резонансных явлений
у головы н во вкешннк ушах. Влияние на слух этих очень различных по ха­
рактеру различий сигналов можно исследовать с понощью экспериментов
латерализацни. Ранее было показано, что рассмотренные бинауральные раз­
личии ушных сигналов можно разделить на следующие два класса, предста-
Э -*
20
50 700 200 500Гц 1
2
5
Ю 20 кГц
Рис. 104. Частотные области, в которых слухом оцениваются определенные
признаки бинауральных различий сигналов.
I — оценке бинауральны х разностей у р о в н я звукового д авлен и я; Г — би науральн ы е вре­
менные сдвиги несущ ей; 3 — бинауральны е временны е сдвигн огибаю щ ей.
внтели каждого нз которых могут вызвать ощущение боковых отклонений
слуховых объектов; бинауральные временные сдвиги и бинауральные разно­
сти уровней.
Класс бинауральных временных сдвигов разделяется на два подкласса.
Дело в том, что слух способен оценивать временные сдвиги как несущих коле­
баний, так н огибающих ушных сигналов. На рнс. 104 графически показаны
области спектра частот, в которых свое действие могут оказывать бинаураль­
ные временные сдвигн огибающих н разность уровней. Сдвиги несущих ока­
зывают влияние только в области частот ниже 1,6 кГц. Сдвигн огибающих,
напротив, теряют свое влияние с уменьшением частоты несущей; нижняя
частотная граница этого слияния зависит от формы огибающей. Что касается
бинауральной разности уровня эвухового давления, то она оценивается слу­
хом во всем диапазоне звуковых частот.
В условиях «естественного» пространственного слушания бинауральные
различия сигналов, как правило, содержат признаки разных классов н под­
классов. Поэтому встает вопрос о долевом значении каждого нз классов н
о их взаимодействии. Бинауральные временное и амплитудные различия
одинаково влияют на дислокацию слухового объекта: оба вызывают эффект
его бокового отклонения. Поэтому для сравнения этих Двух факторов целе­
сообразно поставить вопрос о том, какие временные сдвигн по оказываемому
воздействию эквивалентны разностям уровня звукового давления и, наоборот,
какие разности уровня эквивалентны временным сдвигам.
Для измерений этой эквивалентности часто применяют разработанный
Клеммом (1920) и Внттманом (1925) метод взанмокомпенсацин временных и
амплитудных различий. В ходе эксперимента создаются заранее известные
временные и амплитудные различия сигналов, вызывающие ощущение боко­
вого смещения слухового объекта на некоторое значение. Затем слуховой
объект, тая же искусственно, «возвращается» а исходное положение н изме­
ряются те встречные изменения амплитудных н временных различий, которые
вызывают ощущение обратного смещения объекта в медианной плоскости.
Получаемое в результате измерений отношение временных различий
к эквивалентным различиям уровня звухового давления в мкс/дБ называют
8— 810
113
коэффициентом компенсации. Обзор результатов большого числа экспернментов сделай Рсзером (1965). Полученные коэффициенты компенсации лежат
в пределах от 2 до 200 мкс/дБ. Такой большой разброс результатов нельзя
объяснить только неточностью измерений, вообще присущей методу компен­
саций. Этот разброс необходимо учитывать (Гершкович и Дурлах, 1969).
Совершенно очевидно, что взаимное влияние бинауральных временных и ам­
плитудных различий весьма дифференцировано и поэтому не может быть
охарактеризовано одним единственным коэффициентом.
В последнее время слуховые эксперименты методом компенсации на им­
пульсных сигналах проводились многими авторами (Дввнд, Гуттман н Ван
-2
'9
мс
Урадии:
7а ДБ
30 д Б
50 д Б
70*6
-7
0
-11
11 -12
11 -11
О
Ч дБ
П|_
L.
Рнс 105. Типичные кривые компенсации, полученные при использовании широ­
кополосных щелчков различного уровня в качестве измерительного сигнала
(по Давиду ^ Гуггману н Ван Бергейку, 1959).
Бергейк, 1959; Днтридж н Хирш, 1959; Кайдель и Виганд, I960; Харрис,
I960). Установлено, что коэффициент компенсации зависит от громкости.
Громкие сигналы требуют для компенсации бинаурального временного разли­
чия большей разности уровней звукового давления, чем тихие.
На рис. 105 приведены часто упоминаемые в литературе кривые Давида
и др., из которых эта зависимость четко видна. Характеристики компенсации
(сугубо нелинейные) с увеличением громкости сигнала становятся более по­
логими. В своих экспериментах Давид и др. использовали сигналы двух видов:
щелчки, получавшие взаимный бинауральный сдвиг фаз, независимый от
частоты, и шумовые бннаурально не коррелированные импульсы (использо­
вали два генератора шумов). Одинаковыми по форме были только огибающие,
которые могли сдвигаться во времени относительно друг друга. Примечатель­
но, что для обоих видов сигналов кривые компенсации получились почти
одинаковыми.
Дальнейшие исследования зависимости кривых компенсации от громкости
провел Харрис в I960 г. В ходе экспериментов си с помощью фильтра верхних
частот ограничивал сверху часто гнуто полосу шумовых импульсов, предла­
гавшихся для прослушивания. Он установил, что зависимость кривых ком­
пенсации от громкости измерительного сигнала наступает лишь в тех случаях,
когда его спектр содержит частоты выше 1,6 кГц. Если спектр измеритель­
ного сигнала ограничивать сверху более низкой частотой, то слад кривых
компенсации начинается прн меньших громкостях (рнс. 106). Есть основание
предполагать, что зависимость компенсации от громкости связана с оценкой
слухом бинауральных сдвигов огибающей, так как она касается только сигна­
114
лов с такими составляющими, на которых исключена оценка временных
сдвигов несущего колебания.
Результаты компенсационных слуховых экспериментов показывают, что
степень влияния бинауральных временных сдвигов и разностей уровня ушиых
сигналов на свойства слуха зависит от вида звуковых сигналов. Бинаураль­
ная разность уровней оказывает наибольшее влияние в тех случаях, когда
сигнал содержит составляющие выше 1,6 кГц и громкость звука мала.
Д ля упрощения анализа сложных взаимодействий временных и амплитуд*
ных различий принято считать, что процессы в центральной нервной системе
-1,о г
мС
1 кГц
1,ЪкГц
2 кГц
2,8 кГц
UкГц
1,0
Рис. 106. Типичные кривые компенсации узкополосных щелчков с уроанем
звукового давления 20 дБ (сверху показаны верхние граничные частоты).
при ощущении отклонения слухового объекта одинаковы независимо от того,
различаются ли ушные сигналы по времени или уровню. При таком допущении
роль признаков обоих классов и, следовательно, коэффициента компенсации
определяется только свойствами тех внешних органов слуха, в которых вы­
рабатываемая по временным нлн амплитудным различиям информация об
отклонениях объекта преобразуется в форму, поступающую в центральн>ю
нервную систему.
В литературе обсуждаются две группы гипотез, основанных на приведен­
ной упрощающей предпосылке. Согласно первой группе принято считать, что
отклонение слухового объекта распознается нейтральной нервной системой
только по временным сдвигам нервных импульсов, поступающих от двух ушей
(Б. Джефри, 1948; Китц, 1957; Днтридж и Хнрш, 1959; Резер, 1960; Сойерс
и Линн, 1968 и др.). Таким образом, в этой группе гипотез ведущая роль
приписывается временным различиям ушных сигналов и, следовательно, сдви­
гам нервных импульсов. Тот факт, что различия ушных сигналов по уровню
такж е приводят к ощущению смещения слуховых объектов, объясняется дополнительными эффектами, два нз которых приведены на рнс. 107, а.
1. Эффект маскировки. Нервная клетка посылает свой импульс с опреде­
ленной временнбй аа дер ж кой, которая увеличивается с уменьшением ампли­
туды входного сигнала. Если ущи принимают сигналы различного уровни, то
время задержки оказывается меньшим для импульса того уха, сигнал у кото­
рого сильнее, и поэтому идущие от него нервные импульсы достигают мозга
раньше импульсов другого уха.
2. Пороговый эффект. Д ва сигнала одинаковой формы, но различные по
амплитуде превышают порог реагирования и разные моменты времени. Снгиал
с большей амплитудой и в данном случае возбуждает нервный импульс рань­
ше другого сигнала.
Существует предположение о том, что центральная нервная система вы­
рабатывает усредненную временную задержку по типу скользящей перекрест­
ной корреляции (Лнклидер, 1956, 1962; Сойерс и Черрн. 1957; Грубер, 1967
и др.). Более подробно об этом см. § 3.1.1.
8»
115
Вторая группа гипотез основана на предпосылке о том, что ощущение
отклонения слухового объекта вырабатывается в результате оценки частоты
следования импульсов, поступающих от ушей в центральную нервную систе­
му (Б. Боринг, 1926; Матцкер, 1958; Ваи-Бергейк, 1926; Эленер н Тоысик,
1958: Перро, [969). В этих условиях первичными признаками должны служить
бинауральные разности уровня звукового давления, поскольку громкпй сигнал
возбуждает большее число первных клеток, чем слабый. Для того, чтобы
оценке слухом подвергались также и временные различия, они должны пре­
образовываться в различия уровней. На рнс. 107. б приведены две возможные
схемы таких преобразований;
Латентный эффект
Пороговый эффект
Нервная клетка
Контралатеральное торможение
Эффект нарастания фронта
Рис. 107. Схемы некоторых преобразований сигналов в слуховом аппарате.
а — преобразование разности уровней по временную зад ер ж к у ; 6 — преобразование врепенной зад ер ж к и в разность уровней.
1. Двустороннее (контрлатеральное) торможение. Импульсы уха, возбуж­
денного первым, попадают на противоположное ухо или в соответствующий
ему нервный канал, где и уменьшают чувствительность.
2. Нарастание фронта. Во время нарастания ушных сигналов и их огибаю­
щих существующих временной сдвиг на короткое время вызывает и бинау­
ральную разность уровней. Более подробно обе группы гипотез описаны
в литературе по физиологии слуха (Б. Розенцвейг, 1961; Шварцкопф, 1962,
1968; Капдель, 1966 и Днтридж, 1966).
Против абсолютной справедливости каждой из упомянутых групп гипотез
имеются веские возражения. Так, например, против теорий временных задер­
жек свидетельствует тот факт, что при проведении слуховых экспериментов
с балансированием (уравниванием) создаваемые искусственно временные за ­
держки и опережения уже ие позволяют вернуть слуховой объект в медиан­
ную плоскость в случае, когда бинауральная разность уровней превосходит
25 дБ (Сайерс и Черри, 1956; Гутман, 1962). Графики латерализацин для
этого счучая приведены на рис. 108 (по оси ординат отложены боховые сме­
щения слухового объекта). Теория разности уровней ие может полностью
объяснить оценку слухом сдвигов огибающих. Ее необходимо дополнить
объяснением о том, почему при оценке огибающих учитываются только на­
растающие фронты сигналов. с>то может происходить, например, благодаря
дифференцированию слухом огибающих нли других функциональных реакций
нервной системы (Франссен, 1963). Болес глубоко эти представления пока не
проработаны.
Кроме того, не обосновано предположение о том, что центральная
нервная система не может различать бинауральные временные сдвиги и раз­
ности уровней звукового давления. С ббльшнм основанием можно предполо­
жить. что в центральную нервную систему раздельно в кодированном виде
направляются по меньшей мерс дпа вида информации. Олин нз них касается
бнна\гральыых сдвигов несущих колебаний, другой — разности уровней зву­
кового давлении и (или) сдвигов огибающих. Этот вывод вытекает нз сле­
дующих наблюдений.
Вправо
Слева раньш е
-W J o s x e S
У
•
/
1; , 1
/
/
Влево
'
А
г/
Y
1
/
мс Z
Рнс. 10& Кривые латерализацни для случая частогно-печавмснмого
бинаурального временного сдвш аи одновременной компенсирующей
бинауральной разности уровней (справедливы для широкополосных
сигналов].
1 — ДХ,—0
дБ:
2 — AL
5 д Б (слева гром че): 3 — Л /.— 25 д Б (слева гром­
че).
Иссдедоаате ш всегда отмечали, что в экспериментах, проводимых мето­
дом уравинпаннн, ощущения экспертов ие такие, как в случае диотнческого
слушания. В последнее время это наблюдение подтверждено и систематизи­
ровано измерениями Гафтера н Карьера, 1969. Слуховой объект кажется ши­
роким п размытым нлн даж е распадается на две чястн, особенно при больших
(несколько д е н н б е |) бинауральных разностях уровня. На это мы уже указыва­
ли ранее, в § 2.4.2.
Здесь можно еще раз сослаться на упомянутую ранее работу Витворта и
Джеффри (1961)- В своих экспериментах эти авторы (как до них Мучекяи и
Джеффри) несколько из и ей нлн классический метод бвланенровання. Слуховой
объект балансировался ие по центру головы, а по положению акустического
ориеитпра. Участвовавшие в экспериментах опытные эксперты могли прово­
дить это уравнивание раздельно но двум слуховым объектам. На рнс ]09 при­
ведены типичные результаты таких экспериментов. Сами авторы трактуют их
следующим образом (в свободном переводе): «Эксперты ощущали два слуковых объекта. Боковое смещение одного нз них зависело, во-первых, от
бинауральных временных различий и, во-вторых (в большей степени), от би­
науральной разности уровней. Боковое смещение второго объекта определя­
лось почти исключительно бинауральными временными различиями». Один
объект они назвали «интенсивность!м», другой — «временным».
Гяфтер н Джеффри ( 1968> расширили эти эксперименты, использовав то­
нальные импульсы частоты 500 Гц н щелчки (спектральная плотность эпергнн
была сосрсдоточепа а окрестности 2,5 кГц). И в экспериментах с такими дву­
мя сигналами временная н интенсивности а я составляющие слухового объекта
воспринимались раздельно. Д ля щелчков определялась зависимость коэффи­
циента компенсации обеих составляющих от звукового даплення. Из рнс. I 10
следует, что дяя временной составляющей коэффициент компенсации с уве-
117
1
-3 6 0
1
\
\
-5 W
мкс
\
личеннем звукового давления практически остается неизменным, для янтенснвиостноЙ — с увеличением звукового давления уменьшается.
Еслн сравнить этн результаты с результатами исследований Давида и
др., Харриса (см рнс. 105 п 106), то можно сделать следующие выводы
(Блауэрт, 1972). Д ля низкочастотных сигналов с составляющими ие выше
1,6 кГц боковое смешение слухового объекта определяется, очевидно, свремеинбй» составляющей. Влияние бинауральных различий уровня при этом не­
значительно (максимальный коэффициент компенсации около 40 мкс/дБ). Для
сигналов с составляющими выше 1,6 кГц ннтенснвностная составляющая пре-
■
^1
LL
-150<Ь
мкс
н
ж
>
г
W
-180
-100 - - Ч
*
б
^
Г
ч
г
S
-----------------------------
-5 0
■ * * "
Р»
-
180
6
Рис. 109
83 А б S3
аБ
Рис 110
Рис. 109. Боковое смещение двух составляющих слухового объекта, возника­
ющих прн бинауральном прослушивании тона с частотой 500 Гц (сплошная
лнння — временная составляющая, пунктирная — ннтенснвностная). Измере­
ния проведены с помощью акустического ориентира, громкость около 50 фои,
бинауральная разность ф аз сигнала: кривая а —270 мкс; 6 —180 мкс; в —
90 мкс; д — 0 мкс.
Рис. 110. Зависимости коэффициента компенсации временной (сплошная ли­
ния) я интенсивности ой (пунктирная) составляющих, полученные в экспери­
ментах уравнивания прн использовании широкополосных щелчков, 3 эксперта.
валнрует и в случаях, когда сигнал содержит и низкочастотные составляющие.
Смещение «интенсивностей» составляющей прн этом определяется бинау­
ральными сдвигами огибающих н различиями уровней звукового давления
сигналов. Коэффициент нх взаимной компенсация лежят в пределах от 290
до 70 мкс/дБ. Пря увеличении громкости ои уменьшается.
Более подробно значение временной н интенсивностей составляющих для
физиологии внутреннего уха мы здесь рассматривать не будем. По этому
вопросу мы отсылаем читателя к работам Витворта я Джеффрн, Гафтера н
Джеффри. Укажем, однако еще на два исследования, проведенных Джеффри
и Мак-Фаденом (1971), Мак-Фаденом, Джеффри я Эрмеем (1971), из которых
■следует, что значение обеих рассматриваемых составляющих может быть раз­
личным у разных экспертов.
Сравнение динамических свойств слуха прн оценке бинауральных времен­
ных различий и разности уровней звукового давления показывает, что меха­
низм образования ннтенснвностной составляющей, по-видимому, меиее
инерционен, чем временнбй (Блауэрт, 1970). Форма ушиых сигналов, с кото­
рыми проводились эксперименты, показана на рис. 111. К ушам эксперта под­
водились две последовательности импульсов, модулированных по амплитуде
118
нлн фазе Прн низких частотах модуляции у эксперта создается впечатление
качания слухового объекта внутри головы. Если частоту модуляции увеличи­
вать, то после превышения некоторого ее порогового значения ощущение
качания объекта постепенно исчезает.
Минимальный временной сдвиг, необходимый для того, чтобы вызвать
ощушение перемены сторон дислокации слухового объекта при бинауральной
разности уровней сигналов, составляет в среднем 162 мс, при бинауральном
сдвиге фаз — около 207 мс (импульсы частотой следования 80 Гц, громкость
около 60 фон, 40 экспертов).
Правый
Рнс. 111. Ушные сигналы для
исследования
инерционности Левый
механизма латерализацни.
а — модулирую щ ий сигнал; 6 — уш ­
ные сигналы , модулированны е по
ам п литуде:
а — уш ны е сигналы ,
м одулированны е по ф азе.
\
1
■i
■1
1
1
i . l ; !
/А
1
1
1
___ L
7 Т
:1 1I ,
il
|Г
■
7
If 1
II - J j ___ U___ 1
ПраВьн
Исходя нз современных знаний механизма оценки слухом бинауральных
временных сдвигов н разностей уровня звукового давления, нз результатов
экспериментов по латерализацни можно сделать ряд выводов.
C iyxy свойственны по меньшей мере два метода оценки, функционирую­
щие совершенно независимо друг от друга. Первый оценивает бинауральные
временные сдвиги несущих колебаний ушных сигналов и формирует ощуще­
ние боковых смещений слухового объекта лишь тО!да, когда сигналы не
содержат составляющие выше 1,6 кГц. Второй характеризует бинауральные
различия уровней звукового давления и бинауральные временное сдвиги
огибающих. Его влияние иа ощущение смещения слухового объекта преобла­
дает в случаях, когда спектр сигнала насыщен составляющими выше 1,6 кГц.
Второй метод варнантен во времени; на него может повлиять тренировка
слуха (см. § 2.4.2 и Хельд, 1955). Что касается первого метода, то по наблю­
дениям автора вариантность его во времени пока ие доказана. Относительная
роль каждого нз методов может быть различной для разных индивидуумов.
Первый, по-вндимому, инерционнее второго.
Эти выводы справедливы только для латерализацни. В отношении лока­
лизация и, следовательно, направленности слуха в открытом звуковом поле
можно сделать следующие выводы. Поскольку подавляющее большинство
119
I
звуковых сигналов в повседневной жизни (речь, музыка, шумы окружающей
среды) содержат составляющие выше 1,6 кГц, то решающая роль в выра­
ботке слухом ощущения направления к объекту должна быть признана за
вторым методом. Следовательно, бинауральные разности уровня звукового
давления и сдвиги огибающих ушных сигналов — это важные бинауральные
признаки
В дальнейших рассуждениях будем опираться на характеристики би­
науральных функций передачи, поскольку именно они описывают возникаю­
щие прн естественном слушании бинауральные различия сигналов. Графики
на рнс. 55 н 57 показывают, что и средние разности уровней, и средние фазо­
вые я групповые задержки при увеличении боковых отклонений источника
3,2
0,5
1
Z
5 кГц 10
пульсов
(по Миллсу, 1960).
звука становятся ббльшнмн. Следовательно, по своему влиянию на ощущение
бокового отклонены я слухового объекта они действуют однонаправленно.
Частотная зависимость бинауральной разности уровнен звукового давлении
для всех направлений прихода звука имеет тенденцию увеличения с ростом
частоты. В первом приближении можно считать, что средняя разность уровнен
тем больше, чем больше энергии сигнала сосредоточено в области верхних
частот.
Анализ влияния бинауральных сдвигов огибающих на локализацию более
затруднителен, поскольку их нельзя непосредственно выделить нз бйнаурвльной функции передачи. Здесь, однако, можно и с х о д и т ь и з того, что во внут­
реннем ухе спектр сигнала разделяется иа полосы, в которых огнбаюшнс
оцениваются слухом отдельно. Бинауральный сдвиг огибающих спектральных
полос может быть описан (приближенно) групповым временем задержкп в со­
ответствующей частотной области. Вопрос о том, каким образом результаты
оценок слухом отдельных спектральных полос участвуют в суммарной оценке,
пока изучен недостаточно. Есть основания полагать, что сдвиг огибающих
в области наибольшей плотности энергии учитывается с ббльшнм коэффици­
ентом оценки (Фланаган и др., 1963).
Из сказанного выше вытекает, что угол бокового отклонения слухового
объекта прн неизменном угле прихода звуковой волны может зависеть от
вида енгпала (см. рис. 22). Вопрос о том, распознает ли н упитывает слух
пря локализации характерные изменения бинауральных функций разности
уровней и групповых задержек, изучен мало. К настоящему времени доказано
лишь, что если в частотной характеристике групповой задержки имеются про­
валы нлн выбросы, то слуховой объект меняет дислокацию н локализация
становится более размытой. Прн этом, правда, не учтен случай восприятия
звуков в открытом звуковом поле (Ликлндер и Вебстер, 1950; Шредер, 1961;
Блауэрт, Хартмап н Лаве, 1971).
В старых литературных источниках часто можно найти суждение, полу­
ченное в результате исследований с использованием непрерывных тонов: прн
локализации широкополосных шумов временные сдвиги и разности уровней
оказывают свое действпе совместно, причем низкочастотные составляющие ло-
120
калнэ}ются по оценке временных сдвигов несущих, а высокочастотные — по
разности уровней. Графики на рис. 112 иллюстрируют это.
На рисунке (штриховой линией) показаны приведенные ранее частотные
характеристики порога смещения латерализацни для бинауральных временных
сдвигов н разностей уровня (см. рнс. 95 н 1С2). справедливые для случая
непрерывных тонов. Две другие кривые получены следующим образом. Прямо
перед экспертом был установлен громкоговоритель, который мог перемещать*
ся. В эксперименте измерялось минимальное боковое смещение громкоговори­
теля, вызывавшее ощущение смещения слухового объекта. Затем по этим ми­
нимальным смещениям расечнтывалясь бинауральные временные и амплитуд­
ные различия ушиых сигналов. В результате были получены две кривые
(сплошные линии). Из графика видно: в области инжних частот кривая порога
смешения латерализацни при бинауральных временных сдвигах близка к ча­
стотной характеристике временных различий, соответствующих минимально
воспринимаемым смещениям громкоговорителя.
На верхних же частотах, напротив, совпадающими в определенной обла­
сти частот оказываются кривая порога смещения латерализацни при бинау­
ральных разностях уровней и кривая разности уровнен, соответств> ющих
минимально воспринимаемым смешениям громкоговорителя. Таким образом,
подтвержден вывод о том, что в случае непрерывных тонов нижние частоты
латералкзуются н соответственно локализуются по разностям фаз, а верхние
частоты— по разностям уровней. Одпако распространить этот вывод на любые
сигналы нельзя, поскольку ие учтены бинауральные сдвиги огибающих,
а временные сдвигн несущих н разности уровней рассматриваются как равно­
ценные факторы. В действительности же направление на слуховой объект
в случае широкополосных сигналов определяется нреямушественно ннтененвностной составляющей, т.е. по разностям уровня я сдвигам огибающих.
В заключение рассмотрим роль бинауральных признаков сигналов в ди­
станционных свойствах слуха. В § 2.2.2. было указано, что бинауральная
функция передачи зависит ие только от угла прихода звука, но я от удаления
его источника. Эту зависимость бинауральных признаков ушных сигналов от
удаления источинна звука называют также акустическим паралаксоы. Вспом­
ним здесь графики на рис. 46— 48, из которых вытекает, что зависимость би­
науральных признаков ушных сигналов от удаления источника звука оказы­
вается наибольшей при приходе звука во фронтальной плоскости (<р=90° и
ф = 270°).
Исходя из физического эффекта акустического ларалакса, многие авторы
высказали предположение о том, что слух при выработке ощущения расстоя­
нии до объекта наряду с монауралънымн учитывает также бинауральные при­
знаки сигналов (Томпсон, 1882; Хорнбостель, 1923; Вудворт и Шлосберг, 1954;
Хирш, 1968). По-вядимому, это предположение соответствует действительно­
сти. Так, например, Фельдман в 1972 г. поиазал, что если при днхотнческой
подаче сигнала создается только временная задержка около 1 мс, то слухо­
вой объект лоцлруется недалеко от головы. Если же дополнительно соз­
дать и разность уровней, то слуховой объект приближается н самой голове
и может даж е лоинроваться внутри нее.
Укажем далее еще на одни эффект, который более подробно рассмотрен
в § 3.1.1. Если эксперту подавать одинаковые, но сдвинутые по фазе иа 180°
сигналы от двух громкоговорителей, расставленных слева н справа, то и
тогда слуховой объект лоцируется очень близко к голове или даж е внутри
нее. Этот эффект наступает только тогда, когда громкоговорители удалены от
эксперта на несколько метров Д ля изучения этого эффекта Хансон и Кок
(1957) в своих экспериментах учитывали только те бинауральные различия
сигналов, которые могут возникнуть в таких условиях (см. § 3.1.1.).
Поскольку эффект акустического иаралакса зависит от угла прихода зву­
ка, то можяо было бы предположить, что и локализация и неточность лока­
лизации при слушания отдаленных источников также зависят от угла прихода
звука. Однако результаты экспериментов однозначно это предположение ие
подтверждают. Штарк и Гравфорд (1909) установили, например, что не­
точность локализации дистанции ие зависит от угла прихода звука. Юнг
121
<1931). напротив, обнаружил, что при постоянном удалении источника каж у­
щаяся дистанция до слухового объекта оказывается зависимой от угла при­
хода звука. Эксперименты проводились на устаповке, подобной приведенной
на рис. 119 (Псевдофон). Другие эксперименты проводили Вернер (1922),
Кохран, Труп и Симпсон (1968), Гарднер (1969), а также Хольт и Турлов
(1969). Результаты экспериментов Вернера, Гарднера, Хольта н Турлова
указывают на существование зависимости точности локализации от угла
прихода звука, а в экспериментах Кохрана и ДР- эта зависимость не обнару­
жена. Вернер заметил, правда, что когда звук приходит спереди, то неточ­
ность локализации расстоянии оказывается меньшей, чем в случае его при­
хода сбоку. Но этот вывод противоречит эффекту акустического парада кса.
Таким образом, этот комплекс вопросов не может рассматриваться как пол­
ностью разрешенный.
2.S. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Предыдущие параграфы были посвящены анализу пространственного
слуха для двух граничных условий:
1. Рассматривались только взаимосвязи между направлением на слу­
ховой объект н кажущимся расстоянием до него с параметрами звуковых
сигналов у барабанных перепонок.
2. Во всех исследованиях предполагалось, что эксперты не меняют поло­
жение головы относительно источника звука либо сами, либо с помощью
специальных устройств. В некоторых экспериментах сигналы подавались
через головные телефоны.
Иначе говоря, рассматривались только те входные параметры, на кото­
рые для оценки своих ощущений эксперты могли реагировать в системе, изо­
браженной на рнс. 30. Головные телефоны создавали на входах слуховых
каналов такие же сигналы, какие ранее в этих точках принимались микрофо­
нами-зондами.
Из сказанного выше можно видеть, что в этих условиях слух при фор­
мировании ощущения места слухового объекта учитывает как монауральные,
так и бинауральные признаки ушных сигналов. Под монауралъными здесь
понимаются в основном временные сдвиги и разности уровней различных
спектральных составляющих одного ушного сигнала, а под бинауральными —
временные сдвиги и разности уровней соответствующих спектральных состав­
ляющих Двух ушных сигналов.
Из экспериментов с использованием одинаковых ушных сигналов выте­
кает, что монауральные признаки сигналов участвуют при формировании
слухом ощущений направления к слуховому объекту в передней и зад­
ней мс-днанных полуплоскостях, т. е. угла
возвышения и дистанция. Бина­
уральные признаки учитываются слухом при формировании ощущения от­
клонений слухового объекта во фронтальной плоскости. Можно считать спра­
ведливым (хотя и не полностью доказанным) вывод о том, что в форми­
ровании ощущений направления к слуховому объекту в любом направлении и
на любой дистанции совместно участвуют монауральные и бинауральные
признаки сигналов.
Прн слушании в открытом звуковом поле, когда эксперт может свободно
поворачивать голову, а окружающее его пространство хорошо освещено, в
расположении эксперта имеется целый ряд других признаков, оценивая ко­
торые оп может делать суждения о месте расположения источника звука. Эти
дополнительные параметры локализация и рассматриваются в следующих па­
раграфах.
2,5.1. Моторные модели слуха
Передаточные функции наружного уха являются
жении источника звука. Линейные искажения, которые
терпевают на пути к барабанной перепонке, зависят
точник звука и расстояния до пего. Если эксперт во
122
функциямя местополо­
звуковые сигналы пре­
от направления на ис­
время прослушивания
звукового сигнала перемещает голову относительно источника эвуиа, то соот­
ветственно меняются ыоиауральные я бинауральные признаки сигналов у
барабанной перепонки. Теория (модели) пространственного слуха, описываю­
щие взаимосвязи между местом слухового объекта и изменениями ушных
сигналов во время движений головы, называются моторными моделями (мо­
дели поворота).
Моторные модели описывают такие изменения слухового восприятия во
время движения головы, особенно — громкости н тембра, по которым эксперт
может судить о местоположении источника звука. Часто можно наблюдать,
как эксперты с одним здоровым ухом, используя, очевидно, приобретенную в
результате тренировок способность оценивать динамические изменения гром­
кости и тембра слуховых объектов, совершают характерные движения голо­
вой для определения направления к источнику звука (Брунцлов, 1925, 1939;
Мейер-Готесберге. 1940; Кленш, 1949 и др.). Однако до настоящего времени
не подвергался исследованию вопрос о том, каким образом движение головы
людей с односторонним слухом коррслнруется с местом слухового объекта.
Характерные движения головой при слушании пространственных звуков
можно наблюдать н у экспертов со здоровым слухом. Прн этом можно раз­
личить два вида движений.
1. Непроизвольный (рефлекторный) поворот головы в сторону слухового
объекта, т. е. в направления вероятного расположения источника звука. Био­
логический смысл таких движений очевиден. Они возникают, поскольку до
начала движении в сознании эксперта существует более или меиее точно ло­
кализованный слуховой объект. Локализация при повороте головы обостряется
потому, что слуховой объект помещается в створ максимальной чувствитель­
ности слуха.
2. Движения пеленгации, совершаемые сознательно. Цель их состоит, оче­
видно, в том, чтобы на основе дополнительной информация более четко лока­
лизовать в пространстве слуховой объект. Во время такого движения острота
локализации слухового объекта обычно повышается. К тому же в зависимости
от обстоятельств слуховой объект во время движения может изменить свое
положение, переместившись спереди назад, вверх и т. д.
Ниже будут рассматриваться в основном движения второго вида.
Первое признание моторные модели слуха получили как дополнения к
теории временных сдвигов, разработанной Хорнбостелем и Вертхаймером
Р и с. 113
Рнс. 114
Рнс. 113. Согласно модели Хорнбостеля — Вертхаймера геометрическое место
точек, разность пути которых до правого (1) н левого (2) уха одинакова,
в горизонтальной плоскости образует пшерболу (а), а в пространстве (на
больших расстояниях) — коническую поверхность (6).
Рис 114- Изменения бинауральных различий ушных сигналов при движениях
головы (они противоположны для звуковых воли, приходящих спереди н
сзади).
123
I
(1920). Они предложили рассматривать уши в системе бинаурального звуко­
приемника в виде двух точек, отстоящих в пространстве одна от другой на
расстоянии 21 см (см. § 2.2.2). В такой модели разность путей звука от всех
источников, расположенных по гнпербсмле в горизонтальной плоскости, будет
одинаковой для всех точек (рнс. 113). Следовательно, звуковые волны, исхо­
дящие из любой точки гиперболы, будут доходить до обоих ущей с постоянной
задержкой. Если представить гиперболу се расходящимися асимптотами и рас­
сматривать модель в пространстве, то геометрическим местом соответствующих
точек рапной задержки будет поверхность конуса. Прн очень малых задержках
поверхность конуса переходит в медианную плоскость. Отметим, что в модели
Хорнбостеля н Вертхаймера (как, впрочем, и в других) голова рассматривается
как жесткий шар, бинауральные временные различия неодинаковы но направ­
лениям прихода звуковых волн.
Первым, кто указал на способность слуха независимо от этой анизотропия
разностей пути правильно определять направления прихода звука (благодаря
движениям головы), был Ван Соест (1929). Принцип его рассуждений показан
на рис. 114ч Если принять, что бинаурадьные различия сигналов равпы нулю,
т. е, что звук поступает на обе барабанные перепонки одновременно и с оди­
наковым уровнем, то в медианной плоскости направления прихода звука ыоi v t быть любыми, а в горизонтальной — строго сзади (/) и спереди ( 2 ) .
Если эксперт поворачивает голову относительно вертикальной осн вправо,
то ближе к источнику звука, находящемуся спереди, оказывается левое ухо,
а к источнику звука, помешенному сзади, — правое. Следовательно, изменения
бинауральной временной задержки звуковых воли, приходящих спереди нлн
сзади, прн двнжешш головы в данном направлении встрочны- Это же спра­
ведливо н для бинаурального различия уровней сигнала.
Ван Соест предположил, что слух распознает знак изменения бинаураль­
ных временных сдвигов н оценивают нх при формировании ощущения места
слухового объекта. Легко видеть, что для получения нужной для точкой оценки
информации эксперт должен распознавать не только изменения самих ушных
сигналов, но одновременно направление и амплитуду движения головы. По­
следнее может быть функцией вестибулярного аппарата с участием органов
зрения или рецепторов состояния затылочных мышц. Таким образом, моторные
модели слуха можно считать гетеросснсорнымн.
Цели отойти от модели Хорнбостеля—Вертхаймера и других моделей, по­
строенных на осевой симметрии головы, то положение усложнится из-за явле­
ний, связанных с широкополосиоотью сигналов, и сложности процессов в на­
ружном ухе. Ипаче обстоит дело в случае узкополосных сигналов. Здесь оди­
наковые бинауральные различия могут существовать н прн различных направ­
лениях прихода звука. Особенное значение моторные теории слуха приобрета­
ют для объяснения движений головы я влияния наружного уха на звуковые
сигналы. То, что такие влияния имеют место в действительности, будет показа­
но ниже.
Продолжая анализ моторных моделей пространственного слуха, рассмот­
рим три группы вопросов.
1. Свойственны лн нормальному бинауральному слуху движения головой
вообще? Если да. то каковы они'-*
2. Какие специфические изменения ушных сигналов создаются при пово­
роте головы и как они оцениваются слухом?
а Каково влияние движений головы на ощущение места слухового объ­
екта?
В своих рассуждениях автор опирался на работы следующих исследова­
телей: Перскалин (1930); Юнг (1931); Валлах (1938/1940); Де-Боер и Фермейлек (1939); Де-Боер н Ван Урк (1941); Де-Боер (1947); Клепш (1948,
1949); Клепш (I960); Кениг п Зусман (1955); Бургер (1958); Иончкис н Ван
дс Фсер (1958); Фишер н Фридман (1968); Турлов, Мангелъс и Рупге (1967);
Турлоп н Рунге (1967); Турлов н Мергепер (1970).
Первый вопрос глубоко исследовался Турловыы, Мангсльсом и Рунге
(1967). Они проводили эксперименты более чем с 50 экспертами с нормальным
слухом, которые с завязанными глазами должны были определить место распо-
124
ложения источника звука в заглушенной камере. Источник звука излучал
узкополосный шум (полосы от 500 до 1000 Гц нлн от 7500 до 8000 Гц). Для
размещения источника звука были выбраны 10 точек по всей камере. Во время
эксперимента экспертам разрешалось свободно поворачивать голову, но они
должны в полном покос держать верхнюю часть туловища. Движения головы
регистрировались кинокамерой
и впоследствии анализирова­
лись. Прн анализе движения
классифицировались по трем
э II
видам
(рпс 115):
кнвок
(«вниз—вверх»),
поворот
^ ^ в )
{«вправо — влево»),
качание
(«вправо — влево»). Результа Рнс. 115. Классификация движений го­
ты экспериментов приведены в
ловы.
табл. 6 н 7, из которых еяедуа — поворот; б — кнаок; в — качание.
ет. что максимальную ампзнтуду имели повороты головы.
Наиболее частыми были сочетания движений поворот — кнвок. По поводу
направления движений головы следует отметнть, что большинство экспертов
сразу поворачивали голову в направлении прнхода звука. Чаще всего движе­
ние прекращалось, как только источник звука оказывался точно перед экс­
пертом. Более половины экспертов совершали по несколько движений, иапрнмер, поворачивали голову несколько раз то вправо, то влево. Результаты пока­
зывают, что эксперты, если нм это разрешают, для точного определения на­
правления па источник звука всегда совершают определенные пеленгирующие
Таблица
Средние
амплитуды движений
и
показаний
Вид движения головы
Сигнал 500—1000 Гц
4 2 ° ± 2 0 .4 °
Поворот
Кивок
13.1°ztl3,5°
Наклон
1 0 ,2 ^ 9 ,6 “
|
стандартный
6
разброс
Сигнал 7500—S000 Гц
г э .г ^ е .е 0
1I.6P—Я,3"
Таблица
Комбинированные движ ения
головы
Относительная повторяемость Относительная повторяемость
совпадающих показаний, %
пэкаэацвв более 10°, %
Сигнал
500—1000 Гц
Поворот, кивок, наклон
Поворот, кнвок - . .
Поворот, наклон , , .
Кивок, наклон . . Поворот . . . »
К н в о к .......................... ....
Н а к л о н .............................
7
39
70
22
4
4S
13
3
Сигнал
7500-8000 Гц
36
62
19
6
41
15
5
Сигнал
МЮ—1000 Гц
10
32
3
Сйгнал
7500—S000 Гц
17
26
7
—-
—
48
32
3
1
1
О
125
движения головой. Определим, какие специфические изменения ушных сигналов
возникают во время таких движений. Повороты и покачивания наиболее глу­
боко изучал Валлах (1938).
Ранее мы установили, что благодаря движению головы (точнее, повороту
относительно вертикальной оси) вырабатывается информация о том, находит­
ся ли и с т о ч н и к звука спереди нлн сзади эксперта. Это происходит потому, что
при повороте головы в данном направления соответственно изменяются бина­
уральные признаки сигналов. Легко видеть, что так же можно отличать
источники звука, находящиеся в передней полусфере, от источников тыльной
полусферы. Еслн, например, дли определения направления прихода звука в пе­
редней полусфере эксперт, совершая леленгнрующее движение, ориентирует
в данном направлении левое ухо, то этим же движением псленгируются н все
остальные направления иа полуокружности. Еслн в дополнение к повороту он
еше н наклоняет голову, т. е. совершает поворотное движение головы вокруг
оси пересечения медианной н горизонтальной плоскостей, то можно получить
информацию о том, находится лн источник звука в верхней яли нижней полу­
сфере.
Оценка слухом изменений бинауральных различий ушпыя сигналов, воз­
никающих во время движения головы, позволяет таким образом определять
один нз четырех пространственных квадратов («спереди вверху», «спереди
внизу», «сзади вверху», «сзади внизу»), в котором находится источник звука.
Еслн изменения бинауральных сигналов оцениваются и в зависимости от ам­
плитуды движения головы, то с помощью поворотов н кивков можно дополни­
тельно получить информацию об угле возвышения источника звука над гори­
зонтальной плоскостью нлн отклонения от фронтальной плоскости. Кратко
приведем ход рассуждений для понимания существа явлений.
Сначала ограничимся рассмотрением поворотных движений, т. е. движений
относительно вертикальной оси (линии пересечения фронтальной н медианной
плоскостей). В этом случае плоскостью вращения будет горязонтальная пло­
скость. Рассмотрим два частных случая:
1. Источник звука находится в горизонтальной плоскости, например, спе­
реди. Пусть эксперт поворачивает голову так, что по окончании движения ис­
точник звука оказывается точно сбоку, слева. Во время этого движения
бпнауральные различия возрастут от 0 до максимума.
2. Источник звука находится точно над головой. Пусть голова поворачи­
вается на 90° в горизонтальной плоскости. Бинауральных различий сигналов
в этом случае ие возникает потому, что источник звука сохраняет свое относи­
тельное расположение в медианной плоскости.
Можно заметить, что переход от одного нэ этих экстремальных случаен
к другому (максимальные изменения бинауральных различий в первом случае
и отсутствие их — во втором) плавный. Величина, которая в конечном итоге
определяет бинауральные различия сигналов, — угол у между направлением
прихода звука и медианной плоскостью. Он связан с горизонтальным н верти­
кальным углами отклонения источника следующим образом:
sin у = cos б sin ф.
(44).
На рис. 116 показаны графики зависимости угла у от б и ф. Две кривые
с параметрами 6 = 0 н 6 = 9 0 ° соответствуют двум рассмотренным выше экст­
ремальным случаям. Крутизна кривых тем больше, чем больше сам угол 6.
Завнснмостн бинауральных различий сигналов от амплитуды покачивания
имеют такой же вид, как для поворотных движений. Принципиально отличным,
однако, является случай кнвковых движений, которые, как это видно из табл. С,
наблюдаются довольно часто. Кквковые движения — вертикальные повороты
головы относительно ушной осн. Еслн считать форму головы строго шаро­
образной, то бинауральные различия сигналов при таких движениях должны
сохраняться неизменными. В действительности, однако, н прн кнвковых дви­
жениях обязательно возникают изменения бинауральных н в особенности
ыонауральиых признаков сигналов в зависимости от направления и амплитуды
126
движения. Специально этот вопрос в работах, приведенных в § 2.2.3, не ис­
следовался.
Из теоретических рассуждений вытекает, что оценка слухом изменений
сигналов у барабанных перепонок во время движений головы в принципе
может дать информацию о меЛе расположения источника. Покажем теперь
ва результатах некоторых экспериментов, что эта информация используется
слухом нлн помогает слуху определить место слухового объекта. Очень нагляд­
ные эксперименты были проведены Кленшем (1948) н позже подтверждены
Ионгкнсом н Ван дс Фесром (1958). Схема нх приведена иа рис. 117.
Рнс. 116. Зависимости угла \ между
направлением прихода звука н ме­
дианной плоскостью от азимута ф
н угла возвышения б.
В ходе экспериментов Кленш вводил в каждое ухо эксперта по резиновой
трубке одинаковой длнны с миниатюрным металлическим рупором. Таким обаэом, искажения сигналов, возникающие в наружном ухе, были исключены,
'упор всегда был обращен к источнику звука. Исследовались следмощне
случаи, показанные на рис 117.
Р
т
ё
ё
I
Рнс. 117. Схема слуховых экспериментов Кленша (1948). Кружки н жирные
стрелки показывают положение слухового объекта или направление на него;
тонкие стрелки — направление перемещения рупоров и движения головы.
127
а) Голова неподвижна. Ушные рупоры равноудалены от источника звука.
В этом случае слуховой объект возникает внутри головы, как в случае диети­
ческой подачи сигналов через головные телефоны.
б) Голова неподвижна, рупоры обращены к источнику н попеременно то
удаляются от него, то приближаются. Слуховой объект возникает в голове, но
«перемещается» по линнн между ушами. Это соответствует случаю диохотической подачи сигналов через головные телефоны.
е) Ушные рупоры неподвижны н установлены на одинаковом расстоянии
от источника звука. Голова подвижна. Этот случай соответствует днотяческой
подаче сигналов через головные телефоны. Прн движении головы ушные сиг*
налы не изменяются. Слуховой
объект «помещается» в центре го­
ловы.
г) Голова подвижна. Рупоры
перемещаются вместе с поворотом
головы. Слуховой объект возника­
ет спереди.
д ) Голова подвижна. Рупоры
перемещаются навстречу движени­
ям ушей Слуховой объект возни­
кает сзади.
е) Голова подвижна. Левый
рупор введен в правое ухо, пра­
вый — в левое, н обн перемеща­
ются. Слуховой объект возникает
сзади.
Отметим особо, что в трех по­
следних случаях, несмотря на по­
дачу сигналов как бы через голов­
Рис. 118. Схема слухового эксперимента ные телефоны, слуховой объект
возникает не внутри головы. О
Валлаха (1938—1940).
расстоянии до слухового объекта
автор не сообщает. Однако в од­
ной работе Боера и Ван Урка (1941) показано, что н в этих условиях слухо­
вой объект возникает внутри головы нлн вблизи нее.
Результаты эксперимента Кленша. а также Ионгкнса н Вап-де Феера пол­
ностью совпадают с выводами теоретических рассуждений- Правда, условия
эксперимента не соответствуют естественному слушанию, поскольку исключе­
но влияние наружных ушей. Валлах (1928, 1939) провел эти эксперименты.
Схема их приведена на рис, 118. По дуге около эксперта были установлены
20 громкоговорителей. Голова эксперта с помощью редуктора была связана
с поворотным переключателем, который бесшумпо переключал сигналы (то­
нальные импульсы, музыку, речь, щелчки) на один нз громкоговорителей сог­
ласно поворотам головы.
В первой серии экспериментов громкоговорители размещались перед
экспертом н были соединены с переключателем так. что звук излучался тем
громкоговорителем, в направлении и которому точно обращен эксперт. Таким
образом, во время движений головы эксперта бинауральные различия сигна­
лов ие изменялись. У десяти экспертов нз семнадцати слуховой объект возни­
кал сверху (б » 9 0 в). Случалось, что сначала объект возникал спереди, но
затем во время движения головы перемещался вверх н там оставался. Осталь­
ные семь экспертов ощущали слуховой объект спереди, сзади, под углом
возвышения спереди или даж е диффузным. Правда, такие же ощущения у них
создавались и при излучении звука громкоговорителем, установленным дейст­
вительно сверху. Этот же эксперимент был проведен н в несколько изменен­
ном виде, когда громкоговорители были размещены также по дуге, но над
экспертом во фронтальной плоскости. Соответственно иа 90“ был повернут н
переключатель, который теперь уже управлялся покачиваниями головы из
стороны в сторону^ Все семь участвовавших в опыте экспертов ощуткли звук
128
либо спереди, либо сзади (одинаково часто). Согласно же теории слуховой
объект в этом случае должен располагаться на оси пересечения медианной я
горизонтальной плоскостей.
В следующей серии экспериментов громкоговорители устанавливали перед
экспертом в горизонтальной плоскости, а имитировали условия, которые соз­
даются прн поворотах головы, но вря размещении громкоговорителя сзади
эксперта. Выбором передаточного отношения привода между головой н пере­
ключателем громкоговорители переключались с удвоенной относительно пово­
рота головы угловой скоростью. Все 15 экспертов дали следующие показания.
Сначала слуховой объект ощущался спереди, но в момент начала движения
головы перемещался назад. При прекращении движения головой слуховой
объект некоторое время продолжал оставаться сзади, но затем по истечении
некоторого временн начинал ощущаться спереди. О такой инерционности слу­
ха писал также Кленш (1948).
Проводился н обратный эксперимент. С помошыо громкоговорителя, уста­
новленного сзади эксперта, удавалось вызвать ощущение звука спереди, даже
не затемняя помещение. Эксперты ощущали слуховой объект расположенным
там, где никакого источника не было видно.
Наконец, Валлах провел н другую серию экспериментов, цель которых со­
стояла в том, чтобы вызвать у экспертов ощущение слухового объекта под
заданным углом возвышения. Это достигалось благодаря тому, что при расста­
новке громкоговорителей спереди передаче движений от головы на механизм
переключателя была замедленной (громкоговорители переключались медленнее,
чем поворачивалась голова). Таким способом удавалось искусственно поме­
щать слуховой объект под углами возвышения 6=781° я 6 = 6 0 ° с точностью до
нескольких градусов (в экспериментах участвовало от 4 до 7 экспертов).
Аналогичная система для случая кнвковых движений головы позволила вы­
звать ощущения слухового объекта под углами во фронтальной плоскости.
Все результаты этих н других экспериментов В аллаха полностью согласуются
с теорией.
Ранее мы установили, что теории поворота — это гетеросенсорные теории.
Согласно этны теориям эксперты должны одновременно оценивать изменения
ушных сигналов, направления н амплитуды движений головы относительно
источника звука. В своей более поздней (1940) работе Валлах показал, что
регистрация движений производится правильно н в тех случаях, когда: а) пе
дают информацию тензоыоторные рецепторы шейных мышц я позвонков;
б) информацию дает только вестибулярный аппарат; о; информацию дает
только орган зрения.
Эти три условия были реализованы в экспериментах следующим способом.
В случае «а* голова эксперта фиксировалась относительно корпуса, а сам
эксперт мог поворачиваться на специальном кресле. Для того, чтобы из этих
условий перейти к условиям «б», нужно было только завязать глаза эксперта.
Наконец, в случае «в* эксперт оставался неподвижным, а относительно него
с помощью специальной установки поворачивалась вся видимая среда (экспер­
та окружал занавес с вертикальными черно-белымя полосами, вращавшийся
вокруг него). При этих условиях были повторены некоторые из описанных
выше экспериментов.
Было установлено следующее: прн пассивных движениях с открытыми
глазами («а») все эксперты велн себе точно так же, как прн активных, следуя
самопроизвольным движениям. Показания 50% экспертов с завязанными гла­
зами («б») оказались иными. Вторая половина экспертов и в этих условиях
реагировала согласно моторным теориям. В экспериментах с поворачивающим­
ся занавесом создавалось впечатление, что занавес неподвижен, а эксперты вра­
щаются сами вокруг занавеса. В случае, когда перед экспертом был неподвиж­
ный громкоговоритель, слуховой объект ощущался сверху (либо сразу, либо
с небольшим запаздыванием). Когда вокруг эксперта с такой же скоростью,
как занавес, но в противоположном направлении вращался громкоговоритель,
у 20 экспертов создавалось ощущенне объекта спереди, в то время как громкоюаорптель был строго сзади, н наоборот. Об этом эффекте упоминалось выше.
Таким образом, зрение играет, очевидно, вяжпую роль в регистрации движений
9—810
129
головы. Поскольку, однако, в нормальных условиях, кроме зрительной, выра­
батывается еще информация от вестибулярного аппарата и рецепторов мы­
шечной системы шеи, то движения головы регистрируются достаточно уве­
ренно.
После того, как вполне очевидно устаноалено, что информация о месте
расположения источника звука, получаемая в результате движений головы,
может оцениваться слухом, нам остается ответить на вопрос о месте моторных
теорий среди других теорий пространственного слуха, В литературе утверди­
лось мнение о том, что в нормальных условиях движения головы улучшают
способность слуха определять направления прихода звука. С точки зрения
локализации это означает, что движения головы уменьшают расхождения
между направлениями на источник звука и иа слуховой объект (Турлов я
Рунге, 1967). В некоторых случаях эти расхождения исчезают почти полностью
(Перекалил, 1930; Бургер, 1958; Фишер и Фридман, 1968),
Движения головы, особенно совершаемые сознательно для пеленгации нлн
вслушивания, могут при достаточно длительных сигналах привести к измене­
нию места расположения слухового объекта относительно первоначального.
Если в процессе слушания оценивается информация, получаемая вследствие
движения головы, то она превалирует над информацией, получаемой из монауральных признаков сигналов.
Этот вывод уже был сформулирован в ходе экспериментов Валлаха, во
время которых с помощью одного громкоговорителя, расположенного перед
экспертом, удавалось вызвать ощущение слухового объекта сзади, несмотря на
то, что сигнал был широкополосным. Это явление подтверждается также ис­
следованием автора (Блауэрт, 1969), В ходе эксперимента, описанного в
§ 2.11 (см. рис. 64—67), проводимого с использованием третьоктавиого шума,
эксперты могли свободно двигать головой, н им на эту возможность постоянно
указывали. Однако характерная для обычных условий локализация, которая
объяснялась оценкой слухом так называемых пеленговых частотных полос, в
эксперименте не наблюдалась: слуховой объект возникал только в том направ­
лении, откуда приходил звук. Затем эксперимент продолжался, но уже при фик­
сированном положении головы эксперта. Сигнал включали через Ю с. И в этом
случае слуховой объект возникал преимущественно в направлении прихода
звука. Это явление наблюдали и тогда, когда слуховой объект (если судить
о влиянии пеленговых частот) должен был возникать в других направлениях.
В заключение яам остается сделать вывод о том, что движения головы
позволяют слушателю с большой точностью определять направление на источ­
ник звука. В момент, когда голова неподвижна, слуховой объект почти без
исключений всегда лоцнруется в направлении прихода звука.
2.5.2. Костная, зрительная, вестибулярная
и тактильная теории слуха
Место расположения слухового объекта в основном определяется слухом,
который выделяет необходимую для этого информацию яэ бинауральных и
монауральных признаков звуковых с и т а лов у барабанных перепонон н их из­
менений во время движений головы. Но как уже было указано в гл. 1 2, в
формировании ощущения места слухового объекта могут участвовать н другие
факторы. Из приведенных в табл. 1 теорий нами не рассмотрены пока костная,
оптическая, вестибулярная и тактильная теории.
Костная теория. Звуковые c h i налы могут поступать во внутреннее ухо не
только через барабанную перепонку н слуховые косточки, но н через так на­
зываемый костный канал, когда вызванные звуковой волной колебания черепа
через височную кость передаются непосредственно на внутреннее ухо. Меха­
низм такой звукопередачи описан Бекеши (1960), Тондорфоы (I960, 1972) и
в приведенных ими работах. Прн анализе явлений костной звукопередачи и
формировании ощущении места слухового объекта обычно различают два
случая.
130
1. Возбуждение колебаний черепной иостн акустическими колебаниями
воздуха. Это обычный процесс возбуждения прн слушапнн в воздушном зву­
ковом поле.
2. Другие способы возбуждения, например, с помощью механических
возбудителей или при слушании под водой.
Рассмотрим первый случай Известно, что еслн плотно закрыть слуховой
канал уха, то порог слышимости поднимается на 40 дБ. Отсюда следует, что
при возбуждении слуха воздушной волной звуковой канал, образуемый череп­
ными костями, эаглушея по сравнению с каналом, образуемым наружным и
средним ухом, минимум на 40 д Б . Согласно современным представлениям
психофизики слуха трудно предположить, что составляющие с уровнем иа 40 дБ
ияже основного сигнала могут существенно повлиять на ощущеняе слухового
объекта. Поэтому гипотеза о том, что при нормальном пространственном слу­
шании костная эвухопередача играет сколько-нибудь значительную роль
(Внльсон я Майере, 1908; Гехт, 1922а), в последнее время, как правило, не
поддерживается (Гехт, 19226; Ксрстея и Сатттнгср, 1922; Баннстер, 1924;
Кнтц, 1953; Блауэрт, 1969).
Другое дело, когда составляющая звука, прошедшая ко внутреннему уху
по ностноыу каналу, имеет такую же амплитуду, как воздушная составляющая.
Этот случай может иметь место прн возбуждении черепной коробки с помощью
специальных устройств или когда слушатель находится в среде с удельным
волновым сопротивлением, равным сопротивлению черепа (например, в воде).
Латералнэапия объекта при костном возбуждении слуха используется в меди­
цинской ауднометрнн. Известен диагностический эксперимент Вебера, который
состоят в следующем. На лбу пациента крепится камертон, с помощью кото­
рого через костный канал возбуждается слух. Положение ощущаемого па­
циентом слухового объекта позволяет судить о характере нарушения слуха
(Лангенбек, 1958; Плат, 1969; Гутгцннг, 1970).
Японские экспериментаторы Соне, Ебата и Традамото (1968) исследовали
явление костного возбуждения при одновременном прослушивании экспертом
через головные телефоны такого же сигнала, ио со сдвигом во временн. Они
установили, что несмотря иа возбуждение головными телефонами, можно
создать ощущение объекта вне головы. Пленг (личная переписка) повторил этн
эксперименты, результаты подтвердились. В работе Соне н др. описан ряд
других слуховых экспериментов с костным возбуждением. Файт (1971) иссле­
довал возможность использования костного возбуждения ощущения остро
локализуемых объектов у слепых для разработки электроакустических пово­
дырей. Он пришел к выводу, что для указанной цели способ малопригоден.
Из медицинской ауднометрнн известно, что бинауральное демпфирование кост­
ных звуков (прн возбуждении сосцевидного отростка височной кости) состав­
ляет минимум от 10 до 20 дБ. Отчасти это объясняется тем, что внутреннее
ухо у человека, как у неиоторых других млекопитающих (особенно китов)
находится в части черепа, очень насыщенной воздухом. Череп и экранирует
ухо от костных звуков (Мейер-Готесберг, 1968; Блауэрт н Гартман, 1971).
Как упоминалось, кости черепа имеют почти такое ж е волновое сопротив­
ление, как вода. Поэтому прн слушании под водой создаются хорошие условия
для возбуждения костных звуков. Это подтверждается в действительности,
о чем свидетельствует следующий опыт: если под водой заэкранировать голову
иолпаком (оставляя открытыми слуховые каналы), то слуховой порог увели­
чивается (Нордмарк, Фельпс и Вайхтман, 1971).
Новейшие исследования показали, что я под водой движения головы поз­
воляют определять направлении иа источник звука с точностью приблизитель­
но 20° (Файнштсйн, 1966; Норман и др., 1971; Готерс, 1972), При этом
определенную информацию, по-вяднмому, дает и «нормальная» цепочка
эвухопередачи: барабанная перепонка — слуховые косточкп, потому что если
входы слуховых каналов закрыть, то способность идентифицировать направле­
ния прихода звука ослабляется. Механизм этих явлений пока яе ясен. Рас­
сматривая случай слушания иод водой, следует иметь в виду, что бинаураль­
ные временные различия сигналов вследствие почти пятикратной (относитель­
но воздушной среды) скорости звука и воде сильно уменьшаются. С акустн-
ч к н
чип зрения г ов
уме шшается до размеров тении ного мяча
(Бауэр н Торнк 1966) При од 1 на новых в еравн нин с воэдуш юй средой
н пр вл нмях прихода звуков слуховые объекты под во oft ра полагаю я
6 i же
медианной п оскостп и часто
испосредственн у головы или в са
МО
ОЛ в
Зрительные теории пространственного слуха осиованы на том, что ощуще
няе места слухового объекта зависят от того, что вндит энсперт во время
прослушивания и где находится видимый объект. Повседневная жизнь под­
тверждает это предположение Так, например, известно, что телезритель, как
правило слышит наблюдаемого диктора именно в том месте, где его изобра­
жение находится на экране. И только стоит закрыть глаза, как он обнаружн
вает, что слуховойобъект находится н на экране, а рядом с ни , т е. в месте,
где находится ромкоговорнтель
Стреттон (1887) проводил слуховые эксперныен ы используя специальные очки которые да­
вали опрокинутое изображение ( вверх—вниз»).
Он уста и вил. что если слуховой объект находят­
ся в п ло зрения, то н оп слышится опрокину­
тым Клемм (1918) описывает эксперимент с яспольз вавнем двух микрофонов
расставленных
слева и справа от эксперта Напряжение микро­
фонов подавалось на головные телеф нм пере­
крестно с левого микрофона на правый телефон
и с правого микрофона на левый телефон. Перед
каждым микрофоном был усыновлен молоточек,
и ба они поочередно издава н удары. Когда экс
перт закрывал глаза, удары молоточка слыша1 1C из обратных по сравнению с и с т и н н ы м и нап нв ннГ< Но как только эксперт открывал глаза
Рис. 119
Установка
п начинал внимател по следить за движениями
«псевдофон» (положение
молоточков, удары слышались из направлений,
с впадающих с наб юденикмп, т е слева, когда
головы экспертов не за
фиксировано)
ударял левый молоточек, я справа — когда уда­
рял правый Если через несколько минут эксперт
опять закрыва глаза то это ощущение какое-то
время продолжалось, за ем постепенно возвращалось к исходному перекрест
ном\ воспрня ию направлен й
Хельд (1955) проводил слуховые эксперименты, снабдив экспертов уст­
ройством, известным под названием «псевдофон»1 (рнс. 119). Эксперты на
девали головные телефоны, на иотсрые подавали сигналы от двух микрофонов
расставленных по диаметру головы с небольшаы сдвигом по окружности в
горизонтальной плоскости. Когда эксперты закрывали глаза, то, как и слсдова
ло ожидать, слуховой объект воспринимался из направлений, сдвинутых отно­
сительно истинных иа угол сдвига мнкрофовов относительно ушной осн
С открытыми глазами эксперты не ощушалн разницы в положениях источннла
звука н г, ухового объекта.
Джеффри н Тей юру (1961) в эксперименте с головными телефонами
удалось вызвать ощущение перемещения слухопого объекта из головы вперед
благодаря тому, что перед экспертом загоралась электрическая лампа (экспе
рнмент проведен только иа дном эксперте). Гарднер (1968) сообщает об эф­
фекте, который он назвал «proximity — Image — effect» («Эффект ближнего
объекта ) Он состоит в том, что если перед экспертом вдоль продольной ося
установлено несколько громкоговорителей, то с открытыми глазами он ощу­
щает слуховой объект в месте нахождения ближайшего громкоговорителя.
Клемм (1909) на основании очевидной тенденции слияния в пространстве
слух >вых и зрн льных объектов сформулировал так называемый закон «про­
странственного совпадения , который гласит, что при возбуждении различных
А
1 Первым название
в 1879 г.
132
п евдофон
применил для своего устройства Томсон
органов чувств создаваемые этими возбуждениями ощущения нмеют тенден­
цию слияния в пространстве. Дли формулирования закона он руководство­
вался наблюдением о том, что именно прн одновременном воздействии свето­
вых н звуковых раздражений зрительной я слуховой объекты, покидая свои
места, сближаются в пространстве. Однако н для этого закова имеются ис­
ключении.
Так, например, Эверт (1930), используя в эксперименте оптическую систе­
му, аналогичную предложенной Стретоноы (отличне состояло лишь в том, что
вместо призматических очков он применял систему лпнз, «опрокидывающую»
стороны видимого пространства), обнаружил, что н в этих условиях эксперт
может приучить себя лоцнровать слуховой объект в действительном направле­
ния на источник звука. Блауэрт (1970) измерил размывание локализации речи
в продольном (вперед — назад) направлении с одновременным показом говоря­
щего на экране телевизора н без него. Схема этого эксперимента показана на
рис. 120. Громкоговорители (установленные на расстоянии 7 м перед экспертом)
включались в случайной последовательности и излучали слоговую группу
длительностью но 6 с каж дая. Эксперты должны были сообщить, откуда
исходит звук: слева нля справа, сверху или снизу относительно оси зрения.
При включенных телевизорах нм, нроые того, давалось указание зрительно
леди ь а нзображ ннем из экране Было установлено, ч о размывание лока­
лнзацнн направления к слуховому объекту как в горизонтальной, так и в вер
тикальной плоскостях ие зависит от появляющегося одновременно со звуком
изображения диктора на кране (20 экспертов, громкость 35 фон).
Итак, мы установили что в формировании у человека ощущения слухового
объекта участвует и зрительное воздействие. Какое нз этих воздействий ока­
жется превалирующим прн расхождении нх по пространственному признаку,
зависит от задачи, которая ставится перед экспертом. Наблюдаемые здесь яв­
ления очень напоминают оценку слухом монауральиых признаков ушных сигна­
лов, когда эксперты сознательно подавляют информацию о месте слухового
объекта с тем, чтобы сосредоточить свое внимание на другой информации.
Зрительные теории в рассмотренном яами узком смысле следует отличать
от теорий регистрация движений тела, которые здесь играют такую же роль
как движения головы в моторных теориях пространственного слуха рассмот8,3'
з,с
и ж тгта -
Зк
О"
■3,6
-5 9я
а)
Рис
о
*)
120. Схема эксперимента по из ереиню порога смещения локализации
по направлению прн одновременной зрительной стимуляция.
первая серия экспериментов (горизонтальная плоскость), б — вторая серия зк периментов (М едпанпвя плоскость) -
133
1
репных □ § 2.5.1 (Валлах, 1940). Эти движения « ед у е т также отличать от так
называемого эвуко-зрителыгого рефлекса, который проявляется в том, что
слушатель непроизвольно следит глаэаын за источником звука (Паульсеи.
Эвертсен, 1966). Условием этого рефлекса является предварительное (по мень­
шей мере приблизительное) распознание направления прихода звука. Праада,
эти движения глаз сопровождаются ощущением перемещения слухового объ­
екта (Гольдштейн и Розенталь-Файт, 1926; Риян н Шер, 1941 я ранее Пирс,
1901). Весьма возможно, что в какой-то степени справедливо н высказанное
Гюттнхом (1937) м Мейер-Готесбсргсром предположение о том, что движения
глаз позволяют более точно совместить направления к слуховому объекту н
источнику звука.
Рнс. 121. Схема внутреннего
уха (слуховой я вестибуляр­
ный аппараты).
1 — ам п ула; 2 — стреми; 3 — опаль­
ное окно; 4 — полукруж ны й к ан ал :
5 — преддверие уш ного лабиринта
со ствтолитвм н; € — меш очек со
ствтолятаы н; 7 — улитка.
Вестибулярные теории. В основу вестибулярных теорий положена предпо­
сылка о том, что в процессах пространственного слуха участвует и вестибу­
лярный аппарат. Это значит, что, кроме физических факторов возбуждения
слухового аппарата, необходимо исследовать н такие факторы, на которые
при формировании ощущения слухового объекта реагирует вестибулярный
аппарат.
Понятием свеет нбулярный аппарат» нлн сорган равновесия» объединены
те части внутреннего уха. которые реагируют иа изменения положения головы
н тела человека в пространстве, а также на направления движения тела. В него
входят три полукружных канала (ducli sem irirkularis), преддверия ушного
лабиринта и мешочек. Ампулы преддверий ушного лабиринта я мешочков об­
разуют чувствительные окончания, так называемые статолнты. Схематически
устройство внутреннего уха (упрощенно по Де-Бурле, 1934) показано на
рис. 121. Подробнее описание внутреннего уха н библиография приведены у
Бншофа (19G6), Гроена (1972).
Несколько предварительных замечаний о факторах (входных величинах)
воздействия на вестибулярный аппарат. Раздражителями вестибулярного ап­
парата являются механические силы. Д ля полукружных каналов — это
центростремительные силы и возникающее под их действием давление в ампу­
лах, Д ля статолнтов — это силы тяжести, инерции я центробежные силы. Кро­
ме того, существует целый ряд факторов нефизнологнчсского раздражения ве­
стибулярного аппарата. Один из способов раздражения, основанный иа воздей­
ствии тепла, широко используют в отолярннгологин. Он состоит в том, что в
слуховой канал впрыскивается
нагретая нлн охлажденная
жидкость.
Создаваемый под воздействием жидкости перепад температур приводит в
движение эидолимфу, что служит раздражением аппарата. Часто в литературе
дискуссируется вопрос, может лн звуковое колебание во внутреннем ухе вы­
звать раздражение вестибулярного аппарата. Учитывая механическую природу
звука, а также особое место вестибулярного аппарата в анатомии организма,
можно видеть, что этот вопрос не лишен глубокого смысла.
134
Выходными факторами (величинами) вестибулярного аппарата служат
ощущения положения головы, тела человека, а также их изменений в прост­
ранстве. При раздражении полукружных каналов может возникнуть ощущение
поворота тела. Более сильные раздражения полукружных каналов вызывают
непроизвольные ритмические движения глазных яблок (так называемый кистагыус). Одновременно с этими движениями может наступить н головокруже­
ние. Статолнты в состоянии покоя дают ощущение вертикали (сила тяжести),
в состоянии движения — ощущение положения головы н поступательных пере­
мещений.
Д ля рассмотрении возможностей участия вестибулярного аппарата в
формировании ощущения места (дислокации) слухового объекта будем раз­
личать три случая, отличающихся способом раздражения: раздражение вести­
булярного аппарата нормальным движением головы; нефязиологнческне раз­
дражения, например, резкие вращательные движения головы, тепловое раздра­
жение; раздражение звуком.
Д ля анализа первого случая вспомним предшествующий параграф. Там
было установлено, что для определения места слухового объекта слух оцени*
вает изменения ушных сигналов во время двнжевня головы. Регистрация же
движений головы осуществляется вестибулярным аппаратом. В этом и состо­
ит косвенное участие вестибулярного аппарата в формировании ошущення
дислокации слухового объекта. Нефизнологнческне раздражения широко ос­
вещены в литературе. Мюнстерберг и Пирс (1894), Холь (1909), Фрей (1912),
Аллерс н Бекеши (1922), Кларк и Грейбиель (1949), Арнольт (1950), Юнгкнс
н Ван-де-Феер (1958) исследовали направленность слуха при прекращении
вращательных движений человека (вращающееся кресло). В момент останов­
ки человек на короткое время ощущает остаточное головокружение. На время
этого головокружения он иногда теряет способность правильно определять
направления и источнику звука. Как правило, в таких случаях слуховой объ­
ект локируется сдвинутым против направления вращения.
Иногда слуховой объект смещается в направлении вращения и очень ред­
к о — качается. Впрочем, этн же явления наблюдаются и в отношении зритель­
ных объектов. Изменения свойств направленности слуха наблюдаются также
н после теплового раздражения (Раух, 1922; Гюттнз, 1937; Ионгкнс я Ванде-Феер. 1958). Этн изменения проявляются, например, в увеличении размыва­
ния локализации. Нарушения пространственных свойств слуха, вызываемые
быстрыми вращениями н тепловым раздражением, также, по-вндимому, опре­
деляют роль вестибулярного аппарата в способности человека ориентировать­
ся в пространстве. И здесь подтверждено косвенное участие вестибулярного
аппарата в работе слуха. Особый интерес представляет во/грос о непосредст­
венном участии вестибулярного аппарата в слуховом процессе, т. с. выполняет
ли вестибулярный аппарат дополнительно к своим основным функциям (реги­
страции движений головы) функцию косвенной оценки признаков звуковых
сигналов (раздражение звуком).
В старых работах (Прсйер, 1887; Арнхайм, 1887; Мюнстерберг, 1880)
н даж е в некоторых работах последнего времени (Крауз, 1953) чисто умозри­
тельно высказывается мнение о том, что локация слухового объекта — это
способность, присущая исключительно вестибулярному аппарату. Однако в
настоящее премя это предположение можно считать полностью опровергнутым
Против него свидетельствует, например, тот факт, что слух у людей, страдаю­
щих полной потерей функций вестибулярного аппарата, сохраняется таким же
или почти таким же, как у здоровых людей (Гюттнх. 1937, 1939. 1940; Д иа­
мант, 1946; Ионгкнс и Вап-де-Феер, 1958).
С другой стороны, имеется целый ряд работ, в которых доказано, что в
искусственно создаваемых условиях вестибулярпый аппарат может быть раз­
дражен сильным звуком. Экспериментируя па животных, Туллно (1929) вскры­
вал слуховые каналы, звуковым возбуждением создавал в них турбулентные
воздушные потоки, вызывающие одновременные двигательные реакпин орга­
низма (нистагму с). Об аналогичных наблюдениях сообщают в своих работах
Бекеши (1935), Ретьо (1938), Трннкер и Парч (1957), Ионгкнс (1935). Н а­
рушения свойств пространственного слуха Мойрмак и Мойрман (1954) наблю­
135
дали у пациентов со вскрытыми хирургическим путем полукружными кана­
лами. Предполагается, что эти нарушения были вызваны звуковым раздра­
жением каналов. Целый ряд авторов в последнее время доказал, что силь­
ные низкочастотные звуковые раздражения могут вызвать реакцию полукруж­
ных каналов н неповрежденного внутреннего уха (Паркер, Гнрке и Решке,
1968; Решке. Паркер н Гнрке, 1970; Паркер н Гнрке, 1971).
В перечисленных работах даются ссылки и на другие источники. Бншоф
(19G6) в своей работе называет авторов, которые связывают аналогичные яв­
ления с реакцией статолитов. И все-такн абсолютно достоверных доказательств
непосредственной реакции вестибулярного аппарата на звуковые возбужде­
ния в процессе слушании в нормальных условиях прн здоровом слухе не сушествует. Все предположения здесь носит чисто умозрительный характер.
Осязательные (тактильные) теории пространственного слуха получили
яанмепьшее признание среди остальных теорий. Они построены на предпо­
ложении о том, что в формировании ошущення места слухового объекта уча­
ствуют не только звуковые колебании у барабанных перепонок, но также н
колебания у осязательных рецепторов (тактильные приемники и приемники
вибраций). Тактильно чувстпнтельнымн являются, например, области воло­
сяного покрова иа затылке, а также области вокруг ушиых раковин. Гюттнх
(1937), заглушая полностью наружное ухо. показал, что тактпльные раздра­
жения областей у ушных раковнн в слуховом процессе никакой ролн не иг­
рают. Эксперименты Перекалина (1930). а также Блаузрта (1969), в ходе
которых волосяной оокров затылка н даже всей головы, за исключением на­
ружных ушей, был закрыт фетром, также дали отрицательные результаты.
С другой стороны, известно, что в пекоторых случаях звук вызывает осяза­
тельные ощущении (громкие звуки низкой частоты). Правда, место ощущения
не связано с дислокацией слухового объекта. Особый!, естественно, является
случай, когда псточпик звука находится в пределах досягаемости эксперта
н он может дотянуться до него. По аналогии с положениями зрительных тео­
рий пространственного слуха в таких случаях может оказаться справедливым
закон пространственного с.тняння ощущений.
3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СЛУХ ПРИ НЕСКОЛЬКИХ ИСТОЧНИКАХ
ЗВУКА И В ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
В гл. 2 рассмотрены явления пространственного слуха прн единственном
источнике звука в свободном звуковом поле. Здесь мы будем рассматривать
процессы, происходящие в звуковых полях нескольких источников звука н в
полях в закрытых помещениях, где невозможно свободное распространение
звуковых волн, а также на открытом воздухе вблизи препятствий и отражаю­
щих поверхностей.
Согласно принципу Гюйгенса — Френеля искаженное звуковое поле мож­
но рассматривать как неискаженное поле множества (в пределе — бесконеч­
ного) элементарных источников звука. Поэтому проблемы пространственного
слуха в искаженном поле можно свести к явлениям пространственного слуха
в поле нескольких источников. Это особенно наглядно видно при отражениях
звука от поверхностей, размеры которых по сравнению с длиной волны вели­
ки, так как в этих условиях звуковое поле легко представляется как сумма
полей реального источника я его зеркальных отражений (см. рнс. 15).
Как и при одном источнике, основным фактором воздействия звука на
слух эксперта являются звуковые сигпалы у барабанных перепонок. Поскольку
рассматриваемая нами система — от источника звука до барабанной перепон­
ки — в практически реальном диапазоне уровней (не более 90 дБ) ведет себя
как система линейная, то ушные сигналы можно рассматривать в вяде суммы
составляющих нескольких источников. Следовательно, для расчетов можно
использовать данные измерений, полученные прн одном источнике (см. § 2.2.3).
Для простоты рассуждений будем считать, что источников звуна два, и звуки
от них до эксперта доходят двумя путями (рнс. 122).
136
Временные функцнн сигналов могут быть одинаковыми нлн различными.
В качестве коэффициента подобия функций формально может служить нор­
мированная корреляционная функция (Ли, I960; Фишер, 1969). Д ля двух
сигналов (без постоянных составляющих) она имеет вид:
+т
ОТ
'______________________________ ______
Фяу (Т) = 11т -----------У
Т -° °
,
—
+Т
/+ ?
у
j
х (О у (* + т )
= —;----
*• (I) d t J
ХвффУ*фф
(45)
у ' (t) dt
Рис. 122. Прн расчетах ушных
сигналов для п источников
звука число путей звука равно
2п (а — стереофоническая ба­
за; а — базовый угол).
Два сигнала, абсолютные значения нормированных коэффициентов кор­
реляции которых для некоторого т равны единице, т. е. для которых справед­
ливо
махе | Фхи (т) | = 1,
(46
X
-будем впредь называть когерентными1. Согласно этому определению два сиг­
нала когерентны в том случае, если они одинаковы или:
а) имеют различные амплитуды прн одинаковой форме сигнала, т. е.
имеют не зависящую от частоты разность уровней AZ.;
б) без искажений сдвинуты одни относительно другого, т. е. различаются
на не зависящее от частоты фазовое время задержки тф;
в) взаимно ннверслы, т. е. сдвинуты по фазе на 180° нлн на л. Здесь
следует иметь в виду, что огибающая одпого сигнала инвариантна в отноше­
нии инверсии. Именно на этом основании такой случай считается удовлетво­
ряющим условию когерентности.
В рассматриваемой системе с несколькими источниками звука принцип
суперпозиции справедлив только для участка пути звука до барабанной пе­
репонки. Физиологические взаимосвязи между признаками ушных сигналов и
ощущениями места слухового объекта, как правило, описанию с помощью ли­
нейных уравнений не поддаются. Особенно это касается ощущений, вызыва­
емых несколькими источниками, которые не равны сумме ощущений от каж ­
дого нз них. Ощущение места слухового объекта нескольких источников фор­
мируется по законам, определить которые с помощью одпого источника не­
возможно.
3.1. ДВА ИСТОЧНИКА КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ
Рассмотрим явления пространственного слуха в акустических полях двух
источников звука, излучающих когерентные сигналы. Такими источниками мо­
1 В других областях науки термин «когерентный» применяется несколько
в ином смысле.
137
гут служить, например, два громкоговорителя, получающие когерентные
электрические сигналы. Можно различить прн этом три основных варианта
возникающих слуховых ощущений1. Ощущение одного (единственного) слухового объекта, дислокации ко­
торого зависит от мест расположения двух источников и характера излучае­
мых ими сигналов.
2. Ощущение одного (единственного) слухового объекта, дислокация ко­
торого определяется местом и характером сигнала только одного из источни­
ков. Второй источник на слуховой объект влияния ие оказывает.
3. Ощущение двух слуховых объектов. Дислокация одного из них в ос­
новном определяется местом и свойством сигнала одного источника и соот­
ветственно дкелокацня второго — местом я свойствами сигнала другого ис­
точника.
Первый вариант может наступить, когда между излучаемыми сигналами
возникают небольшие разности уровня нлн сдвиги во времени. При формиро­
вании ощущения слухового объекта слух интерпретирует ушные сигналы как
исходящие от одного источника («кажущийся источник»). Это так называемый
случай локализация суммы (Варике, 1940), лежашнй в основе стереофониче­
ской системы, в которой длк воспроизведения используются громкоговорители
(«пространственная стереофония»).
Особый случай локализации суммы — локализация слухового объекта
двух сигналов громкоговорителей, получающих напряжения, сдвинутые по
фазе на 180°. Если в месте приема звуков временная задержка между сигна­
лами больше I мс, то днелокапни слухового объекта определяется свойствами
сигнала и местом источника, от которого звук до слушателя доходят первым.
Следовательно, При локалнзапни слухом учитывают сигналы, достигшие ба­
рабанных перепонок первыми, запаздывающие сигналы пря оценке подавля­
ются. Этот эффект, имеющий особенно важное значение в архитектурной аку­
стике н технике озвучивания аудиторий, называется законом первой волны
(Кремер, 1948; Валлах и дрь, 1949). Если задержка между сигналами превы­
шает некоторое пороговое значение, запнеишее от условий эксперимента, то
эксперт начинает ощущать два слуховых объекта, каждый из которых соот­
ветствует своему ясточнкку (вариант 3). Звук, пришедший с задержкой, на­
зывают эхом.
Бекеши (1971) обнаружил, что если задержка между сигналами превы­
шает 70 мс, то может наступить эффект, обратный закону первой волны. Он
состоят в том, что слухом подавляются сигналы, пришедшие первыми. Дисло­
кация слухового объекта в этом случае определяется запаздывающим сигна­
лом. Этот эффект называется подавлением опережающего сигнала, или предмаскирОвкой.
3.1.1. Локализация суммы
На рнс. 122 была показана скстеыа источников звука, которую обычно
используют для воспроизведения стереофонических сигналов. Д ва громкого­
ворителя установлены перед экспертом симметрично относительно его меди­
анной плоскости так, что эксперт внднт каждый кз них под одинаковым углом
(обычно 60°). Если громкоговорителя получают одинаковые электрические
спгпалы, то эксперт ощущает один слуховой объект, локализуемый п медиан­
ной плоскости, как правило, впереди на лнннн между громкоговорителями.
Задержка одного из сигналов относительно другого или ослабление сигналов
одного (нлн обоих громкоговорителей) приводит к тому, что слуховой объект
смешается в сторону того громкоговорителя, звук от которого приходят рань­
ше нлн соответственно — с большим уровнем.
Следовательно, с помощью такой системы, подбирая задержку или раз­
ность уровней сигналов громкоговорителей, можно менять в определенных
пределах направления к слуховому объекту. Впервые значение этой возмож­
ности для практики электроакустической передачи подметил Блюмляйи (193L)1.
1 Передачи способом «головной» стереофонии, т. е. с использованием го­
ловных телефонов, проводились и раньше. Ранние работы по стереофонии опи­
саны Айкхорстом (1959).
138
В 1933 г. аз Филадельфии в Вашингтон стереофонически передавался концерт
с использованием на стороне приема установки нз двух громкоговорителей
(Флетчер, 1934). Штейнберг и Сноу (1934) описали аналогичные эксперимен­
ты. Влияние временных и амплитудных различив сигналов громкоговорите­
лей иа локализацию слуховых объектов исследовали многие авторы: Де-Боер,
1940; Кордан, 1954; Лихи, 1959, Брнттен и Лнхи, 1959; Хопсон, 1959, I960,
1963; Вендт, 196Д, 1963, 1964; Мертенс, 196ft 1965; Бауэр, 1960, 1961; Харвей
и Шредер, L961; Ортыейер, 1966, а также Варике, 1941; Сноу, 1953; Сандель н
др., 1965; Кларк н др., 1957; Катцфев н Шредер, 1958; Олсон, 1959; Кацняски н Ортыейер, 1961; Макита, 1962.
На рис. 123— 125 приведены графики результатов измерений зависимости
изменения направления к слуховому объекту от искусственно создаваемых
разности уровней нлн временной задержки. Измерения проводились иа трех
звуках. На рнс. 123 приведены классические кривые Де-Босра. Видно, что до
угла примерно 20° графики практически линейны в обоих случаях, т. е. при
изменении разности уровней и задержки между сигналами двух громкогово­
рителей.
В измерениях Вендта (1963) линейность кривых и наклон меньше, осо­
бенно прн изменении задержки. Правда, в своих экспериментах Вендт фикси­
ровал положение головы эксперта. Когда при экспериментах эксперту разре­
шалось поворачивать голову, кривые получались почти такими же, как в
экспериментах Дс-Боера. Тот факт, что кривые локализации суммы в случае
фиксированного положения головы имеют меньший наклон, чем тогда, когда
вксперт может ее свободно поворачивать, подтвердил также Лики (1947). Он
же обнаружил, что прн поворотах головы в ту же сторону смещается и слухо­
вой объект. Результаты исследований, Проведенных Вендтом, справедливы для
Таблица
8
Ицд сигнала
Сигналы громкоговори­
телей
Щелч­
ки
Тоны
Импульсы Гаусса
103 Гц 327 Гц
1030 Гц| 10.3 Г ц 103 Гц 327 Гц
—8°
0 дБ -1 .3 ° ±2,5" - 2 °
—2°
6 дБ ±1.5° - 4 °
-4 “
- 4 .5 е —6°
—
—
С различным
уровнем
12 дБ - 3 °
---
---
30 дБ ±3.5° ±2.5° ±2,5* —3.5" —2°
0
0,3 мс
Со взаимной
задержкой
-1 .3 ° ±2.5° —2°
—
0,5 мс ±4,5°
---
I мс ±6*
—6°
---
-3 ,5 е - 3 .5 е ±5,5°
—
—
--
—5°
±5°
-1 0 °
±5.5° ±5,5°
—2° I ±7,5° -4 .5 ° -4 .5 °
- 3 . 5 е ±6.5° —6°
---
1030 Гц
—6"
± 5,5°
—
-5 .5 °
---
-4 °
±4.5°
—7.5° - 5 , 5 е ±4,5° ±7.5° —6е
-1 1 °
j
±11.5°
139
сферических излучателей звука в среде без отражений. При использовании
направленных излучателей, установленных в среде с отражением, кривые име­
ют другой аид (ОртыеЙер, 1961).
На рис. 124 показаны результаты, полученные Вендтом для третьоктавных тональных импульсов Гаусса. Они имеют такой же вид, как кривые ло-
Рнс. 123. Направление иа слуховой объект при расстановке громкоговорите­
лей согласно рис. 122: слева — сигналы громкоговорителей различны по
уровню; справа — сигналы громкоговорителей сдвинуты во времени без фа­
зовых искажений. Пунктирные кривые: речь, голова не зафиксирована (по
Де-Боеру, 1940). Сплошные кривые: щелчки, положение головы фиксирова­
но, 10 экспертов, а = 6 0 °, заглушенная камера (по Вендту, 1963).
Рис. 124. Направление на слуховой объект прн расстановке громкоговорите­
лей согласно рис. 122: слева — сигналы громкоговорителей различны по уров­
ню; справа — сигналы громкоговорителей сдвинуты во времени без фазовых
искажений. Трстьоктавиые тональные импульсы (импульсы Гаусса), положе­
ние головы зафиксировано, 10 экспертов, а= 6 0 °, заглушенная камера.
калкзацин суммы в зависимости от разности уровней широкополосных щелч­
ков, но наклон кривых в центральной области оказывается зависимым от
частоты. При третьоктавиых шумах кривые получают аналогичный вид.
В случае временных сдвигов тональных импульсов вид кривых сильно изме­
140
няется в зависимости от центральной частоты импульсов Иногда слуховой
объект ощущается за пределами угла расстановки громкоговорителей. На
рис. 125 приведены кривые локализации суммы для (по Вендту, 1963) длитель­
ных тональных посылок. Вид кривых сильно зависит от частоты. Согласно
представлениям Вендта получить приемлемые результаты на частотах свыше
Рис. 125. Направление иа слуховой объект прн расстановке громкоговорите­
лей согласно рис. 122: слева — сигналы громкоговорителей различны по уров­
ню; справа — сигналы громкоговорителей сдвинуты во времени без фазовых
искажений. Непрерывный тон, положение головы зафиксировано, 10 экспер­
тов, заглушенная камера, а= 6 0 °.
1030 Гц невозможно из-за большого разброса показаний экспертов о направ­
лениях к слуховому объекту.
В табл. 8 приведены даипые, которые могут служить мерой размывания
локализации. Это углы, за пределы которых при данном звуковом сигнале вы­
ходили 50% показаний более 10 экспертов о направлениях к слуховому объ­
екту. Видно, что разброс в ощущениях направления к слуховому объекту до­
вольно значителен. Здесь могут быть две причины: либо ощущение направле­
ния меняется от прослушивания к прослушиванию, либо слуховой объект не­
четко локализуется. Приведенные в табл. 8 углы расширяются с увеличением
боковых отклонений слухового объекта. Исключение составляют лишь тональ­
ные импульсы.
Эти результаты касаются локализации суммы в случае, когда создаются
либо амплитудные, либо временные различия между сигналами громкоговори­
телей. Если различия создаются одновременно и имеют одинаковые знаки (т. е.
если у опережающего сигнала большой уровень), то боковые отклонения слу­
хового объекта оказываются ббльшнми, чем при различии одного из парамет­
ров Если создаваемые различия имеют разные знаки, то боковые отклонения
оказываются меньшими нлн вообще отсутствуют. Эти взаимозависимости мо­
жно представить в виде номограммы (рнс. 126). Каж дая точка области, огра­
ниченной двумк предельными кривыми, соответствует определенному сочета­
нию временных и амплитудных различий сигналов громкоговорителей к одно­
временно — определенному углу направления на слуховой объект по ширине
расстановки громкоговорителей- Линия А '—А " представляет собой «рабочую
прямую», характеризующую систему стереофонической звукопередачи. Кри­
вые, показанные на рнс. 126, справедливы дли широкополосных сигналов. Од­
нако до настоящего времени они ие подтверждены измерениями, поэтому их
можно использовать только для качественного анализа ивлеккй.
Д ля уяснения сущности процесса локализации суммы необходимо более
глубоко проанализировать ушные сигналы. Выше мы рассмотрели кх только
поверхностно. Удобнее всего рассматривать ушные сигналы, когда громкого­
141
ворители излучают очень короткие импульсы. На рис. 127 приведены ушные
сигналы для следующих трех случаев: сигналы громкоговорителей одинаковы,
сигналы различаются по уровню и между сигналами имеется временная за ­
держка. На графике показаны также излучаемые импульсы. Обозначения сиг­
налов поясняются на рнс. 122.
На рнс. 127, а приведены ушные сигналы для случая, когда сигналы
громкоговорителей одинаковы. Каждый ушной сигнал состоит из составляю­
щей от ближнего громкоговорителя и задержанной составляющей меньшего
уровня от дальнего громкоговорителя. Оба ушных сигнала одинаковы. Слухо-
Рис. 126. Направление на слу­
ховой объект в системе, изоб­
раженной на рис. 122, прн од­
новременных интенсивности ых
н временных различиях в сиг­
налах (по Франссену, 1963).
-v
-г
о
г
мс ч
/ — зву к слы ш ится нэ правого громкоговорнтеля; 2 — зву к слыш ится ь
середине м еж д у гром коговорителя­
ми; 3 — ввук слы ш ится и з левого
гром коговорител я ■
вой объект ощущается в медианной плоскости. На рнс. 127, в приведены уш­
ные сигналы прн различных по уровню сигналах громкоговорителей. Уровень
сигнала леиого громкоговорителя почти вдвое больше уровня правого. Поло­
жение составляющих ушных сигналов во временн осталось таким же, как к
на рис. 127, а. Изменились только амплитуды. У правого уха меньше амплиту­
да первой составляющей, у левого уха — второй. В сигнале левого уха ам­
плитуда второй составляющей больше, чем в сигнале правого, кроме того, сум­
марная энергия сигнала слева больше, чем справа. Слуховой объект ощущает­
ся слева от мелланной плоскости.
На рис. 127, в к г показаны ушные сигналы для случая, когда сигнал ле­
вого громкоговорителя излучается раньше правого, причем на рис. 127, в ис­
кусственная задержка меньше бинауральной, па рис. 127, г — больше. По
сравнению с ряс. 127, а здесь изменено положение сягпалов во времени, ампли­
туды остались такими же. Первой приходит составляющая к левому уху от
левого громкоговорителя. К правому уху при меньшей искусственной задерж­
ке первой приходит составляющая правого громкоговорителя, при большей
искусственной задержке — составляющая левого громкоговорителя. В обоих
случаях слуховой объект ощущается слева от медианной плоскости, причем
иа рнс. 127, г отклонения больше, чем на phc. 127, е.
Рассмотрим теперь более подробно влияние отдельных составляющих на
ошушенне направления па слуховой объект. В исследованиях такого рода
обычно используют последовательность импульсов, которые подаются для
прослушнпання эксперту на головные телефоны. Это позволяет варьировать
параметры сигналов и нх соотношения. Такие исследования были проведены
Бекеши (1930), Валлахом, Нейманом н Роэеицвепгом (1949), Гутманом,
Ван-Бергейком и Давидом (1960), Давидом и Хансоном (1962), Харрисом,
Фланаганом н Уотсоном (1963), Сойерсом н Туле (1964), Туле и Сойерсом
(1965), Гутманом (1965). Рассмотрим результаты этвх работ, касающиеся
явления локализации суммы.
По виду рнс. 127 может показаться, что ощущение направления на слухо­
вой объект определяется только составляющей, которая первой достигает
142
ушей эксперта. Если бы это было так, то проблема свелась бы к анализу на­
правленных свойств слуха в случае одного источника. В действительности,
однако, дело обстоят гораздо сложнее, поскольку в формировании слухом
ощущения направления к слуховому объекту участвуют и вторые составляю­
щие. К такому выводу приводят, например, результаты слуховых эксперимен­
тов Валлаха и др. (1949). Эксперту для прослушивания предлагалась после­
довательность сигналов, поквзаннек на рис. 128, а. Первые импульсы дости­
гали обоих ушей одновременно. Вторые импульсы, посылавшиеся на правое
ухо, излучались с опережением или задержкой относительно первых. В резульЕгЛ
i Pli
Л
Pol
Рпв
■*-
I]
P*L
-*и
Левой уяо
Pl*
'РР
t
и Diл
Правое ухо
8)
P*L
П
л
Рид
LL
-----£■ Л евое и ха
Pl *
П PPL
J O
------ И
Plp
Ррр
Правое цхв
*)
Рнс. 127. Ушные спгналы в системе, изображенной на рнс 122, прн излучении
громкоговорителями коротких импульсов.
о — сигналы громкоговорителей одинаковы ; б — сигналы различны по уровню ; в — м еж ­
д у си гн алам и громкоговорителей небольш ой временной сдвиг; « — м еж ду сигналам и
больш ой временной слаяг.
тате слуховой объект смещался от медианной плоскости в сторону. Относи­
тельное число субъективных оценок «слева» показано графически на рис. 128,6.
Средний временной интервал между первыми и вторыми импульсами был 2 мс.
Р яд экспериментов, которые дали много интересных результатов, был
проведен с использованием трех импульсов, причем два из них подавались на
одно ухо м один — на другое (рнс. 128, в). Перед экспертами ставилась за ­
дача управлять сдвигом импульса «с» так, чтобы слуховой объект распола­
гался точно в медианной плоскости. Гутман и др. (1960) в своих эксперимен­
тах варьировали уровень импульса В и установили, что задержка t i , вызыва­
ющая ошущенне объекта в середине, изменяется согласно кривой на рис. 128, г.
Так, было показано, что при локализации суммы направление на слуховой
объект зависит не только от задержки второй составляющей, но и от ее
уровня.
В аналогичных экспериментах Харрис и др. сохраняли одинаковым уро­
вень сигналов Л, В и С, но варьировали сдвиг Д/ между импульсами, пода­
вавшимися на одно ухо. В случаях, когда А/ было меньше 1 мс (такие пределы
изменения задержки представляют наибольший интерес в локализации сум­
мы), эксперты ощущали слуховой объект в середине при T j = 0 и при т , =>Д/.
Однако авторы совершенно четко указывают, что при этом ощущался один
слуховой объект.
По-видимому, слуховой объект был локализован неостро и состоял как
бы из двух центров тяжести, раздельно поддававшихся сближению. Дополни­
тельные наблюдения были получены из экспериментов Туле к Сойерса (1965).
143
В этих экспериментах эксперты также получали для прослушивания два им­
пульса на одно ухо и один — иа другое. Но они должны были оценивать ие
Т|. при которой слуховой объект локализовался в медианной плоскости, а
боковые смещения его при плавном изменении Tj, которым управлял экспери­
ментатор. При такой постановке задачи эксперты после некоторой тренировки
четко различали две части слухового объекта, каж дая нз которых перемеша­
лась по своей траектории. Особенно ясно различались две части: «низкочастот­
ная», траектории которой зависела от положения кмпульсов А и В на оси
времени, в «высокочастотная», боковое отклонение которой зависело от ин­
тервала между импульсами Л и С
А
В
t
rti
Левое ухо
d t =2 мс
Правое ухо
*)
S)
В
Л
7 l P E c^ZG a B (S L) |
at =imc .
X
■*- Левое ухо
]
Правое ухо
20 28
36
г)
ЧЧ 52 60fiE
Рис. 128. Локализация суммы в экспериментах с использованием последова­
тельности звуковых импульсов.
а — комбинация импульсов с двумя составляющими в каж дом ушном сигнале; 6 — от­
носительная частота ответов «слева» в завнснмостн от временного положения импуль­
са D в комбинации нм пульсов (о) (схематично по Ваэлаху. Н ейману и РоченцпеЛгу.
1949) ; в — два импульса слева и один справа; t — сдвиг импульса С относительно А,
необходимые д ля того, чтобы получить ощущение слухового объекта в середине в ааввенмостя от уровня шипутьсв J3 д л я комбинации сигналов (в).
Не останавливаясь на подробностях (интересующихся адресуем к приво­
димой литературе), можно сделать вывод, что в локализации суммы импульс­
ных звуков имеют значение н опережающие и запаздывающие импульсы. Од­
нако определять по кривым локализации суммы (см. рис. 12) направления на
слуховой объект можно лишь приближенно. Болес глубокий анализ показы­
вает, что слуховые объекты вообще имеют сложную пространственную струк­
туру.
Д о сих пор мы исходили из того, что источники звука излучают очень
короткие импульсы, имеющие широкий спектр частот. Только при этом усло­
вии можно было считать, что ц ушные сигналы представляют собой последо­
вательность коротких импульсов.
Рассмотрим теперь другой крайний случай, а пменно — локализацию сум­
мы непрерывных тонов. Приближенные расчеты ушных сигналов для этого
случая были проведены Лики (1959), Вендтом (1963, 1965) и др. Здесь мы
приведем лишь схему расчета и рассмотрим четыре примера, которые доступны
114
для понимания без количественного анализа. Обозначим звуковое давление,
создаваемое сигналом левого громкоговорителя у левого уха Pll (0 ( с м .
рис. 122). Сигналы двух громкоговорителей отличаются фазовой задержкой
Тф . ие зависящей от частоты, их амплитуды также различны, что учитывается
частотно-независимым коэффициентом q. Тогда звуковое давление, создавае­
мое сигналом правого громкоговорителя у правого ухв,
Pr r (О = 9Р/ 1
тф )
*
Бндно, что при положительных Тф составляющая рлп(/) достигнет право­
го уха позже, чем составляющая p ix (/) левого. Составляющие звукового дав­
ления сигнала данного громкоговорителя у противоположного уха будут:
P u t (О = [ Л (I) \ PLL\ t - Т4 (ffl;
(48)
рЯ(.(/) = ? | л ( о | р и . [ / - т ; - х ф (/) ];
(49)
здесь \А_(/) | и тф (/) — соответственно абсолютная величина и фаза бинау­
ральной функции звукопередачи прк данпом угле прихода сигнала от громко­
говорителя, т. е. прн <р=а/2. Д ля непрерывных тонов выражения в комплекс­
ном вкде при Т ф = b*f2nf и т®(/) = b}2nf получают вид:
Pl l —
PI
Pr H = РЯс~1Ь**
и нз них получаем выражения суммарных ушиых сигналов:
Р* . = El l + P*L = Р [ I + Я | Л (/) | е - « ‘ *+*) ] ;
С50)
(51)
(52)
P o p ,, = ш
+ £ « = i [«е_уь" + М (/) |« “ 'Ч •
(53)
Как и следовало ожидать, опять получаем непрерывные топы. Если учесть,
что на илэннх частотах значение и т ] практически равно единице, то при­
ходим к неожиданному выводу, что па этих частотах различие уровней излу­
чаемых сигналов вызывает только временной сдвиг между ушными сигналами,
и наоборот: различие излучаемых сигналов по фазе приводит к различию уш­
ных сигналов только по уровню. Это поясняют две векторные диаграммы на
рис. 129. На диаграмме рис. 129, а сигнал правого громкоговорителя получил­
ся вдвое большим, чем левого Бинауральное затухание равно 0 и соответст­
венно |Л_(/)| = 1. Видно, что результирующие векторы отличаются только
фазами. На диаграмме рис. 129, Б сигналы обоих громкоговорителей равны
по значению, но правый излучается раньше левого. Теперь результирующие
векторы одинаковы по фазе, но различны по значению.
Д ве правые векторные диаграммы иа рнс. 129 построены для высоких
частот, когда должно учитываться бинауральное затухание сигналов. Теперь
видим, что и амплитудные и временные различия сигналов громкоговорителей
вызывают одновременные изменения уровня и фазы результирующих ушных
сигналов. Если продолжить анализ уравнений (52) и (53), подставив в них
измеренные значения \A (f) | и Тф, то можно видеть, что требуемые для полу­
чения эффекта стереофонии соотношения ушных сигналов и сигналов громко­
говорителей удовлетворяются только па частотах ниже 80Q Гц. Так можно
объяснить ход кривых локализации суммы на рис. 125.
Анализ локализации суммы для произвольных сигналов пока не проведен.
Здесь можно строить только догадки. С определенной вероятностью можно,
например, предполагать, что. проходя во внутреннее ухо, ушные сигналы раз­
деляются на спектральные полосы постоянной относительной ширины. Бнна10— 810
145
уральные различия спектральных полос могут оцениваться раздельно. При
этом, как показано в § 2.4.3, для спектральных составляющих нижних частот
решающими являются бинауральные различия самой структуры сигналов, а
для составляющих верхних частот — различия огибающих. Вспомним в этой
связи кривые локализации суммы для случая тональных импульсов с постоян­
ной относительной шириной полосы (см. рнс. 124). Прн низкой центральной
частоте полосы они аналогичны кривым для случаи непрерывных тонов, а при
высокой — кривым для случая акустических ударов. Приближенно расчет
Рнс. 129. Векторные диаграммы ушных сигналов при локализации суммы
непрерывных тонов (на верхних диаграммах сигналы громкоговорителей
различаются только по уровню, иа нижних— по временн задержки).
а , б — интенсивностиые и временны е разли чи я сигналов, н и зкая частота, бинаурального
зату х ан и я нет; в, г — ннтенсивностяые и временные различия сигналов, средняя частота.
учтено би науральное затухан и е.
бинауральных различий спектральных составляющих нижних частот можно
провести так же, как для непрерывных сигналов. Д ля составляющих верхних
частот расчет бинауральных различий можно проводить по формулам Лики
(1959) и Мертепса (I960, 1965). Первый дал формулу приближенного расче­
та бинауральных сдвигов огибающей, второй рассчитал бинауральные времен­
ные различия энергетически плотных составляющих тональных импульсов Га­
усса. После того, как определены бинауральные признаки сигналов для всех
спектральных составляющих, можно приступить к определению доминирую­
щего иапрааленпя к слуховому объекту. Сколько-нибудь установившихся пра­
вил для такого анализа не существует.
Можно руководствоваться следующими соображениями:
1. Д ля сигналов с равномерным распределением энергии по частоте (по­
стоянная плотность энергии) направление па слуховой объект наиболее ве­
роятно определяется бинауральными различиями составляющих средней (от
1 до 2 кГц) полосы частот (Фланаган, Давид и Уотсон, 1962, 1964; Туле и
Сойерс, 1965).
2. Временные различия огибающей для сигналов средних и верхних ча­
стот, как правило, превалируют над фазовыми различиями низкочастотных
составляющих (см. § 2.4.3).
Все рассмотренные случаи локализации суммы справедливы для систем
из двух источников звука в горизонтальной плоскости (см. рис. 122). Однако
феномен локализации суммы не ограничивается только такой сястемой источ­
ников звуков. Слуховой объект, дислокация которого одновременно зависит от
нескольких источников звука, вообще говоря, может сформироваться и в слу­
146
чае двс\ или нескольких произвольно размещенных в помещении источников,
если временные и амплитудные различия их сигналов в месте слушания не
превосходят некоторых предельных значений. С этой точки зрения рассмот­
ренные нами случаи могут служить примерами того, как в результате локали­
зации суммы формируется ощущение направления на слуховой объект.
Приведем два примера локализации суммы в медианной плоскости. На
рис. 130 (сверху) показана схема следующего эксперимента. В заглушенной
камере эксперт размещен точно между двумя громкоговорителями, одни из
Чп
м
Сзади
Спереди
Спереди
еги в
Сзади
ьж:
I
Спереди
88%
53%
-600
-300
600 ш с
300
Рнс. 130. К локализации суммы п медианной плоскости; вверху — схема эк­
сперимента (громкоговорители излучают одинаковые сигналы); впнзу — от­
носительная частота показаний «спереди», «сзади», «сверху», полученных от
25 экспертов. Измерительные сигналы — импульсы белого шума длительнос­
тью 1.7 с. Обозначения шкалы, как иа рнс. 64, в. Аналогичные кривые по­
лучаются и в случаях музыки и речи
которых устаноалси строго перед ним (<р=0, 6 = 0 ) , другой — строго сзади
( 6 = 0 ° , <р= 180°). Положение головы эксперта зафиксировано. Оба громко­
говорителя питаются одинаковыми широкополосными напряжениями. Громко­
говоритель, расположенный сзади эксперта, может перемешаться вдоль оси
вперед и назад па 30 см. Таким образом, в месте расположения эксперта мож­
но искусственно создавать временную задержку между сигналами переднего
и заднего громкоговорителей длительностью ± 8 8 0 мкс. Создаваемая прн этом
разность уровней сигналов не превышает 0,5 дБ, и ею можно пренебречь. Слу­
ховой объект располагается в медианной плоскости, так как ушные сигналы
совершенно одинаковы. Если, постепенно перемещая задний громкоговоритель,
спрашивать эксперта, откуда слышится звук, то, нанося ответы на шкалу,
приведенную на рнс. 64, б, можно получить кривую распределения оценок в за ­
висимости от смещения громкоговорителя.
10*
147
30
A*
20
- I
a» «
* ^
1
,
V
10
ида
Сверху
11
li
б«ч
Ъ ЧЭ
&3
Г£
4 ^|
bte О
(j
<«а
**
&S
0,1 0,2
0,5
1
S
10
20 кГц
Рис. 131. Функики передачи: вверху — системы с отражением (уровень); кин­
зу
установки и кривая уровней третьоктавных полос сигнала в месте расположения эксперта при задержке т\>=— III ыкс (показаны две полосы, по
которым слух оценивает направления, в 60% случаев слуговой объект ощущаетси сзади).
Рис. 132. Направление на
слуховой объект в функ­
ция угла стереофонической
базы а (установка приведе­
на на рнс. 122): измеритель­
ный сигнал — узкополосный
шум (0,65; 4,5 кГц).
Над графиком (рис. 130) показаны области, в которых количество одного
кз ответов явно преобладает над суммой двух других возможных ответов.
Подчеркнем здесь, что экспертам задавался вопрос только о направлении к
превалирующей составляющей слухового объекта. Изменения дистанции к
объекту я его протяженности не оценивались.
Результаты экспериментов, приведенные иа рис. 130^ можно объяснить
следующим образом. Использованная для эксперимента электроакустическая
148
система (от громкоговорителей до места размещения эксперта) представляет
собой систему с задержкой (рнс. 131, сверку), функция передачи которой ана­
логична характеристике гребенчатого фильтра. Кривая абсолютных значений
функций передачи в двойном логарифмическом масштабе приведена в верх­
ней части графика. Положения максимумов и минимумов являются функцией
задержки т*
2л/Тф
м />
= 2 cos-------- М</)| =
2
«I if)
В § 2.3.1 было показапо. что ощущение направления на слуховой объект
в медианной плоскости вырабатывается в результате оценки спектра ушных
сигналов. Следовательно, можно считать, что решающими для результатов на
рис. 130 служат свойства электроакустической системы, особенно максимумы
и минимумы функции передачи в зависимости от т*. Частный случай приведен
иа рис. 131. Другие примеры рассмотрены автором в прежних работах (Бла­
уэрт, 1971 к др.).
В качестве еще одного примера локализации суммы в медианной плоско­
сти рассмотрим опять стандартную стереофоническую установку с двумя гром­
коговорителями (см. ркс. 122). Во времи слуховых экспериментов иа такой
установке очень часто слуховой объект дислоцируется не в горизонтальной пло­
скости (в плоскости ушной оси), а под некоторым углом возвышения б. Если
эксперт, оставаясь в плоскости симметрии системы, перемещается ближе к
громкоговорителям, то угол возвышения к слуховому объекту увеличивается
и, когда эксперт оказывается точно в середине между громкоговорителями,
достигает 90° (слуховой объект над головой). Этот эффект известен в лите­
ратуре под названием «эффект возвышения».
Первые попытки дать ему объяснение исходят из моторных теорий про­
странственного слуха (см. § 2.6.1). Де-Боер (1947, 1949) и Вендт (1963) дока­
зали, что бинауральные амплитудные и временные различия ушных сигналов
в системе с двумя громкоговорителями при угле базы се изменяются при дви­
жении головы так же, как в случае одного источника, расположенного под
углом возвышения б = а / 2 . Изменения бинауральных временных различий сиг­
налов прн повороте головы от плоскости симметрии на угол у приближенно
можно выразить в виде
/ йГтл \
ct
I—--=--|
= — consl-cos— = — const-cos б.
(54)
\ dy /Y=0
2
Но эффект возвышении наступает и тогда, когда голова эксперта непод­
вижна. В этом случае его можно объяснить влиянием спектра бинауральных
сигналов. Более глубоко это явление исследовал Дамаске (1969, 1970). Д ля
экспериментов он также использовал два громкоговорителя, расставленных
симметрично относительно медианной плоскости. Но в его установке угол базы
можно было изменять от 0 до 360°, т. е. громкоговорители могли передвигаться
в горизонтальной плоскости по полуокружностям вокруг эксперта, один —
слева, другой — справа. Результаты экспериментов приведены па рис. 132.
Сплошной линией показаны результаты 10 экспериментов по оценке направле­
ний к слуховому объекту; пунктирной — предсказанная кривая, полученная
из анализа спектра ушиых сигналов с учетом пеленговых частотных полос.
В заключение рассмотрим случай, когда два громкоговорителя такой же
стандартной стереофонической системы получают одинаковые широкополос­
ные электрические сигналы, но сдвинутые по фазе один относительно другого
па 180°. Наблюдаемые здесь эффекты песьма интересны (Сандель н др.,
1955; Шодер, 1956; Лоурндэен к Шлегель, 1956. Хапссон и Кок, 1967; Дж еф­
фри, 1957; Лохиер и Бургер, 1958; Мертенс, 1965; Шерер, 1966; Кайбс, 1966;
Гарднер, 1969; Пленже, 1970, 1972 п др.). Они состоят в том, что слуховой
объект распадается на две (минимум) составляющие разного тембра, одна из
которых («низкочастотнаи») локализуется более или менее диффузно сзади
у самого затылка. Если эксперт слегка поворачивает голову в сторону, То
центр тнжестк этой составляющей смешается в том же направлении по дуге
149
у затылка. Восприятие этой составляющей вызывает неприятное ощущение
давления. Вторая свысокочастотная» составляющая слухового объекта обыч­
но возникает между громкоговорителями; она менее заметив. При более ин­
тенсивных движениях головой возникают и другие ощущения, которые мы
здесь рассматривать ие будем. Скажем лишь, что они наблюдаются в
тех случаях, когда сигналы содержат спектральные составляющие ниже 2 кГц.
Па сигналах, ограниченных фильтром верхних частот,
эксперты
эти
эффекты не замечают даже при изменении полярности напряжения иа одном
нэ громкоговорителей.
Более глубокий анализ звукового поля в случае, когда сигналы иа сте­
реофонических громкоговорителях имеют взаимный сдвиг по фазе иа 180°,
приводит к следующим выводам:
L. Когда голова зафиксирована точно в медианной плоскости, все составляю­
щие обоих ушных сигналов сдвинуты по фазе иа 180е, отсюда бинауральная груп­
повая задержка тгр(/) ^ A i/d 2 n /= 0 . Следовательно, бинауральная фазовая
задержка т ф ( /) = л /2 л / при увеличении частоты сигнала уменьшается (см.
рис. 85)'.
2.
Звуковое давление п плоскости симметрия громкоговорителей для всех
частот равно 0 (минимум интерференция). Смещая голову в сторону, эксперт
может поместить вход одного нля другого слухового канала в плоскость сим­
метрии громкоговорителей. Этими свойствами звукового поля можно объяс­
нить некоторые эффекты, наблюдаемые в экспериментах.
В случае, когда составляющие ушных сигпалов выше 1,6 кГц, слух оце­
нивает бинауральный сдвиг огибающих. Сами же огибающие обоих сигпалов
одинаковы. Низкочастотные составляющие оцениваются по временным разли­
чиям структуры сигналов, которые при уменьшении частоты увеличиваются.
Этим объясняется, во-первых, то, почему при сигналах с ограниченной снизу
полосой частот слуховые объекты ие отличаются от ощущаемых при синфаз­
ном озвучивании и, во-вторых, почему составляющие низкого тембра ощуща­
ются диффузными.
Поворотом головы, помешал одно ухо в плоскость симметрии, эксперт
может искусственно подавить один сигнал, сохраняя неизменным сигнал у друтото уха. Этот случай соответствует ситуации, когда одни из источников уста­
новлен близко к уху. В результате небольшого движения головой эта ситуа­
ция может измениться на обратную.
Хансон и Кок (L956) предполагают, что этим можно объяснить и лока­
лизацию слухового объекта в голове или близ головы. В действительности при
зафиксированном положении головы слуховой объект дислоцируется не у
головы, а диффузно за спиной эксперта. Другие свойства ушных сигналов в
случае, когда напряжения на громкоговорителях имеют сдвиг па 180° (напри­
мер, компенсация низкочастотных составляющих, провалы и подъемы в спект­
ре в результате интерференции) и нх влияние на локализацию слухового
объекта систематизировано, не наследовались.
3.1.2. Закон первой волны
Обратимей опять к стандартной стереофонической установке с двуми
громкоговорителями (см. рис. 122). Пусть оба громкоговорителя излучают не­
периодические когерентные сигналы. Поскольку сигналы излучаются одновре­
менно и имеют одннакопьш уровень, то слуховой объект дислоцируется строго
перед экспертом. Если один из сигналов получает задержку, плавно нараста­
ющую от 0, то слуховой объект смешается в сторону того громкоговорителя,
сигнал которого излучается первым (об этом эффекте упоминалось в § 3.1.1).
Следование слухового объекта за громкоговорителем, излучающим сигнал
1 Эго справедливо и для других частотно-независимых сдвигов фазы
между сигналами громкоговорителей, например в преобразовании Гильберта,
т. е. при сдвиге фазы иа 90°. Для сдвигов фазы, отличных от 0 или 180°, сигна­
лы уже не когерентны.
первым, продолжается до тех пор, пока задержка между сигналами двух гром*
коговорителей не достигнет 630 мкс
При дальнейшем увеличении задержки до I мс направление яа слуховой
объект практически не нэмеияется. Здесь, очевидно, оно определяется глав­
ным образом составляющими ушных енгнвлов, которые создаются опережаю­
щим громкоговорителем. Этот эффект, который, кстати, имеет важнейшее зна­
чение для пространственных свойств слуха в закрытых помещениях, был наз­
вал Кремероы (1948) «законом первой волны». Впредь, как это ирниято в
архитектурной акустике, сигнал, излучаемый первым, будем называть прямым
сигналом (S0), а задержанный сигнал — отраженным (отражением) (S j). Он
назван так потому, что задержанный сигнал соответствует сигналу, который
мог бы возникнуть вследствие отражения прямого сигнала от отражающей
поверхности.
Закон первой волны известен давно. Как пишет Гарднер (1968) в своем
обзоре истории науки о слухе, первое упоминание об этом явлении имеется
в работе Генри (1849). Разумеется, этот закон не ограничен случаем двух
громкоговорителей, расставленных определенным образом; он действует всегда,
когда звуки к слушателю приходят k i разных направлений. Изпестны, празда,
наблюдения, которые ему противоречат, но они сделаны тогда, когда источ­
ники звука были размещены в медианной плоскости (Зоммервнль и др.,
1966; Блауэрт, 1971; Вагнер, 1971; Куль к Плантц, 1972). В особенности ин­
тересна работа Вагнера, в которой приведены подробные сведения о топогра­
фия слуховых объектов в случаях, когда прямой звук приходит спереди, а
отражения — из разных направлений верхнего полупространства я имеют
разные уровня и задержки.
Закок первой волны имеет свою границу пря уменьшающихся задержках.
Здесь она проходит в области перехода к эффекту локализацию Граничными
будем считать задержки, пря которых направление к слуховому объекту пе­
рестает изменяться. Д ля стандартной стереофонической системы громкогово­
рителей, нзлучаюшнх звуки одинакового уровня, граничная задержка лежит
в пределах от 630 мкс до 1 мс. Закон первой волны имеет свою границу я в
области больших задержек, хотк здесь ее определить значительно труднее, так
как с увеличением задержки возникают всевозможные побочные ощущения
слухового объектв и изменение направления иа объект является лишь одним
кэ ннх. К тому же изменения ощущений слухового объекта прн разных задер­
жках енльяо зависят от характера звукового сигнала, уровня и направления
его прихода.
Д ля того, чтобы все-такя определить пороговое зпаченнс задержки, мож­
но, например, задаться вопросом о том, присущи лн слухопому объекту вообще
какие-нибудь признаки, которые свидетельствуют о том, что в нем наряду с
прямымя звуками имеются и отражения. С этой целью в ходе эксперимента
периодически отключают отражения, следя, как при этом изменяются ощуще­
ния слухового объекта.
Порог восприятия отражений, оцениваемый по критерию «изменение слу­
хового объекта без учета характера изменений», был определен Серафимом
(1961) я назван абсолютным слуховым порогом отражений (alFs). Пря од­
ном и том же уровне прямого к отраженного сигналов абсолютный порог от­
ражений превышается при любых значениях задержки. Так, например, прн
задержке Т ф ^1 мс присутствие отражения обнаруживается по увеличению
громкости слухового объекта н улучшению пространственного впечатления.
Д ля того, чтобы отражение было неслышным, его уровень должен быть мень­
ше уровня прямого звука. Таким образом, абсолютным слуховым порогом в
данном случае будет такая разность уровней прямого звука я отражения, при
которой отражение становятся минимально «абсолютно» слышимым. Кроме
Серафима (1961), зав не имости aW s от характера сигнала, уровня прямого
звука, направлений прихода и задержнн для одного единственного отраже­
ния были измерены Бургторфом (1961), Бургторфом и Олыплегелем (1964),
Шубертом (1966). С точки зрения взаимосвязи между местом слухового объ­
екта и признаками отражении aW s имеет второстепенное значение. Отмстпм
лишь, что нз всех порогов слышимости отражений aW s самый меньший.
151
Посмотрим теперь, какими еще могут быть пороги слышимости отражений
при увеличении задержки более I мс. Пусть измерительным сигналом служит
речь среднего темпа. Будем считать, что уровни прямого звука и отражения
одинаковы. Ранее мы видели, что отражение при задержке I мс становится
заметным на слух по увеличенной громкости слухового объекта я его про
тяжениостн, С увеличением времени задержки становятся заметными изме­
нения других признаков слухового объекта. Изменяется его тембральная ок­
раска, он становится более протяженным. Иногда «центр тяжести» объекта
смещается в направлении прихода отражения. После того, как задержка
превзойдет некоторое пороговое значение, слуховой объект распадается иа
Рис. 133. Направления прихода прямого звука я эха в зависимости от задер­
жки ограженного сигнала S T (схематично для речи среднего темпа при уров­
нях первичного я отраженного сигналов около 50 дБ ).
/
прямой зв у к . 2 — порог слыш имости эха
две части, ощущаемые в разных направлениях. Направление к одной частя
определяется звуком, пришедшим без задержки. Обычно оно совпадает с
направлением прихода прямого звука. Вторая часть объекта, как правило,
воспринимается кэ направления прихода отражения. Отражение называют
эхом пряного звука, а мнннма ьное время задержки, при котором ояо начи­
нает ощушаться па слух,— порогом слышимости эха, нлн порогом эха. Опре­
деление порога слышимости эха поясняется с помощью графика на рнс. 133.
Порог слышимости эха и представляет собой верхнюю границу справед­
ливости закона первой волны. Экспериментально при разных условиях он был
измерен Хаасом (1951), Мейером и Шоддером (1952), Лохнером и Бургером
(1958), Китием (1959), Бургторфом (1961), Турловы я Мартеном (1962),
Бергером (1965) я Дамаске (1971). В основу определения порога слышимости
эха был положен критерий: прямой звук н эхо равногромкн . Такой критерий
приняли Хаас (1951), Мейер и Шоддер (1952), Сноу (1954), Лохнер и Бур­
гер (1958), Давид (1959), Франссен (1959, 1963), Давид п Хапсоп (1959). Кри­
терий эхо мешает» приняли Вольт и Доак (1950), Хаас (1951), Мунксй,
Никсон и Дюбо (1963). [См. также «порог мэскиропкн» по ПетцольдУ (1927),
Штумпу (1936) и др.]
На рис. 134 показаны кривые различных порогов слышимости отражений
L$ и первичных сигналов L $ q д л я стандартной стереофонической расстановки
громкоговорителей с углом базы а —80е от времени задержки енгпата StИзмерительным сигналом служила речь с норма шным темпом (около 5 сло­
гов/с) Уровепь пряного звука в месте нахождения эксперта был около
50 дБ. Минимальные значения порога, т. е. минимальные уровня отражений,
лежат па абсолютном слуховом пороге. Эхо проходит порог на значительно
более высоких уровнях отражений, чем aWs. При задержках меньше 32 мс
уровень отражений может быть даже на 5 дБ выше уровня прямого звука,
152
и ори этой эхо ие слышно. Кривая равногроикнх слуховых объектов прямых
звуков и эха и здесь проходит выше порога, но одинакова с ним по форме.
При длительности задержки 15 мс уровень отражения, равногромкого с
прямым звуком, должен быть выше ив 10 дБ. Наконец, пороги уровня отра­
жений, при которых эхо ощущается как мешающее, описываются кривой пе­
ресекающей кривую равных громкостей в точке, соответствующей 65 мс, и
при уменьшении задержки круто аозрастают. При задержках мснес 50 мс ме­
шающее эхо, как правило, больше ие возникает. Верхняя кривая — это порог,
выше которого прекращается восприятие прямого звука. К этому явлению мы
вернемся в § 3.1 3.
ЬО
АБ
|
г дуУ >
го
>—
—
j
-го
-чо
Л
-10
ч
%
щ
О
20
ч
*0
Рнс
60
80
80 мс ТОО
100 МС
134
Рнс 136
Рис. 134 Сопоставлеияе различных порогов слышимости отражений (стан
дартная стереофоническая расстановка громкоговорителей, базовый угол а
=80°) по даииы измерений Хасса (1951); Мейера и Шоддера (1952), Бур
торфа (1961) и Серафима (1961).
/ — прямой звук л е слы ш ен как сам остоятельны й (подавленне первичного звук )■ 2 —
первичный звук в эхо р вногромкн (Солее 6 эксперте 1. 3 — эхо м е т а е т (60 кепертов):
4 — порог слыш имости эха (более 6 экспертов): 5
абсолю тный слуховой порог (1—2
эксперта)
Рис 135 Порот и слышимости эха при стандартной стереофонической расста­
новке громкоговорителей (базовый угол а 80°); речевые сигналы среднего
темпа (около 5 слогов/с).
/ — 60 дВ речь. 6 экспертов. 2 — 25 д Б ; 3
56 дБ речь. 16 экспертов.
При измерении порогов слышимости эха оче ть важно, чтобы критерий его
определения был по возможности более точно оговорен с экспертами На
рнс. 135 приведены результаты измерений порогов слышимости эха, проведен­
ных Мейером и Шоддером (1952) и Лохнсром и Бургером (1958). Мейер п
Шоддер в своих экспериментах использовали критерий «эхо едва слышно».
Лох пер и Бургер требовали от экспертов показаний эхо отчетлппо слышно
По-видимому, в этом состоит одна из причин того, что кривые Мейера и Шод­
дера, снятые прн том же уровне прямого сигнала, располагаются ниже кри­
вых Лохиера и Бургера. Значительные расхождения кривых в области малых
задержек также объясняются разными критериями субъективной оценки.
По Мейеру и Шоддеру эхо считалось слышным н тогда, когда оно распоз­
навалось только по изменению направления к слуховому объекту, хотя как
самостоятельный объект уже не ощущалось. Это происходило при наступле­
нии эффекта локализации суммы. Поэтому кривые Лохпсра и Бургера в на-
153
4
т е м определении приближаются к порогам. По этим кривым видно также, что
порог эха зависит от уровня прямого звука.
Дамаске (1971) исследовал пороги слышимости эха шумовых импульсов
в зависимости от их длительности (рпс. 136, а). Правда, для своих экспери­
ментов ои ие применил стандартную стереофоническую установку. Прямой
звук поступал к эксперту строго спереди, а отражение — сзади, сод иекотоым углом в горизонтальной плоскости. Использовались критерии Мейера и
Лоддера. При увеличении длительности импульсов и задержках менее 15 мс
пороги слышимости эха снижались, а прн задержках больше 15 мс — повыша­
лись. Зависимости порогов слышимости эха при задержках больше 15 мс от
Е
Рис. 136. Пороги слышимости эха шумовых импульсов различной длитель­
ности (п), уровень звукового давлении ие приводится, падение звука спере­
д и — So, спереди слева или спереди справа — S T (1 эксперт); схематические
кривые громкости к гипотезе Дамаске (1971) (б), согласно которой эхо слыш­
но всегда в тех случаях, когда область перегиба кривой суммарной громкости
превышает положительное значение порога.
уровня прямого сигнала (Лохиер и Бургер) и от длительности импульсов (Д а­
маске) имеют одинаковый вид при условии, если в обоих случаях параметром
служит громкость слухового объекта.
В этой связи Дамаске (1971) считал, что по виду кривых зависимости
громкости от длительности эадержнн можно вывести критерии длк оценки
момента возникновения эха. На рис. 136, б приведено несколько кривых гром­
кости, полученных расчетным путем с использованием модели Цвикнера
(1968). Сплошные кривые соответствуют случаю, когда нрясутствуют в пря­
мые звуки, и отражения, штриховые — случаю, когда отражения для прослу­
шивания экспертам не предлагались. Согласно гипотезе Дамаске эхо возникает
всегда в том случае, когда вершина кривой громкости превышает положитель­
ные значения порога.
Из рис. 134 можно видеть, что кривая порога эха я кривая равных гром­
костей прямого звука и эха одинаковы по форме (в тон числе и для случак
больших уровней эха). На рис. 137 приведено несколько кривых равной гром­
кости для различных типов сигнала. Можно считать, что характеризуемые
ими взаимозависимости справедливы и для порогов эха. Так, например, макси­
мум кривой тем выше и соответствует тем меньшей задержке, чем больше
сигналы имеют характер импульса. Эта зависимость соответствует действи­
тельности и вытекает также из результатов измерений Дамаске (1971). Объяс-
154
нсние этому можно дать также на основе временных функций громкости.
Порог слышимости эха зависит не только от вида измерительных сигналов, но
и от длительности задержки отражения и от уровня прямого сигнала, что
вндио нз приведенных кривых.
Следующий важный параметр — направление прихода звука, поскольку
пряной звук и отражение иа пути к барабанным перепонкам претерпевают
линейные искажения, различные для разных направлений прихода звуков.
Измерения зависимости порога слышимости эха от направлений прихода эвукоа были проведены Бергером (1965 а, б). Эксперт получал от установленного
перед инм неподвижного громкоговорителя тональные импульсы Гаусса. Ши-
АБ
20
О
20
М
60
й) мс ТОО
Рнс. 137. Кривые равной громкости прямого звука н эха
сигналов.
для различных
К ривая о — щ елчки с ограниченной снизу полосой частот <400 Гц. 60 д Б . несколько экс­
пертов. по Д ави ду и Хансону. 1062); в — речь <60 д Б . 5 экспертов, по Л окиеру и Бурге­
ру. 1953); в — речь <60 д Б , 15 экспертов, по Хаасу. 1951); г — речь <65 д Б . 20 экспертов,
по М ейеру и Ш оддеру. 1952); д — тональны е импульсы <60 д Б . I кГц. 100 мс. Б экспер­
тов, по Л охнеру н Бургеру. 1958).
рнна полосы частот импульсов соответствовала частотным группам. Второй
громкоговоритель мог плавко поворачиваться в горизонтальной плоскости и
излучал отражения с фиксированными задержками 10, 25 и 50 мс. Иа рис. 138
приведены кривые зависимости минимальных углов между направлениями
пркхода прямого звука и отражения, при которых эхо слышно. Измерения бы­
ли проведены и для случая, когда пряной звук приходил в горизонтальной
плоскости под углом <р=25° (крпвые получились другими).
Поскольку при определенных условиях отражение ие участвует в форми­
ровании слухом ощущения направления на слуховой объект, то это наводит
иа мысль о том, что в слуховом аппарате происходят процессы торможения.
По-вндимому, оценка слухом состааляющих бинауральных сигналов, являю­
щихся отражениями, осуществляется с частичным или полпым их подавле­
нием. Иногда это явление называют также маскировкой Данные о характере
процесса торможенкя могут быть получены из слуховых экспериментов при
дихотическом способе прослушивания сигналов через головные телефоны.
Ниже кратко описаны некоторые работы в этой области.
Интерес представляет случай, когда прямой звук подается на одно ухо,
в отражение— на другое. Очень легко такой режим прослушивания можно
обеспечить с помощью головных телефонов. Было установлено, что и в этом
случае закон первой волпы сохраняет свою силу в определенных пределах.
При одинаковых уровнях прямого сигнала и отражения нижняя граница спра1 Маскировкой в узком смысле слова называется повышение порога слы­
шимости одного (маскируемого) звука в присутствии другого (маскирующе­
го звука. В зависимости от очередности их во времени различают опережаю­
щую маскировку (маскирующим является звук, пришедший первым) или
запаздывающую (маскирующий звук приходит после маскируемого).
155
вежливости закона, как и в случае симметричного слушания в свободном зву­
ковом ноле, лежит между 690 мкс и I мс. Процессы, происходящие прн з а ­
держках ниже указанных, подробно рассмотрены в § 2.4.1. Верхнюю грани­
цу области справедливости и здесь образует порог слышимости эха. Резуль­
таты соответствующих измерений, проведенных несколькими авторами, приве­
дены в табл. 9.
^тГбо_15г
бкГц
1мс
Рнс. 138. Пороговые углы между направлениями прихода прямого звука R
отражения, при которых слышно эхо, в зависимости от частоты. Измеритель­
ные сигналы — тональкые импульсы Гаусса (их длительность приведена иа
второй шкале) с полосой в одну частотную группу (4 эксперта, пиковые
уровни прямого и отраженного сигналов одинаковы и равны 75 дБ ка час­
тоте 1 кГц. На других частотах сигналы были равиогромкнмн).
10
мс
8
Ljv
6
Ч
1
°
$00
1000
Рнс. 139
2000 Гц WQQ
2
3
мс Ч
Рнс. 140
Рис. 139. Пороговые (дли слышимости эха) значении бинауральных задержек
в фувкцнн центральных частот узкополосного шума (по Кирикае и др., 1970).
Полуоктавиые полосы шума (3 эксперта, 50 дБ ).
Рнс. 140. Пороговые (для слышимости эха) значения бнвауральиых задержек
в фувкция бинауральных различий уровкя широкополосных щелчков.
Минимальной оказывается короговая задержка эха для случая одиноч­
ных щелчков. При определенных условиях она пе превышает 2 мс. Обнару­
жена также зависимость порога эха от уровня, состоящая в том, что задерж­
ка, прн которой наступает эффект эха с увеличением уровня сягналов,
уменьшается. Д ля непрерывных сигналов пороговые задержки оказываются
156
Таблица 9
Автор, год
Вид
евгвдла
Уро­
вень,
дБ
О пределяю щ ий
порог
Порогов**
задерж ка,
НС
Щелчки
—
Порог эха
Розеяцвейг и Ро- Щслчнн
эенблнт. 1950
—
То же
2
» »
20
Порог равяой
громкости
7,6
Клемм, 1920
Черри и
1954
Тейлор, Речь среднего темпа
Блодже, Вильбанкс и Дж еф­
фри, 1956
Узкополосный
шум,
центральная частота
425 Гц
Широкополосный шум
0,1—4,8 кГц
Около 2
9.4
Щелчки
36
16
Порог эха
3
4.5
Бабков и Саттоя, Щелчки
1966
50
20
То же
2,6
3.6
Шуберт и Вс ринк, Тональные
импульсы
1969
0,25; 0,5; 2,5 кГц тре­
угольной формы:
длительность 20 мс
длительность 50 мс
длительность 100 мс
Шумы с граничной ча­
стотой I кГц (сверху
или епкзу) с треуголь­
ным спектром:
длительность 20 не
40
Порог эха (прн
смешении
только оги­
бающей)
Гутман, 1926
длительность 50 мс
длительность 100 мс
40
5—7
7—12
До 100
То же
5.5 (ВЧ)
6 (НЧ)
8 (ВЧ),
12 (НЧ)
16 (ВЧ),
22 (НЧ)
большими, чем для одиночных импульсов. Во время речи пороговая задержка
эха составляет 20 мс. Чем круче фронт нарастания сигнала, тем при меньших
задержках слуховой объект распадается ка прямой звук и его эхо. Установ­
лено также, что для шума с постоянной относительной полосой частот за­
держка, необходимая для возникновения эффекта эха, с увеличением цент­
ральной частоты уменьшается (рнс. 139). Если уровень отражении выше
прямого звука, то задержка, необходимая для возникновения эффекта эха,
также уменьшается (рпс. 140). Если уровень отражения ниже прямого звука,
то зависимость оказывается обратной (Блоджет, Внльбаикс и Джеффри, [956;
Бабков и Саттон, 1966).
Тот факт, что закон первой волны спреведлив и для случаи, когда пря­
мой звук подается иа одио ухо, а отражение — на другое, показывает, что
157
слуху, свойственны также протнвосторовпие (от уха к уху) процессы тормо­
жения. Прием сигналя одним ухом приводит к торможению восприятия сиг­
нала другим. Можно полагать, что эти взаимные торможения играют значи­
тельную роль и при слушании в свободном поле- Об атом свидетельствует тот
факт, что порог эха при диетическом слушании стационарных сигналов соот­
ветствует большим задержкам отражений, чем для одиночных импульсов,
что наблюдается и в свободном поле. Для обоих случаев одинаково справед­
лива зависимость пороговой задержки эха от частоты (с увеличением частоты
она уменьшается). Влияние уровня прямых сигналов иа пороговую задерж ­
ку проследить трудно из-эа недостаточности накопленных данных. При днхо-
АЬ=1мс
■— 4 1 ^
J______ L
Г . И6
3
II-------------------------- <
Ч м с5
A t ~2 мС
Левое ухо
_ J L _
±1
U
j
1
1
U
I
i
Правое ухо
J— Li
**M cS
3
A t — Чмс
J
U
1
J
г
L
?
м с
\ в
5
Рис. 141. Плотность вероятности ощущения слухового объекта в центре го­
ловы в функции сдвига во времени одиночных импульсов, подаваемых на
одно ухо относительно пары импульсов, подаваемых иа другое. Параметр —
временной интервал между парой импульсов.
тнческоч способе слушания времн задержки, необходимое для того, чтобы
возникло эхо, с увеличением уровни уменьшается. Эта закономерность как
проявление бинаурального торможения была подтверждена психологическими
экспериментами Холла в 1965 г.
То же самое наблюдалось при очень коротких задержках в свободном
звуковом поле. При более длительных задержках зависимость получилась
обратной {см. рис. 13Б). Д ля дихотнческого слушания при длительных задерж ­
ках данных об этих зависимостях пока нет.
Еслн иа одно ухо подавать только отражении, то действие закона первой
волны можно объяснить исключительно прОтнвосторонннм торможением. При
слушании в свободном звуковом поле ка пороге восприятия сказывается и
одностороннее (в одном ухе) торможение (Давид, 1959; Гутмаи, Баи Бергейк
н Давид, i960; Харрис, Фланаган и Уотсон, 1963; Гутман, 1965; Туле и Сойерс,
1965). В этой связи интерес представляет эксперимент, проведенный Харри­
сом и др, в 1963 г. (рис. 141) с помошью головных телефонов.
На одпо ухо экспертам подавались пары импульсов, временной интервал
между которыми Д! был постоянным. На другое — одиночные пмпульсы, вре­
мя включения которых меняли сами эксперты. Задача их состояла в том, что­
бы включать одиночные импульсы так, чтобы слуховой объект лоцировался в
центре головы
Если эксперты ощущали несколько объектов, то оии должны были управ­
лять импульсом так, чтобы все объекты дотировались в одном определенном
158
месте. Плотность вероятности локации объектов в центре головы в функции
положения одиночного импульса показана на рис, 141 справа. Параметром
служит временной интервал А/ между парными импульсами. Отчетливо вид­
но, что для Д /= 1 мс и А /= 4 мс ощущение звука в центре головы возникает
всегда в тек случаях, когда одиночный импульс включается одновременно с
одним из импульсов пары. При интервале Д /= 2 мс подстройка одиночных
импульсов под вторые импульсы пары эффекта не дает. Это объясняется тем,
что при интервале 2 не второй импульс маскируется первым. Прн А/ = 1 мс
этот эффект еще ие наступает, а прн Д /= 4 мс — исчезает. Можно полагать,
что односторонняя опережающая маскировка (второго импульса первым),
-------
Ловое
ухо
0,5- мс
щ—1
■
Правое
ухо
а)
9
Ч . 0,5мс
т
—
1
о
U l l i lit В т.
0,5 мс
+-и ш ш
, уМ
ш
а
-
Рнс. 142, Пороги эха при днхотической подаче пар импульсов без заполне­
ния и тональных импульсов.
а — ощ ущ ение прямого зву ка вы зы вается ьеэа штрихов виной парой импульсов, ощ ущ е­
н и е »хя — заш трихованной (уровень прям ого с и г н а л а — 45 д Б ) ; б — ощ ущ ение прямого
зву ка вы зы вается двум я нарастаю щ им и ф ронтам и тональны х импульсов, ощ ущ ение
з к а — спадаю щ им и ф ронтам и (уровень прямого енгивдв — 60 д Б , длительность ф ронтов —
в ,75 м с); в — ощ ущ ение прям ого зву ка вы зы вается нарастаю щ им и фронтам и. П орог эха
"достигается в момент, когда слуховой о б ъ ек т начинает см ещ аться к центру головы.
обнаруженная в описанном эксперименте, имеет свое значение для закона пер­
вой волны.
В заключение приведем несколько экспериментов, проведенных японскими
учеными Ебата, Соне и Ни мура в 1968 г. Эти эксперименты проводили с
целью исследования зависимости порогов эха от длительности сигналов. С по­
мощью головных телефонов экспертам предлагали для прослушивания пары
импульсов, разделенные различным интервалом времени (рис. 142, а ), н оин
должны были определять пороги слышимости эха. В ухазанных условиях
эксперимента порог эха составил 10 мс.
В другом эксперименте использовали тональные импульсы. Здесь ощуще­
ние прямого звука вызывали нарастающими фронтами, а эхо — спадающими.
Пороговый интервал эха в этом случае лежал в пределах от 175 до 215 мс
(рнс. 142,6). Такие же результаты были получены и в случае шумовых импуль­
сов. Существенно большие, чем на рнс. 142, а, значения порогов эха следует,
по-внднмому, объяснить тем, что промежутки времени между нарастающими
и спадающими фронтами заполнены колебаниями. Увеличить пороговые по
эффекту эха задержки можно также и в случае, приведенном на рнс. 142,0,
если между первой и второй парами импульсов ввести промежуточные им­
пульсы. В свободном звуковом поле это соответствовало бы увеличению чис­
ла отражений (см. гл. 3 3 ).
Другая возможность изучить маскирующее действие прямого звука иа
отражение показана на рнс. 142, в. Здесь в качестве измерительных звухов,
которые предлагаются экспертам, могут использоваться длительные тоиаль*
ные импульсы с крутыми фронтами нарастания. Нарастающий фроят импуль­
са вызывает ощущение слухового объекта слева от медианной плоскости. По
истечении 180 мс, когда, по-видимо му, прекращается влияние нарастающего
фронта, слуховой объект начинает смещаться к центру головы Длительность
159
этого характерного промежутка временн (180 мс) совладает с результатами
измерений Блауэрта (1968, 1970) н Плата, Блауэрта и Клемпа (1970). Эти
авторы в своих экспериментах возбуждали попеременно то одно, то другое
ухо эксперта импульсами Гаусса, шумовыми импульсами, амплнтудно-мсдулнроваиными шумами и последовательностями импульсов. Эксперты оценива­
ли промежуток времени между сигналами одного и другого уха, прн котором
становилось минимально заметным качание слукоаого объекта из стороны в
сторону.
Э.1.Э. Подавление прямого звука
Когда предлагаемые эксперту дли прослушивании прямой звук и отраже­
ние имеют одинаковый уровень, создается следующая ситуация. При неболь­
ших задержках отражения вступает в силу эффект локализации суммы. При
увеличении длительности задержки начинает действовать закон первой волны.
Верхпяя граница этой области задержек определяется порогом слышимости
эха- Выше порога прямой звук и эхо ощущаются раздельно, и, наконец, при
очень длительных задержках (несколько секукд) эхо ощущается как само­
стоятельный слуховой объект.
Бекеши (1917) указывал, что наряду с приведенными эффектами в опре­
деленных условиях может возникнуть и другой эффект. Может, например,
оказаться, что единственно слышимым или превалирующим будет только эхо,
а прямой сигнал либо ие слышеп совсем, либо слышен очень слабо. Это озна­
чает, что сигнал эха полностью или частично подавляет функцию оценки слу­
хом прямых звукон, т. е. наступает как бы эффект обратной маскировки.
Эффект обратной маскировки описан во многих работах (Пикетт, 1959;
Рааб, 1961; Бургторф, 1963; Робинзон и Поллак, 1971). Обзор литературы при­
водится в работе Эллиота (1962). В перечисленных работах исследовался
порег маскировки прямого звука, т. е. абсолютный порог слышимости. Резуль­
таты показывают, что и в условиях, благоприятных для маскировки, прямой
звук может быть подавлен отражением, поступающим с задержкой 20 мс,
лишь в том случае, когда уровень отражения по крайней мере на 40 дБ выше
прямого звука. При равных уровнях прямого звука н отражения эффект пол­
ной маскировки вообще пе наступает.
Если по аналогии с восприятием эха рассматривать пороговые задержки,
после которых прямой звук становится минимально заметным нлн полностью
исчезает, то можно получить кривую, показанную на рис. 134 (вверху). Для
того, чтобы отражение полностью подавило прямой звук, его уровень в зави­
симости от задержки должен быть выше уровня прямого звука на 15—30 дБ.
Подробнее сведении об эффекте маскировки прямого звука приведены в ра­
боте Розенцвейга и Роэенблптв (1950). Они установили, что иногда при оди­
наковых превышениях прямым звуком и отражением порога эха оно ощущает­
ся громче прямого звука Чнстович и Иванова (1959) установили, что если
экспертам ставить задачу определять момент появления прямого эв}ка как
совершенно отдельного слухового объекта, то явление обратной маскнровкн
может возникнуть даже при задержке 500 мс. Конечно, и в этом случае уро­
вень отражения должен быть выше уровня прямого звука.
В связи с этим особый интерес приобретает эксперимент Бекеши, о кото­
ром он сообщал в 1971 г. В этом эксперименте уровни прямого звука и отра­
жения в месте, где находился эксперт, были одинаковыми, но прямой зоук
полностью подавлялся отражением даж е при задержке 70 мс. Результаты
эксперимента Бекеши могут быть использованы в архитектурной акустике и
в звукотехинке, поэтому рассмотрим его подробнее (рис. 143).
Эксперт занимает место перед нескольккми громкоговорителями, располо­
женными по окружности, в центре которой утаиоалеи еше одни громкогово­
ритель В. Громкоговорители, образующие кольцо, включены параллельно. Сна­
чала прямой зоук излучался кольцом громкоговорителей А. а отражение —
центральным громкоговорителем В. Затем прямой звук излучался централь­
ным гром ко го оорите лем, а отражение — кольцом. Измерительным сигналом
160
служила последовательность тональных нлн шумовых импульсов 1 длитель­
ностью 35 мс. Задержка — 70 мс. Прн такой задержке эффект подавления
прямого звука максимален. На рисунке показаны места дислока­
ции слухового объекта и его протяженность по описаниям трех тренирован­
ных экспертов. Когда отражение создавалось одиночным громкоговорителем
В. слуховой объект локализовался в центральной части диаметра окружности.
Когда же отражение создавалось кольцом громкоговорителей А, слуховой
объект был растянутым по всему диаметру окружности. В нижней части рн-
Рнс. 143. Расстановка громкоговорителей для исследования эффекта подав­
ления прямого звука (а) (прямой н отраженный сигналы излучались по­
переменно либо громкоговорителями кольца А , либо — одиночным в центре В,
длительность задержки 70 мс, длительность тональных посылок 35 мс, часто­
та 1 кГц (или шумовые импульсы^, уровень 90 дБ; распределение по времен»
громкости слуховых объектов от прямого сигнала н эха (б).
I —отражения, создаваемые громкоговорителями Д: 2 — отражения, создаваемые гром­
коговорителями Вяя 3 —соложение н протяженность слухового объекта.
сунка показаны кривые распределения громкости по времени, построенные по
словескыы описаниям ощущений экспертов. Прямой звук показал в виде не­
большого выступа слева, эхо — в виде большой выпуклости.
Аналогичные результаты, т. е. преобладание эха нал прямым звуком, бы­
ли получены Бекеши и в других экспериментах, когда направления прихода
прямого звука и отражения отличались на 90 или 180е.
3.2. ДВА ИСТОЧНИКА ЗВУКА С ЧАСТИЧНО-КОГЕРЕНТНЫМИ ИЛИ
НЕКОГЕРЕНТНЫМИ СИГНАЛАМИ
В предыдущей главе рассмотрены взаимосвязи между звуками и слуховы­
ми объектами, наблюдаемые, когда два разнесенных в пространстве источника
излучают два абсолютно когерентных снгнана. Если коэффициентом когерент1 Д ля того, чтобы обеспечять лучшую различимость иа слух, несущие пря­
мых звуков и отражений выбирались разными либо по частоте (1 и 1,5 кГц),
либо по форме, например: одно колебание было синусоидальным, другое —
примоугольиым при одной и той же частоте.
11—810
161
иости К считать величину (максимума) нормированной функции взаимной
корреляции двух сигналов x(f) н ^ ( 0
(55)
k = макс | Фху (т) | ,
т
то до сих пор мы рассмагривали только случай, когда k — 1. Теперь перейдем к
частично-когерентным и некогерентным сигналам, т. е, когда O ^ fc C l. При
k = 0 будем называть сигналы некогерентными, а при 0 < 6 < 1 — частнчно-когерентнымн.
Получить в слуховых экспериментах частично-когерентные или некогеренткые сигналы можно следующими двумя способами (они могут быть и
комбинированными):
Рнс. 144. Схема для расчета параметров ушных сигналов в случае двух не*
точииков звука с частично-когерентными или иекогереитными сигналами:
S. О —Фурье-преэвразоыння сигналов; А —функция передачи (лклеВная инвариаитвяя
во временн си стем а).
1. Способ искажений. Из одного начального сигнала с помощью линей­
ных и (или) нелинейных преобразователей получают один или несколько
искаженных сигналов. По отношению к исходному, а также между собой эти
сигналы и будут частично-когерентными или некогерентными.
2. Способ наложений. Из одного начального сигнала получают несколько
сигналов, когерентных к первому, а также между собой. На них наклады­
вают искаженные сигналы, иекогерентные между собой и начальным сигна­
лом. Полученные результирующие сигналы и будут частично-когерентными
или некогерентными между собой и начальным сигналом.
Д ля измерения коэффициевта когерентности могут быть использованы
обычные методы измерения корреляции (Ланге, 1962; Кутруфф, 1963).
Какими же с этой точхн зрения могут быть ушные сигналы при прослуши­
вании двух частично-когерентных или некогерентных сигналов, поступающих
от двух источников. На рис. 144 показаны возможные пути прохождения звука
от источника до барабанных перепонок слушателя. Пусть все функции иа
рис. 144 будут функцикмн частоты. 5 Л и S l — соответственно сигналы в ме­
сте расположения левого н правого источников, когда включен одни из нях.
Если источниками служат громкоговорители, то сигналы связаны с напряже­
ниями иа входе каждого из них функцией передачи громкоговорители. Путь
звука от источника до ушей слушатели состоит из четырех участков, которые
можно рассматривать как линейные системы, инвариантные во времени, опн-
162
сываеыые соответственно функциями передачи A r r ,J Ir l. A l l и A lr . Зная сиг­
налы источников S l и Sn. можно рассчитать ушные сигналы 0 L к Оя :
= §М ^RR
®t=
Отношение ушных сигналов
о
1r
-
i?W + d «
"
1 §.L ^LR \
"
id u -
<57>
.
+
-R
с
. .
A r L + A j_L
-R L
■
Sr
с
“L
(S8)
. ^.Ll.
+ А Г
O.RL
в упрощенном виде можно записать:
°я
о 7 = *‘ +
V
■
<59»
Из формулы видно, что когда отношение сигналов источников выражается
функцией линейной инвариантной во времени системы, то ушные сигналы мо­
гут быть взаимно преобразованы один в другой с помощью такой системы.
Это значит, что если справедливо S r / S l = A r . то справедливо и O r } O l = *
= /^тутрАприорно будем считать далее, что если сигналы 5Л и S l связаны между
собой линейной инвариантной во времени системой нлн нелинейной инвариант­
ной, нлн нелинейной вариантной во времени системой, то такой же зависи­
мостью будут связаны между собой и сигналы Оя и 0 L. Если взаимосвязь
между S r и S l математическому выражению не поддается, то это невозмож­
но и для ушиых сигналов О* и O l . Если сигналы источников ие детерминиро­
ваны, то недетерминнруемы также и ушные сигналы.
По поводу взаимосвязи между коэффициентами когереитпости сигналов
иа выходе источников и ушных сигналов можно лишь чисто умозрительно
считать, что они, как правило, различны. Некогерентные сигналы источников
приводят к частичной когерентности ушных сигналов (исключение состав­
ляет случай подачи сигналов с помощью головных телефонов). Абсолютно
когерентные сигналы источников также приводят к неполной когерентности
ушных сигналов (исключение составляют случаи дихотнческой подачи звуков
с помошью головных телефонов или с помощью двух громкоговорителей, уста­
новленных симметрично к медианной плоскости). Как правило, возможный
разброс
коэффициента когерентности ушных сигналов меньше, чем
у сигналов источников звука, однако н здесь имеются исключения [например,
способ подачи звуков «Трэд не». разработанный Дамаске и Меллертом
(1969/1970); подробнее Об этом см. гл. 3.3].
В § 3.2.1 рассмотрены результаты слуховых экспериментов, проведенных
с использованием двух источников звука при разных коэффициентах когерент­
ности сигналов. Наиболее наглядные объяснении некоторых из обнаруженных
закономерностей дает корреляционная модель слуха, построенная на предпо­
сылке о том, что слуху свойственна функция корреляции. Согласно этой мо­
дели пространственные признаки слуховых объектов формируются слухом
по корреляционной функции ушных сигналов. Корреляционная модель слуха,
построенная иа представлениях Лнклцдера (1956), Сойерса и Черри (1957),
рассмотрена в § 3.2.1 В § 3.2.2 рассмотрены феномены пространственного
слуха, известные в литературе под названием «бинауральное распознавание
II*
163
сигналов», «бинауральная маскировка», «бинауральный анализ». Речь идет
о распознаваемости ушных сигналов в присутствии помех при разных бина­
уральных различиях тех и других.
3.2.1. Влияние коэффициента когерентности
В настоящем параграфе рассмотрена взаимосвязь между слуховыми
объектами, нх местом н протяженностью в случае, когда эксперт прослуши­
вает сигналы двух источников, коэффициент когерентности которых £ < 1 . Для
начала остановимся на простом эксперименте: эксперту по головным телефо­
нам подаются для прослушивания два широкополосных шумовых сигнала.
£6 - 100%
•■V
о/:/
-«•^.*,$Jл J-S.i .
f/S/AO W S//s?f//4y/Ztyy/S/S
w
.* #
<>
S
£
S
fi
Ч щ ш Ш т Г Л ' /V &
f
*6
£
Л
f>-
у33 - S6 °/о
к=1
. ,
' УУ'■ ' •
>. /V'./ Г
^
У*.
к=о}**
k=0
145. Положения слухового объекта в проекции иа фронтальную плос­
кость (А—А ). Эксперты с помощью головных телефонов прослушивали ши­
рокополосные шумы с различным бинауральным коэффициентом когерент­
ности. Показаны области, соответствовавшие 0—33, 33—66 и 66— 100% слу­
чаев положении слухового объекта.
P
kc.
коэффициент когерентности которых может искусственно изменяться в преде­
лах от 0 до 1. Ему предлагают описать словами место и протяженность слу­
хового объекта. На рис. 145 приведены результаты такого эксперимента (по
Черняку и Дубровскому, 1968). Во время эксперимента эксперты получали
бланк с нарисованным полукругом радиуса 10 см, отображавшим верхнюю
половину фронтального сечения черепной коробки. Экспертам ставилась за ­
дача зарисовать в проекции на полукруге положение и протяженность слу­
хового объекта. По-разному заштрихованные части полукруга соответствуют
выраженному в процентах числу совпавших оценок, полученных в сериях по­
вторяющихся экспериментов.
Приведенные результаты позволяют сделать ряд выводов. Когда ушные
сигналы когерентны, то слуховой объект ощущается как единый и протяжен­
ность его относительно невелика. Центр тяжести слухового объекта находит­
ся в медианной плоскости. С уменьшением коэффициента когерентности
положение центра тяжести объекта почти ие изменяется, но увеличивается
площадь, в которой ощущаются его составляющие. При £ = 0 .4 компоненты
164
слухового объекта ощущаются практически во всей верхней полуплоскости.
Наконец, прн дальнейшем уменьшении коэффициента когерентности слуховой
объект распадаетсл в пространстве на две части (по одной иа каждое ухо),
соответствующие двум ушным сигналам. В описанном эксперименте слуховые
Объекты при частичной когерентности сигналов оказываются более протяжен­
ными, чем при полной когерентности. Правда, отсюда не видно, сохраняются
лн объекты четко локализованными или с увеличением размеров становятся
диффузными. Ответ иа этот вопрос следует искать в работах Церлина (1959),
Джеффри. Блуджета и Днтриджа (1962), которые измеряли размывание ла-
0
0rZ
0,4
0,6
0,8
1,0
Р и с. 147
Рис 146
Рис, 146. Порог смещения латерализацни А (т*—0 )ияя в функции коэффи­
циентов когерентности ушиых сигналов, низкочастотный шум с гракнчиой
частотой 2 кГц, уровень около 90 дБ, 7 экспертов (при £-=0 результаты не­
определенны) .
Рнс. 147. Схема установки для получения шумовых сигналов с измеряемым
коэффициентом когерентности (способ наложения сигналов), предусмотрена
возможность подмешивания бииауралыю идентичных речевых сигналов.
терилнзвцни в функции коэффициента когерентности ушных сигналов* Резуль­
таты измерений приведены на рис. 146 Д ( тф = 0 ) МиНС уменьшением коэффициента когерентности размыва кие локализации
медленно возрастает. Со значения fe=0.2 (здесь, no-видимому, проходит гра­
ница, после которой слуховой объект начинает распадаться на два) кривая
круто поднимается и достигает максимума в точке около 190 мкс. В данных
условиях эксперимента предельное размыванве локализации неопределенно,
поскольку боковое смещение объекта ие замечается и при бинауральной за­
держке 190 мкс.
Увеличение размывания локализации с уменьшением коэффициента коге­
рентности можно, по-вцдимому, объяснить увеличивающейся диффузностью
слухового объекта.
Ушиых сигналов с изменяемым коэффициентом когерентности в описан­
ных двух экспериментах добивались способом наложения сигналов. Структур­
ная схема установки для эксперимента приведена на рис. 147. Три генератора
N i — Л* вырабатывали три взаимно некогерентных широкополосных шумовых
сигнала, эффективные значения напряжении которых Ui — £/3. С помощью
аттенюаторов и сумматоров сигналы подавались на два наушника так, что
на одном из ннх получалась сумма Ut-\-Ui. а иа другом
U3. Напряжения
сигналов U\ и Ui были всегда одинаковы. Коэффициент когерентности ушных
сигналов в этом случае
а где U1 — £/g.
(60)
2
165
Вывод этой формулы дается в работе Джеффри и Робинсона (1962).
Впервые исследование с использованием аналогичной установки провел
Лнклцдер в 1948 г. Дополнительно к трем шумовым генераторам он нсполъэовал источник речевых сигналов, который включался в схему, как показано
на рис. 147. Некоторые из наиболее важных результатов, полученных Лнклидером, приведены иа рис, 148, где изображены места дислокации слуховых
объектов в проекции на фронтальную плоскость. Верхние две диаграммы соот­
ветствуют случаям k — 1 н ft=»0 (см. рнс. 145). Когда ушные сигналы коге­
рентны, синфазиы и одинаковы по амплитуде, эксперты ощущают единый
слуховой объект, который локируется в медианной плоскости. Тот факт, что
А'=Т
к=0
Рис, 148. Расположение слухо­
вых объектов в проекции иа
фронтальную плоскость (А—
А ), широкополосный шум при
fe=0 и k = l и дополнительные
бииауральио идентичные рече­
вые сигналы.
объект располагается ие в вершине полуокружности, как это было на рис. 145,
а в центре головы, объясняется, по-вцдимому, методикой эксперимента Черня­
ка и Дубровского, а возможно — и особенностями измерительных сигналов.
(Эти расхождения мы здесь подробно рассматривать не будем.) В случае
иекогереитных ушных сигналов возникают два слуховых объекта — по одному
иа каждое ухо.
В нижней части рис. 148 приведены две диаграммы для случая, когда до­
полнительно к когерентным шумовым сигналам па оба уха подавались одина­
ковые речевые сигналы. При добавлении к когерентным шумовым сигналам
речи возникал речевой слуховой объект, почти сливавшийся в пространстве
с шумовым объектом. Когда же речь накладывалась иа иекогерентные шу­
мовые сигналы, возникали сразу три объекта: два шумовых и речевой, кото­
рый лоцировался в центре головы.
Последний случай представляет особый интерес. Он может быть еще бо­
лее усложнен, если дополнительно к двум шумовым и одному речевому объек­
ту иа телефоны подать и другие сигналы. Тогда при благоприятных условиях
одновременно возникает несколько слуховых объектов1, каждый из которых
соответствует своему дополнительному сигналу. Под «благоприятными» усло­
виями подразумевается то, что дополнительные сигналы предлагаются экс­
пертам для прослушивания таким образом, что вызываемые ими слуховые
объекты хорошо разграничиваются в пространстве. В противном случае воз­
никает эффект «звуковых затяжек», «наплывов» (Батлер и Наунтон, 1964).
Вызвать ошушенне четко разграниченных в пространстве объектов можно,
подав дополнительные сигналы иа юловные телефоны с искусственной би­
науральной задержкой или разностью уровней.
Из приведенных результатов экспериментов можно сделать вывод о том,
что из бииауральио некогеренгных ушиых сигналов слух может выделить
составляющие, которые между собой когерентны, и каждую квалифицировать
как отдельный слуховой объект. Остающаяся часть иекогереитных составляю­
щих ухудшает остроту локализации слуховых объектов. Если ушные сигна­
лы не содержат когерентных составляющих или если кх очень мало, то каж ­
1 Более глубокий анализ показывает, что несколько слуховых объектов
одновременно возникнуть не могут, они воспринимаются последовательно с не­
большим интервалом. Эту дифференциацию ошушеннй мы здесь рассматривать
не будем.
166
дый ушной сигнал вызывает ощущение Отдельного слухового объекта, как
прн раздельном их прослушивании одним наушником.
В свободном звуковом поле эти явления полностью сохраняются. Праада,
здесь следует учитывать, что излучаемые источниками сигналы отличаются от
ушиых. Схема линейного преобразования сигналов источников в ушные сиг­
налы показана иа рис. 144.
На рис. 149 приведены результаты исследований Дамаске 11967, 1968),
проведенных с двумя источниками, расположенными под углом к горизонталь­
ной плоскости (6 =-18°), и излучавших некогерентные широкополосные шумо­
вые сигналы. Угол к каждому источнику звука в горизонтальной плоскости
30'
170*
Рис. 149. Направления иа слуховой объект при слушании двух некогерентных
шумовь'Х сигналов, излучаемых вод разными углами в горизонтальной плос­
кости. Слева вверху показаны пределы пространственных углов восприятия
слуховых объектов в проекции иа горизонтальную плоскость; уровень в точке
слушания 75 дБ, расстояние между громкоговорителями 2.5 м (в эксперимен­
те участвовали два опытных эксперта).
можно было менять в небольших пределах. На диаграммах показаны телес­
ные углы, в пределах которых лоцнровалнсь слуховые объекты. Заштрихо­
ванные по-разному зоны и здесь соответствуют частоте совпавших показаний.
Слева внизу видны горизонтальные срезы верхней полусферы, которые исполь­
зовались при построении диаграмм. В верхнем ряду показаны два случая, при
которых четко ошушались два слуковых объекта, т. е. когда слух распознавал
в ушиых сигналах две бииауральио когерентные или почти когерентные
составляющие. В нижнем ряду приведены случаи, когда громкоговорители
сдвинуты ближе друг и другу. Телесные углы, в пределах которых слуховые
объекты ошушались как единые, слились. Соответственно и сам слуховой
объект ошушался как диффузный и протиженный.
В 1972 г. Пленже сообщил об эксперименте; в ходе которого два громко­
говорителя, расставленные по стандартной стереофонической системе, излуча­
ли шумовые сигиалы с изменяемым коэффициентом когерентности. Схема
эксперимента и наиболее характерные результаты приведены иа рис. 150
(слева). Сигналы обрабатывались так, что иа одном громкоговорителе полу-
чалась их сумма, а иа другом — разность. Соотношение сигналов можно было
изменять. Коэффициент когерентности сигналов громкоговорителей в этом
случае
(61)
к=
и \+ и \
Таким о б р а з о м ,
fe(£/s = -£/i)= 0 и ft(£/*=-0)=>1. Если уменьшать
отношение UifUt до 0. сохраняй неизменным суммарный уровень, то коэффи­
циент когерентности начинает уменьшаться, достигает минимума при U*!Ui=l
а:
20 Log
8:
и,
гоюд
\w
t
J:
а
и%
5“-70д6
е:
20 log
£
Ut
77~
иг
А
25дБ
А
(а )
Рнс. ISO. Положения слухового объекта при слушании подготовленным экс­
пертом широкополосных шумов в условиях эксперимента, показанных слева.
Показания других экспертов в случаях 6, в значительно отличаются от при­
веденных.
и затем увеличивается. Сделав скидку иа то, что коэффициенты когерентности
ушных сигналов и сигналов громкоговорителей не одинаковы, можно считать,
что и здесь дислокации слуховых объектов в ирннднпе соответствует выводам,
полученным ранее. Случай U JU i= 0 соответствует взаимному сдвигу фаз уш­
иых сигналов на 180°. Этот случай рассмотрен в § 3-1.1.
В рассмотренных экспериментах коэффициент когерентности сигналов
изменялся способом наложения. Остановимся теиерь иа случаях, когда два
ие полностью когерентных сигнала получаются нз одного сигнала, подвергаю­
щегося линейным или нелинейным искажениям. Не полностью когерентные
звуковые сигналы как результат влияния лкнейкых нскажепий создаются в
повседневной жизни, например, при отражениях звуков от поверхностей с частотио-эявнсимым коэффициентом отражении. Поступающий к слушателю от­
раженный от такой поверхности звук уже иекогерентеи с исходным прямым
звуком. В результате возникшей некогереитности может измениться абсолют­
ный слуховом порог, порог слншимостн эха и мешающего эха по сравнению
168
\
с порогами при абсюлютной когерентности (Хаас, 1951; Мейер и Шодер, 1952;
Бабков и Саттон, 1966). Поскольку коэффициент когерентности между пря­
мым звуком и отражениями сохраняется достаточно большим и в случае
частотно-зависимых отражений, то в принципе все явления здесь имеют такой
же характер, как при частотно-пезависнмых отражениях.
Способ искажений нашел интересное применение в технике озвучивания.
Известно, что если сигнал, переданный по одному какалуь воспрокзводнтси
одним (единственным) громкоговорителем, то слуховой объект получается
остро локализованным. Пространственные отражения, которые имеются в по­
мещении, при таком воспроиз. .
ведении передать невозможно.
9*1 v дЕ(-г)
Поэтому эффект пространстр—
I
веииостн звука на стороне воепроизведения создается искусСТВСННО.
Используемые для этого
приемы схематично показаны
на рис. 151. Оли известны как
способы «псевдостереофонни».
Во всех показанных вариантах
нз исходного сигнала получают
два ие полностью когерентных
сигнала, которые затем воспро­
изводят соответственно двумя
гром коговорител я мн.
Способ рис. 151,а основан
иа предложении
Яновского
(1948). С помощью специаль­
ных фильтров (с очень плавны­
ми фронтами характеристик
пропускания)
полоса
ча-
------
а.)
ОДЕ
0
^ l/ V r
J
п_ П
U
Li
П
f
8)
D&
Рис. 151. Способы «псевдостереофон ической эвукоп среда чн
а — ф ильтр верхних и ннж пих ч а ­
стот: 6 — два гребенчаты х ф и льт­
р а со взаим но сдвинуты ми х ар ак ­
теристикам и; и — д в а всечастотных
ф и льтра; г — ревербераиконнаи к а ­
м ера; 0 — эф ф ек т Л оурндзена; е —
два ф ильтра
с изменяемы ми во
врем ени характеристикам и, управ­
лен ие осущ ествляется сам им сиг*
калом .
стот
сигнала
расчленяется
на
две
части — высокочастотную
и
низкочастотную, и каж дая воспроизводится отдельным громкоговорителем.
В случае рис. 151,6 вместо режекториых фильтров верхних и ннжиих частот
использованы два гребенчатых фильтра со взаимно сдвинутыми характеристи­
ками (Лоуридэси, 1954). Этот способ позволяет создать взвешенное по часто­
те распределение спектральных составляющих, но ценою заметных искажений
тембра. Этот недостаток исключен в способе рис. 151, в, предложенном Шре­
дером (1961). Здесь сигналы двух громкоговорителей получают фазовые ис­
кажения, для чего применяют всечастотиыс фильтры. Амплитудные искажения
(они и вызывают главным образом искажения тембра) здесь не возникают.
Способ рис. 151,г во многом похож иа рис. 151,е. Здесь частичной коге­
рентное™ сигналов громкоговорителей достигают благодари искусственной
реверберации, вводимой с помощью реверберациояиой камеры (Шредер, 1958;
169
Лохкер и Де-Кит, 1960). Микрофоны установлены в разных точках камеры.
Вместо реверберациоииой камеры может быть использован ревербератор плас­
тинчатый нлн пружинный. Способ рис. 151, д описан Лоуридэеиом (1954),
Шоддером (1956), Лоуридзеиом и Шлсгелем (1956). Он состоит в искусст­
венной задержке части сигнала, которая после ослабления синфазио подает­
ся иа один громкоговоритель и в протнвофазе ка другой. Упомянутые спосо­
бы особенно эффективны в случаях, когда исходный сигнал нестационарен во
времени- Именно такпми и являются музыкальные и речевые сигналы обычкых
0
0 ,2
0,4-
0,6
0,6
МС 1
Рис. 152. Модуль нормированной функции взаимной корреляции ушных сиг­
налов искусственной головы; озвучивание одним источником звука в горивонтальной плоскости, излучавшим полосу шума (0.18—6,3 кГц); параметр —
угол направления иа источник ф.
звуковых программ радиовещания и звукозаписи. Место и протяженность
слуховых объектов таких сигналов меняются во времени.
В способе рнс. 151,6 нз временных изменений исходного сигнала выделя­
ется дополнительный сигнал, который используется для управления двумя
фильтрами А\ и А%, вносящими искажения (Энкеть, 1958). При «истинной»
стереофонии, т. е. когда звук от микрофонов к громкоговорителям переда­
ется по двум каналам, искогерентность сигналов создается н наложением, и
искажением. Поэтому данный вариант позволяет лучше приближать про­
странственные соотношения сигналов на стороне приема к соотношениям иа
стороне передачи
Способами псевдостереофонической эвукопередачн этого достичь нельзя,
поскольку здесь пространственные соотношения слухового объекта не зави­
сят от признаков исходного сигнала. Вспомним, что и при слушании единст­
венного источника звука ушные сигналы когерентны лишь тогда, когда нсточпкк находится в медианной плоскости. Еслн это условие ие удовлетворя­
ется, то коэффициент k o i ерентностк может стать меньше ОД
Измерение коэффициента когерентности ушных сигналов при одном Ис­
точнике звука были проведены Римским-Корсаковым в 1962 г., Дамаске в
1969, 1970 гг. Оба исследователя проводили измерения с использованием ис­
кусственной головы. Некоторые результаты измерений приведены на рнс. 152.
Отметим попутно, что уменьшение коэффициента когерентности при отклоне­
нии источника звука от медианной плоскости сопровождается укеличеннем
размывания локализации (см. рнс. 2 1 ).
Если внимательно проанализировать свойства слуха при восприятии не
полностью когерентных н некогерентных сигналов, в особенности способность
выделять из абсолютно некогерентных ушных сигналов бинауральные коге
рентные составляющие, то напрашивается предположение, что при оценке
сигналов в слухе происходят корреляционные процессы. Впервые, хоти и в
другой связи, это предположение высказал Лнклндер в 1951 г. Он считал, что
в слухе происходит кратковременная автокорреляция ушных сигналов, по
которой определяется тональная нысота звука. С течением времени эта ги­
потеза получила дальнейшее развитие (Лнклндер. 1956, 1959, 1962). Более
подробно ознакомиться с этими вопросами можно по работам Нордмарка
(1970), Дунвхьюза (1972); критика дается в работе Уайтфнльда (1970).
В 1956 г. Лнклндер высказал предположение о том, что корреляционные
процессы происходят в слухе и прн формировании ощущения места слухово­
170
го объекта я что ушные сигналы подвергаются пышно взанмно-коррсляционяому анализу. К такому же предположению, ио другим путем пришли Черри
и Сойерс (1956). Это представление послужило основой для построения не­
скольких функциональных моделей, которые помогли объяснить ряд проблем
пространственного слуха (Лнклндер. 1956, 1959, 1962; Сойерс и Черри, 1957;
Давид, Гутман и Ван-Бсргейк. 1959; Даннленко, 1969). Ниже рассмотрены
принципы работы этих моделей и нх применение для анализа механизма
слуха.
| Слева
■I ,t
Справа
Середина
Л ...........
,
т левого уха
Отправого уха
Рис. 153. Структурная схема «модели совпадения» для оценки бинауральных
временных различии ушных сигналов. Поступающие от левого и правого уха
нервные импульсы проходят дальше по цепк лишь в случае, когда они по­
парно снихрокны иа одной из ячеек умножения.
Бинауральная ненормированная функция взаимной корреляции записыва­
ется в виде
+Т
=
* ( ' ) « / ( ' + ( 6 2 )
—т
где х ( 0 н у ( 0 — физиологические сигналы, полученные соответственно из ле­
вого и правого ушных сигналов. Поскольку
(W )
ТО
+Г
^
v (T) = lim ~
Т -*со £1
\ y { t)x (t~ x )d t.
(64)
р*
—Г
Такая запись удобнее первой, потому что прн положительных т сигнал
получает задержку, а не опережение, которое физиологически невозможна
Встает вопрос, возможны ли физиологические преобразования вслухе, со­
ответствующие полученному выражению. Здесь можно сослаться натак на­
зываемую «модель совпадения», впервые (1948 г.) построенную Джеффрв
171
для описания механизма опенки слухом бинауральных временных различий.
Позднее аналогичную модель предложили Резер (I960), Фраиссеи (i960,
1963).
Принцип, положенный в основу модели, показан иа рнс. 153. Нервный им­
пульс, поступающий от одного уха. задерживается лннней задержки и затем
подается на несколько кчеек умножения. На ячейки противоположной стороны
(уха) этот же импульс поступает без задержки. Каждая ячейка выраба­
тывает н выдает сигнал на выход лишь в том случае, если на ее вход одно­
временно поступают два импульса, совпадающие во времени. Каждый вход­
ной импульс поступает от своего уха. Легко видеть, что при некотором опре­
деленном временной интервале между импульсами от двух ушей запускаться
будет только одна ячейка умножении.
Взаимосвязь между временными различиями сигналов и ячейками умно­
жения, реализованными в модели, делает ее способной проводить как бы
трансформацию «время — место». Достоинство модели в том, что ей вполне
можно найти физический аналог слухового механизма. Так, например, фи­
зическими аналогами задержек могут служить латентные периоды, а функции
умножения — синаптические связи. Таков ли в действительности механизм
оценки слухом ушных сигналов, пока не доказано. Заметны здесь, что в
своем начальном виде модель не объясняет механизм оценки слухом сигна­
лов при слушании одним ухомМоделъ совпадения содержит все элементы, необходимые для
расчета
произведения y { t)x { t—т). Если ступени дискретизации линии задержкп до­
статочно мелкие и в ней много параллельных элементов, то для образования
функции взаимной корреляции необходима лишь операция интегрирования
на выходах ячеек умножения, имеющих задержку т. Пределами интегрирова­
ния могут служить интервалы, соответствующие постоянным времени цепо­
чек RC. Математически это выражается функциями кратковременной корре­
ляции
(
% < / . * ) = J у (0 ) x ( 0 - t ) G ( * - # ) < № ;
(65)
— СО
t
V y x i t , т)~> f x ( d ) y ( 0 ^ i ) G ( / — 0 ) d 0 .
(6 6 )
— CO
Первая операция справедлява для случая, когда опережающим является
сигнал х ((), вторая — когда опережает сигнал у (/) ’. Здесь G (/—"6 ) — это ве­
совая функция, позволяющая учесть временную зависимость произведений.
Весовую функцию характеризует рис 154. Обычно предполагают, что
С ((s) = ( е
I 0
1
ПРН
0:
прн s < 0 .
(67)
где постоянная времени т Лс-<£1мс (Ляклцдер, 1951; Атал, Шредер и Куттруф.
1962; Грубер, 1967).
Для того, чтобы кратковременная взаимная корреляция, описываемая
приведенными формулами, могла быть реализована слуховым аппаратом, не­
обходимо ввести следующие ограничения:
1.
Максимально возможной в зависимости от спектра сигнала может
быть задержка о т 7.5 до 21 мс. Это вытекает из нсследовапнй Блоджета,
Вяльбаякса и Джеффри (1956), установивших, что прн этих значениях за ­
держки исчезает эффект бокового отклонения слухового объекта. Следова­
тельно, принимается что при т > т и, гс функция взаимной корреляция слухом
оцениваться не может. В нормальных условиях слушания (уши не заэкра­
нированы) бинауральные задержки ие превышают 1 мс,
1
172
Следует иметь в виду, что
*4, ( t ,Т) = Ч у х (t - т , - X) + V
( f .- т ) .
2. Задержки, вызываемые самим слухом, зависят от времени. Значение
задержки подвержено влиянию случайных факторов, которые тем больше,
чем больше длительность задержки, т. е. на задержанные сигналы накла­
дывается случайная амплитудная помеха, что приводит к тому, что экстре­
мумы корреляционных фувкций с увеличением задержки упрощаются. Это
справедливо и для полностью когерентных ушных сигналов (см. рис, 158).
На рнс. 155 приведена структурная схема корреляционной модели слу­
хового аппарата в режиме формирования пространственных признаков слу*
*
-►
Рнс. 154. Образование фувкцня кратковре­
менной корреляции.
- м и
о
Jb(t)
о*—
—-о
*i(t)
gd*)
!fi(*)
‘°о^ \ Л т = J
о—
a)
y(tj
о
9)
Рис. 155. Модель формирования слухом пространственных признаков слухового объекта иа основе бинауральной корреляционной функции.
а — левое ухо; б — ц ентральная верхняя снствыя; в — правое ухо.
хового объекта. Показаны только такие операции, физиологическая реаль­
ность которых иа современном уровне знаний представляется весьма вероят­
ной. Ушные сигналы постувают иа цепочку фильтров, которые разделяют их
спектр иа полосы приблизительно одинаковой относительной ширины1. Сни­
маемые с выхода фильтров сигналы X i.m (f) и yi„.m ( 0 детектируются и до­
даются иа фильтры верхних частот. Из полос выше 1,6 кГц выделяется оги­
бающая. т. е. происходит демодуляция. После демодуляции сигналы подвер­
гают обработке по характеристике кратковременной корреляционной фувк­
цни, описываемой уравнениями (65) и ( 6 6 ). На рисунке это показано для
Соображения о вероятных характеристиках полосных фильтров приведе­
ны в работе Дюфье (1972). Там же приведена библиография по этому вопросу.
1
173
сигналов Л ( 0 1 Si (О- Далее все обработанные спектральные полосы вводят­
ся в блок «распознавания ходов» 2. который определяет, какому из храня­
щихся в памяти набору признаков больше всего соответствует ход, поступив­
ший иа вход. Полученную в результате этого сравнения информацию исполь­
зуют в блоке J прн формировании слухом ошушення одного пли нескольких
пространственных слуховых объектов.
Основная идея, положенная в основу рассмотренной н всех других кор­
реляционных моделей слуха, исходит из предположения о том, что информа­
ция, необходимая для формирования ощущения дислокации н протяженности
слухового объекта, выделяется из функции корреляции двух ушиых сигналов.
Так, иапрнмер, бинауральные когерентные составляющие ушных сигналов
могут распознаваться по максимуму корреляционной функции. Высота и шнрнив максимумов позволяют судить о степени когерентности сигналов, а нх
положение на осн задержек — о значении средних бинауральных задержек и,
следовательно, о боковых смешениях источников звука. Бинауральные разли­
чия амплитуд ушных сигналов выделить из корреляционной функции довольно
сложно. Однако, чтобы и их учесть в модели, были сделаны два дополни­
тельных допущении.
1. Ушной сигнал бочьшего уровня возбуждает больше чувствительных кле­
ток, чей сигнал меньшего уровня. Следовательно, бинауральные различия
ушиых сигналов приводят к тому, что в центральную нервную систему от од­
ного уха поступает больше импульсов, чем от другого. Можно показать, что
это повышает вероятность того, что иа модели Джеффри (1948) совпадения
будут приходиться иа одну и ту же сторону (Давид, Гутман п Ван-Бергенк.
1959), Этот вывод получен иа основе статистического анализа, которого мы
здесь касаться ие будем.
2. Второе предположение состоит в том, что различия уровней перекоди­
руются слухом во временные различия. Возможные механизмы такого преоб­
разовании рассмотрены выше в § 2.4.3 (см. рнс. 107, о). Правда, там же
было указано и на то, что в определенных условиях временные и амплитуд­
ные различия знукон оцениваются слухом раздельно. Это явление корреля­
ционная модель объяснить ие может.
Для одного частного случая — объяснения, какны образом слух опреде­
ляет место слухового объекта относительно медианной плоскости (слева или
справа), Сойерс и Черри (1957) предложили считать определяющим отноше­
ние площадей под кривыми кратковременных корреляционных функций. Взвешиваюшнмн коэффициента ми, учитывающими бинауральные различия ушных
сигналов, могут служить их уровни.
Подводя итог, можно сказать, что рассмотренная модель бинаурального
корреляционного анализа позволяет объяснить процесс выделения слухом нз
ушных сигналов таких составляющих, которые между собой полностью илн
частично когерентны. Модель позволяет также объяснить процесс выделения
информации, необходимой для формирования эффекта латсрализацнп н раз­
мывания литерализации слуховых объектов. В то же время модель в пред­
ставленном здесь внде ие может объяснить процесс выделения информации,
необходимой для формирования ощущения направлении к слуховому объек­
ту и дистанции до него. К проблемам простраистаенного слуха, которые мо­
гут быть объяснены корреляционной моделью, относится спад порога смеще­
ния латерализацни &(Тф= 0 ) Мы прн увеличении длительности сигнала до
250 мс (Тобнаш и Церлнн, 1951; Хаутгаст и Пломп, 1968; см. рис. 96).
Здесь можно упомянуть также результаты экспериментов по исследова­
нию латерализацни в случае, когда иа два уха подавались тональные им­
пульсы, различавшиеся по центральной частоте (Ебата, Соне и Ннмура, 1968;
Перро, Бриггс и Перро, 1970). Максимальное различие центральных частот
&///. прн котором слуховой объект ощущался как единое целое, с уменьше­
нием длительности сигнала увеличивается. По наблюдениям Турлова и Эльфиера (1959) ощущение единого слухового объекта радиочастотных тонов
сохраняется и в случае, когда частоты кратны между собой. Это явление так­
ж е может быть объяснено с помошью корреляционной модели.
Поллак (1971) и Трнттнп (1959) измеряли абсолютный слуховой порог
174
прн изменении бинаурального коэффициента корреляции 1 ушных сигналов.
Было установлено, что основным нрнтернем для экспертов прн этом служили
изменения протяженности слухового объекта. Если периодически изменять
бинауральный коэффициент корреляции ушных сигналов, то в такт с этнмп
изменениями слуховой объект начинает пульсировать: как бы набухает, ста­
новясь диффузным, и сокращается, приобретай четкие границы. Этот эффект,
получивший в литературе ие совсем точное название «бинауральное корреля­
ционное биение», был тщательно исследован Грубером (1967). Коэффициент
корреляции ушных сигналов ои изменял следующим образом: иа оба голов­
ных телефона Додавал шумовой сигнал от одного генератора. Амплитуды сиг­
налов модулировались по прямоугольному закону (глубина модуляции —
100%). Благодаря взаимным смещениям прямоугольных огибающих при неиз­
менном положении несущего шума можно было произвольно изменять коэф­
фициент корреляции.
3.2.2, Бинауральное распознавание сигналов
В повседневной жизни можно наблюдать следующую картнну. В поме­
щении находится несколько человек н оживленно переговариваются. Между
тем каждый слушатель может выделить нз общего шума интересующий го­
лос и понимать его, даже когда говорящий обращен в другую сторону. Если
же слушатель прикрывает одно ухо, то разборчивость речи заметно умень­
шается. Этот интересный психоакустическнй эффект был назван Черри (1953)
«эффектом вечеринки* («Cocktailparty— Effekt*). Вообше, когдв мешающий
сигнал N приходит из одного направления, а полезный сигнал 5 — из дру­
гого, то при бинауральном слушании маскирующее действие помехи оказы­
вается значительно слабее, чем прн моиауральиом. Прн количественной ана­
лизе этого эффекта исходят из порога маскировки полезного сигнала Порог
маскировки — это уровень, прн котором маскируемый сигнал минимально
распознаетси на фоне помехи. Порог маскировки аналогичен абсолютному
слуховому порогу (см. § 3.1.2). Д ля сравнения в качестве опорного служит
выраженный в децибелах порог маскировки при моиауральиом слушании.
Из него вычитают (выраженный также в децибелах) порог маскировки при
данных условиях исследовании. Полученную разность порогов маскировки
обозначают сокращенно БРУМ — бинауральная разность уроппей маскировки.
В исследованиях с речевыми сигналами вместо порогов маскировки исполь­
зуют пороги, соответствующие определенной разборчивости речи. Так возник­
ло еще одно понятие — бинауральная разность уровнен разборчивости
(БРУ Р).
Только за последние 5 лет появплось более 100 работ, посвященных ис­
следованиям БРУМ и БРУР в разных условиях слушания. Пионерскими в
этой области являются работы Хирша (1948), Лнклндера (1948), Хнрша и
Вебстера (1949), Кока (1950), Хавкииа и Стевеиса (1950). Джеффри. Блод­
жетта и Дитериджа (1952). Аналитический обзор литературы до 1959 г. сде­
лай Грином и Хеммингом (1969). Проблема бинаурального распознавания
сигналов касается пространственных свойств слуха лишь косвенно, потому
что здесь дело обстоит в распознавании енгнвлов, а ие пространственных
признаков слуховых объектов. Связь с проблемами пространственного слуха
прослеживается здесь, во-первых, постольку, поскольку при бинауральном расоознаваннн сигналов и при пространственном слушании в принципе необхо­
димо взаимодействие двух ушей, и, во-вторых, потому что БРУМ и БРУР
оказываются положительными в случае, когда вызываемые полезным сигна­
лом н Помехой слуховые объекты при раздельном слушании полируются в
разных местах.
Коэффициент корреляции — это значение нормированной корреляцион­
ной функции при г — 0 .
1
175
В конце параграфа мы вернемся к этому вопросу. Не вдаваясь в подробвосги. рассмотрим теперь в общих чертах проблему бинаурального рас­
познавания сигналов. Для обозначения способа подачи звуков слушателю бу­
дем пользоваться следующими сокращениями, принятыми в литературе: S —
полезный сигнал; N — сигнал помехи (шум); т — моиауральное прослуши­
вание (одностороннее); ср, 0 , л — дихотическая подача сигналов (двусторон­
няя) с бинауральным сдвигом фазы 0 , л или <р; т — дихотическая подача сиг­
налов с бинауральной временной задержкой т#; и — дихотическая лодача би«ауральио некоррелированных сигналов.
Так, например, запись
означает, что сигнал помехи подастся днхотнческнм способом с бинауральным сдвигом фазы на 180?, а полезный сиг­
нал — монаурадьно. Запись Nn Sm означает, что полезный сигнал и помеха
лодаютсн иа каждое ухо мопотнчески.
Основные соотношения полезного сигнала и помехи характеризуются
следующей иерархией значений БРУМ, предложенной Хиршем (условия легко
создаются с помощью головных телефонов):
W„
БРУМ = 0 дБ (Номинальные условия) 1
N „ S n БРУМ = О?
Л/0 S 0 БРУМ - 0 — 15 дБ?]
N„
м S VTt БРУМ - О?
БРУМ - 6 — 9 дБ
БРУМ = 9 — 12 дБ
БРУМ = 12— 15 дБ
*
БРУМ является функцией частоты. На рис. 156 показан график частотной
зависимости БРУМ для NoSn в случае, когда полезным является синусои­
дальный сигнал, а помехой — птрокополосный шум. Штрпховкой показана
область значений, полученных Дюрлахом (1963). Шенкелем (1964). Рабниером, Лоуренсом и Дюрлахом ( J966). Видно, что своего максимума кривая
пРУМ достигает в области от 200 до 300 Гц, затем с увеличением частоты
сигнала быстро спадает. Выше 3 кГц БРУМ остается неизменной на уровне
приблизительно 3 дБ.
Большой разброс результатов в области нижних частот следует, по-вяднмому. объяснять различиями уровней в экспериментах. Следует также учи­
тывать, что при уменьшении частоты (как это видно на рис. 73) повышается
слуховой порог. Подробнее зависимость БРУМ от уровня сигналов будет
рассмотрена ниже.
Спад кривой БРУМ с ростом частоты иногда объясняют, предполагая, что
определяющей для разности уровней маскировки является бинауральная вре­
менная задержка между ушными сигналами. Однако, как правильно отмеча­
ет Шенкель (1956), в этом случае БРУМ с ростом частоты должна стремить­
ся к 0 , потому что
llm Тф.макс =“ lim 2 /f = 0.
f - + CD
(68)
f - r CD
На рис. 157 приведены графики зависимости БРУМ от бинауральных фа­
зовых и временных задержек тональных импульсов и последовательностей
импульсов (режимы S oS ^ h N qSx ). полученные по результатам экспериментов
Шенкеля (1964), Фланагана н Уотсона ( 19 6 8 ). Видно, что максимального
значения БРУМ Достигает при бинауральных временных задержках от 1.5
до 2 мс. Синусоидальные тона и последовательности импульсов с частотой
Часто в качестве номинального используется и диетический способ пода­
чи полезного сигнала и помехи, т. с. режим N qS0■ На значениях БРУМ это
почти не сказывается.
1
176
следования от 250 до 333 Гц при бинауральной задержке 1,5—2 мс предла­
гались дли прослушивания с максимально возможной повторяемостью в еди­
ницу временн. Возможно, что именно этим объясняется положение максимума
иа рис. 156.
Интересный эксперимент по установлению зависимости БРУМ от дли­
тельности бинауральной задержки провели Лангфорд и Джеффри (1964) Они
исследовали зависимость БРУМ тона 500 Гц в условпях N о и Л'Т5 Л от би­
науральной временной задержки сигнала помехи. На рис. 158 приведены ре­
зультаты
эксперимента,
в
котором
помехой саужил узкополосный
шум с БРУМ(Н05х )
центральной
частотой
500
Гц.
Кри­ 20
вая
БРУМ
достигает
максимума
в
случае,
когда бинауральный
фазовый
сдвнг
полезного
сигнала
противопо­
ложен
сдвигу
помехи.
При увеличе­
нии
бинауральной временной задержки
мешающего
шума
высота
максимума
уменьшается.
При
задержках
более
9 мс
помехи ушамк воспринимаются
совершенно независимо одка от другой.
В
§
3.2.1 было
отмечено,
что
максимумы
бинауральной
функции
корреляции
распознаются
слухом
тем
хуже,
чем
дальше
они
смещены в
Рис. 156- Зависимость
сторону
больших т*.
Прн
т > 10-гнепрерывного тона от частоты
-4-20
мс
составляющие
ушных сиг­
в режиме N0S n (помеха — ши­
налов,
имеющих
противоположный
рокополосный шум различного
временной
сдвиг,
воспринимаются
уровня).
слухом
как
абсолютно
некогерентные
(Блодже,
Вильбаикс
н
Джеффри,
1956).
Уже было указано, что БРУМ зависит от частоты. Об этом, в частности,
свидетельствуют приведенные па рис. 159 кривые Долана (1968) и Шенкеля
(1964, 1966). Здесь БРУМ показана как разность порогов маскировании сигБРУМ (H0 S r )
20
а -1 2 5 Г ц
б-315Гц 8-800 Ги,
SPyM(NBS^)
20
е-1250Гц д-Ю 0Гц е-250Гц ж-1 кГц
Рис. 157. Зависимости БРУМ от бинауральных фазовых или временных раз­
личий сигналов в условиях WeS^, и NzSx . Полезный сигнал (сплошная ли­
ния) — последовательности тональных импульсов длительностью 1 0 0 мкс (кри­
вая д — 100 Гц. е — 250 Гц, ас — 1 кГц); помеха — широкополосный шум уров­
нем 60—70 дБ (пунктирная линия — кривая а — 125 Гц; 6 —315 Ги; в —
800 Гц; г —1250 Гц).
12—810
177
налов в условия к NcSa н Л'е5я . Зависимость БРУМ от уровня с увеличением
уровня возрастает линейно при NaSa. а прн NoSn— нелинейно. Мак-Фаддеи
(1968) подобно дру 1 им авторам объясииет характерную зависимость БРУМ
от уровня мешающего сигнала тем, что иа него накладывается внутренний
шум уха. Он приводит интересное высказывание Днрнса н Джеффри (1962),
согласно которому при средних н высоких уровнях сигналов БРУМ в услови­
ях /V0Sc примерно равен 0. а прн /V0Sm— 9 дБ. При малых уровнях помехи,
а также вблнэн слухового порога, напротив, сигнал легче распознается в ус-
Рис. 158. Зависимость БРУМ тона 500 Гц от длительности бинауральной за­
держки шумовой помехи с ограниченной полосой частот (0,1—1 кГц, уровень
помехи 50 дБ ).
лови я х VoSc. чем в NaSn , Д ля уяснения этого обстоятельства следует вметь
в виду два фактора.
1 . Измерительный звук без помехи, подаваемый диотнческим способом,
воспринимается слухом уже при уровне иа 2,5 дБ ниже, чем прн подаче на
одно ухо (Поллак, 1948). т. е. норог двустороннего слуха оказывается ниже
одностороннего.
2. Внутренний шум ушей коррелирован не полностью. Он состоит нз двух
компонентов: бннауральво некоррелированного шума собственно ушей н шу­
ма, вызываемого работой сердца, мышц, имеющего небольшую положитель­
ную бинауральную коррелнцию (Шоу и Пирс, 1962). Следовательно, при
очень низких уровнях помехи бииауральио некоррелированный внутренний
шум превалирует над коррелированной помехой. Однако с уменьшением сте­
пени корреляции шума БРУМ уменьшается, и поэтому лучшая распознава­
емость сигнала в условиях NaSo по сравнению с NoSn объясняется лежащим
на 2,5 дБ ниже порогом двустороннего слуха.
Подробнее зависимость БРУМ от бинауральной корреляции помехи ис­
следовали Робинсон и Джеффри (1963); Долан н Робинсон (1867); Бильбанке и Уитмор (1968). На рнс. 160 схематически показана зависимость
БРУМ в условиях NnSm от коэффициента коррелииии, т. е- дли случая пе­
рехода режима NoSm в N * S m. Прн переходе NvSn в
S n кривая лежит вы­
ше и всимтотнчески приближается к значению 2,5—3 дБ. К этому же преде­
лу стремится в кривая перехода NaS 0 в N uSo. Коэффициент корреляции в хо­
де эксперимента изменялся путем сложения сигналов трех независимых ге­
нераторов шума.
Мы рассмотрели зависимость БРУМ от частоты сигналов, бинауральных
фазовой н временной задержек, от уровня и бинауральной корреляции. В ли­
тературе описаны зависимости БРУМ от длительности полезного сигнала
(Джеффри, Блодже, Сандель. и Будд, 1956; Грин, 1966; Шенкель, 1967), по­
лосы частот помехи (Джеффри, Блодже н Днтрндж, 1953- Шенкель, 1964;
Соыахи н Гутман, 1966; Вайтмаи, 1969; Хефтер н Карье, 1970), а также от
178
■бинауральной разности уровней (Шенкель, 1966; Долан н Робинсон, 1967).
Мало исследованы вопросы БРУМ при неодновременной подаче полезного
и мешающего сигналов. Здесь можно указать на работы Днтриджа п Эванса
(1969), Долана и Трахиотиса (1970), Грубера н Бергера (19/1). Они устано­
вили, что бинауральная разностная маскировка наблюдается н при опережа­
ющей н при запаздывающей помехе.
Упомянутые выше экспериментальные исследования бинаурального раз­
ностного маскирования (БРУМ) проводили с использованием головных теле-
fiE 80
Рис 159. Зависимость БРУМ непре­
рывного тона от уровня звукового дав­
ления широкополосного мешающего
шума (4— 6 экспертов).
Рис.
160.
Зависимость
БРУМ от коэффициента
бинауральной
корреляции
помехи (схематично).
-фонов. Исследования БРУМ в свободном звуковом поле проводили Ебата,
Соне ц Нимура (1968), а также Суховерский (1969). В этих же условиях они
определяли порог восприятия отражений. Кроме исследований, упомянутых
в § 3.1.2, можно указать также иа работы Бургторфа и Вагнера (1967/1968),
Дамаске (1969/1970). Вообще следует заметить, что при экспериментах в
свободном звуковом поле в качестве опорного обычно принимается порог
маскировки, при котором сигнал и помеха приходит из одного направления.
Если углы прихода неодинаковы, то порог маскировки полезного сигнала в
данпых условиях оказывается ниже, чем в поминальных, таким образом БРУМ
оказывается положительным.
На рис. 161 для примера приведены кривые зависимости БРУМ от угла
прихода полезного сигнала в горизонтальпой плоскости. Заметим, что резуль­
таты измерений могут зависеть от уровня (Ебата, Соне и Ннмура, 1968).
Эффект БРУМ может возникнуть даж е в случае, когда и полезный, и меша­
ющий сигналы приходят из медианной плоскости (Бургторф, Ойльшлегель,
1964). Особенности бинаурального распознавании сигналов в свободном зву­
ковом поле как вообще явления пространственного слуха можно объяснить
реагированием слуха иа линейные искажения, приобретаемые звуковыми сиг­
налами на пути к барабанной перепонке у головы и внешних ушей слушате­
ля. Для некоторых частных случаев это было убедительно доказано (Суховерскнй, 1969; Дамаске, 1969/1970). Гипотеза японских исследователей Ебата, Со­
не и Нимура, согласно которой БРУМ особенно велика, когда эксперту за­
ведомо известно направление прихода полезного сигнала, в экспериментах Су*
коверского (1969) подтверждения ие яашла.
Рассмотрим теперь бинауральную разность уровней разборчивости речи
(БРУ Р). Но сначала несколько предварительных замечаний к измерениям
разборчивости. Разборчивость можно определять прослушиванием бессмыс­
ленных односложных слов, так называемых логатомов. При этом получают
так называемую слоговую разборчивость, которая определяется как выражен­
ное в процентах число правильно распознанных логатомов. Уровнем слоговой
разборчивости называется уровень звукового давления, которому соответству­
ет определенная слоговая разборчивость (обычно 50%). Измерения ведут
12*
179
Без ограничения полосы частот сигнала. Вместо логатомов в качестве измери­
тельного материала иногда используют также осмысленные слова (например,
двухслоговые) или короткие фразы. В этом случае говорят о словесной или
смысловой разборчивости. Звуковой измерительный материал должен быть
фонетически сбалансированным, свойственным обычной разговорной речи.
Фундаментальной в области БРУР явлиется работа Лнклндера (1948).
В его экспериментах речевой сигнал и широкополосный шум совместно пода­
вали на головные телефоны (уровень шума от 80 до 90 дБ). При у с л о в и и
N vS a я N * S n БРУР получила значения от 0,5 до 1 дБ, а при NoSn н N „ Sa —
соответственно от 3 до 3,5 дБ. Видно, что иерархически соотношения здесь
10
A S БРУМ
8
*
/
н
* \Тон315Гц |
V s ? *
TJ
717н 1кГц
Шум 50мс
Г
0
0'
30°
£0°
Рис. 161. Зависимость БРУМ от угла
прихода полезного сигнала в свобод­
ном звуковом поле. Мешающий сиг­
нал (шум с полосой частотной груп­
пы или широкополосные шумовые
импульсы уровнем 60 и 75 дБ) по­
ступает спереди (51 эксперт).
Э0‘
такие же, как п для БРУМ, но по абсолютному значению БРУР речи намного
меньше, чем соответствующая БРУМ (Фельдман, 1963). Это было подтверж­
дено и в более поздних исследованиях. Примечательно, что речевой сигнал
одного уха ие может маскироваться шумом в другом, т. е. для речи нет противостороннего маскирования. Фланаган и Уотсон (1966), Кнрхарт, Тильмаи
Рнс. 162. Зависимость Б рУ р
для голоса н широкополосно­
го мешающего шума в гори­
зонтальной плоскости от угла
между направлениями иа ис­
точники
( 1 0 —1 5 экспертов,
уровень речи 60 дБ, отсчетная
разборчивость речи 60%, го­
лова эксперта свободна).
и Джонсон (1966), Кархарт, Тнльман и Гретис (1969) исследовали ивлеиия
маскирования речи речью н речи шумом, модулированным по прямоугольно­
му закону.
По своему маскирующему действию шум очень близок речи, если его
огибающая имеет частоту 4 Гц, скважность—50% н глубину модуляции —
около 60%. Сравнение относится к саучаю, когда маскирующим звуком слу­
жила осмысленней речь. Когда же маскирующим звуком служили логато­
мы, то одинаковый с первым эффект маскирования достигался при нх уровне
примерно на 3 дБ выше. Прн изменении глубины модулицнн маскирующего
прямоугольного шума эффект маскирования ослаблнлся. Это явление назы­
вают «эффектом окна» (Кайзер и Давид, 1960).
Зависимость БРУР в условиях NoST от Бинауральной временной задер­
жки исследовалась Левитом н Рабинером (1967). Оин установили, что при
0.5<Т ф <10 мс БРУР практически неизменна и составляет около 3 дБ, в при
180
J
т*< 0,5 мс спадает до 0. При задержках 0 ,5 < т * < 1 0 мс БРУМ равна около
12 дБ. Д ля сравнения приведем значения, полученные темп же авторами в
условиях WoS„- БРУМ = 6 дБ, Б Р У Р = 1 3 дБ. Левнт и Рабннер, как ранее
Шуберт и Шульц (1962), а также Фланаган и Уотсон (1966) ставили вопрос
п том, какие частотные составляющие речи являются определяющими для
БРУМ и БРУР. Шуберт и Шульц, как и Фланаган и Уотсон, считали, что
наибольшее влияние оказывают низкочастотные составляющие (примерно от
250 до 500 Гц). Левит и Рабннер доказали это только в отношении БРУМ.
Что касается БРУР, то оии установили, что свое влияние оказывают и сос­
тавляющие верхних частот. В более поздней работе Левнт и Рабннер (1967)
дают схему приближенного расчета БРУР по известной БРУМ. При этом
они исходят из предположения о том. что эффект бинаурального маскирова­
ния разборчивости объясняется частотно-зависимым уменьшением маскирую­
щего действия мешающего звука. Количественно это уменьшение можно
сравнить с частотной зависимостью БРУМ для тонов.
Большой вклад в исследования БРУР внесли работы Тнльмана и Джон­
сона (1968), Кархарта, Тнльмана и Гретиса (1969). В них определены артикуляшшнные пороговые разности уровней при одновременном прослушивании
нескольких мешающих сигналов. Установлено, что для односторонней подачи
сигналов речевая разборчивость в этом случае значительно лучше, чем прн
одном мешающем сигнале. В благоприятных условиях зиачеиня БРУР могут
достигать 9 дБ. Согласно Кархарту н др. (1969) БРУР (а дБ) в условиях
N n S o д л я разных мешающих звуков имеют следующие значения:
.
Белый шум уровнем 75 д Б
. . , . . . .
7 ,2
Модулированный белый шум
. .
.......................................5,5
Олин г о л о с ...........................................................................- * ♦ . 4 ,3
Один голос и белый ш у м ................................... .... . . . . .
5,1
Один голос и модулированный белыйш у м ...........................5,2
Лвв голосе
I * * * * * *
9 |0
Два голоса и белый ш у ы .....................................................
6,4
Два голоса и модулированный белыйш у м ........................... 6 , 6
Поллак и Пике ( 1958> подавали иа каждое ухонесколько (до семи) од­
новременно говорящих разных голосов. Полезный сигнал (одни голос) пода­
вался диотическим способом. Д ля этих условий озвучивания, т. е. Ni,m N\,m So.
БРУР при одном мешающем голосе, подававшемся слева я справа, состав­
ляла 12 дБ, в при семи — 5,5 дБ.
Вендт (1959), Томсои и Вебстер (1963), Тоннипг (1971) измеряли БРУР
в условиях свободного звукового поля. Одни нз результатов Вендта приведен
на рнс. 162. Полученные значения БРУР соответствуют 60% разборчивости
слов. Полезный сигнал — один голос, мешающий — широкополосный шум от
источника, установленного в горизонтальной плоскости. Параметр — угол Д<р
между направлениями к источникам полезного н мешающего сигналов. В хо­
де эксперимента эксперты могли свободно поворачивать голову. Когда ме­
шающий звук создавался шестью равномерно распределенными в горизон­
тальной плоскости громкоговорителями, нзлучавшнмн когерентные сигналы,
БРУР составила около 3 дБ.
Наряду с моделями, описывающими пространственные свойства слуха,
разработаны также модели бинаурального распознавания слухом характера
звуков (разборчивости). Не рассматривай подробно эти модели, приведем
лишь некоторые общие сведения.
При построении моделей исходили из того, что попадающие во внутрен­
нее ухо сигналы разделяются иа спектральные полосы, имеющие ширину
частотных групп. Последующую бинауральную оценку производят сд>хом
путем сравнения полос, имеющих одинаковую центральную частоту. Отлячне
моделей состоят лишь в допущениях о характере механизма оценки срав­
ниваемых между собой сигналов левого и правого уха. Самой старой являет­
ся модель, предложенная Джеффри и др. в 1956 г. В ее основу положены
18L
работы Джеффри (1948) и Вебстера (1951). Обычно ее называют «вектор­
ной моделью*, хотя больше подходит название «стрелочная». Она построена
с учетом того, что спектральные составляющие полезного н мешающего сиг­
налов в короткие отрезки времени могут рассматриваться как чистые тоны.
Кечи полезный и мешающий сигналы приходят к н аклон у уху с одинако­
вым бинауральным сдвигом фазы, то между суммарными (полезным и ме­
шающим) ушными сигналами бинауральный сдвиг не создается. Если же по­
ступающие на одно ухо полезный и мешающий сигналы различны по фазе,
то' соответствующие бинауральные различия получают между собой и сум­
марные сигналы. В конечном счете оценке слухом подвергаются бинаураль-
В»«л*.»
с—
------ 1 1------------------ О - ю Л
- сщ *
В
Г “ а ,"ЫС СЯШ™ "Ср,ИЫ1'
апульсов.
В основу оценки этих временных
сдвигов Джеффри положена пред­
ложенная им в 1948 г. модель совпа­
дений. Она рассмотрена иамн
в
§ 3.2.1. Достоинство векторной мо­
дели состоит в ее наглядности,
а
также в том, что она учитывает фи­
зиологические взаимосвязи.
Недо­
статки ее в том, что она ие допускает
количественного анализа, а также
в неясности
ряда
второстепенных
моментов (Шенкель. 1967). Модифи­
цированная векторная модель, до­
пускающая количественный анализ н
учитывающая также и бинауральные
различия уровней сигналов, была
предложена Гафтером в 1971 г.
Модели Джеффри н Гафтера назы­
вают также «латера.шзациопнымн»,
поскольку они исходят нз тех же
Рис. 163. Структурная схема аккуму­
бинауральных признаков,
которые
определяют ощущения боковых сме­
лятивной модели механизма бина­
щений слухового объекта. Библио­
урального распознавания сигналов.
графия по этому вопросу приведена
в работе Джеффри (1972).
Другая модель, известная под названием «модель ЕС» (equalization
and cancellation), была предложена Дюрлахом в 1963 г. н впоследствии полу­
чила дальнейшее развитие. В основе ее лежит высказанное Коком (1950)
предположение о том, что слух трансформирует один ушной сигнал, урав­
нивая его с другим (equalization), после чего один сигнал вычитаетсн нз
другого (cancellation).
Механизм трансформации ушных сигналов зависит от бинауральных
амплитудных и временных различий полезного и мешающего сигналов. Об­
ласть применения
модели в основном определяется набором возможных
трансформаций, приписываемых слуху. Недостатки «модели ЕС» прежде все­
го в том, что оиа не согласуется с физиологическими данными, а рассматри­
вает пентральную нервную систему как многоцелевую ЭВМ (Грии и Хеннинг,
1969). Шенкель (1967) предложил таи называемую «аккумулятивную» мо­
дель, ис учитывающую временные сдвиги. Согласно модели на входной сиг­
нал линейнонакладываетсн
составляющая, которвн характеризует фазовые,
временныеилиамплитудные
различии ушных сигналов и этим выделяет по­
лезный сигнал из входного.
Структурная схема «аккумулятивпой» модели Шенкеля показана иа
вис. 163. Если, например, бинауральный сдвиг фаз между одинаковыми по
уровню полезным и мешающими сигналами составляет 180° (NoSn или A^So),
то составляющая полезного сигнала на одном сумматоре третьего ряда будет
втрое больше помехи. Дальнейшая оценка происходит в блоках формнрова-
182
ннн эффективных значений к детекторах пороговых величии. Модель Шен­
келя учитывает бинауральные различия фаз и уровней полезного и мешаю­
щего сигналов. Кривые измерений иа модели хорошо совпадают с теорети­
ческими даж е для частично коррелированных сигналов помехи. Однако
аккумулятивная модель в своем начальном виде ие может объяснить явле­
ний. связанных с различиями порогов маскировки импульсов, а также опере­
жающими и запаздывающими сигналами. Д ля этого она должна получить
дальнейшее развитие. До настоящего времени d э т о м отношении сделано
немного. Заметим, кстати, что модель Шеикеля пока не получила признания,
которого она несомненно заслуживает.
И, наконец, последняя из группы «корреляционных» — модель Османа
(1971). Это чисто математическая модель, основанная на статистической тео­
рии оценок. Согласно этой модели орган слуха представляет собой приемник,
который нз двух возможных вариантов (только полезный сигнал или полез­
ный н мешающий сигналы) выбирает наиболее вероятный Решают по пере­
менной
Т
Т
т
D = A ^ x i ( t ) d l + B \ x% {t)dt + С \ xL { t) x f i { t)d l,
(69)
т. е. взвешенной сумме энергий левого и правого ушных сигналов н би­
науральному коэффициенту корреляции. Коэффициенты А, В и С подби­
рают эмпирически. Модель справедлива для БРУР нрн разных соотношениях
бинауральных временных и фазовых сдвигов полезного и мешающего сигна­
лов, а также при различных бинауральных коэффициентах взаимной корре­
ляции полезных и мешающих сигналов. Одиако для того, чтобы результаты
расчетов иа модели ближе совпадали с данными экспериментов, в ией дол­
жен быть учтен и собственный шум слухового аппарата, что, впрочем,
относится и ко всем упомянутым моделям. Вообще, идея рассматривать
орган слуха нан приемник корреляции ие нова (см. § 3.2.1, а также Ленхардт, ]961 и Ланге, 1962).
В заключение вернемся еще раз к вопросу о взаимосвязи между распоз­
наванием сигналов и пространственными свойствами слуха. Говоря о рас­
познавании сигналов по БРУР, мы имеем в виду вообще обнаружение слу­
шателем полезного сигнала в слуховом объекте. Какой конкретно признак
слухового объекта при этом решающий — значения не имеет, речь идет
только об абсолютном пороге восприятия или пороге маскировки полезного
сигнала в присутствии помехи.
С точки зреиян же пространственных свойств слуха интерес представляет
вопрос о способности эксперта обнаружить полезный сигнал по пространст­
венным признакам слухового объекта. Ответ иа него позволил бы свести
проблемы бинаурального распознавания сигналов и эффектам пространствен­
ного слуха. Об этом, в частности, свидетельствует тот факт, что положитель­
ная БРУМ обычно имеет место в тех случаях, когда сообщаемые эксперту
раздельно полезный сигнал и помеха вызывают ощущение двух слуховых
объектов, дислоцированных в разных местах. Другой эффект, описанный
Картхаусом (1969). заключается в том, что под влияпием помехи нарушается
ощушение паправления к слуховому объекту (Батлер и Найитон, 1964).
Проведенные исследования убедительно показывают, одиако, что нес­
мотря на близкое родство, проблемы бинаурального распознавания сигналов
и пространственные свойства все-таки различны. Приведем некоторые под­
тверждения. Еган и Бенсон (1966) установили, например, что в режиме
NtSm эксперты распознают полезный сигнал прп значительно меньших уров­
нях, чем это необходимо для правильного определения стороны его подачи.
Мак-Фа дел (1969), Джеффри и Мак-Фаден (1970, 1971) и др. исследовали
пороги БРУМ и латерализацин прн разных бинауральных различиях уровней
полезного н мешающего сигналов в режиме NoSm, /V0S л и A'o-SD. Было
установлено, что пороги латерализацин и БРУМ по-разиому зависят от вре­
183
менных и амплитудных различий сигналов. Гефтер в др. (1969) установили
также, что свойства порогов БРУМ и латерализацни во многом схожи.
Очень интересная работа была проведена Тейлором и Кларке (1970).
Авторы сравнивали зависимости БРУМ в режиме NmSx от бинаураль­
ной задержки сигнала с зависимостями, которые можно было ожидать, ис­
ходя нз моделей латеризацпн нлн корреляции* В обоих случаях аналитические
кривые совпадали с измеренными не полностью. Возможно, что пороги латернзацин не самый подходящий показатель пространственных изменений
слухового объента иа пороге маскирования. Если вспомнить признаки слу­
ховых объектов, по которым распознаются
когерентные
отражения
(см. § 3.1.2), то можно видеть, что при малых уровнях полезного сигнала
изменения пространственной протяженности слуховых объектов оказывают­
ся большими, чем могут вызвать только боковые смещения или изменения
направлений. Этот вопрос глубоко пона ие изучен.
3.3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА В ЗВУКОВЫХ
ПОЛЯХ ПРИ ИСТОЧНИКАХ ЗВУКА БОЛЕЕ ДВУХ
В гл. 3.1 и 3.2 рассмотрены пространственные свойства слуха прн двух
источниках звука. Описаны эффекты, возникающие, когда источники звука
излучают сигналы с коэффициентом корреляции от 0 до 1. В настоящей гла­
ве рассматриваются пространственные свойства слуха в звуковых полях,
создаваемых более чем двумя источнннамн. К таким полям относятся зву­
ковые поля в закрытых помещениях, так как отраженный эвук в них можно
рассматривать как приходящий от фиктивного источника, расположенного
зеркальио-симметрнчио к реальному источнику.
В случае двух источников звука, излучающих когерентные сигналы или
сигналы, амплитудные и временные различия которых в месте слушания не
превышают определенных значений, имеет место эффект локализации суммы,
т. е. эксперт ощущает одни слуховой объект, дислокация которого зависит от
сигналов обоих источников. Эффект локализации суммы может возникнуть и
при количестве источников звука более двух, если их можно разместить в по­
мещении как угодно. Поскольку слух при формировании ощущения дисло­
кации объекта учитывает когерентные составляющие, поступающие с за­
держкой не более чем на 3 мс, то участвующими в процессе локализации
суммы оназываются сигналы всех источников звука, удовлетворяющие это­
му условию.
Явление локализации суммы сигналов нескольких (более двух) источни­
ков систематически не исследовалось, по этому вопросу можно привести
лишь отдельные примеры. Один из них — пример с четырьмя расставленными
вокруг эксперта громкоговорителями, излучающими взаимно-когерентные сиг­
налы. Кажущийся источник звука располагают строго над экспертом
(рис. 164,а).
На рис. 165 показана система громкоговорителей, с помощью которой
автор пыталси создать эффект вращения слухового объекта вокруг головы
эксперта. На шесть громкоговорителей подавали сигналы с одинаковой не­
сущей, модулированные по амплитуде со сдвигом фазы огибающей на 60°.
Углы сдвига фазы указаны иа рисунке по отношению к напряжению первого
громкоговорителя. Видно, что ногда амплитуда сигнала данного громкого­
ворителя достигает максимума, сигнал иа противолежащем громкоговори­
теле минимален. Другими словами, максимум уровня смещаетси по окруж­
ности от громкоговорителя к громкоговорителю с частотой огибающей,
создавая своеобразное «вращающееся звуковое поле». Ожидалось, что слу­
ховой объект будет вращаться по окружности в горизонтальной (по ушной
оси) плоскости. В действительности вращение происходит по эллипсу в го­
ризонтальной плоскости с углом возвышения около 60°. Траектория вращения
существенно не изменялась и в случае, когда дополнительно к амплитудной
модуляции несущего сигнала модулировалась по фазе огибающая с девиа-
к
ъ !
к
-13 д Б
к < о,г
**0,5
S
дБ
*3 д Б
Рнс. 164. Направления на слуховой объект при прослушивании четырех уз­
кополосных шумовых сигналов f0,25—2 кГц) с различным коэффициентом
корреляции (а). Уровень громкости в точке прослушивания 75 дБ, 2 опытных
эксперта (схематически по Дамаске, 1967/1968). Направления иа слуховой
объект прн одном прямом сигнале (уровень 70 дБ) я пяти взаимно некорре­
лированных отражениях (б) (реверберация, задержка 80 мс). Измеритель­
ный сигнал — музыка с быстрым ритмом* более 2 0 экспертов (схематически
по Вагенеру, 1971), методика построения графиков пояснена па рис. 149
6\h
720°
300'
V
2U0
180'
/
Рис. ] 65. Установка для создания эффекта перемещающегося слухового объ­
екта (напряжение на громкоговорителях модулировано по амплитуде и фазе;
модуляция синусоидальная, сдвиг фаз между напряжениями соседних гром­
коговорителей 50°).
185
иней ± 500 мкс. При этом более интенсивный сигнал излучался на I мс рань­
ше сигнала меньшей амплитуды1. Эффект вращения слухового объекта в
горизонтальной плоскости по траектории, образованной громкоговорителями,
достигался лишь тогда, ногда девиация дополнительной фазовой модуляции
превзошла ± 3 мс. Место слухового объекта определяется только тремя опе­
режающими сигналами, т. е. только эти сигналы участвуют в формирования
эффекта локализации суммы.
К проблеме «локализации суммы в случае более двух источников» можно
отнести и такие эффекты, которые возникают прн слушании нескольких
О
АБ
aw s
s°
-10
г
1
1 Sf
ч
-2 0
л ч
•
1^
•
.
ч
чч ^
ч
________________________________
1
-3 0
L
1
V S0+ S I
-W
0
20
*0
60
ЧЧ
ч
МС 80
Рис. 166. Абсолютный порог слышимости отражения S T прн дополнительных
отражениях и без них (измерительный сигнал — речь, уровень 5 0 равен уров­
ню S,«=70 дБ, 1 эксперт).
источников, не обладающих свойствами элементарных излучателей (напри­
мер, линейные излучатели, плоские излучатели и т. д.). Подобную систему
следует рассматривать как состоящую нз множества элементарных излуча­
телей, сигналы которых, накладываясь, вызывают ощущение единого слухо­
вого объекта. При определенных условиях объект может быть довольно
диффузным (Куль, Цоссель, 1965; Атоф, 1958; Ортмайер. 1966).
Закон первой волны сохраняет свою силу, как н эффект локализации
суммы в звуковом поле нескольких источников. Однако здесь вероятность
того, что данное (наблюдаемое) отражение будет услышано, уменьшается,
если между ним и прямым звуком оказываются другие отражения. Это же
справедливо и для абсолютного слухового порога, порога восприятия эха,
порога равной громкости прямого звука и эха, а также порога эха как по­
мехи. Вопросы абсолютного слухового порога подробно рассмотрены в ра­
ботах Бургторфа (1961) н Серафима (1961, 1963).
На рис. 166 приведены графики зависимости абсолютного слухового по­
рога от длительности задержки отражения в присутствии дополнительного
(промежуточного) отражении. При других соотношениях уровней и других
направлепиях прихода звуков вид кривых изменяется (см. упоминаемые
работы). Напомним, что в качестве критерия оценки абсолютного слухового
порога часто используют увеличение протяженности слухового объекта, т. е.
пространственный признак. В работах Серафима (1961) показано, что это
увеличение наступает не иа самом слуховом пороге, а иа уровне, превышаю­
щем его приблизительно иа 6 дБ. Зависимость порога слышимости эха от
дополнительных (промежуточных) отражений описывают Ебата, Соне и Ннмура (1968). Они установили, что пороговая задержка равногромкого отраЭтот эксперимент проводился только с сигналом несущей в виде после­
довательности импульсов (см. рис. M l).
1
186
ження равна 10 мс. Та же задержка в присутствии промежуточного равногромкого отражения равна 20—30 мс. Когда же промежуточными отраже­
ниями заполнен весь интервал между прямым звуком и контрольным отра­
жением. пороговая задержка увеличивается до 200 мс. «Заполняющие» отра­
жения могут быть когерентны прямым звукам. Влияние дополнительных
отражений на пороги различия равногромких отражений с прямым звуком
эха, а также иа пороги, начиная с которых ухо ощущает помеху, исследова­
ли Майер и Шоддер (1952). Они такж е установили, что дополнительные
отражения повышают пороги слухового восприятия.
x(t)
[
✓
W
i
—
✓7Гх"
—^ —
\
>'
.
.
Ж
'
I
0
IПИ1И—
L
-
44
Рнс. 167. Импульсные с в о й с т в а канала звукопередачи в закрытом помещении
(справа вверху — эхограмма, внизу— корреляционная эхограмма по Даиилеико, 1969).
I — прям ой м у х ; 2 — первы е отр аж ен и я; Я — реверберация.
Рассмотрим теперь влияние коэффициента когерентности на дислокацию
слухового объекта и бинауральное распознавание сигналов при нсскольних
источниках звука. Именно такими являются условии ранее описанной уста­
новки с одним центральным и несколькими расстаалеииыми по окружности
громкоговорителями (см. рис. 143), которая была использована Бекеши для
исследования эффекта подавления прямого звука. По-видимому, обнаружен­
ный на такой установке эффект подавления прямого звука должен иметь
место и в более общем случае, когда и эксперту поступает несколько отра­
жений с различной задержкой. Подтверждение этому будет даио ниже. Д о­
казательством влияния коэффициента когерентности иа свойства слухового
объекта могут служить результаты экспериментов иа рис, 164, а При
уменьшении коэффициента ногерентиости теряется острота локализации,
увеличивается протяженность. Прн коэффициенте когерентности А= 0,2 гра­
ницы слухового объекта расширяются, он расплывается почти на всю верх­
нюю полусферу. При дальнейшем уменьшении k возникает ощущение четы­
рех слуховых объектов (измерения не проводились). Таким образом, влия­
ние коэффициента когерентности здесь в принципе таиое же, как при двух
источниках звука.
Анализируя результаты эксперимента иа рис. 164, а, отметим, что коэф­
фициенты когерентности были одинаковы для всех сигналов (частный слу­
чай). Преимущества бинаурального распознавания сигналов по сравнению
с монауральным проявляются особенно в полях иесколькях источников зву­
ка. Этот эффект имеет большое практическое значение в повседневной жиз­
ни, о чем, в частностп, свидетельствует бытующее в обиходе название «эффект
187
вечеринки». Экспериментальные данные, подтверждающие этот эффект, мы
здесь рассматривать ие будем.
В заключение можем сделать вывод, что все эффекты пространственного
слуха, наблюдаемые при двух источниках звука, могут (хотя н с некоторыми
отличиями) иметь место при нескольких источниках звука. Случаи, когда
источники произвольно расставлены в помещении н излучают одинаковые или
разные сигналы, лредстааляется более общим, чем случай двух источников,
поскольку свойственные ему явления (например, локализация суммы, эффект
первой волны) во втором случае M o iy r взаимно компенсироваться.
\
\в а Б
\
,
\
1
\
1
г,
2г7
Рис 168. Звуковое поле ста­
ционарного во времени сигна­
ла в закрытом помещении
(диффузное поле создастся
наложением отражений).
I — прямой звук;
2 — днффуэыыП
звук; 3 — радиус гулкости.
Рассмотрим теперь более подробно явления пространственного слуха в
практически реальных звуковых полях, создаваемых несколькими источникам»
звука в закрытом помещении1. Предварительно рассмотрим импульсные свой­
ства электроакустического канала передачи в закрытом помещении, ограничен­
ном полностью или частично звукоотражающими поверхностями (рис. 167).
Для этого допустим, что в помещении создается короткий импульс давления.
Тогда структура звукового поля у приёмника (мннрофона), показанная жирны­
ми линиями, будет характеризоваться так называемой «эхограммой», которая
показана на рисунке справа вверху. Ее получают следующим образом. Снача­
ла к приемнику приходит прямой звук, в нашем случае — импульс непосредст­
венно «т источника Затем к приемнику от стен поступят серия первых отраже­
ний и, ианонец, импульсы, полученные в результате многократных отражений
от стен помещения. Согласно формуле Кремера (1948) временная плотность
отражений пропорциональна квадрату времени с момента возбуждения на­
чального импульса:
Число отражении
4л.с3 ^
секунда
V
По истечении некоторого времени отражения все больше перекрывают
Друг Друга, н описать их в виде временной функции можно только с помощью
статистической теории енгпалов. Эта часть эхограммы отражает реверберацию
помещения. Огибающая реверберации при импульсном возбуждении имеет вид
спадающей экспоненты (на диаграмме уровней отображается наклонной
прямой).
Эхограммы, т. е. реакция акустического тракта в закрытом помещении иа
импульсное воздействие, индивидуальны для каждого помещения и каждой
рассматриваемой системы, внлючающей источник н приемник звука. Система­
тизированные таблицы измеренных эхограмы, спектров отражений и направле­
ний прихода отражений приведены в работах Мейера и Тиле (1956), Шоддера
(1956).
Если в помещении возбудить не единичный импульс, а стационарный во
времени сигнал (например, шум), то возникает и стационарное во времени
звуковое поле. Если время реверберации помещения ие очень мало, то структу­
Имеются в виду помещения в обычном смысле
объем, ограниченный поверхностями.
1
4
слова, т. е. немгорый
1Я8
Е
ра звукового поля может быть отображена характеристиками, показанными
на рнс. 168. Во всем помещении в результате отражений устанавливается аб­
солютно диффузное звуковое поле с постоянной плостиостью знергпн. Только
у самого источника звуна уровень первичного (прямого) звука выше, чем во
всем остальном диффузном поле. Уровень прямого звука увеличивается обрат­
но пропорционально расстоянию до источника, возрастая иа 6 дБ при каждом
уменьшении расстояния вдвое. Расстояние от источника, иа котором уровни
прямого звука и диффузного поля равны, называется радиусом гулкости. При
единичном звуковом импульсе радиус гулкости равен расстоянию от источника,
иа котором уравниваются энергии прямого звука и суммы всех отражений.
На рис. 167 пунктиром показан второй микрофон. Найдем коэффициент
когерентвостн k выходных сигналов этих двух микрофонов в случае единично­
го звукового импульса в помещении. Поскольку сигналы микрофонов неста­
ционарны во временн, то определять будем коэффициент кратковременной коге­
рентности А(0 '< выражение которого по аналогии с формулами кратковремен­
ной корреляции (65) и ( 6 6 ) имеет вид:
k (О
макс | Ф (/ ,т) | = максх
т
т
*
—вй
I
J' у* {Ь) G (t — Ь) d b
t
[ х » (Ф )С (* — f l j d d
(71)
здесь (7(a) — весовая функцпя из выражении (67). По результатам экспери­
ментов Д а пилен к о (1969) можно видеть, что для эхограмм иа рнс. 167 график
функции k (t) получит вид, показанный ниже на том же рисунке. Коэффициент
кратковременной корреляции в момент прихода прямого звука равен почти еди­
нице, затем имеет несколько максимумов, обусловленных первыми отражения­
ми, и далее быстро стремится к 0 , уменьшаясь по закону спада реверберации.
График функций кратковременной когерентности ушных сигналов в месте
установки микрофонов приближенно имел бы такой же вид.
Теперь, после сделанных замечаний, можно в общем виде описать явления
пространственного слушания в закрытых помещениях. Если рассматривать
пример одпого звукового импульса, то ситуация будет следующей Пришедший
к эксперту прямой сигнал вызовет у него соответствующее ощущение первично­
го слухового объекта. Затем по закону первой волны этот сигнал вызовет эф­
фект торможения, вследствие которого иа некоторый промежуток временн бу­
дет подавлено ощущение следующих объектов. По истечении отрезка времени,
Соответствующего порогу восприятия эха, дальнейший процесс слушания мо­
жет протекать двояко. Либо появится громкий отраженный сигнал, который
вызовет ошушенне эха н вслед за ним наступит опять эффект торможения, ли­
бо — реверберации. Если она окажется достаточно интенсивной, то сделает не­
возможной четкую локализацию слухового объекта.
Абсолютно неногерептные из-за реверберации ушные сигналы вызовут
ощущение диффузного объекта, который «полнит собой все акустическое про­
странство Ощущение перехода от прямого звуча к реверберации четкий гра­
ницы пс имеет. По истечении времени реверГм*р#иин данного иомещепня диффуз­
ное поле довольно быстро спадает. Если после прямого звука возникло
несколько эхо, то и они постепенно переходят в диффузную ревербе рдцню.
Нели в помещении возбуждается стационарный звук и голова эксперта непод­
вижна. то ушпые сигналы также стационарны.
Коэффициент когерентности ушных сигналов в этом случае зависит от пря­
мого зпука и диффузного поля. Чем уровень прямого звука больше уровня
диффузного поля, тем острее локализуете» слуховой объект. Если же, наобоВ отечественниЛ литературе эта величина нередко ь’дз^лг^стся коэффи­
циентом тектщей корреляции. — Прим
1
189
I
рот, уровень диффузного поля значительно выше поля пряного звука, то слы­
шится только диффузная реверберация, т. е. первичный объект ыаскнрувтся
последующей реверберацией (эффект посленаскировкн). Это явление можно
рассматривать и как пример подавления прямого звука.
На рис. 164, а показаны направления к слуховым объектам, полученные
во время специального эксперимента, когда эксперту предлагались для прослу­
шивания прямой звук и искусственно имитированная диффузная реверберация.
Параметром при эксперименте служило отношение уровней обоих звуков. В
этих условиях примой звук переставал расползаться, когда уровень ревербера­
ции превышал его иа 3 дБ. Более подробные сведения о маскирующем дейст-
Рис. 169. Увеличение расстояния
от источника сигнала в закрытом
помещения с увеличением разме­
ров слухового объекта и размы­
вание локвлнзации.
вин дуффузного звукового поля содержатся, в частности, в работе Бургторфа
н Вагенера (1967, 1968). Чем меньше в закрытом помещения расстояние до
источника звука, тем больше прямой звук превалирует над диффузным полем
(рнс. 168). Разность уровней прямого и отраженных звуков дает слуху инфор­
мацию об удалении источника, которая учитывается н формированием ощу­
щения направления к объекту. Эти явления описаны во многих работах (Хорнбостель, 1926; Максфилд, 1939; Штейнберг я Сноу, 1934; Бекешн, 1939; Эргле,
1960: Лерхе и Плат, 1961; Гарднер, 1969; Куль, 1969).
Поскольку при увеличении числа отражений уменьшается коэффициент
когерентности ушных сигналов, то с удалением от источника слуховой объект
становится все более протяженным и диффузным (рис. 169). Этот эффект
особенно четко проявляется вблизи радуса реверберации. Пленже (1972) изме­
рил абсолютный порог восприятия изменений расстояния до источника в зак­
рытом помещении. По результатам измерений этот порог (минимально ощу­
щаемые изменения расстояния) лежит в пределах от 2 до 3%, что значительно
меньше минимально различимых изменений расстояния до источника в свобод­
ном звуковом поле (см. § 2 . 3. 2 ) .
Следует заметить, что сделанные выводы о свойствах пространственного
слуха в закрытых помещениях являются самыми общими. В помещениях спе­
циальной формы, при использовании особых источников звука н видов сигна­
лов, разумеется, могут наблюдаться и отклонения от этих закономерностей
и другие эффекты. Из них наиболее интересен часто упоминаемый «эффект
Фраиссена» (Франссеи, 1960/1963). В закрытом помещении были установле­
ны два громкоговорителя, перед которыми иа некотором расстоянии находил­
ся эксперт (см. рис. 170). Один громкоговоритель излучал тональные посылки
длительностью несколько секунд с плавно нараставшей и спадавшей огибаю­
щей [сигнал « |( 0 ] . Второй излучал сигнал Цг(0- Сумма этих сигналов дава­
ла тональную посылку прямоугольной формы. Таким образом, второй громко­
говоритель выполнял как бы фувкцию коммутатора для первого, излучавше­
го последовательность тональных посылок с плавными фронтами нарастания
и спада. Наибольший интерес в этом эксперименте вызывает то, что у экспер­
та создавалось ошущеннс, будто звук излучается только вторым громкогово­
рителем. Лишь после того, как первый громкоговоритель выключался, эксперта
можно было убедить в том, что тональная часть сигнала излучалась не только
вторым громкоговорителем. Это явление можно также объяснить законом
первой волны. Согласно этому закону первое включение сигнала вторым гром-
190
коговорителем определяет направление к слуховому объекту. Поэтому у экс­
перта и создается впечатление, что источником звука является именно второй
громкоговоритель. Непонятно лишь, почему это впечатлеппе сохраняется в
течение нескольких секунд и дольше. В аналогичном случае (см. рис. 142)
изменение в ощущении слухового объекта наступало уже через 180 мс.
Практически н в эксперименте по рнс. 170 эксперт при внимательном вслу­
шивании замечает, что остро локализуемый вначале «щелчок» быстро перехо­
дит в диффузный «той». Однако впечатление о том, что щелчок исходит от
единственного громкоговорителя, остается незыблемым. Это явление служит
убедительным примером того, что при решении задачи «идентификации» источu2 (t)
Uf(t)
Рнс. 170. Форма сигналов громкоговорителей
Франссеиа.
для
демонстрации
эффекта
ников звука слух использует иные критерии, чем задачи «определения места
слухового объекта».
У экспертов, подвергавшихся воздействию звукового поля в закрытых по­
мещениях, создается также впечатление и о характере, размерах и свойствах
помещения, в котором он действительно или мысленно находится. Это ощуще­
ние ие совсем точно называют «пространственным впечатлепнем». Пространст­
венное впечатление, которое создается в конкретном случае, тесно связано со
специфическими пространственными н временными признаками возникающего
слухового объекта. Рсйхардт и Шмидт (1966) имитировали звуковое поле зак­
рытого помещения и регулировали разность уровней прямого звука и отраже­
ний. Они имели возможность плавно изменять режимы от чисто прямого (без
отражений) звука до диффузного (только отражения) поля. Между э т и м и
двумя крайними режимами эксперты различали 14 промежуточных градаций.
Рейхардт и Шмидт рассматривали их иак градации шкалы пространственного
впечатления. Сами авторы понимали, что с помощью такой шкалы можно
дискретизировать только один определенный признак пространственного впе­
чатления Другие факторы пространственного впечатления, как, например,
число первых отражений, их уровни и направления прихода или же спектр и
время реверберации, при построении этой шкалы не учитывались. Слух же осо­
бенно чувствителен к изменениям перечисленных параметров ' (Пленже,
1971 и др.).
С точки зрения техники связи н вещания особое значение имеет вопрос о
путях сохранения естественного впечатления звуковых событий при передаче
с преодолением пространства и времени. Чисто акустически или электроакусти­
чески эта задача сводится к воссозданию в помещении иа стороне приема
слуховых объектов с такими же пространственными и временными признаками,
которые они имели в помещении иа стороне передачи.
Для решения этой задачи в принципе имеются две возможности Одна
состоит в воссоздании в помещении па стороне приема звукового поля, воз-
191
можно полно соответствующего полю в помещении на стороне передачи. Такое
поле, создаваемое средствами электроакустики, называют «синтетическим по­
лем» Вторая исходит из возможности создания оптимальной электроакусти­
ческой передачи тогда, когда на стороне приема для слушателя создаются точ­
но такие ж е ушные сигналы, какими они были в помещении па стороне переда­
чи. При ревлизации этого используют ушные сигналы (принимаются микрофо­
нами, передаются н воспроизводятся па стороне приема). Способы передачи,
построенные по этому принципу, можно назвать «головными», поскольку для
приема ушных сигналов (сы. рнс 30) используют искусственную голову.
Рис. ] 71. Установка для электроакустической имитации звуковых
m.jefl
(вокруг эксперта расположены 65 громкоговорителей).
Рассмотрим способ синтетического звукового поля. Для того, чтобы в по­
мещении иа стороне приема искусственно воссоздать звуковое поле, аналогичное
полю ка стороне передачи, необходимо точно енмнтировать примой звук, все
отражения и реверберацию. Ясно, что решить эту задачу н отношении поля
всего помещения иа стороне передачи практически невозможно. Однако доста­
точно точно можно искусственно воссоздать звуковое поле определенного места
помещения иа стороне передачи, например места в концертном зале. Для этого
используют множество громкоговорителей, которые н помещении иа стороне
приема (лучше всего— в заглушенном) располагают вокруг слушателя так.
чтобы имитировать направление прихода отражений, н множество громкогово­
рителей, имитирующих диффузное поле реверберации. Необходимые для от­
дельных громкоговорителей или групп громкоговорителей сигналы подаются
и распределяются с помощью фильтров, регуляторов, линий задержки, ревер­
бераторов. Уииверсальван установка для имитация сиптетическнх полей соз­
дана в Институте физики Геттингенского университета (рис. 171). Установка
подробно описана в работе Мейера, Бургторфа и Дамаске (1965). На ней
проведены эксперименты, результаты которых приведены на рис 144 и 164.
Метод синтезирования позволяет достаточно полно имитировать естествен­
ные зпу гд-пые поля и, следовательно, проводить ряд исследований, которые не
192
могут быть проведены в естественных полях. Так, например, установка поз­
воляет быстро чередовать звуковые поля с направленно управляемыми свой­
ствами. позволяя эксвертам проводить непосредственные сравнения. Уста­
новка позволяет изменять параметры звукового поля в самом помещении иа
стороне передачи, например днффузность и время реверберации (Кноулс,
1964; Клсйс, 1955; Фермейлеи, 1956, 1958; Мейер и Кутруфф, 1964).
Д ля большей естественности передачи звуковых полей методом акусти­
ческого синтеза необходимо большое число каналов воспроизведения. Тре­
буется также довольно сложная аппаратура в помещении передачи для обраЕНЗ
“I
а
а
&
4
L
О
- 3 -
я
£
Ч
Рис. 173. Схема четырех канальной
системы звукопередачи (квадрафопня).
боткн прямых звуков, отражений, реверберации. Поэтому для практического
использования в технике звукопередачи этот метод в чистом виде не приме­
няется. Однано еслн не требовать абсолютную естественность звукопередачи,
то система может быть намного упрощена.
Рнс 174. Принцип воспроизве­
дения сигналов от «искусствен­
ной головы» с помощью гром­
коговорителей способом «Траднс>. Показана схема переда­
чи только одного из двух сиг­
налов (Pl l ).
Относительно простая по составу аппаратуры иа стороне передачи и числу
каналов передачи система (рнс. 172) была предложена Ашофоы (1966) н Венд­
том (1950). Перед громкоговорителем устанавливают два микрофона: одни
иа расстоянии меньше радиуса реверберации, другой иа расстоянии значитель­
но больше радиуса реверберации. Первый принимает преимущественно прямые
звуки, второй — реверберацию. На стороне приема прямые звуки воспроизво­
дятся единственным громкоговорителем, реверберация — несколькими парал­
лельно включенными громкоговорителями, определенным образом расстав­
ленными по периметру. Установка позволяет создать для слушателей простран­
ственное впечатление, весьма схожее с впечатлением иа стороне передачи.
Информация о направлениях к источникам звука не перелается. Недостаток
способа состоит в том, что воспроизводимый несколькими параллельно рабо­
1 3 -8 1 0
193
тающими громкоговорителями одни сигнал реверберации ис может создать в
помещении достаточно диффузное поле. Иногда возникает даже эффект суммы,
когда реверберирующий звук ощущается остро локализованным у головы
слушателя. Этот неприятный эффект можно ослабить, если изменить иа обрат­
ную полярность некоторых громкоговорителей. Кайбс (1965) предложил сис­
тему с двумя каналами передачи и четырьми громкоговорителями, которая
отличается от описанной выше тем, что предусматривает передачу дополни­
тельной информации о направлениях к источникам звука.
Радиопромышленность в последнее время все более широко использует
в выпускаемой акустической аппаратуре способ с четырьмя каналами переда­
чи. Схема такой системы с устройствами звукоприема показана иа рнс. 173.
Способ нвадрафонии позволяет передавать информацию как о направлениях
к источникам звука, так н о реверберации. Более клн менее точно передаются
направления прихода звука во всей горизонтальной плоскости (0 ° ^ ф ^ 3 6 0 * ).
Одиако четырех громкоговорителей и каналов явно недостаточно для того,
чтобы синтезировать исходную акустическую среду (места коипертиого зала)
настолько полно, чтобы опытный слушатель не смог заметить существенных
отличий от естественной звуковой картины.
Так называемые «головные» способы звукопередачи позволяют более
простыми средствами обеспечить иа стороне приема почти такие же слуховые
ощущения, как на стороне передачи. Принцип «головной» системы звукопере­
дачи показан на рис. 30. В номещеиии на стороне передачи устанавливают
«искусственную голову», имеющую уши (Дамаске и Вагенер, 1969; Кюрер,
Пленже и Вилььчнс, 1972). Сигналы барабанных перепонок «искусственной
головы» подаются на головные телефоны эксперта. В идеале свойства каналов
должны обеспечивать таную передачу, чтобы сигналы у барабанных перепонок
эксперта были такими же, как если бы ои находился в месте расположения
«искусственной головы». Вместо головных телефонов для подачи эксперту
сигналов барабанных перепоиои «искусственной головы» можно взять также
громкоговорители. Это может быть достигнуто так называемым способом
«Траднс», предложенным Бауэром (1961) и осуществленным Дамаске и Меллертом (1969/1970: 1971) н Дамаске (1971). Данный способ при применении
двух громкоговорителей позволяет избирательно подавать сигналы на каждое
ухо, исключая взаимные проникания сигналов одного уха в другое, имеющие
место в свободном звуковом поле Принцип способа показан на рнс. 174. Пусть
на левое ухо подается сигнал
l- Одновременно на правое поступает неже­
лательная составляющая pLn. Для ее подавления используют второй громко­
говоритель, излучающий компенсирующий сигнал — pLR (его сумма с первым
дает нуль). Составляющая компенсирующего сигнала, попадающая обратно
на левое ухо, уже настолько слаба, что полностью маскируется сигналом рч.
Прн воспроизведении громкоговорителями сигналов «искусственной головы»
способом «Траднс» эксперт должен находиться в строго определепноы месте
(Вилькеис, Пленже н Кюрер, 197П
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ALLERS, R., BEN ESI, О. (1922): Zur Frage nach der Wahrnehmung der
Schallrichtung. Z- gcs. Neurol, u. Psychiatrie 67. 18—41.
ANGELL, J. R-> FITE, W. (1901a): The monaural localization of sound.
Psychol. Rev. 8 , 225—243.
ANGELL. J. R., F1TF, W. (1901 b): Further observations on the monaural
localization of sound. Psychol. Rev. 8 , 449—458.
ARNHE1M, F. (1887): Beitrage xur Theorie der Lokalisation von Schallempfind ungen mittels der Bogengange. Dissertation Universitat Jena, zitiert nach
BLOCH 1892.
ARNOULT. M. D- (1950): Post-rotatory localization of sound. Amer. J.
Psychol. 63, 229—235.
ARPS, G. F-, KLEMM, O. (I9 t3 ): Untersuchungen iiber die Localisation von
Schallreizen 1: Der ElnfluB der lntensitat aul die Tiefenlokalisation. PsycholStud. Wundt 8 . 226-270.
ASCHOFF, V. (1958): Problemc der akustischen Einkanaliiberlragung. Arbeitsgem. 1. Forschung Nerd rhelm-Westfalen H. 33, 7—38, Wesldeutscher Verlag,
Кб In.
ASCHOFF, V. (I960): Zur Frage der RauminformaLion. Berlchte der 5. Tonm elstertagung Detmold
* ASCHOFF, V. (1963): Ober das raumllche Horen. Arbeitsgem. I. For­
schung Nordrhein-Westfalen H. 138, 7—37, Westdeutscher Verlag, Koln.
ASCHOFF, V. (1968): Nachrichteniibertragungstechnik. Springer-Verlag,
Berlin.
ATAL. B. S., SCHROEDER, M. R.. KUTTRUFF. К- H. (1962): Perception of
coloration In filtered gaussian noise, short-time spectral analysis by the ear. 4th
Int- Congr. on Acoustics. Copenhagen, H. 31.
ATAL, В. S., SCHROEDER, M- R. (1966): Nachahmung der Raumakustlk
durch Elektronenrechner Gravesaner Blatter 27/28, 124— 137.
BABKOFF. H.t SUTTON, S. (1966): End point of lateralization of dlcholic
clicks. J. acousl. SoC. Amer. 39, 87—102.
BABKOFF, H., SUTTON, S. (1969): Binaural interacllon of transients: interaural intensity asymmetry. J. acoust. Soc. Amer. 46, 887—892.
BALLANT1NE, S. (1928): Effect of diffraction around the microphone In
sound measurements. Phys. Rev. 32, 988—992.
BANISTER, H. (1924): A farther note on the phase effect In the localization
ol sound. Bril. J. Psychol. 15, 80—81.
BANISTER, H. (1925): The effect of binaural phase differences on the loca­
lization of tones at various frequencies. Brit. J. Psychol. 15, 280—307.
BANISTER, H. (1926): Three experiments on the localization of tones. Brft.
J. Psychol. 16, 226—279; vgl. auch Amer. J. Psychol. 38, 436—440.
BATTEAU, D. W. (1967): Tbe r 6 le of the pinna in human localization. Proc.
Roy. Soc. London, Series В 168, 158—180.
BATTEAU, D.W . (1968): Listening with lhc naked ear. In: S. J. FREEDMAN
(Editor), The neuropsychology of spatially orfented behaviour. Dorsey Press, Ho­
mewood Ш ., 109— 133.
13*
1915
BADER, В. В. (1960): Broadening the area of stereophonic perception, J.
Audio Engrg. Soc. 8 , 91—94.
BAUER, В. B. (1961a): Phasor analysis of some stereoptiontc phenomena
J acoust. Soc. Amer. 33, 1536—1539.
BAUER, В. B. (1961 b): Stereophonic earphones and binaural loudspeakers.
J. Audio Engrg. Soc. 9, 148—151.
BAUER, В. B., TORICK. E. L. (1966): Experimental studies In underwater
directional communication. J. acoust. Soc. Amer. 39, 25—34.
BAUER. R. W-, MATUZSA, J. L., BLACKMER. R F.. GLUCKSBERG, S.
(1966): Noise localization after unilateral attenuation. J. acoust. Soc. Amer. 40,
441—444.
BECKER, R. (1971): Zur Psychobiologie des Sehorgans. Psychoblol. 1 9 ,1—5.
VON BEKESY, G. (1930a): Zur Theorle des Horens: Cber das Richtungs*
horen bei etner Zeltdlfrerenz oder Lautstarkeungleichhelt der beidseltigen
Schallemwirkungen. Phys. Z. 31, 824—838 und 857—868.
VON BEKESY, G. (1930b): Cber das Fechnersche Gesetz und seine Bedeulung fur die Theorle der akustischen Beobachtungslchler und der Theorle des
Horens. Ann. Phys. Lpz. 7, 329— 339.
VON BEKESY. G. (1932): Cber den EinfluB der durch den Kopf und den
Gehorgang bewirkten Schallfeldvcrzerrungen auf die Horschwelle. Ann P h js.
Lpz. 14. 51—56.
VON BEKESY, G. (1935): Cber akustlsche Reizung des Vestibularapparates.
PNfigers Arch. 236, 59—76.
VON BEKESY, G. (1936a): Zur Physlk des Mittelohres und fiber das Hfirtn
bei fehlerhaitem Trommellell. Akust. Z. I, 13—23.
VON BEKESY, G. (1936b): Cber die Herstellung und Messung langsamer
sinus form iger Druckschwankungen. Ann. Phys. Lpz. 26, 554—566.
VON BEKESY, G. (1938): Dber die Entslehung der Entfernungsem plindung
beim Horen. Akust. Z. 3, 21—31.
VON BEKESY, G. (1941): Cber die Me3 snng der Schwingungsamplllude der
Gehorknochelchen mlltels der kapazltiven Sonde, Akust, Z. 6 ,1 —16.
VON BEKESY, G. (1947): A new audiometer. Acta oto-laryngol. 35,
411—422.
VON BEKESY, G. (1949): The moon Illusion and similar auditory phenome­
na. Amer. J. Psychol. 82, 540—552.
* VON BEKESY, G. (1960): Experiments In hearing. McGraw-НШ Book Co..
New York (enthalt aJle frfiheren Arbeiten des Autors).
VON BEKESY, G. (1971): Auditory backward Inhibition In concert halls.
Science 171, 529—536.
BENSE. M. (1961): Bewu 6 tselnstheorle. Grundlagenstud. aus Kybern. u.
Geisteswiss. 2, 65—73.
BERANEK. L. L. (t949): Acoustic measurements. J. Wiley & Sons, New York.
VAN BERGE1JK. W. A. (1962): Variation on a theme of BEKESY: A model
ol binaural Interaction. J. acoust. Soc. Amer. 34, 1432—1437.
BERGER, R. ((952): Das Menschenohr. Verlag £. Jaster, Berlin.
BERGMANN, M- (1957): Binaural hearing. Arch. Otolaryngol. 6 6 , 572—578.
VON BETZOLD. W. (1890): Urteflstauscnungen nach Beseitlgung elnseitlger Harthortgkett. Z. Psychol, и. Physiol. Sinnesorg. 1. 486—487.
B1SCHOF. N. (t966): S tel lungs-, Spannungs- und Lagewahrnehmung. In:
Handbuch der Psychologie, Bd. I, 1 Halbband. Verlag ffir Psychologie, Dr. C. J.
Hogrefe, Gottingen. 409—497.
BLAUERT, J. (1986): Zur Methode der Nachrlchtentechnlk bei der Erforschung und Beschrelbung der menschllchen Wahrnehmung. Psychoblol. 14,
49—55.
BLAUERT, J. (1967): Bemcrkungen zur Theorle bewufit wahrnehmender
Systeme. Grundlagenstud. aus Kybern. u. Geisteswlss, К 45—56
BLAUERT, J. (1968a): Ein Beltrag zur Tragheit de3 Richtungshorens In
der Horlzontalebene. Acustlca 20, 200—206.
BLAUERT, J. (1968b): Ein Bellrag zur Theorle des VorwSrts-RfickwarLsElndruckes beim Horen. 6 th Int Congr. on Acoustics, Tokyo, A—3—10.
19(i
BLAUERT. J. (1959a): Untersuchungen zum Richlungshorcn in der Medianebene bel fixiertem Kopf. Dissertation Techn. Hochschule Aachen.
BLAUERT, J. (1969d): Die Bescliieibung von Hoiversuchen anhand eines
einfacben, systemtheorettschen Modells. Kybernetik 5, 45—49.
BLAUERT, J. (1969/70): Sound localization in the median plane. Acustica
22, 205—213.
BLAUERT, J. (1970a): Zur Tragheit des Rlchlungshorens bei Laufzeit- und
Intensitatsstereophonle. Acustica 23. 287—293; auch lnl. Audio). (1972), 1 1 ,
265—270.
BLAUERT, J. (1970b): Ein Versuch zum Richtung&horen bel glelchzettlger
optlscher Stimulation. Acustica 23, 118 —119.
BLAUERT, J., HARTMANN, R. (1971): Verlustfaktoren und Schallkennimpedanzen von SchSdelknochen un terse hied lichen Pneumatisationsgrades. Acusti­
ca 24 226—229.
BLAUERT, J. (1971): Localization and the law of the firs! wavefront in the
median plane. J. acoust. Soc. Amer. 50, 466—470.
BLAUERT, J.. HARTMANN. R., LAWS, P. (1971): Entfernungs- und RIcIitungsabhanglgkelt des Cbertragungsfaktors des auBeren Ohres. 7th Int. Congr.
on Acoustics, Budapest, 25 H 5.
BLAUERT, J. (1972a): Die Schallausbreitung im auBeren Ohr und Konsequenzen fur das raumliche Horen. Convenlion’ 72, Audio Engrg. Soc Miinchen.
BLAUERT J . (1972b): Zur Auswertung interauraler Signal unterschiede beim
rSumllchen Нбгеп. HNO20, 313—316.
* BLOCH, E. (1693): Das binaurale Horen. Z- Ohren-Nasen-Kehlkoplheilk.
24 25—83.
BLODGETT, H. C.. WILBANKS. W. A . JEFFRESS. L. A, (1956): Effect of
large interaural time differences upon the judgem ent of sidedness, J. acoust. Soc
Amer. 28, 639—643.
BLUMLEfN, A. D. (1931): Improvements in and relating to sound-transmlssion, sound-recording and sound-reproducing system Brit. Pat. No. 394 325.
DE BOER, K-, VERMEULEN, R. (1939): On improving of defect hearing.
Philips techn. Rev. 4, 316—319.
* DE BOER, K. (1940a): Stereofonische Geluldsweergave, Dissertation
Techn. Hochschule Delft.
DE BOER, K- (1940b): Plastische KJangwiedergabe. Philips techn. Rdsch. 5,
107— 115.
DE BOER, K-, VAN URK, А. ГН. (1941): Some particulars of directional
hearing. Philips techn. Rev. 6 , 359—364.
DE BOER, K- (1946): The formation of stereophonic Images. Philips techn.
Rev. b, 51—56.
LE BOER, K. (1947): A remarkable phenomenon with stereophonic sound
reproduction. Philips Lechn. Rev. 9. 8—13: auch Frequenz 3 (1949), 24—25.
* BOERGER, G. (1965a): Die Lokallsatlon von GauBtonen. Dissertation
Techn. Universitat, Berlin.
BOERGER, G. (1956b): Cber die Tragheit des Gehors bel der Rlchtungsempflndung. 5Lh lnl. Congr. on Acoustics, Liege, В 27.
BOLT, R. H-, DOAK, P. E. (1950): A tentative criterion for the shorl-lcrm
transient response of auditoriums. J. acoust. Soc. Amer. 2 2 , 507—509.
* BORING, E. G. (1926): Auditory theory with special reference to inten­
sity, volume and localization. Amer J- Psychol. 37, 157— 188.
BOR1NG, E. G. (1942): Sensation and perception in the history of experi­
mental psychology. Appleton-Century-Crofts Inc., New York.
BOWLKER, T. J. (1908): On the factors serving to determine the direction
ol sound. Phil. Mag. 15, 318—331.
BRITTAIN, F. H., LEAKEY, D. M. (1956): Two-channel stereophonic sound
systems. Wireless World 206—210.
BRUNZLOW, D. (1926): Ober die Fahlgkeit der Schallokalisation in ihrer
Bedingthelt durch die SchatlqualiLSten und die Gestalt der Ohrmuschel. Z Sinnesphyslol. 56, 326—363.
BRUNZLOW, D. (1939): Uber das raumliche Horvermogen und die Fahigkeit zur Schallokalisation. Hals-Nasen-Ohrenarzl 30, 1—6.
197
BURGER. J F. (1958): Front-back discrimination ol the hearing-system.
Acustica 8 . 301—302.
BURGTORF. W. (1961): Untersuchungen zur Wahrnehmbarkelt verzogerter
Schallsignale. Acustica II, 97—111.
BURGTORF, W. (1963): Zur subjektivcn W irkung von Schallfeldem In
Raumen (Ruckverdeckung, Phanlomschallquellen). Acusfica 13, 86—91.
BURGTORF. W.. OEHLSCHLAGEL, H. K. (1964): Untersuchungen fiber die
richtungsabhanglge Wahrnehmbarkelt verzogerter Schallsignale. Acustica 14,
2 5 4 265.
BURGTORF. W., WACENER, B. (1967/68): Verdeckung durch subjektlv
diffuse Schallfelder, Acustica 19, 72—79.
DE BURLET, H. M. (1934): Vergleichende Anatomle des stato-akuslisclien
Organs. In: BOLK, E.. GOpPERT. E-. KALLIUS, W.. LUBOSCH. W. (H rsg.):
Handbuch der verglelchenden Anatomle der Wirbelllere, Berlin, Tell 2, Bd. 2,
1293—1432.
BUTLER. R. A , NA UNION, R. F. (1964): R61e of stimulus frequency and
duration in the phenomenon of localization shifls. J. acoust. Soc. Amer. 36,
917—922.
CAMPBELL. N. R. (1938): Symposium: Measuremenl and It’s Importance
for philosophy. Aristotelian Soc. Suppl. 17.
CAMPBELL. P. A. (1959): Ju st noticeable differences of changes of inleraural iime differences as a function of inleraural lime differences. J. acoust. Soc.
Amer. 31, [23CARHART. R., TILLMAN. T. W.. JOHNSON, K- R- (1966): Binainal
masking of speech by periodically modulated noise. J. acousl. Soc. Amer. 59,
1037— 1050.
CARHART, R.. TfLLMAN. T. W.. JOHNSON, K. R. (1968): Effects ol interaural time delays on m asking by two competing signals. J acoust Soc. Amer.
43, 1223— 1230.
CARllART. R-, TILLMAN, T. W., GREETIS. E. S. (1969a): Release from
multiple maskers: Erfect of lnteraural time disparities. J. acoust Soc Amer. 45,
411—418.
CARHART. R., TILLMAN. T. W.. GREETIS. E- S. (1969b): Perceptual mas­
king in multiple sound backgrounds. J acoust Soc Amer. 45, 694—703.
CARSTEN. H., SALINGER, H. (1922): Zur Frage der Lokallsatlon von
Schallreizen Naturwiss. 14, 329—330.
CHERNYAK. R- I . DUBROVSKY, N. A. (1968): Paltern of the noise Images
and Ihe binaural summation of loudness Гог the different interaura 1 correlation
of noise. 61h Int. Congr. on Acoustics, Tokyo A-3-12.
CHERRY, E. C. (1953): Some experiments on the recognition of speech u llh
one and wilh Iwo ears. J. acousl. Soc. Amer. 25, 975—979.
CHERRY, E. С., TAYLOR, W. K- (t954): Some further experiments imon
recognition of speech, wilh one and w ith two ears. J. acoust. Soc. Amer. 26,
5 5 4 55q_
CHERRY. E. C.. SAYERS. Bs McA. (1956): ■Human-CrosscorreUlor’ —
A technique Гог m easuring certain parameters of speech perception. J. acoust Si c.
Amer. 28, 889—895CHISTOVlCH, L. A.. fVANOVA, V. A. (1959): M utual masking of short
sound puises. Biophys, 4 , 46 - 6 7 C1IRIST1AN, W., ROSER, D. (1957): Ein Beilrag zum RlchlungshBren. Z.
Laryngol. u. Rhinol. 36. 431—445.
C1IOCHOLLE, R. (1957): La senslbllllc auditive dilferenttelle d’lntensiti et
presence d'un son contralateral de т ё т е frequence, Acustica 7, 75—83.
CLARK, B., GRAYBfEL, A. (1949): The erfect of angular acceleration on
sound localization: the auditory illusion. J Psvchct 28, 235—244.
CLARK, H. A. M . DUTTON, G. F . VANDERLYN, P. B. (1957): The "Stereosonic" recording and reproducing system. Proc. lnsln. Elect Engrs 104 B,
417—432.
COCHRAN, P.. THROOP. J.. SIMPSON. W. E. (1968): Eslimalion of dislance of a sound source. Amer. J- Psychol. 81, 198—206.
198
COLEMAN, P. D. (1962): Failure to localize the source distance of an un­
familiar sound. J. acoust Soc. Amer. 34, 345—346.
* COLEMAN, P. D. (1963): An analysis оГ cues to auditory depth percepti­
on in free space. Psychol. Bull. 60, 302—315.
COLEMAN, P. D. (1968): Dual rflle of frequency spectrum In determination
of auditory distance. J. acoust Soc. Amer. 44, 631—632.
COOLEY, J. W., TUKEY, J. W. (1965): An algorithm for the machine cal­
culation of complex Fourier series. Math. Comp. 19, 297—301.
* CREMER, L. (1948): Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik,
Bd. 1. S. Hirzel Verlag, S tu ttg art
CREMER, L (1971): Vorlesungen Cber technlsche Akustik. Springer-Verlag,
Berlin.
CURTHOYS, I. S. (1969): Auditory location during binaurai masking. J.
acoust. Soc. Amer. 46, 125.
DAMASKE, P. (1967/68): Subjektive Untersuchungen von Schallfeldern
Acustica 19, 198—213.
DAMASKE, P., WAGENER, B. (1969): Richtungshorversuche Cber einen
nachgebildelen Kopf. Acustica 21, 30—35l
DAMASKE, P., MELLERT, V. (1969/70): Eiu Verfahren zur rlchtungslreuen
Schallabblldung des oberen Halbraumes Cber zwej Lautsprecher. Acuslica 22,
154—162.
DAMASKE, P. (1969/70): Rlchtungsabhangigkeit von Spektrum und Korrelationsfunktionen der an den Ohren empfangenen Signale. Acustica 22, 191—204.
DAMASKE, P., MELLERT, V. (1971): Zur richtungslreuen s ter e op hone n
Zweikanaluberlragung. Acustica 24, 222—225.
* DAMASKE, P. (1971a): Die psychologische Auswertung akustischer Phanomene. 7th lnl. Congr. on Acoustics, Budapest, 21 G 2.
DAMASKE, P. (1971b): Head-related two-channel stereophony wilh louds­
peaker reproduction. J. acoust. Soc. Amer. SO, 1109—1115.
DAMASKE, P. (1971c): Richtungstreue Schallabbildung iiber zwei Lautspre­
c h e r Gemeinschaftstagung fCr Akuslik und Schwingungstechnik, Berlin, VDfVerlag, Dusseldorf. 403—406.
DANILENKO, L. (1969): Binaurales Horen lm nlchtslationaren, diffusen
Scballfeld. Kybernelik 6 , 50—57.
DAVID, E. E., GUTTMAN. N.. VAN BERGE1JK. W. A. (1958). On Ihe me­
chanism of binaural fusion. J acoust. Soc. Amer. 30, 801—802.
* DAVID, E. E., GUTTMAN, N.. VAN BERGE1JK. W. A. (1959). Binaural
Interaction of high-frequency complex slimuli. J. acoust Soc Amer. ЗГ, 774—782.
DAVID, E. E. (1959): Comment on Ihe precedence effect 3rd tn t Congr. on
Acoustics. StutlgarL Vol. I, 144—146.
DAVfD, E. E., HANSON, R L. (1962): Binaural hearing and free fcld еГfects- 4th Int. Congr. on Acoustics, Copenhagen, H 24.
DEATHERAGE, В. H., HIRSH, L J. (1959): Auditory localization of clicks.
I flron^t
Ampr
409
DEATHERAGE. В. H. (1961): Binaural interactions of clicks of different
frequency conlenl. J. acoust. Soc Amer- 33. [39—145.
* DEATHERAGE, В. H- (1966): Examination of binaural inleracllon. J.
acousl. Soc. Amer. 39, 232—249.
DEATHERAGE, В. H., EVANS. T. R. (1969): Binaural masking: Backward,
forward and simultaneous efftcts. J. acoust. Soc. Amer. 4 8 . 362—371.
DELANY, М. E. (1964): The acoustical impedance of human ears. J- sound
and vibration 1, 465—467.
D1AMANT. H. (1946): Sound localization and it’s determination in connec­
tion with some cases of severely impaired function of vestibular labyrinlh, bul
with normal hearing. Acta oto-laryngol. 34, 576—586.
DfERCKS, K. J., JEFFRESS. L. A- (1962): lnleraural phase and Ihe abso­
lute Ihreshold Гог tone. J. acousl. Soc, Amer. 34, 981—984.
DfN 1318 (1969): Lautstarkepcgel. Beulh-Vertrieb, Berlin.
DIN 1320 (1959): Allgemeine Benennungen in der Akuslik. Beulh-Vertrieb.
Berlin.
DIN 45630 (1966): Grundlagen der Schallbewertung; Blatt 2: Normalkurvcn
gleicher Lautstarke von Sinustonen. Beuth-Vertrieb, Berlin.
DOLAN, T. R., ROBINSON, D. E. (1967): An explanation оГ masking-level
differences that result from interaural intensive disparities of notse. J. acoust.
Soc. Amer. 42, 977—981.
DOLAN, T. R. (1968): Effects of masker spectrum level on MLD at low
frequencies. J. acoust. Soc. Amer. 44, 1507—1512.
DOLAN. R., TRAHlOTIS, C. (1970): Binaural Interaction in backward mas­
king. J. acoust. Sue. Amer. 47, 131.
DUBROVSKY. N. A., CHERNYAK. R. 1 (1971): The size and the localiza­
tion of noise images at different duration of noise. 7th Int. Congr. on Acoustics,
Budapest, 25 H 4.
DU1FHU1S, H. (1972): Perceptual analysis of sound. Dissertation Techn.
Hochschule, Eindhoven.
DURLACH, N. I. (1963): Equalization and cancellation theory of binaural
maskinglevel difference. J. acoust. Soc. Amer. 35, 1206— 12 18 .
DURLACH, N. Г. (1972): Binaural signal deleclion: Equalization and can­
cellation theory, fn: TOBIAS, J. V. (H rsg.): Foundation of modern auditory
theory. Academic Press. New York, Bd. 2, 369—462.
EARGLE, J. M. (I960): Stereophonic localization — An analysis of listener
reactions to currenl techniques. Transact. Tnsl. Radio Engrs. Au 8 , 174— 178.
EBATA, М.. SONE, T. (1968): Binaural fusion of tone bursts different In
frequency. 6 th Int. Congr. on Acoustics, Tokyo, A—3—7.
EBATA, М., SONE. Т., N1MURA, T. (1968a): On the perception of direction
of echo. J. acoust. Soc. Amer. 44, 542—547.
EBATA, М., SONE, Т., N1MURA, T. (1968b): Improvement of hearing abi­
lity by directional in forma lion. J acousl. Soc Amer. 43, 289—297.
EBATA, М., NIMURA, T , SONE, T. (1971): Effects of preceding sound on
lime-inlenslly trading ralio. 7lh Int. Congr. on Acoustics, Bud apes I, 19 11 2.
EDWARDS, A. S. (1955): Accurary of auditory depth perception. J. Gener.
Psychol. 52. 327—329.
EGAN, J. P., BENSON, W. (1966): Lateralization of a weak signal presented
with correlated and wilh uncorrelaled noise J. acoust. Soc. Amer. 40, 20—26.
ElCHHORST, O. (1959): Zur Frfihgeschichte der slereophonischen UberIragung. Frequenz 13, 273—277.
ELFNER, L., PERROTT, D. (1966): Effort of prolonged exposure to a bi­
naural lnlensily mismatch on tbe locus of a dl.holically produced tonal Image. J.
acoust. Soc. Amer. 39, 716—719.
ELFNER, L. F-, PERROTT. D. R. (1967): Lateralizalicn and intensity dfecrimination. J. acoust. Soc. Amer. 42, 441—445.
ELENER, L, F., TOMS1C, R. T. (1968): Temporal and intensive factors In
binaural lateralization of auditory transients. J. acoust. Soc. Amer. 43, 746—751.
ELLIOT, L L. (1962): Backward masking: Monollc and dlchotic conditions.
J. acoust. Soc. А гпег. 34, 1108—1115.
ELPERN, B, S., NAUNTON, R. F. (1954): Lateralizing effects of interaural
phase differences. J. acoust. Soc. Amer. 35, 1392— 1393.
ENKL, F. (1958): Die C berlragung raumlicher Schallfeldstrukluren fiber
einen Kanal mit Hi lfe unterschwelliger Pilolfrequenzen. Eleklron. Rdsch. 12 ,
347—349.
EWERT. P. H- (1930): A study of lhe effect of Inverted retinal stimulation
upon specially coordinated behaviour. Genetic Psychol. Monog. 7, 242—244.
McFADDEN, D. (1968): M asking level differences determined with and
without interaural disparities J. acousl- Soc. Amer 44, 212—213.
McFADDEN, D. (1969): Laleralizalion and detection of a tonal signal In
noise J. acoust. Soc Amer. 45, 1505—1509.
McFADDEN, D., JEFFRESS, L. A., ERMEY, H. L (1971): Differences of lnleraural phase and level in detection and lateralization: 260 Hz. J. acoust. Soc.
Amer. 50, 1484—1493.
FECHNER, G. T. (I860): Elemenle der Psychophysik. Breitkopf und Harlel,
Leipzig.
200
FLDDERSEN, W. E., SANDEL, Т. Т., TEAS, D. С., JEFFRESS. L. A. (1957):
Localization of high-frequency tones. J. acoust. Soc. Amer. 29, 988—991.
FEIN STEIN, S. H. (1966): Human hearing under water: Are things as bad
as lhey seem? J. acoust. Soc. Amer. 40, 1661—1562.
FELDMAN, A- S., ZWISLOCKI. J. (1965): Effect оГ acoustic reflex on the
impedance at the eardrum. J. Speech and H earing Res- 8 , 213—222.
FELDMANN, H. (1963): Untersuchungen fiber binaurales Horen unler Einwlrkung von Storgerausch. Arch. Ohren-, Nasen- und Kehlkopfheilk. 181,
337—374.
FELDMANN. H., STEIMANN, G. (1968): Die Bedeutung des auBeren Ohres
fiir das Horen im Wind. Arch. klin. u. exp. Ohren-Nasen-Kehlkopfheilk. 190,
69—85.
FELDMANN, H. (1972): V orfiihrurg anlSBlich der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschafl deutscher Audiologen in Heidelberg.
FERREE, С. E., COLLINS, R. (1911): An experimental demonstration of the
binaural ratio as a factor in auditory localization. Amer. J. Psychol. 250—297.
FIRESTONE, F. A. (1930): The phase difference and amplitude ratio a t the
ears due lo a source of pure tone. J. acoust. Soc. Amer. 2 , 260—270.
FISCHER, F. A. (1969): Einfiihrung in die slatistische Ubertragungstheorie.
Bibliographlsches lnstilul, Mannheim.
FISHLER, H., HOHENBERGER, М., FREl, E. H., RUBINSTEIN, M ,
KRETZFR, D. (1966): Acoustic input Impedance ol the human car. Acta otolagyng. 62, 373 —383.
FISHER, 11., FREEDMAN, S. J. (1968): Tlie r61e of the pinna in auditory
localization. J. Auditory Res. 8 , 15—26.
FLANAGAN, J. L.. DAVID. E. E., WATSON, B. J. (1962): Physiological
correlates of binaural lateralization. 4 th Int. Congr. on Acoustics, Copenhagen,
H 27
FLANAGAN, J. L , DAVID. E. E.. WATSON, B. J. (1964): Binaural late­
ralization of cophasic and antlphasic clicks. J. acoust. Soc. Amer. 36, 2184—2193.
FLANAGAN, J. L.. WATSON, B. J. (1966): Binaural unmasking of comp­
lex signals. J. acoust. Soc. Amer. 40, 466—468.
FLETCHER, H. (1934): Autilory perspective-basic requirements. Electr.
Engrg. 53, 9—11.
FORD, A. (1942): The binaural Intensity disparity Ilmen. J. acoust. Soc.
Amer. 13. 367—372.
FRANSSEN, N. V. (1959): Elgenschaften des naturlichen Richlungshorens
und ihre Anwendung auf die Slereophonie. 3rd lnl Congr. on Acoustics, Sluttgarl. Vol. 1, 787—790.
FRANSSEN, N. V. (i960): Some considerations of Ihe mechanism of direc­
tional hearing. Dissertation Techn. Hochschule Delft.
• FRANSSEN, N. V. (1963): Slereophonie, Philips lechn. Bibl., Eindhoven.
FREl, E. H., HOHENBERGER, М., SHTR1KMAN, S., SZOLE. A. (1966):
Methods of m easuring the vibrations оГ Ihe middle ear. Med. and Biol. Engrg. 4,
507—508.
FREY, H. (1912): Cber die BecinHussung der Schallokalisation durch Erregungen des Veslibularapparatcs. Monatsschr. Uhrenhellk. 46, 16—21.
GABOR, D. (1946): Theory of communication. J. lnstn. Elect. Engrs. 93,
429—457.
GAGE, F. H. (1935): The variation of Ihe uniaural differential threshold
wilh simultaneous stimulation of the other ear by tones of Ihe same frequency.
Bril. J. Psychol. 25, 458—454
GALG1NAITIS. S V. (1956): Dependence of localizalion on azimuth. J.
acousl. Soc. Amer. 26, 153—154.
AtcGAMBLE, E. A. (1909): Intensity as a criterion In estim ating the distan­
ce оГ sounds. Psychol. Rev. 16, 416—426.
GARDNER, М. B. (1967): Comparison of laterai localization and distance
estimation for single- and iruftiple-source speech signals. J. acoust Soc. Amer.
41, 1592.
GARDNER, М. B. (1968a): Lateral localization of 0 ° or near 0 °-oriented
speech signals in anecholc space. J. acoust. Soc. Amer. 44, 797—803.
201
GARDNER, М. В. (1968b): Proximity image effect In sound localization. J.
acousl. Soc. Amer. 43, 163.
GARDNER, М. B. (1968c): Historical background of lhe Haas and/or pre­
cedence effect J. acoust. Soc Amer. 43, 1243—1248.
GARDNER. М. B. (1969a): Distance estimation of 0 ° or apparent (F-oricnled speech signals in anechoic space. J. acoust. Soc. Amer. 45. 47—53.
GARDNER, М. B, (1969b): fmage fusion, broadening and displacement In
sound localization. J. acousl. Soc. Amer. 48, 339—349.
GEFFCKEN. W. (1934): Untersuchungen fiber akustlsche Schwellenv.erte.
3. Uber die Bestlmmung der Reizschwelle der Horempfindung aus Schwellendruck und Trommel fellimpedanz. Ann. Phys. Lpz. 5. Folge, Ifl, 829—84a
G1LAD, P., SHTRIKMAN, S., HfLLMAN. P. (1967): Application of lhe
Moss b sue г method to ear vibrations. J. acoust. Soc. Amer. 41, 1232—1236.
VAN GILSE, P. H. G. (1926): Untersuchungen fiber die Lokalisallon des
Schalles Niederf. Ver. d. Hals-Nas.-Ohrenarzte, Amsterdam, ref. Zentralblatt
Hals-Nasen-Ohren-Hellk. 12, 543.
VAN GILSE, P. H. G., ROELOFS. O. (1937): Untersuchungen fiber die
Schallokalisalion. Acla oto-laryng. 15. I.
GOETERS. K.-M. (1972): Instltut fur Flugmedizin der DFVLR, Hamburg,
personllche Milieilung.
GOLD. B., RADER, С. M. (1969): Digital processing of signals. McGrawHill Book Co., New York.
GOLDSTEIN, K-. ROSENTHAL-VEIT, O. (1926): Cber akustlsche Lokallsalion und deren BeelnfluBbarkeil durch andere Slnnesrelze. Psychol. Forsch. 8 .
3 jg
335
GRAF, U., HENNING, H.-J., STANGE, K- (1966): Formeln und Tabelien
der mathemalischen Stahstik, Springer-Verlag, Berlin.
GRAN, S. (1966): Transformation der Frequenzcharaklcrlsllken des Gehorganges- Acusllca 20, 78 81.
GREEN, D. M. (1966): Interaural phase effects in the masking of signals of
different durations. J. acoust. Soc. Amer. 39, 720—724.
• GREEN, D., HENNING, G. B. (1969): Audition. Ann. Rev. Psychol. 20,
105—128.
GROEN (1972): Physik und Physiologie der Otolithen und BogengSnge.
In: GAUER, О. H , KRAMER, K-, JUNG, R. (I frsg.); Lehrbuch der Pnysiologie
des Menschen, Bd. 12. Urban & Schwarzenberg, Mfinchen.
GRUBER, J. (1967): Horversuche m lt modullertem Rauschen unlerschledllcher interauraler Korrelation, Dlsserlallon Techn- Unlversltal, Berlin.
GRUBER, J-, BOERGER, G. (1971): Blnaurale Verdeckungspegeldifferenzen
(BMLD) und Vor- und Rfickwartsverdeckung. 7th Int. Congr. on Acoustics, Bu­
dapest, 23 H 5.
GUILFORD, J. P. (1950): Fundamental statistics in psychology and educa­
tion, 2. Aufl. McGraw-Hill Book Co., New York.
GUILFORD, J. P. (1954): Psychometrie methods, 2. Aufl. McGraw-Hill Book
Co., New York.
GCTTICH, A. (1937): Schallrichlungsbestlmmung und Vestlbularapparal.
Arch. Ohren-Nasen-Kehlkopfheilk. 142, 139—149.
GUTTICH, A. (1939): Zur Schallrichlungsbestlmmung bei doppelsciiigem
Vestibularisausfall, Arch. Ohren-Nasen-Kehlkopfheilk. 146, 298—301.
GUTTICH, A. (1940): Zur Klinik der Tumoren des IV. Ventrikeis, zugleich
ein Beitrag zur Schallrichtungsbes [immune bei intaktem Cochlearis und fehlcndem Veslibu laris. Arch. Ohren-Nasen-Kehlkoplhellk. 147, 5—7.
GUTTMAN, N.. VAN BERGEIJK. W. A , DAVfD, E. E. (1960): Monaural
temporal masking investigated by binaural interaction, J. acoust. Soc. Amer. 32,
1329—1336.
GUTTMAN, N. (1962): A mapping of binaural click lateralization. J. acousl.
Soc. Amer. 34, 87—92.
GUTTMAN, N. (1965): Binaural Interaction of three clicks. J. acousl Soc.
Amer. 37,145—150.
202
HAAS, H. (1951); Cber den ElnfluB elnes Einfachechos auf die Horsamkelt
von Sprache, Acustica 1, 49—68.
11AFTER, E. R., JEFFRESS, L. A- (1968): Two image lateralization of tones
and clicks. J. acoust. Soc. Amer. 44, 563—569.
HAFTER, E. R., CARRIER, S. C. (1969): Inability of listeners to trade
completely lnteraural time for interaural intensity In a detection task. J. acoust.
Soc. Amer. 46, 125.
HAFTER. E. R.. BOURBON, W. Т., BLOCKER, A- S., TUCKER, A. (1969):
A direct comparison between lateralization and detection under conditions of
antlphaslc masking. J. acoust. Soc. Amer. 46, 1452—1456.
HAFTER, E- R., GARRIER, S. C. (1970): Masking-Ievel differences obtai­
ned with a pulsed tonal masker. J. acoust. Soc. Amer. 47, 1041—1047.
HAFTER, E. R. (1971): Q uantitative evaluation of в lateralization model of
m asking level differences. J. acousl. Soc. Amer. SO, 1116—1122.
HALL, J. L. (1964): Minimum detectable change in lnteraural time or inten­
sity difference for brief impulsive stimuli. J. acoust. Soc. Amer. 36, 2411—2413.
HALL, J. L. (t965): Binaural interaction in tbe accessory superior-olivary
nucleus of the cal. J. acoust. Soc. Amer. 37, 814—824.
HALVERSON, H. M. (1922): Binaural localization of tones as dependent
upon differences of phase and intensity. Amer. J. Psychol. 33, 178—212.
HANSON, R. L., KOCK W. E. (1957): Interesting effect produced by two
loudspeakers under free space conditions. J. acoust. Soc. Amer. 29, 145.
HANSON, R. L (1959): Sound localization. J. acoust. Soc. Amer. 3 t, 830.
HARRIS, G. G. (1960): Binaural interaction of impulsive slimuli and pure
tones. J. acousl. Soc. Amer. 32, 685—692.
HARRIS, G. G., FLANAGAN. J. L.. WATSON. B. J. (1963): Binaural Inte­
raction of a click with a dick pair. J. acoust. Soc. Amer. 85, 672—678.
HARRIS, J. D. (1964): Sound shadow, cast by head and ears. J. acoust Soc
Amer. 36, 1049.
HARRISON, J. М., DOWNEY, P. (1970): Intensity changes at the ear as
a function of Ihe azimuth of a tone source: A comparltive study. J. acoust. Soc.
Amer. 47. 1509—1518.
HARTLEY, R. V. L., FRY, Т. C. (1921): The binaural Location of pure tones.
Phys. Rev. 18, 431—442.
HARVEY. F. K-. SCHROEDER, M. R. (1961): Subjective evaluation of fac­
to rs effecting two-channel stereophony. J. Audio Engrg. Soc. 9, 19—28.
HAUSTEIN, B. G. (1969): Hypothesen fiber die einohrlge Entfernungswahrnehmung des menschlicben Gchors. Hochfrequenztechn. u. Elektroakustik 78,
46—57.
HAUSTEIN, B. G.. SCHIRMER. W (1970): Meflelnrichtung zur Untersuchung des RichtungslokalisalionsvermQgens. Hochfrequenztechn. u. Elektroakjstlk 79, 96—101.
HAWKINS, J. E., STEVENS, S. S. (1950): The masking of pure tones and
of speech by white noise. J. acoust. Soc. Amer. 22, 6—13.
HECHT, H. (|922a): Cber die Localisation von Schallquellen Nalurwlss.
10. 107—112.
HECHT, H. (1922b): Zur Frage der Lokalisatlon von Schallquellen. Naturwlss. 14. 329—330.
HELD, R. (1955): Shifts in binaural localization after prolonged exposures
to alyplcal combinations of slimuli. Amer. J. Psychol. 6 8 , 526—548.
HENNEBERG, B. (1941): Uber die Bedeutung der Ohrmuschel— Die Ohrmuschel als Schliefiapparat fur den SuBeren Gehorgang. Z. Anat. Entwlcklungsgesch t t l , 307—310.
HENRY, J. (1849): V ortrag vor der American Association for the Advance­
m ent of Sciences am 21. August; Referat in: Scientific W ritings of Joseph Henry.
P a rt 11, 295—296, Smithsonian Institution, W ashington D. C. (1851).
HERSHKOWITZ, R. М., DURLACH, N. I. (1969a): lnteraural time and amp­
litude jnds for a 500-Hz-tone. J. acoust. Soc. Amer. 48, 1464—1467.
HERSHKOWITZ, R. M„ DURLACH, N. I. (1969b): An unsuccessful altem pt
to determine the tradabiiity of interaural time and lnteraural intensity. J. acousl.
Soc. Amer. 48, 1583—1684.
203
HIRSCH, H. R. (1968): Perception of the range of a sound source of unk­
nown strength. J. acoust. Soc. Amer. 43, 373—374.
H1RSH, I. J. (1948): The influence of interaural phase on Interaural sum­
mation and inhibition. J. acoust. Soc Amer. 2 0 , 536—544.
HIRSH, 1. J., WEBSTER, F. A. (1949): Some determinants of Interaural
phase effects. J. acoust. Soc Amer. 21, 458—469.
HIRSH. I. J., BURGEAT, M (1956): Binaural effects in remote masking. J.
acoust. Soc. Amer. 30, 827—832.
HNO-Handbuch (1966): Hals-Nasen-Ohrenheilkunde— Ein kurzgefaBtes
Handbuch in drei Banden. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Band 11], Tell 1.
HOLT, E. B. (1909): On осшаг nystagm us and the localization of sensory
dala during dizziness. Psychol. Rev. 16, 377—398.
HOLT, R. E.. THURLOW. W. R. (1969): Subject orientation and judgement
of distance of a sound source. J. acoust. Soc. Amer. 46, 1584—1585.
HOR1NG. К С (1971): Die schnelle Fourier-Transformatlon. Frequenz 26,
267—278VON HORNBOSTEL, E- М.. WERTHEfMER, M. (1920): Cber die Walirnehmung der SchallncMung. Sitzungsber. Akad. Wiss., Berlin. 388—396.
VON HORNBOSTEL, E. M. (1923): Beobachtungen fiber ein- und zwelohriges Horen. Psychol. Forsch 4, 64—114.
VON HORNBOSTEL, E. M. (1926): Das rnumliche Horen. In: BETHE, Aet al. (H rsg.): Handbuch der normalen und pathologischen Physlologle, Band 1 1.
601—618, Springer-Verlag, Berlin.
HOUTGAST, Т., PLOMP, R. (1968): Lateralization threshold of a signal
in noise. J. acoust. Soc. Amer. 44, 807—812.
11UIZING. E. H. (1970): Lateralization of bone conduction into the better
ear in conductive deafness. Acla oto-laryngol- 69, 395—401.
1KENBERRY, L. D., SHUTT. С. E. (1898): Experiments in judging the dis­
tance of sound. Kansas Univ. Quarf 7. Series A, 9—16.
fNGARD. U. (1953): A review of the inlluence of meteorological conditions
on sound propagation. J. acoust. Soc. Amer. 25, 405—411.
JAHN, G. (1958): Cber die Beziehung zwischen der LautslSrke und dem
Schalldruck am ТготтеНеН. Hochfrequenztechn. u. Eleklroakustik 67, 69—81.
JAHN. G., VOGELSANG, S. (1959): Die einohrige Richtcharaktcrlslrk des
menschlichen Gehors. Hochfrequenztechn. u. Eleklroakustik 6 8 , 50—58.
JAHN, G. (1960): Uber den Unterschied zwischen den Kurven gleichcr Laulstarke in der ebenen Welle trnd im diffusen Schallfeld. Hochfrequenztechn. u.
Eleklroakustik 69. 75—81.
JANOVSKY, W. H. (1948): Einrlchtung zur plaslischen Wledergabe elektroakuslischer Darbietungen. DBP Nr. 97 3570.
JEFFRESS, L. A. (1948): A place theory of sound localization. J. Comp
Physiol, and Psych. 6 Г, 468—486.
JEFFRESS. L. A-, BLODGETT. H. C., DEATHERAGE, В. H. (1952): The
masking of tones by while noise as a function of the interaural phases of both
components. J acousl. Soc. Amer. 24, 523—527.
JEFFRESS, L. A., BLODGETT, H. С., SANDEL. Т. Т.. WOOD, C. L
(1966): Masking of tonal signals. J. acoust. Soc. Amer. 2 8 . 416—426.
JEFFRESS, L. A- (1957): Note on lhe „Interesting effecl produced by two
loudspeakers under free space conditions'* by L. R. HANSON and W. E. KOCK.
J. acoust, Soc. Amer. 29, 655.
JEFFRESS, L. A-. TAYLOR, R. W. (1961): Lateralisalion versus localization.
J. acoust. Soc. Amer. 33, 482—483.
JEFFRESS, L. A., BLODGET, H. С., DEATHERAGE, В. H. (1962): Effect
of Interaural correlation on lhe precision of centering a noise. J. acoust. Soc.
Amer. 34, 1122—1123.
JEFFRESS, L. A-, ROBINSON, D. E (1962): Formulas for the coerficienl ol
interaural correlation оГ noise. J. acoust. Soc. Amer. 34, 1658.
JEFFRESS, L. A-, McFADDEN, D. (1970): Delection, lateralization and lhe
phase angle a. J. acoust. Soc. Amer. 47, 130.
204
JEFFRESS, L. A., McFADDEN, D. (1971): Differences of interaural phase
and level in detection and lateralization. J. acoust. Soc. Amer. 49, 1169— 1179.
JEFFRESS, L. A. (1972): Binaural signal detection: Vector theory. In: TO­
BIAS, J. V. (H rsg.): Four da lions of modern auditory lheory. Bd. 2. Academic
Press. New York, 349—368.
JONGKEES, L B. W„ GROEN, J. J. (1946): On directional hearing. J. Laryngol. and Otol. 61, 491—504.
JONGKEES, L B. W. (1953): Uber die Untersuchungsmethoden des Gleichgewlchtsorgans. Forlschr. Hals-Nasen-Ohrenheilk. I, 1—147.
JONGKEES, L. B. W., VAN DE VEER, R. A. (1958): On directional sound
localization In unilateral deafness and It’s explanation. A da oto-laryngol. 49,
119—131.
JORDAN, V. L. (1964): A system for stereophonic reproduction. Acustica 4,
36—38KAISER, J. F-, DAVID, E. E. (i960): Reproducing the cocklall party effect
J. acoust. Soc. Amer. 32, 918.
KASZYNSKf. G.. ORTMEYER. W. (1961): Die Zweikanal-Slereophonie und
Ihre Aufnahmeverrahren. Bild und Ton 14, 107— 111, 155—157.
KATZVEY, W.. SCHRODER. F. K. (1958): Die Grundlagen des stereophonen Horens. Radio Mentor 6 , 377—380.
KE1BS, L. (1936): Methode zur Messung von Schwellendrucken und Trommelfelllmpedanzen in fortschrellenden Wellen. Dissertation Techn. Hochschule,
Breslau, auch Ann. Phys. Lpz., 5, Folge, 28, 585—608.
KE1BS, L. (1965): Kompatible stereo-ambifone Schallfiberlragung auf zwel
Kanalen. Nachrichtenlechnik 15, 246—253.
KE 1 BS, L. (1966): Universelles System zur slereo-ambiophonen Aufnahme
und Wledergabe. Ber. 7. Tonmelstertagung, Koln, 10—14, Herausgeber WDR
Koln.
KE1DEL, W. D., WIGAND, М. E., KElDEL, U. O. (1960): Laulheilseinflufl
auf die Inrormallonsverarbeitung belm blnauralen Horen des Menschen PHCgers
Arch. 270, 370—369.
KElDEL, W. D. (1966): Das raumliche Horen. In: Handbuch der Psychologie, I. Bd., I. Halbbd., 518—555. Verlag fur Psychologic, Dr. C. J. Hogrefe,
Gotl ingen
KESSEL, J. (1882): Dber die Funktion der Ohrmuschel bel den Raumwahrnehmungen. Arch Ohrenhellk. 18, 120— 129.
KIETZ, H. (1952): Das Problem des raumlichen Richtungshorcns. Arch.
Hals-Nasen-Ohrcnheilk., 91—94.
* KIETZ, H. (1953): Das raumliche Horen. Acuslics 3, 73— 8 6 .
KIETZ, H. (1957): Die physikalischen Vorgange bel der Schallbildubertragung vom Slapes bis zum Zenlralorgan. Larm bekam pfungl, 109—116, 131—136.
KIETZ, H. (1969): Der echte und eln falscher ifaas-Effekl. 3rd. Int Congr.
on Acousllcs, S tullgarl, Vol. I, 147— 149.
K1KUCH1, Y. (1957): Objeclive allocation of sound image from binaural
stimulation. J. acousl Soc. Amer. 29, [24— 128.
KING, W. G., LAIRD, D. A. (1930): The еГГес1 ol noise Intensity and pat­
tern on locating sounds. J. acoust. Soc. Amer. 2 , 99—102.
KIRIKAE, I.. NAKAMURA, K.. SATO. Т., SlllTARA, T. (1971): A study of
binaural interaction. Ann. Buil. No. 5, Res. Inst, of Logopedics Phoniatries. Uni­
versity of Tokyo.
KLEIS, D. (1955): Experimente zur Verbesserung der Raumwlrkung von
Schall. Elektron. Rdsch. 9, 64—58
KLEMM, O. (1909): Lokallsatlon von Sinneseindrucken bei disparatcn Nebenrelzen. Psychol. Stud. 5, 73—162.
KLEMM, O. (1913): Untersuchungen fiber die Lokalisation von Schallreizen II: Versuche mlt emem monotischen BeobachLer, Psychol. Slud. 8 , 497—505.
KLEMM, О (1914): Uber die Lokalisation von Schallreizen Ber. fiber den 4.
Kongr. experimenl. Psychol., Bd. 2, Leipzig, 169—258.
KLEMM, O. (1918): Untersuchungen fiber die Lokalisation von Schallrei­
zen 111: Uber den Anlell des beidolirigen Horens. Arch. ges. Psychol. 38, 71—114.
205
KLEMM, О. (1920): Untersuchungen fiber die Lokallsalion von Schallrelzen
IV: Cber den ElnfluB des binauralen Zeitunterschiedes euf die Lokalisation. Arch,
ges. Psychol. 40, 117—145.
KLENSCH, H. (1948): Beitrag zur Frage der Lokalisalion des Schalles im
Raum. PHfigers Arch. 250,492—50oT
KLENSCH, H. (1949): Die Lokalisation des Schalles im Raum Naturwiss.
36, 145—149.
KLINKE, R. (1972): Physlologie des Horens I: Das mittlcre und das innere
Ohr. In: GAUER, О. H.. KRAMER, K-. JUNG, R. (H rsg.): Lehrbuch der Physlologle des Menschen, Bd. 12, Urban und Schwarzenberg, M finehen.
KLUMPP, R. G. (1953): Discriminabillty of Interaural time difference, J.
acoust. Soc Amer. 25, 823.
KLUMPP, R. G., EADY, H R. (1956): Some m easurem ent of interaural ti­
me difference thresholds. J. acoust. Soc. Amer. 28, 859—860.
KNOWLES. H. S. (1954): Artificial acoustical environment control. Acustica
4, 80—82.
KOCK. W. E. (1950): Binaural localization and masking. J. acoust. Soc.
Amer. 22. 801—804.
KOENIG, W. (I960): Subjective effects in binaural hearing. J. acousl. Soc.
Amer. 22, 61—62.
KONIG, G., SUSSMANN, W. (1965): Zum Richtungshoren in der Mediansagittalebene. Arch. Ohren-Nasen-Keblkoprheilk. 167, 303—307.
KRAUS, M (1953): Probleme der Ohrphyslologie und neue Losungsversuche. Springer-Verlag. Wien.
KRE1DL, A- GATSCHER. S. (1923): Dber die Lokalisation von Schallquellen. Naturwiss. 11, 337—338.
KREYSZ1G, E. (1967): Statistische Methoden und ihre Anwendungen. Vandenhoek und Ruprechl, Gottingen.
VON KRIES. J. (1890): Uber das Erkennen der Schallrichlung. Z Psychol,
u. Physiol. Sinnesorg. 1. 235—251, 488.
KRCCKEL, A. (1972): Beslimmung von akustischen RohrabschfuBimpedanzen mil Hilfe einer Doppelrohrmelhode. Dissertation Techn. Hochschule Aschcn.
KRUMBACHER, G. (1969): Uber die Leislungsfahigkejt kopfbezuglicher
Slereophonie, Acustica 21, 288—293.
KUHL, W. (1939): Uber die Abhangigkeit der Lautstarke des subjektiven Dlfferenzlones von der Frequenz der Primartone. Akust. Z. 4, 43—50.
KUHL, W., ZOSEL, J. M. (1958): Untersuchungen zur Stereophonic. Acusti­
ca 6 . 474—481.
KUHL, W. (1969): Unlerschiedllche Bedingungeii beim Horen in einem
Raum und bei elektroakustlschen Uber Ira gungen, Rund funk techn. Mitt. 13,
205—208.
KUHL, W., PLANTZ, R. (1972): Die Lokaiisierung einer vorderen und elner
hlnleren Schallquellc bei frei bewegllehem Kopf. Acustica 27, 108—112.
KURER, R„ PLENGE, G., WILKENS. H. (1969): Correct spatial sound
perception rendered by a spatial 2-channel recording method. 371h Audio Engrg.
Soc. Conv., New York, H 3.
KUTTRUFF. H. (1963): Raumakuslische Korreialionsmessungen mit einfachen Mil lei n. Acustica 13, 120—122.
KUPFMULLER, K- (1958): Die Systcmtheorle deT elektrischen Nachrichtentechnik, 3. Aufl. S. Hirzel Verlag, SlutlgarL
LANGE, F. H. (1962): Korrelationselektronlk. VEB Verlag Technik, Berlin.
LANGENBECK, B. (1958): Die Laleralisation des Knocbenleitungshorens
beim Weber'schen Versuch. Arch. Ohren-Nasen-Kehlkopfheilk. 172, 451—456.
LANGFORD, T. L., JEFFRESS, L. A- (1964): Effect of noise crosscorrela­
tion on binaural signal detection. J. acousl. Soc. Amer. 36, 1455—1458.
LAURIDSEN, H., SCHLEGEL, F. (1956): Stcreofonie und richtungsdllfuse
Klangwledergabe. Gravesaner Biatter H. 5, 28—50.
LAURIDSEN, H. (1954): Nogle Forsog rned Forskellige Former Rumakustlk
Gengivelske. lngenioren 47, 906, zil. nach Schrocdcr (1961).
LAWS, P. (1971): Enlfernung des Horerejgnisses bei Simulation des Nah-
206
leldes eines К u gel st га hie is nulllcr Ordnung. Gem elnschaltslagung Юг Akustik
und Schwingungstechnik, Berlin 1970, VDl Verlag, Dusseldorf, 397—401.
• LAWS, P. (1972): Zum Problem des Enirernungshorens und der Im-KoplLokalisiertheit von HQrerelgnlssen. Dlssertalion Techn. Hochachule Aachen und
personllche Milleilungen.
LEAKEY, D. M. (1957): Further effects, produced by two loudspeakers In
echo-lree conditions. J. acoust. Soc. Amer. 29, 966.
LEAKEY. D. М., CHERRY, E. C. (1957): Influence of noise upon the equi­
valence ol Intensity differences and small time delays In two-loudspeaker systems.
J. acoust. Soc. Amer. 29, 284—286.
LEAKEY, D. М., McSAYERS, B., CHERRY, C. (1958): Binaural fusion of
low- and high-frequency sounds. J. acoust. Soc. Amer. 30, 322.
LEAKEY, D. M. (1959): Some measurement on the effects of interchannel
Intensity and time dilferences in two channel sound systems. J. acoust. Soc.
Amer. 3t, 977—986.
LEE, Y. L (I960): Slalistlcal theory of communication. J. Wiley & Sons,
New York.
LEHNHARDT, E. (19601: Cber das Richlungshoren des Menschen. ElekIroakustische Versuche mlt kfeinsten Zelldifferenzen. HNO 8 , 353—357.
LEHNHARDT, E. (1961): Die akustische Korrelatlon. Arch. Ohren-NasenKehlkopfheilk. 178, 493—497.
LERCHE, E., PLATH, P. (1961): Zur Lokalisation von Schaliquellen bel
Koprhorer-emprang. Pllfigers Arch. 274, 91.
LEVITT, H.. RABINER, L. R. (1967a): Binaural release from masking for
speech and gain in intellegibllity. J. acoust. Soc. Amer. 42, 601—608.
LEVITT, H., RABINER. L. R. (1967b): Predicting binaural gain in lnteUeglbiiity and release Ггот masking for speech. J. acoust. Soc. Amer. 42, 820—829.
LICKL1DER, J. C. R. (1948): The Influence of interaural phase relations
upon the masking of speech by white noise. J. acoust. Soc. Amer. 2 0 . 150—159.
LICKLIDER. J. C. R-. WEBSTER, J. C. (1950): The discriminability of ln­
teraural phase relations in two-component lones. J. acoust. Soc. Amer. 22,
191_i95_
LICKLIDER. J. G R. (1951): A duplex theory of pitch perception. Experientla 7, 128—134.
LICKLIDER, J C. R. (1956): Audio frequency analysis. In: CHERRY. C(H rsg.): Informa Iion theory, 3rd London Symp. Bullerworth Scient. Pubi., Lon­
don. 253—26ft,
LICKLIDER, J. C. R. (1959): Three auditory theories. In: KOCH, S.
(H rsg.): Psychology: A study of a science, Vol. I. McGraw-Hill Book Co., New
York, 41—144.
LICKLIDER, J. C. R- (1962): Perlodity pitch and related auditory process
models. Int. Audiol. I, 11—36.
LOCHNER. J. P. A.. BURGER, J. F. 11958): The subjective masking of
shorl time delayed echoes their primary sounds and lheir contribution to the
intellegibiiily of speech. Acusllca 8 , 1—10.
LOCHNER, J. P. A., DE KEET, W. V. (I960): Stereophonic and quaslstereophonic reproduction. J. acoust. Soc. Amer. 32, 393— 401.
LUNGWITZ. H. (1923): Die Entdeckung der Seele. Allg. Psychoblol. Brucke
Verlag Kurt Schmersow, Klrchhain N. L.
LUNGWITZ, H. (1933a): Lehrbuch der Psychoblologle, Bd. I. Waller de
Gruyter, Berlin.
LUNGWITZ, H. (1933b): Lokallsallon der akustischen Gegenstande. In:
Lehrbuch der Psychobioiogie, Bd. 2 . W alter de Gruyter, Berlin.
MACH, E- (1865): Bemerkungen fiber den Raumslnn des Ohres. Pcggendorfs
Ann. 128, 5. Relhe, 6 . Bd-. 331—333.
MAKITA, Y. (1962): On the directional localization of sound in the stere­
ophonic sound licld. Europ. Broadcasting Union Rev. Part A, 73. 102— 108.
MALLOCK. A (1908): Note on the sensibility of the ear to the direction ol
explosive sounds. Proc. Roy. Soc. Med. 80, 1 lOff.
MATSUMOTO, M. (1897): Research on acoustic space. Yale Psychol. Lab.
Studies 5, 1—75.
207
MATZKER, J. (1958): Versuch einer Erkfiirung das Richlungshorens auf
Grund feinster Zeltunlerschiedsreglstrlerungen. Acta oto-laryngol. 49, 483—494.
MAXFIELD, J. P. (1933); Some physical faclors affecting the illusion In
sound molion pictures. J. acoust. Soc Amer. 4, 69—80.
MELLERT, V. (1972): Construction of a dummy head after new measure­
ments of threshold of hearing. J. acoust. Soc. Amer. 51, 1359—1361.
MERTENS, H. (1960): An energy theory of directional hearing and It’s ap­
plication in stereophony. Europ. Broadcasting Union Rev. p a rt A 5fl, 22—33.
MERTENS, [I. (1965): Directional hearing in stereophony theory and expe­
rimental verification. Europ. Broadcasting Union Rev. Pari A 92, 1— 14.
METZ, O. (1946): The acoustic Impedance measured on normal and patho­
logical cars. Acta oto-iaryngol. Suppl. No. 63.
METZ, O. (1951): Studies on the contraction of the tympanic muscles as
Indicated by changes in the impedance of the ear. Acta olo-faryngol- 27,
399_405.
MEURMANN, Y., MEURMANN, О. H- (1954): Do the semicircular canals
play a part In directional hearing? Acta oto-laryngol. 44, 542—555.
MEYER, E (1925): Cber das stereoakustische Horen. Elektrotechn. Z. 46,
805—807.
MEYER, E., SCHODDER, G- R- (1952): Dber den EinfluB von Schallrfickwfirlen auf Richtungslokalisation und LautstSrke hel Sprache. Nachr. Akad.
Wiss. in Gottingen, Math. Phys. Klasse lie. Vandenhoeck und Rupprechl, Got­
tingen, H. 6 , 31—42.
MEYER, E., THIELE, R. (1956): Raumakusllsche Untersuchungen In zahlrelchen Konzerlsalen und Rundlunksludios unter Anwendung neuerer MeBverlahrcn. Acustica 8 , 425—444.
MEYER, E., KUTTRUFF, H. ((964): Zur Raumakustik einer groBen Festfiflllc Acuslica 14 130 147
MEYER, E., BURGTORF, W.. DAMASKE, P. (1965): Eine Apparatur zur
efektroakustischen, Nachbildung von Schalifeldcrn. Subjektive Horwirkungen
belm Dbergang K oharenz— lnkoharenz. Acustica 15, 339—344.
MEYER, E., NEUMANN, E. G. (1967); Physlkallsche und technische Akustik. F. Vieweg & Sohn. Braunschweig
MEYER zum GOTTESBERGE, A. (1940): Physldogisch-anatomische Elemenle der Schallrichtungsbeslimmung. Arch. Ohren-Nasen-Kehlkopfheilk. 147,
219—249
MEYER zum GOTTESBERGE, A. (1968): Elne funklionelle Sludie fiber die
Pneum alisation des Schlafenbeins. Acta oto-laiyngol. 65, 216—223.
MILLS, A- W. (1958): On the minimum audible angle J. acousl Soc. Amer.
30, 237—246.
MILLS, A. W. (I960): Lateralization of high-frequency tones. J. acoust. Soc.
Amer. 32, 132—134.
* MILLS, W. A. (1972): Auditory localization In: TOBIAS, J. V. (H rsg.):
Foundations of modern auditory theory, В J- 2. Academic Press, New York,
301—345.
M1ZUNO, 1. (1960): Experimentelle Studien zur Schallokalisation. Oto-Rhino-Laryngol. Clin. (Kyoto), ref. Zbl. Hals-Nasen-Ohrenheilk. 69, 234.
MOHRMANN, K- (1939): Lautheitskonstanz im Enlfernungswechsel. Z. Psychoi. 145, 145—199.
MULLF.R. A- R- (1959): An apparalus for m easuring acoustic impedance of
the ear. 3rd Int. Congr. on Acoustics, S tutlgarl, Vol. 1, 29—33.
MULLER, A R. (1960): Improved technique for detailed measurements of
the middle ear impedance. J. acoust. Soc. Amer. 32, 250
MOLLER, A. R. (1962): Acoustic reflex in man. J. acoust Soc. Amer. 34,
1524 1534.
MORICKE, К- B., MERGENTHALER, W. (1959): Bioiogie des Menschen.
Quelle und Meyer, Heidelberg.
MORSE, Ph M. (1948): Vibration and sound. McGraw-Hill Book Co., New
York.
MORTON, J. Y, JONES, R. A. (1956): The acoustical impedance presented
208
by some human ears to hearing aid earphones of the insert type. Acustica 6 ,
339—345.
MOUSHEG1AN, G., JEFFRESS, L. A (1959): ROle of lnteraural time and
intensity differences in Ihe lateralizalion of low-frequency tones. J. acoust. Soc.
Amer. 31, 1441—1445.
MCLLER. S. (1970): Die Wirkung des akusllschen Reflexes bel lmpulsbclastung. Acusllca 23, 223—229.
MUNCEY. R. W., NICKSON, A. F. B., DUBOUT, P. (1963): The acceptabi­
lity of speech and music with a single artificial echo. Acuslica 3, 166—173.
MDNSTERBERG, H. (1889): Raumslnn des Ohres. Boitr. exper. Psychol. 2 .
182 (zlliert nach BLOCH, E-. 1893).
MONSTERBERG, H-, PIERCE, A. H. (1894): The localization оГ sound.
Psychol. Rev. 1, 461—476.
MYERS, C. S (1914): The Influence of timbre and loudness on the localizalion of sounds. Proc. Roy. Soc. В 8 8 , 267—284
NIESE, H (1966/57): Untersuchungen Гиг die Richtcharakteristik des Aulnahmemikrophons bei raumakustischen Impulsmessungen. Hochfrequenzlechn. u.
Elektroakustlk 65, 192—200.
* NORDLUND, B. (1962): Physical lactors in angular localization. Acta
olo-laryngol. 54, 76—93.
NORDLUND, B., LIDEN, G. (1963): An aillficial head. A d a oto-faryngr,l.
56. 493—499.
NORMAN. D. A., PHELPS. R.. WH1GHTMAN. F. (1972): Some observa­
tions on underwater hearing. J. acousl Soc. Amer. 50,544—548.
NOR DM ARK. J. O. (1963): Some analogies between pitch and lateralization
phenomena. J- acoust Soc. Amer. 35, 1544—1547.
NORDMARK, J. O. (1970): Time and frequency analysis. In: TOBIAS, J. V.
(H rsg.): Foundations of modern auditory theory, Bd. 1. Academic Press, New
York, 55—84.
NYQU1ST, H„ BRAND, S. (1930): Measurement of phase distortion. Bell
Syst. lechn. J. 7, 522—549.
OLSON, H. F. (1959): Stereophonic sound reproduction. 3rd lnl. Congr. on
Acoustics, Stutlgarl, Vol. I, 791—795.
ONCHI. Y. (1949): A study of the mechanism of the middle ear. J. acoust.
Soc Amer. 21, 404 —410.
ONCHI. Y. (1961): Mechanism of the middle ear. J. acoust. Soc. Amer. 33,
7 9 4 805.
ORTME^ER, W. (1966a): Uber die Lokalisierung von Schallquellen bel
Zweikanalslereophonie. Hochfrequenztechn u. Eleklroaxustfk 75, 77—87.
ORTMEYER, W. (1966b): Schalirelduntcrsuchungen bei Zwejkanalstereophonie. Hochfrequenztechn. u. Elektroakustik 75, 137—145.
OSMAN, E. (1971): A correlation model of binaural masking level diffe­
rences. J. acoust. Soc. Amer. 50, 1494—1511PARKER. D. E., von GIERKE, H. E.. RESCHKE, M. F. (1958): Studies оГ
acouslical stimulation of the vestibular system. Aerospace Med. 39, 1321—1325.
PARKER, D. E., von GIERKE, H. E. (1970): Vestibular nerve response to
iressure changes in the external auditory meatus of the guinea pig. Acta otoaryngol 71, 456—461.
PATTERSON, J. H„ GREEN, D. M. (1970): Discrimination of transient sig­
nals having identical energy spectra. J. acousl. Soc. Amer. 48, 894—905.
PATTERSON, J. H. (1971): M asking оГ tones by transient signals having
identical energy spectra. J. acoust. Soc. Amer. 50, 1126— 1130.
PAULSEN, J.. EW ERTSEN.H. W. (1966): Audio-visual-reflex A da Otola­
ryngol. Suppl. 224, 217—22i.
PEREKALIN, W. E. (1930): Cber akuslische Orlentierung Z. Hals-NasenOhren-Heilk. 25, 443—461.
PERROTT, D. R., ELFNER, L. F. (1968): Monaural localization. J. Auditory
Res. R 185—193.
PERROTT, D. R. (1969): Rfiie of signal onset in sound localization. J- acoust.
Soc. Amer. 45, 436—445.
f
14-810
209
PERROTT, D. R., NELSON, M. A. (1969) (1970): Limits for the deteclion
of binaural beats. J. acousL Soc. Amer. 46, (477—1481 und 47, 663—664.
PERROTT, D. R., BRfGGS, R-, PERROTT. S. (1970): Binaural fusion: Its
limits as defined by signal durallon and signal onset. J. acoust. Soc. Amer. 47,
565—568.
PETERSON, J. (1016): The nature and probable origin оГ binaural beats
Psychol. Rev. 23, 333—351.
PETRI, J. (1932): Dber Aufbau und Leistung der О hr mu seta I. Z. Hals-Nasen-Ohren-Heilk. 30, 605—608.
F
PETZOLD, F. (1927): Elementare Raumakustik. Bauwelt-Veflag, Berlin.
PICKETT, J. M. (1959): Backward masking. J. acoust. Soc. Amer. 31,
1613—1615.
* PIERCE, A- H. (1901): Studies tn auditory and visual space perception:
1. The localizaiion of sound. Longmans & Green, New York.
PINHE1RO, M. L., TOBIN, H. (1969): Interaurai Intensity difference for
inlercranial lateralization* J. acoust. Soc. Amer. 46, 1482— 1487.
PLATH, P. (1969): Das Hororgan und seine FunkUon; Einfflhrung in die
Audlomelrie. C. Marhold Verlag, Berlin.
PLATH, P.. BLAUERT, J., KLEPPER. G- (1970): Untersuchungen fiber die
Traghelt des Rlchtungshorens bei Gesunden und Patlenten. Arch. klin. u. exp.
Ohren-Nasen-Kehlkopfheilk. t« 6 , 212—215.
PLENGE, G. (1971): Uber die Horbarkeit kleiner Anderungen der Impulsanlw ort elnes Raumes. Acustica 25, 315—325.
PLENGE, G. (1971): Ein Beitrag zur Erklarung der Im-Kopf-Lokalisation.
Gemeinschaftstagung ffir Akustlk una Schwingungstechnlk, Berlin, 1970, 411—
416, VDI-Veriag, Dfissefdorf.
PLENGE, G., BRUNSCHEN, G. (1971): Signalkenntnis und Richtungsbestimmung In der Medianebene bei Sprache. 7th Int. Congr. on Acoustics. Budapest.
19 H 10.
• PLENGE, G. (1972): Uber das Problem der Im-Kopf-Lbkalisatlon. Acuslica 26. 241—252.
POLITZER, A. (1876): Studlen fiber die Paracusis loci. Arch. Ohren-NasenKehlkopfheilk. II, 231—236.
POLLACK. I. (1948): Monaural and binaural threshold sensitivity Гог tones
and white noise. J. acoust. Soc. Amer. 20, 62—57.
POLLACK, I., PICKETT, J. M. (1958): Stereophonic listening and speech
inleflegibility againsl voice babble. J. acoust. Soc. Amer. 30, 131—133.
POLLACK, I., TR1TTPOE, W. (1959): Interaural noise correlations: exami­
nation of variables J. acousl. Soc. Amer. 31, 16 16 — 1618.
POLLACK, 1- (1971): Interaural correlation deteclion of auditory pulse
trains. J. acoust. Soc. Amer. 4fl, 1213—1216.
PRATT, С. C. (1930): The spatial character of high and low tones. J. exper.
Psychol. 13, 278—285.
•PREIB1SCH-EFFENBERGER. R- (1966a): Die Schallokalisatlonsrahigkeit
des Menschen und ihre audiometrische Verwendung zur klinischen Disgnoslik.
Habflitationsschrift, Techn. UniversilSt Dresden.
PRE1BISCH-EFFENBERGER, R. (1966b): Zur Methodtk der Rlchtungsaudiomelrie: Prfifung der SchallokalisationsfShigkelt durch eleklroakustiscbe Verzogerungskelte Oder Messungen Im frelen Schallfeld? Arch. klin. u. exp. OhrenNasen-Kchlkopfheilk. 187, 588—592.
PREYER, W. (1887): Die Wahrnehmung der Schallrlchtung mittels der Bogengange. Pflfigers Arch. 40, 586—619.
PURKYNE (1859): Zumeist zitiert nach elnem Referat von Eiselt in der Vfcrteljahresschrifl Гйг praklische Hellkunde Med. Fak., P rag 17 (1860),
RAAB, D. H. (1961): Forward and backward masking between acoustic
dicks. J. aco u st Soc. Amer. 33. 137—139.
RAB1NER, L. R , LAURENCE. C. L., DURLACH, N. 1. (1966): Further re­
sults on binaural unmasking and the EC-Model. J. acoust Soc. Amer. 40, 62—70.
RAUCH, M. (1922): Uber die Lokalisation von Tonen und ihre Beeinflussung durch Reizung der Vestibularis. Monalsschr. Ohrenhcilk. 56. 176—162.
210
LORD RAYLEIGH (1877): Acoustical observations. Phil. Mag. 3, 6 th Series,
LORD RAYLEIGH (1904): On the acoustic shadow of a sphere, Pliil. Trans­
act. Roy. Soc., London 203 A, 87—99, auch: The Iheory оГ sound. McMillan,
London 1929.
LORD RAYLEIGH (1907): On our perception of sound direction. Phil. Mag.
13, 6 th Series 214—232.
RE ICHAR DT. W., SCHMIDT, W. (1966): Die horharen Stufen des Raumelndrucks bei Musik. Acustica 17, 175—179.
RE1CHARDT, W. (1968): Grundlagen der technischen Akustik. Akademlsche
Verlagsgosellschait, Leipzig.
REICHARDT, W.. HAUSTEIN, B.-G. (1968): Zur Ursache des Eflektes der
„lm -КорГ-Lokalisation". Hochfrequenztechn. u. Elektroakustik 77, 183—189.
RESCHKE. M. F.. PARKER, D. E., von GIERKE. М. E. (1970): Stimulation
of the w stibular apparatus In the Guinea ptg by stalic pressure changes