Кодзасов, Кривнова - Общая фонетика

4.2. Прием и первичный слуховой анализ речевого сигнала...

лее важном для речи (500-5 ООО Гц; 40-90 дБ), влияние час­ тоты на оценку громкости не очень велико. Поэтому в рече­ вых исследованиях можно игнорировать зависимость громко­ сти от частоты и пользоваться шкалой децибелов.

Однако даже для звуков одной частоты нет прямого со­ ответствия между интенсивностью звука и громкостью. На­ пример, если увеличить интенсивность тона с частотой 1 Гц на 10 дБ, т. е. в 10 раз, то его субъективная гром­ кость возрастет только в два раза. Чтобы учесть эту особен­ ность восприятия, была введена особая единица измерения громкости — сон. 1 сон — это громкость тона, соответству­ ющая частоте 1 000 Гц и интенсивности 40 дБ. Для получе­ ния оценки громкости на других частотах можно воспользо­ ваться контурами равных громкостей. На рис. все тоны контура, помеченного цифрой 40, имеют громкость, равную

1 сону. Относительно этого контура при каждом увеличении интенсивности на 10 дБ число сонов удваивается, а при со­ ответствующем уменьшении интенсивности уменьшается вдвое.

В сонах выражают громкость чистых тонов. Громкость сложных звуков, которых в природе гораздо больше и к ко­ торым относятся все речевые звуки, определяют путем срав­ нения со стандартным тоном в 1 000 Гц, интенсивность ко­ торого может регулироваться. Величина в сонах, при кото­ рых стандартный тон кажется таким же громким, как и сложный звук, дает оценку громкости сложного звука. Уров­ ни громкости в сонах для некоторых типичных звуков пока­ заны на рис. 4.12. На рисунке видно, что речевые звуки за­ нимают на шкале громкости небольшую область от 1 до 30 сонов.

Слышимость и оценка громкости зависят не только от частоты и интенсивности звука, но и от аналогичных свойств других звуков, действующих на ухо одновременно. При определенных соотношениях частоты и интенсивности один звук может "маскировать" другой, т. е. затруднять его восприятие. Так, маскирующий звук средней интенсивности оказывает относительно небольшое влияние на восприятие звуков, частота которых ниже его собственной, однако силь­ но влияет на слышимость более высоких звуков. Например, в присутствии маскирующего тона частотой 1 200 Гц и ин­ тенсивностью 60 дБ порог слышимости тона с частотой 2 000 Гц возрастает на 30 дБ по сравнению с порогом слы-

221

Глава 4. Восприятие речи

лосы одновременно звучащего шума увеличивается до 400 Гц. Дальнейшее увеличение полосы шума не влияет на порог слышимости тона. Ширина частотной полосы шума, при которой наступает стабилизация порога слышимости тона, и была названа критической полосой слуха для часто­ ты, равной частоте тона. Дальнейшие психоакустические ис­ следования показали, что критические полосы отражают ча­ стотную избирательность слуха, т. е. соотносятся с полосами пропускания слуховых фильтров. Ширина критической по­ лосы (в Гц) возрастает с увеличением ее средней частоты (рис. 4.14) и соответствует приблизительно 100 мелам. За­ метьте, что на частоте 1 000 Гц критическая полоса равна 200 Гц, а на частоте 000 Гц - 1 000 Гц. Это означает, что способность слуха разделять частотные составляющие слож­ ного сигнала падает с увеличением частоты.

В наряду со шкалой для измере­ ния субъективной высоты тона часто используют шкалу Барков, единица которой равна критической полосе слуха. Эта шкала применяется при построении слуховых спектров речевых звуков и кохлеаграмм. Связь между частотой звука

(в Гц) и его высотой в Барках	иллюстрируется графи­
ком на рис. 4.15.

Шкала Барков обозначается латинской буквой Z от фамилии исследователя (Zwicker), который много занимался изучением критических полос слуха [Цвикер, Фельдкеллер 1971].

224

Глава 4. Восприятие речи

лиза. В высших отделах слуховой системы были обнаруже­ ны специализированные нейроны, избирательно реагирую­ щие на некоторые особенности звуковых сигналов. Их на­ звали детекторами (обнаружителями) определенных акусти­ ческих свойств, или признаков, слуховых спектрограмм. Толчком к активному исследованию признаковых детекто­ ров послужили данные акустической фонетики. Опыт ана­ лиза динамических спектрограмм речи показал, что речевые сигналы обладают специфическими и быстро меняющими­ ся акустическими характеристиками, которые закономер­ ным образом связаны со слоговой организацией речи (чере­ дованием согласных и гласных), лингвистическими призна­ ками фонем и динамикой артикуляции. Еще одним стиму­ лом для поиска детекторов акустических признаков были результаты исследований в области зрительного воспри­ ятия. В течение годов нейрофизиологи не только обнаружили, но и описали основные виды нейронов-дете­ кторов в зрительных центрах животных и человека [Линдсей, Норман 1974]. Вопрос о том, есть ли общие черты в обработке информации различными сенсорными система­ ми, всегда представлял большой интерес для физиологии нервной деятельности.

4.3.1. Выделение акустико-слуховых признаков звукового сигнала

Центральный отдел слуховой системы имеет сложное нейроанатомическое строение. Образующие его нейроны организованы в несколько уровней, постепенно приближаю­ щихся к слуховой коре мозга, которая является конечной точкой так называемого классического слухового пути. Связь между уровнями в основном последовательная: нейро­ ны данного уровня, получая информацию от предыдущего, передают ее после определенных преобразований следующе­ му уровню. На всем пути сохраняются узкая настройка нерв­ ных клеток на определенные частоты, свойственная нейро­ нам слухового нерва, и связь этих частот с пространствен­ ным расположением нейронов и их группировок в пределах своего уровня. Это значит, что каждая группа нейронов об­ рабатывает информацию в ограниченной частотной полосе, а анализ спектральной информации на всем пути ее прохо­ ждения к мозгу происходит в отдельных "сквозных"

226

Глава 4. Восприятие речи

гласных. Экспериментально показано, что в отклике тониче­ ских нейронов подчеркиваются такие особенности слухово­ го спектра, как наличие и степень выраженности спектраль­ ного максимума в анализируемой полосе частот. Кроме то­ го, при изучении отклика на стационарные гласные на низ­ ших уровнях слухового пути обнаружены нейроны, которые очень точно реагируют на периодичность гласного: их им­ пульсные реакции имеют фазовую привязку к каждому пе­ риоду основного тона 1999]. Предполагается, что реакция этих элементов играет важную роль в передаче те­ кущей информации о высоте голоса.

Вопрос о взаимодействии фазических и тонических нервных элементов при обработке быстро меняющегося зву­ кового потока, подобного речи, остается открытым. В рабо­ те [Чистович и др. 1976] была выдвинута гипотеза, согласно которой сигналы фазических нейронов, возникающие в мо­ менты обнаружения акустических событий, играют роль им­ пульсов опроса, позволяющих считывать во временной ок­ рестности обнаруженного акустического события информа­ цию о текущем слуховом спектре звука, которая содержится в отклике тонических нейронов. За время, прошедшее с мо­ мента публикации указанной работы, эта гипотеза получила подтверждение в целом ряде экспериментальных исследова­ ний, однако, по свидетельству самих экспериментаторов, до полного понимания механизмов локального слухового ана­ лиза еще далеко.

Не менее сложным является и вопрос об объединении акустических событий и особенностей спектральной огиба­ ющей, обнаруженных в отдельных частотных полосах. Спе­ циалисты полагают, что отклики однотипных нейронов-де­ текторов, работающих в разных частотных полосах, какимто образом объединяются по диапазонам (группам частот­ ных каналов) и по оси времени. На основе такого объедине­ ния формируются полные акустические события, например, начало или конец звука, начало или конец высокочастотной или низкочастотной полосы шума, частотно-временные ко­ ординаты нисходящего или восходящего формантного пере­ ходов, наличие двухвершинной (двухформантной) или одно­ вершинной (одноформантной) конфигурации спектральной огибающей и т. д.

В последнее время заметно активизировались нейро­ физиологические исследования на речевом Экс-

228

Глава 4. Восприятие речи

4.4. Фонетически полезные признаки речевого сигнала

В предыдущем разделе мы говорили о том, что слухо­ вая система выделяет в речевом сигнале акустические при­ знаки, которые образуют базу для лингвистической интер­ претации речевого сообщения. Одни авторы называют такие признаки полезными, другие — акустическими (слуховыми) ключами к звуковому распознаванию речи. Умение человека использовать различные акустические ключи при восприятии речи на родном языке рассматрива­ ется как проявление фонологического слуха [Бондарко 1981].

В перцептивной фонетике поиски акустических клю­ чей к распознаванию звуковых единиц языка начались го­ раздо раньше, чем эксперименты физиологов слуха и психо­ акустиков на речевом материале. Первые исследования, в которых изучались перцептивные и лингвистические реак­ ции людей на те или иные изменения в акустических харак-

230