Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Различение человеком движения звукового образа в вертикальной плоскости

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Агаева, Мария Юрьевна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Разрешающая способность при локализации неподвижного источника звука в вертикальной плоскости.

1.2. Характеристики, обеспечивающие локализацию источника звука в вертикальной плоскости.

1.2.1. Монауральное и бинауральное прослушивание сигнала.

1.2.2. Влияние спектрального состава звукового сигнала.

1.2.3. Роль ушной раковины в изменении спектрального состава сигнала.

1.3. Методы изучения движущегося источника звука.

1.4 Локализация движущегося источника звука в вертикальной плоскости.

Глава 2. Методика.

2.1. Первый-блок экспериментов.

2.1.1 Звуковая стимуляция первого блока экспериментов.

2.1.2.Процедура первого-блока экспериментов.

2.2. Второй- блок экспериментов.

2.2.1. Звуковая стимуляция второго блока экспериментов.

2.2.2. Процедура второго блока экспериментов.

2.3 Статистическая обработка данных.

Глава 3. Результаты.

3.1 Дифференциальная чувствительность к скорости при движении звукового образа в противоположных направлениях.

3.1.1. Дифференциальные пороги по скорости при движении звукового образа в вентро-дорзальном направлении.

3.1.2. Дифференциальные пороги по скорости при движении звукового образа в дорзо-вентральном направлении.

3.1.3. Сравнение дифференциальных порогов по скорости при движении в противоположных направлениях.

3.2. Дифференциальная чувствительность к различению периода следования шумовых посылок звукового сигнала.

3.3. Влияние спектрального состава звукового сигнала на дифференциальную чувствительность к скорости движущегося звукового образа.

3.4. Дифференциальная чувствительность к длительности звукового стимула.

Глава 4. Обсуждение.

4.1 Различение движения ритмического сигнала.

4.2 Дифференциальные пороги при движении в противоположных направлениях.

4.3. Влияние спектрального состава на дифференциальную чувствительность к скорости движения.

4.4. Сопоставление дифференциальных порогов, полученных при движении звукового образа в разных плоскостях акустического пространства.

4.5. Возможные механизмы восприятия скорости движения источника звука.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Различение человеком движения звукового образа в вертикальной плоскости"

Актуальность темы: Исследование характеристик восприятия движущегося источника звука является важным направлением современной психоакустики. В условиях естественной жизнедеятельности организма оценка пространственного положения звукового стимула происходит одновременно по трем координатам пространства: в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по степени удаления от источника звука. При аналитическом исследовании особенностей восприятия положения источника звука локализация изучается обычно по каждой из трех координат отдельно.

К настоящему времени локализация источника звука в вертикальной плоскости исследована недостаточно полно. Накоплен материал о локализации неподвижного источника звука. Наибольшее количество работ посвящено изучению физических характеристик, позволяющих локализовать звуковой стимул по вертикали. Установлено, что существенными признаками, обеспечивающими локализацию в вертикальной плоскости, являются преобразования в спектре сигнала за счет фильтрирующего действия ушной раковины. Известно также, что сигналы, содержащие высокочастотные компоненты, локализуются с большей точностью, чем сигналы, содержащие низкие частоты.

Важнейшей характеристикой пространственного слуха является локализация движущегося источника звука. К настоящему времени, всего в двух работах исследовалась локализация движущегося источника звука в вертикальной плоскости. В этих работах была определена угловая разрешающая способность восприятия движения. Дифференциальная чувствительность к скорости, которая является количественной оценкой способности различения динамических параметров движущегося источника звука в вертикальной плоскости не изучалась. Между тем, исследование этого вопроса имеет большое значение для понимания механизмов восприятия движения источника звука. В связи с актуальностью задачи настоящее исследование посвящено изучению характеристик дифференциальной чувствительности слуховой системы к скорости движущегося звукового образа в вертикальной плоскости.

Цели и задачи исследования: Целью настоящей работы явилось психофизическое исследование способности слушателя различать скорость движения звукового образа в вертикальной плоскости. Были поставлены следующие задачи:

Исследовать дифференциальную чувствительность к скорости движения звукового образа в вертикальной плоскости. исследовать влияние направления движения звукового образа в вертикальной плоскости на различение скорости движения звукового стимула исследовать влияние спектрального состава сигнала на дифференциальную чувствительность к скорости движения звукового образа в вертикальной плоскости сравнить дифференциальную чувствительность к скорости движения звукового образа при движении его в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Научная новизна: На основе проведенной работы впервые были измерены дифференциальные пороги по скорости движущегося звукового образа в вертикальной плоскости. Было установлено, что дифференциальная 6 чувствительность к скорости при движении звукового образа в вертикальной плоскости уменьшается с увеличением скорости движения и зависит от спектра звукового сигнала. Впервые было показано, что направление движения не влияет на величину дифференциальных порогов по скорости при движении звукового образа в вертикальной плоскости.

Теоретическое и практическое значение работы: Полученные данные представляются важными для понимания механизмов лежащих в основе процесса локализации движущегося источника звука в трехмерном пространстве, и могут быть использованы для формирования ощущения движения звукового образа по вертикали при создании акустической виртуальной реальности. Полученные данные также могут представлять ценность для создания акустической вертикали при ориентировке в пространстве в условиях невесомости.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Агаева, Мария Юрьевна

Выводы

Исследование дифференциальной способности человека к различению угловой скорости движения звукового образа в вертикальной плоскости позволяет сделать следующие выводы:

1. При исследовании способности к различению скорости движения звукового образа в вертикальной плоскости было получено, что дифференциальная чувствительность уменьшается с увеличением скорости движения, т. е значение абсолютных дифференциальных порогов при этом, возрастает.

2. Направление движения звукового образа в медиальной вертикальной плоскости (вентро-дорзальное и дорзо-вентральное) не оказывает влияния на дифференциальную чувствительность к скорости.

3. Исследование влияния спектрального состава сигнала на дифференциальную чувствительность к различению скорости движущегося звукового образа в вертикальной плоскости показало, что разрешающая способность увеличивается при использовании звукового сигнала, содержащего высокочастотные компоненты (4 - 12,5 кГц) по сравнению с низкочастотным сигналом (0,25-4 кГц).

4. При исследовании способности к различению скорости движения звукового образа в вертикальной плоскости было отмечено сходство в изменении дифференциальных порогов от изменения скорости движения звукового образа при движении в горизонтальной плоскости, и при приближении и удалении источника звука. Несмотря на то, что локализация движущегося источника звука в вертикальной и горизонтальной плоскости осуществляется с помощью различных

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Агаева, Мария Юрьевна, Санкт-Петербург

1. Альтман Я. А. Локализация звука // Л., 1972, 214 с.

2. Альтман Я. А. Локализация движущегося источника звука //Л., 1983, 176 с.

3. Альтман Я. А., Белов И. М., Вайтулевич С. Ф., Мальцева Н. В. Характеристика слуховых вызванных потенциалов человека при латерализации движущегося звукового образа // Журн. Высшей нервной деятельности, 1982, Т. 32, № 3, С. 472-479.

4. Альтман Я. А., Бехтерев Н. Н., Котеленко Л. М., Кудрявцева И. Н. Реакции нейронов внутреннего коленчатого тела кошки на скорость имитируемого источника звука// Физиологический журнал СССР, 1981а, Т. 67, № 5, С. 665-671.

5. Альтман Я. А., Бехтерев Н. Н., Котеленко Л. М., Кудрявцева И. Н. Избирательность следовых реакций нейронов внутреннего коленчатого тела кошки // Физиологический журнал СССР, 19816, Т. 67, № 6, С 835843.

6. Альтман Я. А., Вайтулевич С. Ф. Слуховые вызванные потенциалы человека и локализация источника звука // С.-Петербург, Наука, 1992,136 с.

7. Альтман Я. А., Дубровский Н. А. Пространственный слух. В кн. Физиология сенсорных систем, ч. II // Л. 1968, С. 398-426.

8. Альтман Я. А., Маркович А. М. О нейронах детекторах движения источника звука//Биофизика, 1968, Т. 13, вып. 3, С. 533-535.

9. Андреева И. Г. , Альтман Я. А. О восприятии человеком скорости приближения и удаления звукового образа, движущегося под разными азимутальными углами // Сенсорные системы, 2001, Т. 15, № 4, С. 295-300.

10. Ю.Бардин К. В. Проблема порогов чувствительности и психофизические методы // М., «Наука», 1976, 395 с.

11. П.Блауэрт И. Пространственный слух.// М., «Энергия», 1979, 222 с.

12. Вайтулевич С. Ф., Пак С. П. Длиннолатентные слуховые вызванные потенциалы человека при движении звукового образа // Журн. Эволюц. биох. и физиол., 1985, Т. 21, № 2, С. 498-503.

13. Вартанян И. А. Слуховой анализ сложных звуков.// Л., «Наука», 1978, 152 с.

14. Вартанян И. А., Андреева И. Г., Мазинг А. Ю., Маркович А. М. Оценка восприятия человеком скорости и ускорения приближения и удаления источника звука // Физиология человека, 1999, Т. 25, № 6, С. 38-47.

15. Висков О. В. Закономерности формирования восприятия движения субъективного звукового образа // Физиология человека, 1975, Т. 1, № 2, С. 371-377.

16. Кожевникова Е. В. Восприятие человеком сигналов, моделирующих приближение и удаление источника звука // Автореф. канд. дис., Л., 1987.

17. Радионова Е. А. Анализ звуковых сигналов в слуховой системе. Нейрофизиологические механизмы. // Л., «Наука», 1987, 272 с.

18. Abel S. М. Discrimination of temporal gaps // J. Acoust. Soc. Amer., 1972, V. 52, №.2 (2), P. 519-524.

19. Ahissar M., Ahissar E., Bergman H., Vaadia E. Encoding of sound source location and movement: activity of single neurons and interactions between adjacent neurons in the monkey auditory cortex // J. Neurophysiology, 1992,1. V. 67, № i,p. 203-215.

20. Algazi W. R., Avendano C., Duda R. O. Elevation localization and head-related transfer function analysis at low frequencies. // J. Acoust. Soc. Amer., 2001,1. V. 109, №3, P. 1110-1122

21. Altman J. A. Are there neurons detecting direction of sound source motion? //Exp. Neurol, 1968, V. 22, № 1, P. 13-25.

22. Altman J. A., Viskov О. V. Discrimination of perceived movement velocity for fused Auditory image in dichotic stimulation // J. Acoust. Soc. Amer., 1977,1. V. 61, №3, P. 816-819.

23. Altman J. A., Syka J., Shmigidina G. H. Neuronal activity in the medial geniculate body of the cat during monaural and binaural stimulation // Exp. Brain Res., 1970, V. 10, № 1, P. 81-93

24. Asano F., Suzuki Y., Sone T. Role of spectral cues in median plane localization //J.AcoustSoc.Amer., 1990, V. 88, № 1,P. 159-168.

25. Batteau D.W. The role of the pinna in human localization // Proc.R.Soc. L., Ser. B. London, 1967, V. 168, № 1011, P. 158-180.

26. Blauert J. Sound localization in the median plane // Acustica, 1969/1970, V. 22, P. 205-213.

27. Bloom P. J. Determination of monaural sensitivity changes due to the pinna by use of minimum audible- field measurements in the lateral vertical plane.// J. Acoust. Soc. Amer., 1977, V. 61, № 3, P. 820-828.

28. Bothe S. J. Elfner L. F. Monaural vs binaural auditory localization for noise bursts in the median vertical plane //J. Aud. Res, 1972, V. 12, № 4, P. 291-296.

29. Burlingame J. A., Butler R. A. The effects of attenuation of frequency segments on binaural localization of sound // Percept Psycophys., 1998, V. 60, № 8,1. P. 1374-1383.

30. Butler R. A. The bandwidth effect on monaural and binaural localization // Hear. Res., 1986, V. 21, № 1, P. 67-73.

31. Butler R. A., Belendiuk K. Spectral cues utilized in the localization of sound in the median sagittal plane // J. Acoust. Soc. Amer., 1977, V. 61, № 5,1. P. 1264-1269.

32. Butler R. A., Humanski R. A. Localization of sound in the vertical plane with and without high frequency spectral cues // Percept. Psychophys., 1992,1. V. 51, №2, P. 182-186.

33. Butler R. A., Humanski R. A., Musicant A. D. Binaural and monaural localization of sound in two dimensional space// Perception 1990, V. 19, №2, P. 241-256.

34. Butler R. A., Planert N. The influence of stimulus bandwidth on localization of sound in space // Percept. Psychophys., 1976, V. 19, № 1, P. 103-108.

35. Chandler D. W., Grantham D. W. Minimum audible movement angle in the horizontal plane as a function of stimulus frequency and bandwidth, source azimuth, and velocity // J. Acoust. Soc. Amer., 1992, V. 91, № 3, P. 1624-1636.

36. Coleman P. D. An analysis of cues to auditory depth perception in free space // Psychol. Bull., 1963, V. 60, № 3, P. 302-315.

37. Creelman C. D. Human discrimination of auditory duration // J. Acoust. Soc. Amer., 1962, V. 34, № 5, P. 582-593.

38. Damaske P., Wegener B. Richtungshorversuche uber einen nahgebildeten Kopf // Acustica, 1969, V. 21, P. 30-35.

39. Feddersen W. E., Sandel Т. Т., Teas D. C, Jeffress L. A. Localization of high -frequency tones // J. Acoust. Soc. Amer., 1957, V. 29, № 9, P. 988-991.

40. Freedman S., Fisher G. Role of the pinna in auditory localization // J Aud. Res,. 1968, V. 8, № 1,P. 15-26.

41. Gardner M. B. Some monaural and binaural facets of median plane localization // J. Acoust. Soc. Amer., 1973, V. 54, № 6, P. 1489-1495.

42. Gardner M. В., Gardner R. S. Problem of localization in the median plane: effect of pinnae cavity occlusion // J. Acoust. Soc. Amer., 1973, V. 53, № 2,1. P. 400-408.

43. Grantham D. W. Detection and discrimination of simulated motion of auditory targets in the horizontal plane// J. Acoust. Soc. Amer., 1986, V. 79, № 6,1. P. 1939- 1949.

44. Grantham D. W. Spatial hearing and related phenomena // Hearing., 1995, Ac.Press, P. 297-345.

45. Grantham D. W. Auditory motion perception: snapshots revisited // Binaural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments Ed: Gilkey R. H., Anderson T. R. 1997 Mahwah, New Jersey, P. 295-314.

46. Hebrank J., Wright D. Are two ears necessaiy for localization of sound sources on the median plane? // J. Acoust. Soc. Amer. 1974b, V. 56, № 3,1. P. 935-938

47. Hebrank J., Wright D. Spectral cues used in the localization of sound sources on the median plane //J. Acoust. Soc. Amer., 1974a, V. 56, № 6, P. 1829-1834.

48. Hiranaka Y., Yamasaki H. Envelope representations of pinna impulse responses relating to three-dimensional localization of sound sources. // J. Acoust. Soc. Amer., 1983, V. 73, № 1, P. 291-296.

49. Humanski R. A., Butler R. A. The contribution of the near far ear toward localization of sound in the sagittal plane // J. Acoust. Soc. Amer., 1988, V. 83, №6, P. 2300-2310.

50. Ivarsson C., Ribaupierre Y., Ribaupierre F. Functional ear asymmetry in vertical localization // Hear. Res., 1980, V. 3, № 3, P. 241-247.

51. Levitt H. Transformed up-down methods in psychoacoustics // J. Acoust. Soc. Amer., 1971, V. 730, № 1, P. 467-477.

52. Litovsky R. Y., Macmillan N. A. Sound localization precision under condition of the precedence effect: Effects of azimuth and standard stimulus // J. Acoust. Soc. Amer., 1994, V. 96, № 3, P. 752-758.

53. Middlebrooks J. C. Narrow-band sound localization related to external ear acoustics // J. Acoust. Soc. Amer., 1992, V. 92, № 5, P. 2607-2624.

54. Middlebrooks J. C., Green D. M. Sound localization by human listeners // Ann. Rev. Psychol., 1991, V. 42, P. 135-159.

55. Miller G. A., Taylor W. G. The perception of repeated bursts of noise // J. Acoust. Soc. Amer., 1948, V. 20, № 2, P. 171-182.

56. Mills A. W. On the minimum audible angle // J.Acoust. Soc.Amer., 1958, V. 30, № 2, P. 237-246.

57. Moore В. С. J., Oldfield S. R., Dooley G. J. Detection and discrimination of spectral peaks and notches at 1 and 8 kHz. // J. Acoust. Soc. Amer., 1989,1. V. 85, № 2, P. 820-836.

58. Morrongiello B. A. Infants' localization of sound in the median plane effects of signal frequency // J. Acoust. Soc. Amer., 1987, V. 82, № 3, P. 900-905.

59. Mowbray G. H., Gebhard J. W., Byham C. L. Sensitivity to changes in the interruption rate of white noise// J. Acoust. Soc. Amer., 1956, V. 28, № 1,1. P. 106-110.

60. Musicant A. D., Butler R. A. The psychophysical basis of monaural localization. // Hear. Res., 1984, V. 14, № 2, P. 185-190.

61. Noble W. Auditory localization in the vertical plane: accuracy and constrain on bodily movement//J. Acoust. Soc. Amer., 1987, V. 82, № 5, P. 1631-1636.

62. Oldfield S. R., Parker S. P. Acuity of sound localization: A topography of auditory space III Monaural hearing condition // Perception, 1986, V. 15,1, P. 67-81

63. Perrett S., Noble W. Available response choices affect localization of sound // Perception and Psychophysics, 1995, V. 57, № 2, P. 150-158.

64. Perrott D. R., Buck V., Waugh W., Strybel T. Z. Dynamic auditory localization: systematic replication of the auditory velocity function // J. Aud. Res., 1979,1. V. 19, №3, P. 277-285.

65. Perrott D. R., Costantino В., Ball J. Discrimination of moving events which accelerate or decelerate over the listening interval //. J. Acoust. Soc. Amer., 1993, V. 93, №2, P. 1053-1057.

66. Perrott D. R., Marlborough K. Minimum audible movement angle: Marking the end points of the path travelled by a moving sound source // J. Acoust. Soc. Amer., 1989, V. 85, № 4, P. 1773-1775.

67. Perrott D. R., Musicant A. D. Minimum auditoiy movement angle: binaural localization of moving sound source // J. Acoust. Soc .Amer., 1977, V. 62,6, P. 342-346.

68. Perrott D. R., Pacheco S. Minimum audible angle thresholds for broad band noise as a function of the delay between the onset of the "lead" and "lag" signals // J. Acoust. Soc. Amer., 1989, V .85, № 6, P. 2669 - 2672.

69. Perrott D. R., Saberi K. Minimum audible angle thresholds for sources varying in both elevation and azimuth.// J. Acoust. Soc. Amer., 1990, V. 87, № 4,1. P. 1728-1731.

70. Pollack I. Auditory flutter// Amer. J. Psychol., 1952, V. 65, № 4, P. 544-554.

71. Pollack I., Rose M. Effect of head movement on the localization of sound in the equatorial plane // Percept. Psychophys., 1967, V. 2, № 3, P. 591-596.

72. Pratt С. C. The spatial character of high and low tones // J. Exp. Psychol., 1930, V. 13, P. 278-285.

73. Roffler S. K., Butler R. A. Factors that influence the localization of sound in the vertical plane // J. Acoust. Soc. Amer., 1968a, V. 43, № 6, P. 1255-1259.

74. Roffler S. K., Butler R. A. Localization sound in vertical plane // J. Acoust. Soc. Amer., 1968b, V. 43, № 6, P. 1260-1266.

75. Ruhm H. В., Mencke E. O., Differential sensitivity to duration of acoustic signals.// J. Speech Hear. Res., 1966, №.9, P. 371-384.

76. Saberi K., Hafter E. R. Experiments on auditoiy motion discrimination // Binaural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments Ed: Gilkey R. H., Anderson T. R., 1997, Mahwah, New Jersey, P. 315-327.

77. Saberi K., Perrott D. R. Minimum audible movement angels as a function of sound source trajectory // J. Acoust. Soc. Amer., 1990, V. 88, № 6, P. 26392644.

78. Searle С. L. Braida L. D. Cuddy D. K. Davis M. F. Binaural pinna disparity another auditory localization cue // J. Acoust. Soc. Amer., 1975, V. 57, № 2, P. 448-455.

79. Shaw E. A. G. Acoustic response of external ear replica at various angles of incidence // J. Acoust. Soc. Amer., 1974, V. 55, № 2, P. 432.

80. Slatteri W. H., Middlebrooks J. C. Monaural sound localization: Acute versus chronic unilateral impairment // Hearing Res., 1994, V. 75, № 1, P. 38-46.

81. Sovijarvy A. R., Hyvarinen J. Auditory cortical neurons in the cat sensitive to the direction of sound source movement // Brain Res., 1974, V.73, № 3, P. 455-471.

82. Strybel T. Z., Manligas C. L., Perrott D. R. Auditory apparent motion under binaural and monaural listening conditions // Perception and Psychophysics., 1989, V. 45, № 4, P. 371-377.

83. Strybel T. Z., Manligas C. L., Perrott D. R. Minimum audible movement angle as a function of the azimuth and elevation of the source // Human Factors., 1992a, V. 34, № 3, P. 267-275.

84. Strybel T. Z., Neale W. The effect of burst duration, interstimulus onset interval, and loudspeaker arrangement on auditory apparent motion in the free field // J. Acoust. Soc. Amer., 1994, V. 96, № 6, P. 1260-1266.

85. Strybel T. Z., Span S. A., Witty A.M. The effect of timing and spatial separation on the velocity of auditory apparent motion // Perception and Psychophysics., 1998, V. 60, №8, P. 1441-1451.

86. Strybel T. Z., Witty A. M., Perrott D. R. Auditory apparent motion in the free field: The effects of stimulus duration and separation // Perception and Psychophysics., 1992b, V. 52, №2, P. 139 143.

87. Stumpf E., Torochuk J. M., Cynader M. S. Neurons in cat primary auditory cortex sensitive to correlates of auditory motion in three -dimensional space // Exp. Brain Res., 1992, V. 88, № 1, P. 158 168.

88. Toronchuk J. M., Stumpf E., Cynader M. S. Auditory cortex neurons sensitive to correlates of auditory motion: underlying mechanism // Exp. Brain Res., 1992, V. 88, № 1,P. 169- 180.

89. Watkins A. J. Psychoacoustical aspects of synthesized vertical locate cues. // J. Acoust. Soc. Amer., 1978, V. 63, № 4, P. 1152 1165.

90. Wettschureck R. B. The absolute difference limen of direction perception in the median vertical plane // Acoustica, 1973, V. 28, P. 197 208.

91. Wightman F. L., Kistler D. J. Headphone simulation of free field listening. I: Stimulus synthesis // J. Acoust. Soc. Amer., 1989, V. 85, № 3, P. 858 - 867.

92. Wilson W. W., O'Neill W. E. Auditory motion induces directionally dependent receptive field shifts in inferior colliculus neurons // J. Neurophysiol., 1998,1. V. 79, № 4, P. 2040 2062.

93. Wright D., Hebrank J. H., Wilson B. Pinna reflections as cues for localization. // J. Acoust. Soc. Amer., 1974, V. 56, № 3, P. 957 962.

94. Yost W. A., Gourevitch G. Directional hearing // New York, 1987. 305 c.

95. Yin Т. С. Т., Kuwada S. Binaural interaction in low frequency neurons in inferior colliculus of the cat II Effects of changing rate and direction of internum!phase//J. Neurophysiol., 1983, V. 50, №4, P. 1000 -1019 .