Бинауральное разоблачение - Binaural unmasking

Бинауральное разоблачение феномен слухового восприятия, открытый Ира Хирш.[1] При бинауральном демаскировании мозг объединяет информацию из двух ушей, чтобы улучшить обнаружение и идентификацию сигнала в шум. Это явление чаще всего наблюдается, когда есть разница между межуральной фазой сигнала и межуральной фазой шума. Когда такая разница присутствует, происходит улучшение порог маскировки по сравнению с эталонной ситуацией, в которой интерауральные фазы такие же, или когда стимул был предъявлен монофонически. Эти два случая обычно дают очень похожие пороги. Величина улучшения известна как «разность уровней бинауральной маскировки» (BMLD) или просто «разность уровней маскирования».

Бинауральное демаскирование наиболее эффективно на низких частотах. BMLD для чистых тонов в широкополосном шуме достигает максимального значения около 15 децибелы (дБ) при 250 Гц и постепенно снижается до 2–3 дБ при 1500 Гц. Затем BMLD стабилизируется на уровне 2-3 дБ для всех более высоких частот, по крайней мере, до 4 кГц.[2] Бинауральное демаскирование также может наблюдаться для узкополосных маскирующих шумов, но эффект ведет себя иначе: могут наблюдаться более крупные BMLD и мало свидетельств снижения с увеличением частоты.[3]

Улучшенная идентификация речь в шум впервые сообщил J.C.R. Ликлайдер.[4] Ликлайдер отметил, что разница в межуральной фазе, которая использовалась при разоблачении, похожа на межуральная разница во времени, который меняется в зависимости от направления источника звука и участвует в локализации звука. Тот факт, что речь может быть разоблачена и лежащие в основе сигналы меняются в зависимости от направления звука, повышает вероятность того, что бинауральное разоблачение играет роль в эффект коктейльной вечеринки.

Система маркировки

Систематическая система маркировки для различных конфигураций стимулов, впервые использованная Джеффрессом,[5] был принят большинством авторов в этой области. Имена условий записываются как NxSy, где x - межуральная конфигурация шума, а y - межуральная конфигурация сигнала. Некоторые общие значения для x и y включают:

  • 0 означает, что сигнал или шум идентичны в двух ушах.
  • π означает, что сигнал или шум имеют межуровневую разность фаз π радианы
  • τ означает, что сигнал или шум имеют межуральная разница во времени, где точное значение разницы во времени, τ, указано в другом месте.
  • ρ означает, что у шума межуральная корреляция меньше единицы, точная корреляция указана в другом месте.
  • m означает, что сигнал или шум монофонический.

Теории

Бинауральное демаскирование имеет две основные объяснительные рамки. Они основаны на интерауральной взаимной корреляции. [6] и интерауральное вычитание.[7]

Счет взаимной корреляции основан на существовании сети обнаружения совпадений в среднем мозге, подобной той, что была предложена Ллойд А. Джеффресс [8] учитывать чувствительность к межуральная разница во времени в звуковая локализация. Каждый детектор совпадений получает поток потенциалы действия от двух ушей через сеть аксонов, которые вносят дифференциальные задержки передачи. Считается, что обнаружение сигнала происходит, когда скорость срабатывания наиболее активного детектора совпадений уменьшается из-за наличия сигнала. Взаимная корреляция сигналов в двух ушах часто используется как математический суррогат для моделирования такого массива нейронов, обнаруживающих совпадения; снижение скорости отклика преобразуется в уменьшение максимума взаимной корреляции.

Вычитающий счет известен как теория «выравнивания-отмены» или «EC». В этом случае сигналы в двух ушах (или их внутренние представления) временно выровнены (уравновешены) мозгом, прежде чем вычитаются одна из другой. Фактически, детекторы совпадений заменяются нейронами, которые возбуждаются потенциалами действия одного уха, но подавляются потенциалами действия другого. Однако теория ЭК обычно не формулируется в таких явных неврологических терминах, и подходящего нейронного субстрата в мозге не обнаружено. Тем не менее, теория ЕС оказалась очень популярной структурой моделирования и показала хорошие результаты при прямом сравнении с моделями взаимной корреляции в психоакустических экспериментах. [9]

Перцептивные сигналы

Ухо фильтрует поступающий звук на разные частоты: определенное место в улитке и данное волокно слухового нерва реагируют только на ограниченный диапазон частот. Следовательно, исследователи изучили реплики, которые генерируются смесью речи и шума в двух ушах в узкой полосе частот вокруг сигнала. Когда сигнал и узкополосный шум добавляются, векторное суммирование возникает, когда результирующие амплитуда и фаза отличаются от таковых только шума или сигнала. Для бинаурального демаскирующего стимула различия между интрауральными параметрами сигнала и шума означают, что в каждом ухе будет разное векторное суммирование.[5] Следовательно, независимо от конструкции стимула, есть тенденция к колебаниям в и то и другое уровень и разность фаз раздражителей в ушах слушателя.

Эксперименты показали, какие из этих сигналов слуховая система может лучше всего уловить. Они показали, что на низких частотах (особенно 500 Гц) слуховая система наиболее чувствительна к межуральная разница во времени.[10] Однако на более высоких частотах, похоже, происходит переход к использованию межуральных разностей уровней.[11]

Практические последствия

В повседневной жизни речь легче понять в шуме, когда речь и шум исходят с разных сторон, это явление известно как «пространственное освобождение от маскировки». В этой ситуации речь и шум имеют отчетливые межуральная разница во времени и межуровневые различия. Разница во времени возникает из-за разницы в длине пути звука к обоим ушам, а разница в уровнях вызвана акустическое затенение эффект головы. Эти два сигнала играют важную роль в звуковая локализация, и оба показали независимые эффекты в пространственном освобождении от маскировки.[12] Различия на уровне межурального слуха могут привести к тому, что одно или другое ухо станет лучше. сигнал-шум, что позволит слушателю улучшить разборчивость речи, просто слушая это ухо. Однако разницу во времени можно использовать только путем сравнения форм сигналов в двух ушах. Считается, что основным механизмом является бинауральное демаскирование. Успешные модели пространственного освобождения от маскировки, как правило, используют теорию компенсации-отмены для создания эффектов межуральных временных различий.[13]

использованная литература

  1. ^ Хирш IJ (1948). «Влияние интерауральной фазы на интерауральное суммирование и торможение». J. Acoust. Soc. Am. 20 (4): 536–544. Bibcode:1948ASAJ ... 20..536H. Дои:10.1121/1.1906407.
  2. ^ Hirsh IJ, Burgeat M (1958). «Бинауральные эффекты в дистанционной маскировке». J. Acoust. Soc. Am. 30 (9): 827–832. Bibcode:1958 г.ASAJ ... 30..827H. Дои:10.1121/1.1909781.
  3. ^ Макфадден Д., Пасанен Э. Г. (1978). «Бинауральное обнаружение на высоких частотах с задержкой по времени сигналов». J. Acoust. Soc. Am. 34 (4): 1120–1131. Bibcode:1978ASAJ ... 63.1120M. Дои:10.1121/1.381820. PMID  649871.
  4. ^ Ликлайдер JC (1948). «Влияние межвуральных фазовых соотношений на маскировку речи белым шумом». J. Acoust. Soc. Am. 20 (2): 150–159. Bibcode:1948ASAJ ... 20..150L. Дои:10.1121/1.1906358.
  5. ^ а б Джеффресс Л.А., Блоджетт ХК, Сандель ТТ, Вуд CL (1956). «Маскировка тональных сигналов». J. Acoust. Soc. Am. 28 (3): 416–426. Bibcode:1956ASAJ ... 28..416J. Дои:10.1121/1.1908346.
  6. ^ Колберн HS (1977). «Теория бинаурального взаимодействия на основе данных слухового нерва. II. Обнаружение тонов в шуме». J. Acoust. Soc. Am. 61 (2): 525–533. Bibcode:1977ASAJ ... 61..525C. Дои:10.1121/1.381294. PMID  845314.
  7. ^ Дурлах Н.И. (1963). «Теория выравнивания и подавления бинауральных различий уровней маскировки». J. Acoust. Soc. Am. 35 (8): 416–426. Дои:10.1121/1.1918675.
  8. ^ Джеффресс, Л.А. (1948). «Теория места локализации звука». Журнал сравнительной и физиологической психологии. 41 (1): 35–9. Дои:10,1037 / ч0061495. PMID  18904764.
  9. ^ Culling JF (2007). «Доказательства, в частности, в пользу теории компенсации-отмены бинаурального разоблачения». J Acoust Soc Am. 122 (5): 2803–2813. Bibcode:2007ASAJ..122.2803C. Дои:10.1121/1.2785035. PMID  18189570. S2CID  24476950.
  10. ^ Ван Дер Хейден М, Джорис П. Х. (2010). «Интерактивная корреляция не учитывает обнаружение в классической бинауральной задаче: динамические ITD доминируют при обнаружении N0Sπ». J Assoc Res Otolaryngol. 11 (1): 113–131. Дои:10.1007 / s10162-009-0185-8. ЧВК  2820206. PMID  19760461.
  11. ^ Culling JF (2011). "Подкомпонентные сигналы в бинауральном разоблачении" (PDF). J Acoust Soc Am. 129 (6): 3846–3855. Bibcode:2011ASAJ..129.3846C. Дои:10.1121/1.3560944. PMID  21682408.
  12. ^ Bronkhorst AW, Plomp, R (1988). «Влияние межурального времени и разницы уровней, вызванных головой, на разборчивость речи в шуме» (PDF). J Acoust Soc Am. 83: 1508–1516. Дои:10.1121/1.395906. PMID  3372866.
  13. ^ Бейтельманн Р., Бренд Т (2006). «Прогнозирование разборчивости речи в пространственном шуме и реверберации для слушателей с нормальным и слабым слухом». J Acoust Soc Am. 120 (1): 331–342. Bibcode:2006ASAJ..120..331B. Дои:10.1121/1.2202888. PMID  16875230.