150
О ФОРМЕ СЛУХОВОГО
ПРОСТРАНСТВА
Н.Н. КОРЖ, Ю.П. ЛЕОНОВ
Метрическое отражение сенсорно-перцептивных данных
представляется проблемой, не имеющей окончательного решения. Накоплено достаточное
количество экспериментальных данных, которые не вмешаются в рамки
закономерностей, открытых в психофизике [3], [4],
[7]. Так, известно, что чистый тон, имеющий в два раза
большую амплитуду колебаний по сравнению с другим звуком, не воспринимается
человеком как в два раза более громкий — его громкость кажется почти такой же,
как и громкость первоначального звука. Таким образом, искажение действительного
соотношения амплитуд является весьма значительным. Тем не менее существуют
однозначные соотношения между сигналами окружающей среды и психическими
состояниями, вызванными этими сигналами. Однако простой сигнал выступает для человека как сложное многомерное образование,
включенное в систему прошлого опыта [4], [5].
Отчетливо многомерность акустического сигнала была проанализирована в работе [1], где наблюдатели использовали дополнительные признаки
звучания в зоне неразличения по параметру громкости. Свойства и признаки
объектов отражают фактурную сторону окружающей среды. Человек, включенный в
ситуацию распознавания, идентификации, опирается не только на данные внешнего
мира, но и на те эталоны, когнитивные схемы, которые хранятся в памяти.
Очевидно, что наряду с физическим пространством, в котором существуют объекты,
имеется пространство ощущений, образов, которое не является точной копией
физического пространства. Оно может испытывать некоторую деформацию под
влиянием, например, индивидуально-личностного опыта, состояния индивида.
Естественно поставить вопрос о форме субъективного
пространства в задаче различения звукового эталона по двум одновременно
меняющимся параметрам (высота и громкость). Одна из ранних попыток построения
субъективного пространства была предпринята при исследовании пороговых цветовых
различий [9].
МЕТОДИКА
В исследовании использовался метод подравнивания.
Звук подавался через наушники от ГЗ-104. В качестве эталонов
151
предъявлялись:
3000, 4000, 1000, 800, 400, 250—200 Гц с фиксированным над абсолютным слуховым
порогом уровнем громкости. Эталоны прослушивались через наушники в течение 2 с,
они подавались от генератора экспериментатора, который фиксировал все параметры
эталона. На втором генераторе испытуемый подбирал заданный эталон. В инструкции
испытуемому указывалось, что он должен использовать непременно обе ручки
генератора (регулирующие высоту и громкость), манипулируя которыми он подбирал
звуковой эталон. Последний предлагался для прослушивания 20 раз в течение
эксперимента. Регистрировались воспроизводимые параметры эталона (громкость и
высота). В эксперименте участвовали 6 человек в возрасте 18—25 лет с нормальным
слухом. Было проведено 20 экспериментов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И
ОБСУЖДЕНИЕ
Было обнаружено, что в процессе опыта некоторые
испытуемые предпочитают подбирать звуковой сигнал к заданному стандарту,
опираясь в основном на громкость, другие ориентировались на тональную характеристику
сигнала. Соответственно точность опознания в первом случае была выше по
параметру громкости, во втором — по высоте. Кроме того, наметилась некоторая
тенденция опознавать более точно звуки, ближе расположенные к частотному диапазону
человеческой речи.
Как отмечалось выше, проблемы метрики
сенсорно-перцептивного пространства решались в основном в рамках визуального
восприятия пространства, для цветового зрения разрабатывалась модель сферического
пространства, построенного методом многомерного шкалирования цветовых различий [8]. Необходимо отметить, что с точки зрения психологических
характеристик цветового восприятия существует задача представления их в
значениях цветового тона, светлоты и насыщенности. Так, например, «цветовые
восприятия, выраженные значениями психологических характеристик цветового тона,
светлоты и насыщенности, могут быть представлены точками цветового тела,
координаты которых соответствуют этим характеристикам» [2]. С
целью выяснения метрики пространства целесообразно исследовать восприятие
звукового сигнала человеком. Выбор обусловлен двумя обстоятельствами: звуковые
сигналы играют такую же важную роль, как и зрительные. Восприятие базовых
сигналов должно подчиняться общим закономерностям для всех модальностей. Кроме
того, звуковое пространство двумерно, следовательно, является более простым для
исследования, чем трехмерное цветовое пространство. Используя численные данные,
полученные в результате определения чувствительности, мы построили кривые в
плоскости громкость — высота для звуков различной громкости Хо и высоты Уо. Постановка
эксперимента со звуковыми сигналами напоминает эксперимент по построению
пороговых эллипсов [9] при постоянной яркости цветовых
эталонов. Однако в нашем эксперименте испытуемый имел в своем распоряжении два
параметра (громкость—высота), в то время как в опытах Мак-Адама он должен был
опираться на одну координату: изменение цветности вдоль прямой заданного
наклона. Таким образом, наши эксперименты ставились при меньших ограничениях по
сравнению с подравниванием цветов. Тогда результаты наших экспериментов могут
быть представлены в виде эллипсов пороговых различий в плоскости с координатами
громкости и высоты (XY). Ощущения
изменения громкости и высоты могут быть измерены величиной:
где
Δx — приращение громкости, Δу — приращение высоты, Cij(ху) — параметры, характеризующие
чувствительность к громкости и высоте в различных точках плоскости XY. Если |dS| — постоянный порог
ощущения изменения громкости и высоты, то получаем пороговую кривую:
Можно принять |dS| = 1, тогда получаем пороговые кривые, определяемые уравнением:
где
Δx, Δу — приращения громкости и высоты звукового стимула, Cij —
коэффициенты, зависящие от опорного звукового стимула. В уравнении (2)
пороговое различие равно единице (в правой части уравнения). Этому различию
соответствуют различные расстояния от центра эллипса до точек на нем в
плоскости OXY.
В общем случае дифференциальная чувствительность
зависит от громкости и высоты тона, поэтому пороговые эллипсы в различных
точках плоскости имеют различные длины полуосей и углы наклона большей оси.
Таким образом, пороговый эллипс характеризуется тремя параметрами: a, b
(величины большой и малой полуосей) и углом наклона большой полуоси Θ
(рис. 1).
152
Рис. 1. Пороговый эллипс в звуковой плоскости. Ось у — высота звука, ось х —
громкость звука, а — большая полуось
эллипса, b —
малая полуось эллипса, Θ — угол наклона большой полуоси (а).
В НАТУРАЛЬНЫХ
ЕДИНИЦАХ
Натуральными единицами считаются громкость звука,
пропорциональная квадрату давления в звуковой волне или квадрату тока или
напряжения в наушниках, и частота звукового сигнала. Для громкости вычисляется
среднее значением сигнала в вольтах. Затем определяется среднее значение
сигнала в вольтах:
Среднеквадратичное
значение громкости вычисляется по формуле:
Для
высоты звукового сигнала вычисляются средние значения высоты y и
ее среднеквадратичное значение:
Коэффициент
корреляции ρ вычисляется по формуле:
По
значениям σ1, σ2, ρ определяются коэффициенты уравнения (1).
С этой целью используются выражения:
Затем
по коэффициентам Сij
определяются полуоси а, b и угол наклона большой оси
и полуоси эллипсов Θ. Пользуемся выражениями:
если
C12<0,
то Θ <90° если C12>0, то Θ >90°.
Окончательно по найденным значениям коэффициентов квадратичной формы
определяются по формулам (4) параметры а,
b,
Θ, после чего пороговые эллипсы строятся в звуковой плоскости (рис. 2).
Рис.
2.
Пороговые эллипсы отдельных испытуемых. Приведены наиболее типичные эллипсы,
представляющие разные тенденции в стратегиях испытуемых по распознаванию
заданного звукового эталона. Ось Х — громкость звука, ось Y —
высота звука.
153
Таблица
Данные
параметров эллипсов пороговых различий
|
Испытуемый |
Высота / громкость эталона |
|||||
|
3000/1.1 |
1000/3.8 |
800/3 |
400/3 |
250/3 |
200/3 |
|
|
№1 Θ a b |
97.673 64.151 33.812 |
90.299 211.967 3.746 |
88.536 134.738 64.852 |
96.364 45.304 34.670 |
89.868 13.150 496.625 |
87.610 12.755 61.653 |
|
№2 Θ a b |
1200/4 94.902 86.917 45.170 |
1000/3 39.891 148.218 143.028 |
800/2 |
|
|
|
|
№3 Θ a b |
1000/4 108.285 100.285 55.004 |
800/2 130.586 92.112 47.585 |
400/3 9.401 10.092 6.990 |
300/2 0.544 123.452 22.246 |
3000/1.2 5.023 587.721 278.082 |
|
|
№4 Θ a b |
400/3 88.195 4.062 54.138 |
1000/2 6.368 68.499 11.634 |
800/4 89.099 7.858 48.712 |
800/5 179.86 51.20 8.06 |
1000/1.5 3.48 105.84 12.01 |
|
|
№5 Θ a b |
400/2.1 85.6 330.5 141.2 |
300/1.1 82.7 263.2 107.7 |
800/4 |
|
|
|
|
Θ
— угол наклона большой полуоси а, a — большая полуось, b ––
малая полуось. |
||||||
Координаты
центра эллипса равны опорному сигналу по громкости и высоте.
На рис. 2 представлены эллипсы пороговых звуковых
различий разных испытуемых, которые характеризуются разными величинами полуосей
и разными углами наклона большой полуоси и отражают тенденции стратегий
испытуемых ориентироваться на предпочитаемые ими параметры сигнала. В таблице
приведены численные данные указанных параметров для трех испытуемых, у которых
наиболее четко проявились особенности стратегий различения по двум параметрам.
Основываясь на полученных данных по группе в целом, нельзя утверждать о наличии
какой-либо выраженной тенденции изменения величины эллипсов пороговых звуковых
различий в зависимости от увеличения или снижения высоты звукового эталона. Скорее
всего, следовало бы обратить внимание на то, что величина эллипса испытывает влияние
способа обработки звукового сигнала испытуемым в условиях решения пороговой
задачи по подравниванию меняющегося сигнала к заданному звуковому эталону. Так,
оказалось, что испытуемый с наименьшей формой эллипса пороговых различий
«работал», опираясь при опознании на обе характеристики звукового сигнала (XY). Для другого испытуемого
было характерно то, что он обозначил звуковой эталон звуком «а». Все остальное,
звучало для него как «у». Когда он слышал «а», то отвечал: «Да, это эталон» — и
прекращал дальнейший поиск. У некоторых испытуемых звуки не вербализовались и
звучали как абстрактные сигналы. Однако независимо от того, вербализовали
испытуемые сигналы или нет, они при опознании предпочитали опираться на звуковысотные
характеристики сигнала либо на изменение громкости звукового эталона (см. рис.
2).
Как отмечалось выше, проблема формы субъективного
пространства была объектом рассмотрения ряда авторов. В частности, эллиптичность
визуального пространства неоднократно подтверждалась теоретическими расчетами и
экспериментальными
154
данными.
Однако слуховое пространство не анализировалось в этом направлении. Естественно
было высказать предположение об эллиптичности слухового пространства и таким
образом показать, является ли эллиптичность специфическим свойством визуального
пространства или она неспецифична и может быть свойственна и слуховому пространству.
Данные наших экспериментов по определению пороговых различий звуковых сигналов
(по параметрам высоты и громкости) обнаружили, что слуховое пространство
испытуемых характеризуется эллипсами с разными величинами полуосей и углами
наклона (рис. 2, табл.). Причем величины полуосей коррелируют с особенностями
деятельности испытуемого по опознанию эталонного сигнала.
Таким образом, проведенный анализ результатов
позволяет предположить, что эллиптичность свойственна не только визуальному
пространству, но и слуховому, что, возможно, связано с универсальными свойствами
субъективного пространства человека. Кроме того, эксперименты показали, что на
форме эллиптичности сказываются индивидуально-личностные особенности
деятельности человека в процессе опознания звуковых сигналов. Вклад этих
особенностей выражается, в частности, в том, какую информацию извлекает испытуемый
из памяти, к каким стратегиям прибегает в процессе опознания заданного эталона,
присутствует ли в его поведении такой фактор, как тревожность, и пр. Интересным
представляется тот факт, что индивидуально-личностные особенности манипулирования
со звуковыми сигналами перекликаются с особенностями воспроизведения звукового
эталона по памяти [6], что косвенно позволяет предположить,
что мнемическое слуховое пространство может иметь сходную эллиптическую или
подобную ему форму.
1. Бардин К. В., Горбачева Т. П. Использование наблюдателем
акустических и модально-неспецифических признаков звучания для различения
слуховых сигналов // Психол. журн. 1983. Т. 4. № 4. С. 48—57.
2. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М., 1978. 577 с.
3. Забродин Ю. М., Лебедев А. Н. Психофизиология и психофизика. М.,
1977. 283 с.
4. Кликс Ф. Проблемы психофизики восприятия пространства. М., 1965.
460 с.
5. Корж Н. Н. Едина ли память? // Психол. журн. 1984. Т. 5. № 1. С.
103—111.
6. Корж Н. Н. Изменение динамики мнемических процессов // Психол.
журн. 1981. Т. 2. № 5. С. 100—105.
7. Леонов Ю. П. Теория статистических решений и психофизика. М., 1977.
223 с.
8. Соколов Е. Н., Измайлов Ч. А. Цветовое зрение. М., 1984. 174 с.
9. MacAdam D. Specification of
small chromaticity differences // J. Opt. Soc. Am. 1943. V. 33. N 18.
Поступила в редакцию 26.VI
1987 г.