122

 

РОЛЬ ТРЕНИРОВКИ ПРИ СЛУХОВОМ РАЗЛИЧЕНИИ

 

Ю.А. ИНДЛИН

 

В существующих моделях различения не отражено влияние тренировки на используемые показатели. В настоящей статье делается попытка исправить это положение.

Испытуемого в психофизическом эксперименте обычно представляют схематически в виде двух блоков: сенсорного и принятия решений. В ряде психофизических методов блок принятия решений оказывает значительное и трудноконтролируемое влияние на величину используемого показателя различения, призванного служить сенсорным (а не поведенческим) параметром. Это влияние минимально при парных сравнениях, составляющих основу методов констант и двухальтернативного вынужденного выбора; кроме того, при парных сравнениях допускается простая формализация работы обоих блоков. Поэтому влияние тренировки на показатель различения целесообразно проследить на примере парных сравнений.

Испытуемому последовательно предъявляется пара звуков, условно обозначаемых S₀ и S_∆ и отличающихся по одному физическому параметру (чаще всего экспериментируют с тонами, отличающимися по амплитуде или частоте). От испытуемого требуется путем оценки соответствующего субъективного параметра (громкости или высоты тона) определить, который из звуков, первый или второй, получил приращение физического параметра. При анализе парных сравнений предполагается, что многократное предъявление звука вызывает не один и тот же эффект, а их распределение вдоль оси х некоторого сенсорного параметра. Если звукам S₀, S_∆ соответствуют нормальные распределения со средними x₀, x_∆ и одинаковыми

 

123

 

стандартными отклонениями σ₀, то вероятность правильного ответа (р) связывается с параметрами распределений выражением

P=F(d),    (1)

где  , a F— знак интеграла Лапласа.

Отсюда видно, что вероятность правильного ответа, оцениваемая относительным числом правильных ответов, определяется стандартным отклонением и расстоянием между средними, причем x_∆ — x₀ зависит от величины приращения физического параметра и лишь σ₀ непосредственно связана с сенсорной чувствительностью испытуемого.

Поскольку d — величина относительная и безразмерная, то входящие в нее величины могут быть выражены в единицах физического параметра:  где ∆S — приращение физического параметра, σ'₀ — приведенное к физической оси стандартное отклонение σ₀ распределения сенсорных эффектов. Величина σ'₀ связывается с р выражением

и определяется из экспериментальных данных с помощью таблиц нормального распределения.

Сенсорную чувствительность испытуемого яри парных сравнениях обычно характеризуют порогом различения ∆S_nop, равным величине приращения физического параметра, соответствующей 75 % правильных ответов (р=0,75). Если подставить эти значения в предыдущую формулу, то получим

 

∆S_пор =0,95 σ'₀ или ∆S_пор = δ'₀    (2)

 

Итак, порог различения однозначно определяется стандартным отклонением распределения сенсорных эффектов.

Особенность слухового различения в том, что звуки предъявляются последовательно во времени с разделяющими их паузами, и для успешного различения необходимо участие сенсорной памяти. Влияние сенсорной памяти удобно выразить случайным характером связи величины сенсорного эффекта и его следа в памяти, участвующего в сравнении. Поэтому с учетом влияния сенсорной памяти (2) можно записать в виде

 

 

где σ'_п — приведенное стандартное отклонение нормального распределения величин следа от фиксированной величины сенсорного эффекта.

Необходимость учета σ'_п подтверждается экспериментальным опытом. В частности, известно, что при удлинении паузы между сравниваемыми звуками влияние памяти возрастает; это выражается в ухудшении различения [15], [17], проявляющемся в увеличении σ'_п и ∆S_пор.

В качестве дополнительной иллюстрации к сказанному приведем результаты экспериментов [11], в которых производилось громкостное различение коротких тональных посылок с паузой в 0,5 с и в отсутствие пауз (приращение на фоне непрерывно звучащего стандарта); в последнем случае сенсорная память не используется и σ'_п =0. Различие в величинах ∆S_пор оказалось существенным; оно позволило оценить σ'₀ в первом эксперименте величиной 0,286 дБ при σ'₀ = 0,235 дБ.

При выводе (1) предполагается, что испытуемый дает ответ в точном соответствии со знаком разности сенсорных эффектов, вызванных парой сравниваемых звуков, а именно если первый сенсорный эффект больше второго, то испытуемый указывает на первый звук, как на имеющий приращение, и наоборот. В действительности, конечно, способность испытуемого производить сравнительную оценку ограниченна. Если сенсорные эффекты достаточно близки, то испытуемый не различает их по величине. На рисунке, иллюстрирующем процесс различения, это отражено наличием зоны неопределенности, включающей ноль разности сенсорных эффектов. Если разность сенсорных эффектов оказывается внутри зоны неопределенности, то ответ испытуемого дается путем угадывания на базе несенсорной информации [9]. Это равносильно принятию решения в соответствии с положением на оси разности сенсорных эффектов критерия ответов; критерий изменяется после каждого ответа, совершая колебания в пределах зоны неопределенности.

Установлено также, что испытуемый не в состоянии поддерживать высокий уровень внимания в процессе всего эксперимента [6]; наличие периодов невнимания также эквивалентно колебаниям критерия ответов, только в более широких пределах.

С учетом случайных колебаний критерия выражение (3) может быть переписано в виде

 

 

где σ'_к — приведенное стандартное отклонение распределения, связанного с колебаниями критерия ответов.

Рис. Схема процесса парных сравнений со случайным порядком предъявления звуков в паре (метод вынужденного выбора):

S — ось физического параметра, х — ось сенсорного параметра, х₁—x₂ — ось разности сенсорных эффектов (индексы означают порядковый номер звука в паре), ЗН — зона неопределенности.

 

124

 

Рассмотрим влияние тренировки испытуемого на величины, входящие в (4), прежде всего на σ'₀.

Организуя психофизический эксперимент, мы стремимся обычно изменять лишь один физический параметр сигнала, оставляя другие неизменными; изменяя, например, амплитуду тона, мы поддерживаем постоянной его частоту. К сожалению, это не гарантирует изменения лишь одного сенсорного параметра (в данном случае — громкости). Одновременно с громкостью изменяются высота и тембр звучания (последнее связано с наличием широкого спектра субъективных гармоник, изменяющегося с уровнем звука). Хотя изменение громкости будет доминировать, все же привлечение тренированным испытуемым дополнительных сенсорных признаков (в данном случае, высоты и тембра) может, как видно из [1], в целом улучшить различение. Этот результат достигается путем информирования испытуемого о результатах его работы, что позволяет испытуемому сформировать сенсорную ось, наилучшим образом связанную с изменяемым физическим параметром.

Еще более сложно изменение сенсорного образа при обнаружении тона на фоне шума, поскольку шум, в силу случайной природы, изменяется по своим кратковременным физическим параметрам от одного предъявления к другому. Согласно нашим данным [10], тон на фоне шума обнаруживается тренированным испытуемым по косвенным признакам: по изменению громкости или тембра звучания, другими словами, обнаружение сводится к различению. Если шум узкополосный (и, разумеется, центрированный относительно частоты обнаруживаемого тона), то доминирующий сенсорный признак — громкость звучания, если шум широкополосный — то доминирует тембр звучания1.

Вместе с тем правильный выбор доминирующего сенсорного признака еще не гарантирует качества работы испытуемого, что видно из следующего примера. В первых экспериментальных сериях по обнаружению тона на фоне белого шума испытуемый выделил тембральный признак как доминирующий и признавал сигнальным тот из двух интервалов наблюдения, в котором тембр звучания был выше (это правило принятия решения отчасти сформировалось под влиянием предшествующих экспериментов по обнаружению тона на фоне узкополосного шума). Результаты обнаружения оказались существенно хуже ожидаемых (расширение спектра шума не должно было привести к изменению показателя обнаружения), о чем было сообщено испытуемому. После нескольких экспериментальных серий испытуемый, используя информацию о достигаемых результатах, пришел к выводу о необходимости инвертировать применяемое им правило принятия решений: оказалось, что наличию сигнала соответствует понижение тембра звучания. Изменив в процессе тренировки с использованием обратной связи на правление оси на противоположное, испытуемый достиг ожидаемых от него высоких результатов обнаружения.

Исследования в области музыкального слуха привели к экспериментам, в которых различаемые звуки отличались более чем по одному физическому параметру [2], [14]. Музыкальный звук по определению состоит из основного тона и гармонических составляющих, частоты которых кратны частоте основного тона. Доминирующим субъективным признаком музыкального звука служит высота, соответствующая частотному интервалу между соседними гармоническими составляющими, который совпадает с частотой основного тона, причем высота музыкального звука сохраняется даже в том случае, когда основной тон и первые гармоники физически отсутствуют в звуке. В упомянутых экспериментах изучалась способность испытуемых проводить различение по высоте звучания двух звуков: тонального и музыкального; последний создавался «при помощи специальной установки, дающей группу высоких гармоник с относительно низкой основной частотой» [2], близкой к частоте тонального звука. Изменение частоты (физически отсутствующего) основного тона музыкального звука сопровождалось изменением частотного интервала между соседними высокочастотными гармониками и вызывало изменение как высоты звучания, так и тембра. Поэтому естественно, что различение тонального и музыкального звуков у нетренированных испытуемых существенно ухудшалось по сравнению с ситуацией, когда различались по высоте два тональных звука; это объясняется сложностью для нетренированного испытуемого количественно оценить изменение существенного для различения субъективного признака при одновременном изменении других (несущественных) субъективных признаков.

Чтобы преодолеть эту сложность, исследователи разработали систему тренировки, основанную на давно известной связи оценки высоты тона с напряжением голосовых связок [13]. Испытуемые пропевали музыкальный звук сначала вслух, а затем молча, лишь напрягая голосовые связки; это помогло им выделить в музыкальных звуках требуемый субъективный признак — высоту, что привело к резкому улучшению результатов различения по высоте между тональным и музыкальным звуками.

В статье А.М. Зальцмана [3] описан эксперимент, в котором различались по высоте тональный звук и комбинация трех тональных звуков, один из которых по частоте был близок к первому тону, а два других существенно выше. Здесь также было получено у нетренированных испытуемых ухудшение различения по сравнению с различением между двумя тональными звуками. Поскольку, однако, трехтоновый комплекс не был музыкальным звуком, то высоты составляющих тонов хорошо разделялись и тренировка испытуемых существенно облегчалась: достаточно было нескольких предъявлений трехтонового комплекса с уменьшенным уровнем низкого тона, чтобы помочь испытуемому сконцентрировать

 

125

 

внимание на высоте именно этого тона (выражение «концентрировать внимание на высоте тона», заимствованное нами из [13], представляется более удачным, чем использование в том же смысле выражения — фиксировать тон», «абстрагировать тон», «удерживать фиксацию тона» [3]). Полученный в процессе тренировки опыт формирования оптимальной сенсорной оси привел к улучшению результатов испытуемых.

Впрочем, результаты этого эксперимента настолько очевидны для читателя, знакомого с психоакустикой, что не заслуживали бы упоминания, если бы не одно обстоятельство. Автор обсуждаемой статьи [3] пытается убедить читателя, что он провел эксперимент, «аналогичный экспериментам А.Н. Леонтьева с сотрудниками», и что результаты его эксперимента ставят под сомнение концепцию звуковысотного слуха, развитую А.Н. Леонтьевым и основанную на связи оценки высоты звука и напряжения голосовых связок при вокализации этого звука [12]. В действительности, «аналогия» между экспериментами мнимая. Если Ю.Б. Гиппенрейтер [2] использовала вслед за Л.А. Чистович [14] музыкальные звуки, представляющие собой группу высокочастотных гармоник (основной тон и низкочастотные гармоники отфильтровывались), и высота музыкального звука определялась регулируемым частотным интервалом между соседними гармониками, то в эксперименте А.М. Зальцмана «музыкальный звук... синтезировался с помощью трех звукогенераторов», а «переменным параметром была частота основного тона тембрового звука» [3], устанавливаемая одним из генераторов.

Определение музыкального звука требует целочисленного отношения частот гармоник к частоте основного тона; это учитывалось в экспериментах Л.А. Чистович и Ю.Б. Гиппенрейтер. Напротив, в эксперименте А.М. Зальцмана технически невозможно обеспечить устойчивое кратное соотношение между частотами сигналов, получаемых от разных генераторов. Впрочем, А.М. Зальцман и не ставил перед собой этой задачи, поскольку в его эксперименте изменялась частота «основного тона», в то время как «тембровые составляющие оставались неизменными». С позиций музыкальной акустики, «аналогия» между музыкальным звуком и трехтоновым комплексом, использованным в эксперименте А.М. Зальцмана, не более точна, чем «аналогия» между консонансом и диссонансом.

Таким образом, многомерность изменения ощущения, сохраняющаяся даже при одномерном изменении физического сигнала, усложняет испытуемому выбор сенсорного признака, наилучшим образом коррелирующего с изменяемым физическим параметром. Эта трудность преодолевается тренировкой, в процессе которой экспериментатор тем или иным способом добивается от испытуемого формирования оптимальной сенсорной оси, что проявляется в минимизации стандартного отклонения ощущений (σ₀) и в уменьшении S_пор.

Перейдем к анализу связи тренировки и памяти испытуемого.

Известно [13], что «у вокалистов способность абсолютного определения высоты тона обычно связана с мышечным чувством натяжения голосовых связок». Можно, следовательно, сказать, что абсолютный слух связан не столько со слуховой памятью, сколько с мышечной, очевидно, более совершенной, а вокализация призвана обеспечивать связь между высотой звука и напряжением голосовых связок. При этом следует добавить, что, по наблюдениям Бекеши, «абсолютный слух на высоту тона соединяется всегда с абсолютным слухом в отношении силы звука» [13]. Отсюда следует, что и при громкостном различении испытуемый может улучшить свои результаты, используя голосовой аппарат.

Наши данные подтверждают, что опытный испытуемый при проведении экспериментов [5] действительно использовал напряжение голосовых связок для лучшего запоминания громкости предъявляемых звуков, а неопытный испытуемый, которому был рекомендован этот способ, быстро улучшил свои результаты.

Об использовании вокализации при различении говорит интересный факт, полученный нами в экспериментах по обнаружению тона на фоне шума различной ширины полосы. Как уже упоминалось выше, при обнаружении тона на фоне узкополосного шума доминирующим субъективным параметром служит громкость звука и увеличению громкости соответствует большее напряжение голосовых связок. При обнаружении тона на фоне широкополосного шума доминирующим параметром является тембр звука, и большему напряжению связок отвечает более высокий тембр. В описанном выше эксперименте при переходе к широкополосному шуму испытуемый сохранил правило принятия решения, использованное им при узкополосном шуме, и связал большее напряжение связок с появлением тона, что и привело к увеличению числа ошибок, так как в действительности появление тона приводило к понижению тембра. Это объяснение подтверждается не только отчетом испытуемого, но главным образом фактом резкого ухудшения результатов при переходе к широкополосному шуму; обнаружение не по тембральному признаку, а по увеличению громкости в области спектра, центрированной около частоты тонального сигнала, не должно привести к ухудшению результатов, поскольку согласуется с физической ситуацией. Здесь существенно, что к тембральному различению испытуемый без каких-либо указаний со стороны экспериментатора применил механизм вокализации, отработанный на громкостном различении. Вместе с тем для эффективного использования этого механизма понадобилась тренировка с использованием обратной связи.

Таким образом, подключение тренированным испытуемым вокализации и мышечной памяти приводит к ослаблению влияния флюктуации следа сенсорного эффекта, оцениваемых величиной оп, на результаты психоакустического эксперимента.

Роль тренировки в уменьшении влияния колебаний критерия освещалась нами неоднократно [4], [5], [7]. В общем, тренированный испытуемый способен поддерживать более устойчивое внимание в процессе эксперимента, хотя полностью исключить влияние периодов невнимания (которые равносильны колебаниям

 

126

 

критерия ответов в бесконечных пределах) и ликвидировать зону неопределенности тренировка не может. Даже у опытного испытуемого влияние колебаний критерия остается значительным. Например, при σ'₀ =0,43 дБ [6] было получено σ'_к = 0,30 дБ, причем влияние скачков критерия в зоне неопределенности и периодов невнимания (длительность которых составила 5 % всего времени эксперимента) оказалось примерно равным.

Здесь следует напомнить; что выбор для анализа метода парных сравнений был обоснован минимальным влиянием блока принятия решений на показатель различения. Это влияние проявляется через величину σ'_к.

Действительно, экспериментальные методы можно разделить на методы свободного и вынужденного выбора (первые допускают нейтральные ответы типа «не знаю», вторые не допускают); в методах свободного выбора критерий ответов не имеет однозначного оптимального значения и в сильной степени подвержен влиянию несенсорных факторов [8]; в методах вынужденного выбора, напротив, критерий ответов имеет оптимум, и поэтому его колебания относительно оптимального значения имеют существенно меньший диапазон, что проявляется в уменьшении σ'_к.

Дополнительное снижение σ'_к в методе констант с двумя категориями ответов типа «больше — меньше» (вынужденный выбор) дает уменьшение диапазона) переменного стимула и межстимульного интервала; использование лишь одного значения переменного стимула (двухальтернативный вынужденный выбор) сводит к минимуму разного рода мешающие эффекты [8] и гарантирует, при определенных условиях [16], минимальное влияние колебаний, критерия.

 

ВЫВОДЫ

 

Эффективность различения зависит от выбора испытуемым субъективного параметра в многомерном сенсорном пространстве различения, от сенсорной памяти и от колебаний критерия ответов.

Тренировка с использованием обратной связи позволяет испытуемому выбрать доминирующий сенсорный признак, в наибольшей степени связанный с изменяемым физическим параметром, ослабить влияние сенсорной памяти, уменьшить влияние колебаний критерия.

Слуховому различению у тренированного испытуемого способствует процесс вокализации, обеспечивающий подключение мышечной памяти, лучше, чем сенсорная, сохраняющей информацию о величине сенсорного эффекта, и выделение при высотном различении доминирующего сенсорного признака.

 

1. Бардин К. В. Работа наблюдателя в припороговой области. — Психологический журнал. 1982. Т. 3. № 1. С. 52—59.

2. Гиппенрейтер Ю. Б. К методике измерения звуковысотной различительной чувствительности. — Доклады АПН РСФСР. 1957. №4. С. 113—118.

3. Зальцман А. М. О механизме звуковысотного слуха. — Вопросы психологии. 1983. № 2. С. 118—125.

4. Индлин Ю. А. Различение громкости тональных сигналов. — В сб.: Проблемы психофизики / Под ред. Б.Ф. Ломова. М., 1974. С. 149—195.

5. Индлин Ю. А. Модель обучаемого наблюдателя в ситуации обнаружения и различения. — В сб.: Проблемы принятия решения / Под ред. В.Ф. Рубахина. М., 1976. С. 56—77.

6. Индлин Ю. А. Способы выделения сенсорной функции. — В сб.: Психофизические исследования / Под ред. Б.Ф. Ломова, Ю.М. Забродина. М., 1977. С. 189—217.

7. Индлин Ю. А. Качественная оценка работы испытуемого при использовании метода констант. — В сб.: Психофизика сенсорных систем / Под ред. Б.Ф. Ломова Ю.М Забродина. М., 1979. С. 129—139.

8. Индлин Ю. А. Современные методы субъективной оценки различий в звучаниях. — Обзорная информация. НИКФИ. — М., 1979. Вып. 1 (34). —55 с.

9. Индлин Ю. А. Принятие решения при обнаружении и различении. — Вопросы психологии. 1980. № 3. С. 76—87.

10. Индлин Ю. А. Универсальная модель слухового обнаружения сигнала на фоне шума. — ОНТИ НИКФИ. Депонированная рукопись, peг. № 10 кт-Д82.

11. Индлин Ю. А. О дифференциальном пороге в психоакустике — Психологический журнал. 1983. Т. 4. № 6. С. 62—70.

12. Леонтьев А. Н. Проблемы развития психики. — М., 1972. С. 188—200.

13. Ржевкин С. Н. Слух и речь в свете современных физических исследований. — М., Л., ОНТИ НКПТ СССР, 1936. С. 83—85.

14. Чистович Л. А. О различении сложных звуковых сигналов: Сообщение 2. Восприятие высоты сложного звука. — Проблемы физиологической акустики. М.; Л., 1955. Т. 3. С. 28—33.

15. Braida L. D., Durlach N. I. Intensity perception. II. Resolution in one-interval paradigms. — J. Acoust. Soc. Amer. 1972. V.51. N 2. P. 483—502.

16. Indlin Yu. A., Zabrodin Yu. M. Stimulus sequence in the psychophysical experiment. — In: Advances in Psychophysics / Eds. G. Geisler, Yu. M. Zabrodin. Berlin, 1976.  P. 449—454.

17. Jesteadt W., Bilger R. С. Intensity and frequency discrimination in one- and two-interval paradigms.— J. Acoust. Soc. Amer. 1974. V. 55. № 6. P. 1266—1276.

 

Поступила в редакцию 8.VI 1983 г.