Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Установлено, как различение спектральной структуры звукового сигнала (на примере "гребенчатого" сигнала, в частотном спектре которого чередуются максимумы и минимумы спектральной плотности) различным образом зависит от соотношения интенсивностей помехи и сигнала для помех разного спектрального состава. При помехе, совпадающей по спектральному составу с сигналом, эффект помехи определяется отношением интенсивностей шум/сигнал. Если интенсивности сигнала и помехи меняются на одну и ту же величину (отношение помеха/сигнал не меняется), пороги различения спектральной структуры практически не менялись. В проведенных экспериментах при изменении интенсивности сигнала от 50 до 80 дБ уровня звукового давления (УЗД), порог различения достигался при изменении интенсивности помехи настолько же, насколько различаются интенсивности сигналов, т.е. на 30 дБ. На фоне низкочастотной помехи (от 0.75 до 1 октавы ниже спектральной полосы сигнала) пороги различения спектральной структуры сигнала значительно меньше зависят от соотношения интенсивностей помеха/сигнал. В проведенных экспериментах при изменении интенсивности сигнала от 50 до 80 дБ УЗД, порог различения достигался при увеличении интенсивности помехи всего лишь на величину 5 дБ. На фоне высокочастотной помехи (от 0.75 до 1 октавы выше спектральной полосы сигнала), в широком диапазоне интенсивностей (до 100 дБ УЗД) и отношений помеха/сигнал (до 50 дБ) высокочастотная помеха мало влияла на пороги различения спектральной структуры сигнала. Таким образом, как совпадающая, так и низкочастотная помеха существенно ухудшает различение спектрального рисунка сигнала. Однако имеются специфические особенности влияния помех на различение сложных спектральных рисунков (гребенчатых спектров). Эти особенности могут быть суммированы следующим образом. - Эффект помехи, совпадающего по частотной полосе с сигналом, зависит преимущественно от отношения интенсивностей помеха/сигнал и в широком диапазоне УЗД помех. - В отличие от помехи, совпадающей по частотной полосе с сигналом, эффект низкочастотной помехи в существенно зависит от УЗД помехи. - Высокочастотная помеха оказывает минимальное влияние на различение спектрального рисунка сигнала в широком диапазоне как УЗД помехи, так и отношений помеха/сигнал. Полученные данные интерпретируются как проявление компрессивной нелинейности в слуховой улитке. При воздействии помехи, совпадающей по частотной полосе с сигналом, сигнал и помеха одинаково активируют "активный" механизм улитки в зоне представительства сигнала. При этом компрессивная нелинейность, характерная для активного механизма, одинаково проявляется для сигнала и помехи, поэтому эффект помехи зависит в основном от соотношения интенсивностей помеха/сигнал. Низкочастотная помеха не вовлекает активный механизм в зоне представительства сигнала, поэтому ее эффект значительно меньше. Однако при увеличении интенсивности сигнала и помехи ответ улитки на помеху в области представительства сигнала, обусловленный только "пассивным" механизмом, растет линейно, без компрессии, поэтому соотношение ответов помеха/сигнал ухудшается. Это обстоятельство важно для планирования характеристик слуховых аппаратов. При наличии низкочастотных помех, если слуховой аппарат пропорционально усиливает целевой сигнал и помеху, это может привести не к улучшению, а к ухудшению распознавания сигнала вследствие ухудшения соотношения ответов на помеху и сигнал.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
На данном этапе проекта исследована возможность объективной оценки влияния помех на способность к различению сложных звуковых сигналов. В качестве таких сигналов использованы шумы с "гребенчатыми" частотными спектрами. Такие спектры характеризуются периодическим чередованием максимумов и минимумов спектральной амплитуды и могут рассматриваться как модель натуральных звуков со сложными спектральными рисунками. Влияние помех (шумов) на различение спектральных рисунков оценивали по двум показателям: - предельная для различения плотность гребней спектра; - порог сдвига спектрального рисунка. По обоим показателям, помехи (шумы) ухудшали различение спектральных рисунков тест-сигнала (снижалась предельная для различения плотность гребней, повышался порог сдвига гребенчатого рисунка). Эффект ухудшение спектрального различения вызывался как изочастотными помехами (спектр помехи совпадает со спектром сигнала), так и низкочастотными помехами (спектр помехи располагается на частотной шкале ниже полосы тест-сигнала). Однако зависимость эффекта от интенсивности сигнала была принципиально различной для изо- и низкочастотных помех. При изменении интенсивности сигнала пороговая интенсивность изочастотной помехи сдвигалась на такую же величину (в шкале дБ), как и сигнал. Приращение маскировки (отношение приращения сигнала к приращению помехи) составляет около 1 дБ/дБ. Поскольку известно, что в среднем диапазоне интенсивностей сигнал подвержен кохлеарной компрессии, это означает, что негативный эффект изочастотной помехи подвержен компрессии в той же мере, что и сигнал. Для низкочастотной помехи получена принципиально другая зависимость от интенсивности сигнала. При низких интенсивностях сигнала эффект низкочастотной помехи существенно слабее, чем изочастотной. Однако при увеличении интенсивности сигнала пороговая интенсивность низкочастотной помехи нараставет значительно медленнее. Приращение маскировки в этом случае составляет более 3 дБ/дБ. Это свидетельствует о том, что эффект низкочастотной помехи не подвержен или минимально подвержен кохлеарной компрессии. Ввиду значительного различия эффектов изочастотных и низкочастотных помех требовалось уточнить, при каких соотношениях между частотными полосами сигнала и помехи последняя должна быть отнесена к категории изо- или низкочастотных. Установлено, что некомпрессированное действие низкочастотных помех на различение сигналов максимально проявляется при положении спектральной полосы помехи от 1 до 1.25 окт ниже полосы сигнала. При частичном перекрытии спектральных полос сигнала и помехи (частотный сдвиг 0.75 - 0.5 окт) различение спектральной структуры сигнала происходит преимущественно в той части спектра сигнала, которая не перекрывается со спектром помехи и подвержена низкочастотной маскировке без компрессии. Полностью или почти полностью компрессия эффекта помехи проявляется при сдвиге спектральных полос сигнала и маскера от 0 до 0.25 окт. Приведенные выше результаты были получены с применением методики измерений, основанной на обнаружении изменений в сигнале с гребенчатым спектром: тест-сигнал содержал периодические изменения фазы гребней, которые должны были обнаруживаться испытуемым; в референтном сигнале фаза гребней спектра оставалась постоянной. Между тем, классические измерения характеристик слуха, влияющих на различение сигналов - дифференциальные пороги по частоте и интенсивности - были получены преимущественно методом сравнения: сигналы различались по частоте и интенсивности, и испытуемый должен был отличить тестовый сигнал от референтного соответственно по тональности или громкости. Необходимо установить, какая из этих процедур более применима для измерения ЧРС. Сравнительные измерения ЧРС двумя методами показали, что метод сравнения стабильно дает более низкие оценки ЧРС, чем метод обнаружения изменений. Различие составляло от 1.5 до 2 гребней на октаву (ripples per octave, rpo), в среднем 1.75 rpo. Это различие обусловлено значительно большей зависимостью различения сигналов от когнитивных процессов при методе сравнения по сравнению с методом обнаружения. Различие между эффективностью методов сравнения и обнаружения характерно именно для различения сложных сигналов, которые не имеют четко выраженных соответствий между физическими характеристиками и субъективными оценками, как это имеет место для простых сигналов (частота - высота тона, интенсивность - громкость). Сравнение двух методов показало, что для оценки собственно сенсорных возможностей (что важно при применении в целях диагностики, подбора слуховых аппаратов и т.п.) более адекватен метод обнаружения изменений в сигнале.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Исследования, выполненные в 2018 г., были направлены на поиск оптимальных тест-сигналов, которые позволили бы наилучшим образом охарактеризовать спектрально-временную разрешающую способность слуха. Эмпирическое тестирование различных сигналов не могло быть успешным подходом для решения этой задачи ввиду многообразия возможных тест-сигналов. Поэтому основным подходом было выявление роли ряда фундаментальных механизмов (компрессивная нелинейность, латеральное подавление, спектральный и временной механизмы частотного анализа) в различении характерных спектрально-временных рисунков звукового сигнала. 1. Исследование роли латерального подавления в обострении спектральной селективности (поиск эффектов, аналогичных полосам Маха в зрении). Измеряли пороги спектрального контраста с помощью тест-сигналов с гребенчатым спектром, у которых плотность гребней (количество гребней на октаву) варьировала без изменения ширины гребней. Последнее условие было необходимым, чтобы избежать влияния интегрирования в частотной полосе гребней на оценку порогов спектрального контраста. Чтобы определить порог различения гребенчатой структуры спектра, использован приём реверсии фазы гребней: максимумы и минимумы спектрального уровня менялись местами на частотной шкале. При этом испытуемый слышал изменение тембра звука, если гребенчатая структура спектра была доступна для различения. Меняя глубину гребней, определяли порог спектрального контраста. Основной результат этой серии экспериментов: полученная зависимость имела немонотонный характер. Наименьшими были пороги при плотности гребней от 3 до 4 гребней/окт. При таких плотностях порог спектрального контраста составил 0.1 (безразмерная величина). Пороги повышались как при снижении, так и при повышении плотности гребней относительно оптимума: до 0,17 при плотности 1/окт. и до 0.40 при 6/окт. При плотности гребней 7–8/окт порог не достигался при максимально возможном значении индекса модуляции, равном 1.0. Немонотонная зависимость порога модуляции от плотности гребней указывает на роль латерального подавления (ЛП) в обострении спектрального контраста сигнала. Этот было показано с помощью модели профиля возбуждения, создаваемого набором слуховых частотно-избирательных фильтров. При отсутствии полос ЛП прохождение сигнала через фильтр могло бы приводить только к монотонному повышению порогов при повышении плотности гребней. Немонотонность возникает при прохождении сигнала через фильтр, у которого помимо полосы пропускания имеются полосы латерального подавления. Наименьшие пороги спектрального контраста достигались тогда, когда периодичность гребней соответствовала чередованию полос пропускания и подавления в характеристике слухового фильтра (3,5–4/окт). Таким образом, наличие полос ЛП (помимо полосы пропускания) в характеристиках слуховых фильтров обеспечивает снижение порогов спектрального контраста при некоторой оптимальной форме спектра сигнала. Для определенных спектральных рисунков, которые наилучшим образом соответствуют форме фильтров с полосами ЛП, разрешающая способность может отличаться от таковой, определенной по стандартному тест-сигналу. Это обстоятельство требуется учитывать в процедуре тестирования. 2. Измерение порога скорости "скольжения" гребенчатого рисунка спектра как функции плотности гребней спектра. В сигналах со скользящим гребенчатым спектром фаза гребней градуально меняется в течение действия сигнала, т.е. создается динамический спектрально-временной рисунок сигнала. В каждый момент времени спектр характеризуется гребенчатой структурой, и на каждой из частот, составляющих спектр, спектральная амплитуда флуктуирует с частотой, зависящей от скорости скольжения спектра и плотности гребней. Тест-сигналы со скользящими гребенчатыми спектрами в последнее время применяются для измерения частотного разрешения в диагностических целях. В результате проведенных измерений установлена зависимость предела скорости скольжения спектрального рисунка, при которой от отличается от стационарного спектра, от плотности элементов (гребней) спектра. Предельная скорость скольжения спектрального рисунка зависела от плотности гребней спектра: чем ниже плотность гребней, тем выше предельная различаемая скорость скольжения. При минимальной плотности 1/окт различалась скорость, приближающаяся к 400 окт/с, при этом частота пульсаций на каждой из частот спектра также была около 400/с. При плотности гребней 7/окт различалась скорость скольжения не выше 11.3 окт/с что соответствует частоте пульсаций 79.1/с. Этот результат был неожиданным, поскольку, согласно классическим представлениям, флуктуации уровня звукового сигнала могут различаться лишь до частот 50-70/с. Этот предел обусловлен фундаментальными характеристиками слуховой системы: интегрирующим звеном с постоянной времени 7-10 мс. Для объяснение полученного результата была разработана модель, согласно которой пределы различения как плотности гребней, так и частоты флуктуаций при скольжении спектрального рисунка ограничены характеристиками частотно-избирательных фильтров слуховой системы вследствие двух процессов: интегрирования в пределах полос пропускания частотно-избирательных фильтров и временного разрешения, зависящего от полосы пропускания фильтра. Высокие частоты флуктуаций детектируются тем же механизмом, который обеспечивает временной анализ частоты звука, а ограничения накладываются полосой пропускания частотно-избирательного фильтра. Таким образом,при применении тест-сигналов с динамическими спектрально-временными рисунками для оценки спектральной разрешающей способности слуха могут существенно различаться в зависимости от скорости скольжения. Разные тест-сигналы выявляют характеристики разных звеньев слухового анализа, что требует выработки раздельных тестов для соответствующих характеристик слуха. 3. Исследование возможности адаптации метода Бекеши к измерению спектрального разрешения. Этот метод, применяемый в аудиологической практике для измерения абсолютных порогов слуха, состоит в чередующемся повышении/понижении интенсивности звука в зависимости от ответов испытуемого "да-нет". Этот упрощенный метод приемлем для целей практической диагностики ввиду его малой времяемкости, хотя и за счет меньшей точности. В результате проведенных экспериментов модификация метода Бекеши для измерения спектрально-временного разрешения признана неперспективной. Этот вывод был сделан на основании следующих результатов. а) В отличие от измерения абсолютных слуховых порогов, когда тест-сигналы подаются в тишине, аналогичная процедура при измерении спектрального разрешения требовала фонового предъявления сигнала в течение всего времени измерения. Это вызывало у испытуемых утомление и дискомфорт. б) Обнаружение незначительных изменений тембра на фоне непрерывно звучащего сигнала происходило нестабильно, что отражалось в большом стандартном отклонении получаемых данных. в) Результат тестирования существенно зависел от предпочтения (bias) испытуемого давать положительный или отрицательный ответ в сомнительных случаях. Для разделения сенсорного фактора и фактора предпочтения на основе соотношения обнаружений сигнала и ложных тревог требовалось увеличение числа проб, что также сводило на нет ожидаемую быстроту тестирования. При применении классической процедуры с принудительным выбором сокращение времени тестирования может быть достигнуто уменьшением количества проб, что уменьшает точность измерения, но приемлемо для ориентировочных измерений в целях диагностики.