3.2. Пространство и время в слуховом восприятии

Пространственные характеристики звучания мы рассматриваем в качестве наиболее существенных для организации когнитивной подсистемы психики при слуховом восприятии. Согласно классификации задач психологических исследований слуха, представленной Р. Вудвортсом [35], проблема восприятия пространства является главным предметом экспериментального изучения слухового восприятия. На роль пространственной структуры звукового объекта в организации целостного восприятия указывают многочисленные исследования пространственного слуха, а также работы в области восприятия музыки [25, 111]. При этом восприятие пространства неразрывно связано и с восприятием времени. Так, применительно к восприятию музыкальных звучаний, Е. Назайкинский отмечает, что "комплекс пространственных представлений, связанных с музыкой, занимает огромную область... от опирающихся на звуковую локализацию, на пространственные свойства самого звучания, до компонентов, в которых исходным моментом является время" [111, с. 88].

Все эти положения справедливы не только для музыкального восприятия, но и для более широкого круга проблем слухового восприятия. Говоря о пространственном восприятии, мы имеем в виду как способность слуховой системы локализовать звуковые объекты в пространстве, так и способность производить анализ всего комплекса характеристик, значимых для восприятия объектов.

Динамические или временные характеристики имеют принципиальное значение для формирования слухового образа, поскольку протяженность процесса звучания во времени является специфическим признаком стимула слуховой модальности: звуков нулевой длительности в природе не существует. Именно поэтому изучение проблемы восприятия пространства неотделимо от исследований динамических компонентов слухового восприятия [253].

Работы, в которых рассматриваются особенности восприятия пространственной информации, заключенной в звуке, традиционно относятся к исследованиям пространственного слуха. Они тесно связаны с изучением бинауральной локализации звука. При этом исследования пространственного и бинаурального слуха осуществлялись, как правило, с использованием упрощенных стимульных воздействий, характерных для большинства психоакустических экспериментов. Несмотря на такое ограничение, результаты, полученные в этих работах, представляют существенный интерес для дальнейшего анализа проблемы.

3.2.1. Исследования бинаурального и пространственного слуха

Тот факт, что у человека, как и у многих животных, два уха, имеет огромное значение. Благодаря бинауральности слуха становится возможной достаточно точная локализация звучащих объектов в пространстве и оценка акустических характеристик пространства, в котором находятся звучащие объекты. Бинауральность слуха обеспечивает также улучшение дифференцировки одновременно звучащих объектов и повышение дифференциальной чувствительности по интенсивности и частоте. С этим же свойством слуха связаны такие явления, как бинауральная суммация громкости и разность уровня маскировки.

Бинауральная суммация громкости заключается в том, что бинаурально предъявленный звуковой стимул слышится более громким, чем при моноуральном его предъявлении. Ж. С. Рейнольдс и С. С. Стивенс [298], используя свои эспериментальные результаты, а также данные других авторов, показали зависимость бинауральной суммации громкости от уровня стимуляции для разных типов сигналов. Ими было выявлено, что если на низких уровнях моноуральный сигнал должен быть увеличен на 3 дБ, чтобы сравняться в громкости с диотически предъявляемым бинауральным сигналом, то на высоких уровнях такая разница достигает 12 дБ. Таким образом, при увеличении уровня звукового давления прирост бинауральной громкости круче (экспонента 0,6), чем моноуральной (экспонента 0,54). Согласно этому исследованию суммация практически не зависит от таких характеристик предъявляемого сигнала, как частота и ширина полосы частот. Однако Б. Шарф [311] показал, что на зависимость бинауральной суммации от уровня влияет ширина полосы: для широкополосных стимулов эффект суммации громкости при увеличении уровня существенно заметнее, чем для узкополосных.

Принято считать, что звук при бинауральном его предъявлении кажется вдвое более громким, чем при моноуральном [241, 267]. Однако некоторые исследователи показали, что отношение бинауральной громкости к моноуральной для тонов и шума может быть меньше двух [313].

Бинауральность слуха улучшает также и дифференциальную чувствительность. Как показали В. Джестидт с соавт. [252], не-зависимое от бинауральной суммации громкости улучшение Дифференциальной чувствительности по интенсивности и по частоте при бинауральном слухе наблюдалось во всем диапазоне предъявляемых частот. Выявилось снижение величины дифференциальных порогов по частоте в среднем в 1,44 раза, а по интенсивности - в 1,65 раза. Другой эффект повышения чувствительности при бинауральном слухе связан с явлением разности уровня маскировки (бинауральное немаскирование) [237, 241, 258, 273, 286, 292], которое заключается в снижении бинаурального маскированного порога в том случае, когда полярность маскера или сигнала в одном из ушей меняется на противопложную.

В нашем исследовании свойства бинауральности будут обсуждаться в первую очередь в связи с проблемой восприятия пространства, в частности при анализе закономерностей локализации звуковых объектов. Важно подчеркнуть, что для объяснения многих феноменов пространственного слуха употребляется понятие целостности слухового образа. Как отмечает К. Черри, "наличие двух ушей значительно повышает возможности слухового различения. Мы можем лучше выделять отдельный голос в разговорном гуле и следить за ним или отличать голос от звуков уличного движения, шума ветра и множества других шумовых помех. Мозг максимально использует слабые различия во времени, интенсивности и микроструктуре, - и посредством индуктивного заключения расщепляет комплекс звуков на отдельные целостные образы, которые формируют субъективный "пространственный мир" звуков. Основной факт, известный нам о любом слуховом образе, например о голосе, заключается в том, что этот образ является единым; обладая двумя ушами, мы слышим только единый мир" [166, с. 321].

Автор утверждает, что для построения моделей слуховых механизмов необходимо применять реальные звуковые воздействия, такие, как речь и другие стохастические сигналы. Ведь, в конце концов, эти механизмы эволюционировали именно в процессе восприятия таких естественных источников звука. Из этого следует, что целостный слуховой образ формируется первоначально под воздействием звуков окружающей человека среды. Тем самым вновь подчеркивается предметный характер целостного слухового образа.

Прежде чем обсуждать работы, посвященные исследованию различительных признаков локализации звука, необходимо еще раз отметить, что подавляющее большинство их выполнено при использовании искусственных акустических условий. Эксперименты, как правило, проводились в безэховых камерах, а в качестве стимулов применялись простые синусоидальные сигналы [216, 241, 276, 318 и др.] и гораздо реже - шумовые посылки и натуральные звуки [206, 224, 308 и др.].

Считается, что применение натуральных звуков в обычных условиях слушания сопровождается большими трудностями в обнаружении признаков, используемых субъектами в каждой конкретной ситуации [232]. Локализация в пространстве натуральных, даже квазипериодических звуков, сопровождающихся сложными переходными процессами атаки и затухания, может быть основана на комбинации или взаимодействии многих различительных признаков. Другая сложность, возникающая при проведении экспериментов в естественных условиях, связывается с существованием отражений звука от объектов, находящихся в окружающей среде. Эти отражения также значительно усложняют акустическую картину, действуя как фантомные источники звука.

В последнее время широкое распространение получил метод стимуляции при помощи головных телефонов, который обеспечивает возможность более точного контроля параметров предъявляемого звукового сигнала [238, 277, 354 и др.]. Если в первом случае звуки кажутся локализованными в том или ином месте окружающей среды, то во втором - внутри головы (при этом говорят о латерализации звуков). Важно отметить, что четкого соответствия между закономерностями смещения слухового образа при латерализации и закономерностями локализации звукового объекта в пространстве не обнаружено [251].

В исследованиях пространственных свойств слуха обычно рассматриваются частные случаи локализации: определение направления на звуковые источники, находящиеся в горизонтальной плоскости (локализация по фронту) и в медианной (сагиттальной) плоскости при разных углах возвышения (локализация по высоте). Кроме того, изучаются особенности локализации звуков в зависимости от расстояния до источника звучания (локализация по глубине) [25]. Хотя в реальных условиях слушания такого расчленения обычно не происходит, при локализации звуков в той или иной плоскости для слуховой системы обычно требуются разные группы различительных признаков.

Наиболее хорошо изученными являются различительные признаки локализации звуков в горизонтальной плоскости. Основными признаками локализации по фронту являются интерауральные различия интенсивности сигналов, поступающих от одного и того же источника звука к обоим ушам, и различия прихода этих сигналов во времени. Эти различия измерены, в частности, В. Е. Федерсеном с соавт. [219]. Е. А. Шоу [319] приводит суммарные данные, полученные из работ разных авторов. Согласно этим данным, наибольшие интерауральные различия наблюдаются при расположении источника звука сбоку от слушателя (под углом 90°). Большое значение при этом имеет частота звукового сигнала. При ее увеличении одно и то же изменение азимута (от 0° до 90°) сопровождается возрастанием интерауральных различий интенсивности (в этом случае все более и более сказывается такое явление, как акустическая тень головы) и уменьшением временных различий для каждой из частот [41, 216, 241, 319].

Еще в 1907 г. Дж. В. Стретт (Лорд Релей) [148] предложил так называемую "дуплексную теорию" локализации звука, согласно которой источники низкочастотных сигналов локализуются на основе интерауральных временных различий, а источники высокочастотных сигналов - на основе интерауральных различий интенсивности. У современных исследователей эта точка зрения также практически не вызывает возражений. Как показали исследования, локализацию (латерализацию) тонов с частотой ниже 1300-1500 Гц обеспечивает разница во времени поступления звуков в оба уха, а для более высоких частот звука различительным признаком служит разница в его интенсивности [41, 277, 332, 354]. Отметим, что большинство звуков акустической среды человека имеют сложный спектральный состав, включающий как низкочастотные, так и высокочастотные компоненты.

Важной характеристикой локализации звуков является пространственная разрешающая способность слуха или пространственная острота слуха, которая характеризуется тем минимальным смещением источника звука или тем наименьшим различием в местоположении двух источников звука, которые вызывают ощущение изменения локализации. Эту характеристику А. В. Миллс [276] назвал минимально слышимым углом. С другой стороны, эта же пороговая величина характеризует и те пределы изменения местоположения звуковых объектов в пространстве, внутри которых сохраняется ощущение неизменной локализации. Именно в таком смысле употребляет Й. Блауэрт [25] термин "размывание локализации" для обозначения этой величины. Многочисленными исследованиями установлено, что наилучшая пространственная разрешающая способность слуха наблюдается при расположении источника звука непосредственно перед слушателем (0°). В этом случае величина минимально слышимого угла (размывания локализации) наименьшая и составляет около 1°. При изменении азимута прихода звуков вправо и влево до 90° она увеличивается в 3 - 10 раз [25, 276, 332]. При использовании в качестве тестовых сигналов тональных звуков обнаружена достаточно сильно выраженная зависимость минимально различимого угла от частоты сигнала. В диапазоне частот приблизительно 1500 - 2500 Гц величина угла оказалась наибольшей, а при уменьшении и увеличении частоты тестовых сигналов заметно снижалась [25, 41, 232, 241, 276].

С. С. Стивенс и Е. Б. Ньюмен [332] показали, что шумоподобные звуки локализуются в пространстве лучше, чем тоны. Этот факт они связали с наличием интерауральных спектральных различий в звуках, появляющихся за счет переходных процессов, которые представляют слушателям дополнительные различительные признаки локализации. На роль переходных процессов звука в улучшении его локализации указывают и другие авторы [180, 232, 287, 354]. При этом подчеркивается важность присутствия низкочастотных компонентов звука [180, 189, 354].

Поскольку локализация (латерализация) звуков зависит как от временных, так и от интенсивностных интерауральных различий, то может существовать огромное количество их комбинаций, причем некоторые из них характеризуются противоположным влиянием различительных признаков разного вида на смещение слухового образа источника звука. В таком случае возникает вопрос: насколько взаимозаменяемы различительные признаки разных видов (интерауральные временные или фазовые сдвиги и интерауральные различия интенсивности)? Обычно результаты такой компенсации выражаются в виде взаимозаменяемого отношения - коэффициента компенсации [25], показывающего, какую временную задержку необходимо ввести, чтобы скомпенсировать сдвиг латерализованного слухового образа, вызванный интерауральной разницей интенсивности [179, 250]. Однако более поздние исследования показали, что полной компенсации, как правило, не происходит [25, 179, 238, 240, 250]. Более того, при наличии интерауральных временных и интенсивностных различий у испытуемых могут возникать в определенных условиях два латеризованных слуховых образа вместо единого. Один из них связан с временными различиями в приходе звука в оба уха ("временной" образ), а второй - с разницей в интенсивности ("интентивностный" образ). Возникновение "временного" образа характерно при действии звуков частотой ниже 1500 Гц, а "интенсивностного" - выше 1500 Гц, что вполне согласуется с "дуплексной теорией" [148, 238, 239, 250].

При локализации звуков в медианной плоскости сигналы, поступающие к обоим ушам от источника звука, являются иден-тичными, поскольку расположены на одинаковом расстоянии от каждого уха. В связи с отсутствием интерауральных различий слуховая система использует другие различительные признаки, в основном те же самые, что и при моноауральном слухе. Многочисленными исследованиями показано, что основная роль в предоставлении слушателю различительных признаков локализации в медианной плоскости принадлежит ушной раковине [25, 183, 192, 225, 226, 243, 305, 351]. Такими различительными признаками являются изменения в спектре звукового сигнала, возникающие за счет взаимодействия звука с гребнями и выемками ушной раковины. Эти изменения зависят от направления прихода звуков. Ушная раковина играет в данном случае роль своего рода фильтра [192], который за счет отражений и задержек [183, 243, 351], создаваемых структурами ушной раковины, трансформирует спектр входного звукового сигнала. С. К. Роффлер и Р. А. Бутлер [305] показали, что локализация была наилучшей, когда звуки содержали высокочастотные компоненты. М. Б. Гарднер и Р. Гарднер [226] в экспериментах с заполнением полостей ушной раковины наполнителем (что приводило к резкому ухудшению способности к локализации) получили аналогичные результаты. Кроме того, они показали лучшую локализацию звуковых объектов, находящихся перед слушателем, по сравнению с объектами, расположенными сзади. В целом точность локализации в медианной плоскости заметно хуже, чем в горизонтальной. По данным Й. Блауэрта 125], размывание локализации в данном случае составляет 4-17.

Что касается локализации звука по глубине (или определения расстояния до источника звука), то необходимо в первую очередь отметить, что на ее точность большое влияние оказывает степень знакомства слушателя с воспринимаемым звуком. Бели слушателю предъявляется знакомое звучание, то определение расстояния, как правило, оказывается правильным. Однако, как показал М. Б. Гарднер [224], оно изменяется, например, в случае изменения манеры человека говорить. Так, одна и та же фраза, сказанная на одном и том же расстоянии от слушателя шепотом, нормальным голосом и криком, приводила к разным результатам в определении расстояния до говорящего.

В зависимости от расстояния слуховая система использует целый ряд различных признаков. Й. Блауэрт [25] на основании их анализа приводит следующую классификацию.

1. При средних расстояниях до источника (3 - 15 м) и при стационарных во времени сигналах определяющим является уровень звукового давления ушных сигналов, который падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния в свободном звуковом поле.

2. При больших (более 15 м) расстояниях начинает сказываться затухание звуковых сигналов, зависящее от частоты. При этом высокочастотные компоненты затухают быстрее, чем низкочастотные; что вносит характерные изменения в спектр сигнала.

3. При небольших расстояниях (не более 3 м) наблюдаются изменения спектра звуковых сигналов, связанные с линейными искажениями, вызываемыми влиянием головы и ушных раковин.

4. При звукопередаче через головные телефоны, когда источники звуков находятся непосредственно у входа в слуховые каналы, слуховые образы локализуются, как правило, "внутри головы". В этом случае ушные сигналы подвергаются специфическим линейным искажениям, поскольку здесь полностью исключено нормальное фильтрующее действие ушных раковин.

Мы рассмотрели здесь различительные признаки локализации звука в разных плоскостях, так сказать, в "чистом" виде. В реальных условиях слушания такие ситуации, когда слуховая система использует отдельные признаки, встречается очень редко. Как правило, положение слухового объекта в пространстве определяется набором признаков. Большое значение при этом имеют движения головы и дополнительная информация, поступающая по зрительному, вестибулярному, тактильному каналам, а также за счет костной проводимости [25]. В закрытых реверберирующих помещениях важную информацию о локализации дают отражения звуков, которые несут информацию и об акустических свойствах помещения [25, 161, 264]. Здесь существенную роль играет так называемый эффект предшествования (закон первой волны), который заключается в доминировании ранее поступившего звукового сигнала над более поздними (отраженными звуками) [25, 41, 223, 241].

Как уже говорилось, меньше всего исследована именно способность слуховой системы производить комплексный анализ содержащейся в звуке информации. В традиционной психоакустике наблюдалось стремление максимально упростить экспериментальные условия и стимульные воздействия с тем, чтобы получить наиболее "чистые" закономерности восприятия (ощущения). Для расширения полученных в этих исследованиях данных рассмотрим особенности пространственного слуха при восприятии сложного звука в условиях естественной для человека акустической среды.

3.2.2. Акустическая среда в слуховом восприятии

Пространственно-временные свойства звука приобретают особую роль в формировании слухового образа для ситуаций восприятия звучаний объектов естественной акустической среды человека. Как мы уже показали, дифференцировка звуков по источникам их происхождения (или, более точно, - по отношению к источникам звуковых колебаний и к звуковому контексту этих источников) является одним из главных оснований разделения звуков как объектов слухового восприятия. Другими словами, такое разделение связано с выявлением пространственно-временных отношений между разными звуковыми объектами восприятия, а также между этими объектами и акустической средой, составляющей контекст восприятия. Как раз по этим отношениям оказалось возможным отделить класс натуральных звуков от искусственных.

Однако это не означает, что в исследованиях восприятия искусственных звуков снимается задача анализа пространственно-временных свойств звуковой среды. Наоборот, такой анализ необходим для выявления степени отличия характеристик искусственного звука от натурального, особенно при изучении восприятия звуков, преобразованных техническими средствами приема - передачи асустического сигнала.

Необходим специальный анализ пространственно-временной специфики источников звучаний наряду с акустическими условиями их формирования и восприятия. Такая необходимость следует из многочисленных данных, полученных в исследованиях стереофонии, архитектурной и музыкальной акустики и т. п. [16, 75, 80, 159-161]. Эти исследования показывают значимость для восприятия как локализации конкретного звукового объекта (локализации в пространстве и локализации как целостного образования), так и акустической информации об обстановке прослушивания. Убедительно продемонстрирована роль реверберации (отраженных звуков) в формировании целостного образа восприятия. Более того, показано, что во многих случаях информация об обстановке оказывается более значимой в сравнении с информацией о размещении источников звука, т. е. возможно представление звуковых объектов в пространстве на основании только информации об акустической обстановке, без их непосредственной локализации. Так, В. В. Фурдуев [161] утверждает, что преимущества стереофонического звучания музыки связаны не столько с обеспечением возможности пространственной локализации кажущихся источников звука, сколько с воссозданием акустической атмосферы большого зала, куда переносит слушателя стереофонически воспроизводимая музыка. Причем к пространственным характеристикам звучания он относит и временную структуру ранних отражений, которая определяет впечатление объема помещения прослушивания.

Значимость информации об акустической обстановке звучания легко осознается человеком, который попадает в заглушенную акустическую камеру. Конструкция акустической камеры такова, что она, с одной стороны, полностью изолирована от внешних звучаний, а с другой - в ней практически отсутствуют отраженные звуки. Для описания ощущений человека, находящегося в таком помещении, удобно в качестве аналогии рассматривать ощущения человека в невесомости: их описания оказываются достаточно сходными [см., например, 48, 74]. Действительное сходство ситуаций невесомости и изоляции от привычной акустической среды определяется тем, что в обоих случаях человек лишается некоторой информации о среде, непрерывно поступающей по одному из сенсорных! каналов. Причем как гравитационная, так и слуховая информация о среде обрабатывается, как правило, неосознанно, а осознание наступает, если только исчезает один из потоков информации о состоянии среды.

Отметим, в качестве предложения, что указанные процессы в действительности могут рассматриваться не только в виде аналогии, а иметь и более близкие механизмы, если принять во внимание, что вестибулярная и слуховая системы связаны как функционально, так и морфологически. Обе эти системы обеспечивают ориентацию человека в пространстве: вестибулярный аппарат - за счет обработки гравитационной информации, слуховая система - за счет анализа акустической информации об окружающем пространстве.

Человек, оказавшийся в акустической камере, совершенно иначе, чем в обычной обстановке, воспринимает не только пространство помещения, о характеристиках которого он просто не способен составить какое-либо адекватное представление (особенно если лишен к тому же и зрительной информации), но и любые звуки (например, собственный голос или голос собеседника) становятся для него неузнаваемыми. Оказывается невозможным также оценить расстояние между слушателем и источником звука.

Таким образом, при изучении слухового восприятия невозможно абстрагироваться от влияния акустической атмосферы, создаваемой отраженными звуками, на результат восприятия. Более того, во многих случаях адекватного восприятия конкретных звуков требуется помещение с вполне определенными характеристиками. Церковная музыка, которая отличается строгим стилем, может исполняться в залах с очень большим временем реверберации. Однако игра современного симфонического и тем более эстрадного оркестра в церкви вызвала бы какофонию звуков. Нельзя в очень больших спортивных залах исполнять камерные произведения - воздействие такого исполнения будет очень далеким от задуманного автором. На значение окружающей обстановки в формировании образа восприятия обращает особое внимание Р. Тэйлор [152], показывая принципиальную роль познаний в акустике (и в психоакустике) архитектора, создающего помещения прослушивания. Так, "современный любитель музыки в отличие от его предков уже не может удовлетвориться акустикой знаменитых старых залов. Современные туалеты настолько изменились, что поглощение, обусловленное публикой, значительно снизилось. Дамы в мини-юбках в этом отношении не могут конкурировать со своими прабабушками, облаченными в пышные туалеты, и поэтому теперь время реверберации залов, несомненно, увеличилось по сравнению с добрыми старыми временами" [152, с. 189].

Оценка человеком акустической обстановки позволяет ему точнее осуществлять пространственную локализацию слуховых объектов. При этом установление пространственных координат слухового образа сложного звука обеспечивается целым комплексом слуховых характеристик, связанных не только со способностью бинаурального слуха определять направление на источник звука. Одновременно с бинауральной локализацией направления производится слуховой анализ динамических составляющих тембра и других качеств звука.

Ориентация человека в окружающей среде связана также со способностью слуховой системы оценивать и измерять пространственные характеристики самого звукового объекта. Так, воспринимаемый размер звукового объекте оказывается меньше для звуков, имеющих больше высокочастотных составляющих в спектре [186]. От спектрального состава звука зависит также и структура слухового образа, характеризующаяся такими субъективными свойствами, как объем и плотность. Именно благодаря пространственным свойствам слуха значительное количество признаков, которые человек использует при описании звуков, так или иначе связаны с представлениями о форме и величине слухового образа.

Е. Назайкинский [111] выделяет следующие факторы, по которым слух при восприятии сложного звука определяет реальное пространственное расположение источников:

1) зависимость громкости и тембра от удаленности источника звука;

2) соотношение громкости и тембра разноудаленных источников звука;

3) зависимость крутизны фронта звуковой волны от расстояния;

4) разница в направлении, громкости и времени прихода звуковых сигналов, принимаемых левым и правым ухом;

5) время реверберации, характеризующее особенности помещения.

При этом пространственная структура воспринимаемого звука тесно связана с его динамикой, т. е. с временными свойствами сигнала. "Важным фактором слуховой оценки пространства является зависимость крутизны фронта звуковой волны от удаленности источника звука. Известно, что способность уха реагировать на структуру волнового фронта имеет большое значение для оценки расстояния. Чем больший путь проходит звуковая волна, тем меньше ее крутизна... И наоборот, чем ближе источник, тем круче фронт... Особенно ярко способность оценивать крутизну волнового фронта сказывается на низких звуках, а также на инфранизких частотах. В музыкальном исполнении такими инфразвуковыми частотами являются, например, частота вибрато (6 - 6,5 Гц), ритм быстрых пассажей - равномерное движение шестнадцатых либо тридцатьвторых в быстром темпе, или специальные приемы исполнения - трель, тремоло.

Поэтому чем больше источников низких частот в звучании музыкального произведения, тем более рельефной кажется стереофоническая пространственная картина оркестра или вокального ансамбля, а также точнее определяются пространственные координаты отдельных инструментов" [111, с. 121].

Значение динамических составляющих звука для его пространственного восприятия человеком показано также во многих психоакустических исследованиях. Причем динамика играет роль не только в анализе пространственных свойств звука, но и в локализации (идентификации) звуков как целостных объектов. Среди динамических характеристик особое внимание уделяется переходным процессам сложных звуков. Так, В. Джорж [227] показал в эксперименте важность атаки звука для определения тональности звучания музыкального инструмента. Существенная роль динамических характеристик звука в процессах локализации отмечается в уже упомянутой работе С. С. Стивенса и Е. Б. Ньюмана [332].

Важную роль временного параметра в формировании целостного слухового образа показала в своей работе М. Джонс [254]. Необходимость анализа развития процесса восприятия во времени следует из самого названия статьи "Время, наше потерянное измерение". Автор утверждает, что критерием, по которому осуществляется обнаружение человеком звукового паттерна как целостного образования, является сохранение временного порядка звуков. При этом время становится равноправным измерением при описании слуховых событий, таким же, как высота и громкость звука. С введением времени в качестве одного из измерений слуховой образ рассматривается как набор слуховых паттернов, чья структура заключает широкий диапазон временных отношений.

Итак, исследования роли динамики звука при его восприятии вновь показали, что время является необходимым качеством для описания изучаемых процессов. Ясно, что временная структура отдельных звуковых объектов не может анализироваться слухом вне зависимости от их пространственных свойств и от структуры акустической обстановки, сопутствующей звучанию этих объектов. В этом проявляется неразрывная связь пространственных и временных характеристик звучания при слуховом восприятии.

В нашей работе не ставилась задача подробного анализа исследований восприятия пространственно-временных свойств звука. При необходимости читатель может обратиться к работам В. В. Фурдуева [159-161] и других авторов [36, 37, 99, 100, 111, 127, 137, 152]. Наиболее полный обзор данных, полученных при изучении пространственного слуха представлен Й. Блауэртом [25]. При этом следует отметить, что большинство психоакустических исследований построено на описании закономерностей локализации слуховых объектов при восприятии традиционно применяемых в психоакустике искусственных сигналов, причем в акустической обстановке, далекой от привычных для человека условий. Иными словами, для психологического изучения слухового восприятия данные психоакустики могут быть использованы для анализа часто только в качестве сырого материала. Их недостаточно для решения вопроса о механизмах слухового восприятия как процесса формирования слухового образа реальных звуковых объектов.

Указанные соображения определили наш выбор специального исследования особенностей слухового образа, связанных с пространственными характеристиками звучания, близкого к натуральному, и в условиях, приближенных к реальной для человека ситуации прослушивания. Это исследование было осуществлено совместно с А. В. Беляевой в рамках объединения психофизической и вербально-коммуникативной линий анализа психических явлений [17-19, 97]. Ниже представлены некоторые обобщенные результаты исследования, демонстрирующие значимость пространственных характеристик для формирования слухового образа.

3.2.3. Экспериментальное исследование характеристик образа сложного звука

Методика проведения акустического экспериментального цикла достаточно подробно описана нами ранее [97]. Здесь укажем лишь на специфические особенности организации эксперимента.

Управляемым параметром внешних воздействий была пространственная структура звукового поля. При этом мы исходили из представления о том, что естественным условием восприятия сложного звука является наличие трех пространственных измерений в звуковой картине: локализации кажущихся источников звука по фронту (горизонтальной), по глубине и по высоте [5, 6, 97].

Для предъявления испытуемым звуковых сигналов применялись акустические системы двух типов (1 и 2), которые при воспроизведении стереофонических программ обеспечивали локализацию кажущихся источников звука в горизонтальной плоскости. Комбинируя различные варианты включения систем 1 и 2, можно было изменять "потенциальную возможность" воспроизведения пространственных характеристик звучания, заложенных в фонограмме.

В экспериментах использовались четыре фрагмента стерео-фонической записи музыкальных произведений, в которых с разной степенью были "представлены" пространственные характеристики ансамбля звучаний (программы А, Б, В, Г - в порядке усложнения структуры звучания).

Эксперименты проводились в несколько серий. В первой серии испытуемым предъявлялись пары одинаковых музыкальных фрагментов, характеристики предъявления которых изменялись в соответствии с четырьмя рассмотренными вариантами воспроизведения (всего 6 комбинаций звучания для каждого музыкального фрагмента). Испытуемые должны были оценить степень различия в звучании пары сигналов по шестибальной шкале (0 - нет различия, 5 - различие очевидно) и определить, звучание какого из двух сигналов в предъявляемой паре наиболее предпочтительно. Во второй серии, кроме оценки и предпочтения, испытуемые давали описание признаков, характеризующих данное различие и определяющих предпочтение. В третьей серии испытуемые описывали признаки каждого из четырех типов звучаний, предъявляемых не в парах, а изолированно.

Одна из целей экспериментального исследования заключалась в проверке продуктивности комплексного анализа психофизических зависимостей и характеристик вербализованного образа, связанных с изменением физических воздействий (подробнее этот подход мы обсуждали в первой главе). При этом решалась задача поиска соответствия принятой для исследования физической модели звука системе выделяемых человеком признаков образа восприятия.

Для подтверждения самой возможности использования предполагаемого исследовательского подхода при поиске такого соответствия в эксперименте специально применялись сигналы, физическая модель которых исходно может быть описана только в самом общем виде. Такими тестовыми сигналами были звучания музыкальных отрывков. Наши первоначальные представления о характеристиках выбранных сигналов (о физической модели стимула) определялись следующим рядом факторов.

Во-первых, исходя из описанных в литературе данных об объективных измерениях статистических свойств сигналов, аналогичных использованным в наших экспериментах [135, 169], мы могли предположить, что выбранные музыкальные отрывки будут разделяться но структуре спектральных и динамических составляющих.

Во-вторых, современная техника производства стереофонических записей такова, что выбранные программы можно было разделить по характеру распределения информации между каналами стереозаписи, а значит, и по структуре распределения кажущихся источников звука при стереовоспроизведении [137. 161 и др.].

В-третьих, был проведен предварительный экспертный отбор сигналов по количеству уверенно локализуемых кажущихся источников звука.

Таким образом, в качестве тестовых сигналов были выбраны четыре музыкальных отрывка: А - фрагмент звучания, в котором хорошо выделяются только 2 элемента звукового ансамбля; Б - музыкальный фрагмент, в котором выделяются 3-5 элементов; В - 4 - 7 элементов; Г - более 8 элементов звучания. По своей структуре эти сигналы распределялись от сходных с речевыми (А) до приближающихся к шумовым (Г).

Кроме структуры самих тестовых сигналов, в эксперименте изменялись также условия их предъявления. Мы предполагали, что, меняя режим звуковоспроизведения, можно будет изменять пространственные характеристики звуковой картины. Исходные представления о различиях в характеристиках предъявления сигналов были следующими.

Во-первых, техническое исполнение примененных акустических трактов позволяло использовать моно- или стереофонический режим воспроизведения, различия между которыми связаны, в частности, с разной возможностью локализации кажущихся источников звука по фронту [37, 45, 75, 99-100]. Кроме того, специальный режим звуковоспроизведения обеспечивал возможность локализации кажущихся источников звука на различных по глубине расстояниях от слушателя [5-6]. Таким образом, мы располагали четырьмя вариантами звуковоспроизведения: 1м - система точечной локализации; 1с - одномерная система с локализацией кажущихся источников звука по фронту; 2м - одномерная система с локализацией по глубине; 2с - двухмерная система с одновременной локализацией по фронту и по глубине.

Во-вторых, мы располагали данными объективных измерений, а также результатами экспертных оценок характеристик использованных систем звуковоспроизведения, полученных стандартными методами [4-5].

Таким образом, для эксперимента был выбран ряд фиксированных стимульных воздействий и сформированы некоторые представления о закономерностях изменения этих воздействий, т. е. описана исходная "физическая модель" стимульной ситуации (см. рис. 3). Согласно этой модели, мы могли управлять пространственными характеристиками звуковой картины, меняя "потенциальную возможность" воспроизведения пространственных характеристик, заложенных в записи музыкальной программы. Предполагаемая зависимость этих изменений связана с определенной последовательностью возрастания "потенциальной возможности". В соответствии с этим, минимальными возможностями располагает система точечной локализации 1м, максимальными - Двухмерная система 2с. Модель предполагает, что управление пространственными характеристиками звукового поля будет осуществляться только в горизонтальной плоскости. Из описания исходной физической модели следует также, что тестовые сигналы отличаются "представленностью" в них структуры пространственных признаков. Предполагаемая зависимость этой представленности характеризуется определенной последовательностью усложнения структуры (А - Б - В - Г). Согласно исходной физической модели, а также на основании существующих представлений о закономерностях слухового восприятия, мы предполагали, что чем выше "представленность" пространственных характеристик в программе, тем лучше должна реализовываться "потенциальная возможность" воспроизведения этих пространственных характеристик в звучании.

Рис. 3. Физическая модель использованных в эксперименте стимульных воздействий

Для выявления соответствия полученных экспериментальных данных - психофизических и вербальных описаний - предложенной физической модели внешнего воздействия необходимо рассмотреть группу показателей, по которым предполагаемые зависимости подтвердились, т. е. выделить систему признаков, для которой рассматриваемая система физических воздействий оказывается адекватной.

Анализ психофизических данных показывает, что предполагаемая зависимость изменения характеристик восприятия от изменения параметров физической модели в целом подтвердилась по показателю оценки различия в звучаниях и показателю предпочтения звучания [19, 97]. Минимальная величина оценки различия (1, 8) соответствует паре систем звуковоспроизведения 1м2м, максимальная оценка (3, 4) получена при сравнении звучаний полярных систем 1м (точечной) и 2с (двухмерной). Звучание системы 1м оказалось наименее предпочтительным из всех использованных в эксперименте звучаний (23% случаев предпочтений). Чаще всего (в 69% случаев) предпочитается звучание двухмерной системы 2с. Однако градации изменения всех этих характеристик оказались не равнозначными, т. е. ступени выбранной иерархии звучаний различны.

То же самое можно сказать и о связи полученных результатов с характеристиками музыкальных программ. Выявлена определенная зависимость между величиной оценки и типом музыкальной программы. Наименее заметны изменения в звучаниях на музыкальной программе А, имеющей по исходной модели самую простую структуру. В этой программе присутствуют всего 2 хорошо выделяемых элемента звучания, которые практически не маскируют друг друга даже в случае предъявления через систему точечной локализации 1м. Наиболее заметна смена звучания на программе Г, в которой предполагается самая сложная структура ансамбля звучаний. Предпочтение звучания конкретной системы звуковоспроизведения также оказалось связанным с типом музыкальной программы. При прослушивании программы, имеющей простую структуру звучания (А), испытуемым трудно составить определенное суждение о предпочтении. Даже для полярных систем звуковоспроизведения различия в предпочтениях их звучания на программе А незначимы. Напрашивается вывод о том, что при восприятии звучаний данной музыкальной программы все представленные в ней характеристики, в том числе, видимо, и пространственные, могут быть воспроизведены звуковой системой, которая характеризуется низким уровнем иерархии. Наиболее четкие и стабильные предпочтения характерны для случаев воспроизведения программ с более сложной структурой звучания (В и Г).

Подтвердившиеся зависимости оставляют вместе с тем открытым вопрос о действительном их соответствии изменениям пространственных характеристик в звуковой картине. Ведь изменения, которые вносились в сигнал, определяли не только характеристики локализации, но также и целый ряд параметров, влияющих на восприятие: громкость, тембр, содержание музыкального отрывка и др. Конечно, мы стремились элиминировать их влияние, соответствующим образом организуя эксперимент, однако нельзя быть полностью уверенным, что полученные психофизические зависимости не отражают и эти, сопутствующие пространственным, изменения в звучании.

Решение вопроса о том, какая группа признаков в образе восприятия действительно соответствует структуре изменения, заложенной в сигнале, мы получаем из анализа текстов вербальных описаний, сделанных испытуемыми во время эксперимента. Эти тексты, общее количество которых составило 600 протоколов разовых описаний, полученных на одно предъявление стимула, подвергались количественной и качественной обработке. Фиксировалась длина текста этих описаний. Полученные количественные данные сопоставлялись, с одной стороны, с особенностями характеристик описываемых стимулов, а с другой - с данными по оценке и предпочтению, при этом выявлялись точки и зоны повторяющихся соответствий. Вся совокупность полученных текстов (56 831 словоупотребление) послужила базой для извлечения полного словаря атрибутов звучания, использованного для вербального выражения (непосредственного и метафорического) субъективно выделяемых признаков звукового сигнала. Совокупность сделанных испытуемыми описаний явилась основным эмпирическим материалом для содержательного изучения вербального описания слухового образа. Основные методы, использованные при работе с вербальным материалом: вариант контент-анализа, частотнораспределительные процедуры и некоторые приемы эмпирической классификации лексического материала, разработанные А. В. Беляевой [97].

Обобщенные данные проведенного анализа показали, что предполагаемая в физической модели структура изменений стимульных воздействий подтверждается по целому ряду параметров, характеризующих особенности описаний предъявляемых сигналов.

Заложенная в исходной модели иерархия систем звуковоспроизведения сохраняется для суммарного количества пространственных признаков, употребляемых в вербальных описаниях независимо от типа музыкального отрывка. Эти данные представлены на рис. 4а. Как видно из рисунка, процент употребительности пространственных признаков или воспроизведения сигнала двухмерной звуковой системой 2с существенно превышает значения употребительности этих признаков, соответствующие трем другим системам. Наименьшее число пространственных признаков связано со звучанием системы точечной локализации 1м. Как и предполагалось, одномерные системы 2м и 1с оказались близкими по данному показателю (различия в частотах употребительности пространственных признаков для этих двух звучаний незначимы).

Другим показателем, соответствующим изменениям сигнала, предполагаемым в физической модели, является частота употребления пространственного признака "объем" в вербальных описаниях различия в звучаниях (рис. 4б). Наибольшее число употреблений этого признака характерно для сравниваемых систем полярного типа: точечной (1м) и двухмерной (2с). Меньше всего указаний на объем требуется при сравнении монофонических звучаний систем 1 и 2 (точечной и одномерной с локализацией по глубине).

Аналогичные результаты дал анализ распределения количества вербальных указаний на наличие в звучании большого и малого объема в зависимости от типа системы звуковоспроизведения. Данные этого анализа приведены на рис. 4в. Как видно из рисунка, стереофонические системы 1с и 2с характеризуются максимальной частотой указаний на наличие большого объема и минимальным количеством указаний, связанных с малым объемом. Наоборот, для случаев монофонического звучания этих систем (1м и 2м) максимальная частота соответствует указаниям на малый объем звучания. Было обнаружено также, что количество указаний на наличие большого и малого объема, сделанных в условиях сравнения звучания конкретного сигнала с другими сигналами (при описании различия), значительно превышает число подобных указаний, связанных с описанием независимо предъявляемых стимулов (без прямого сравнения). Причем это различие тем больше, чем ниже находятся системы в исходной иерархии (по параметру потенциальной возможности воспроизведения пространственных характеристик в звучании).

Рис. 4. Распределение пространственных признаков: а - в зависимости от типа системы звуковоспроизведения; б - количество признаков группы 'объем' в зависимости от типа сравниваемых систем звуковоспроизведения; в - количество указаний на 'большой объем' и 'малый объем' для звучания каждой системы звуковоспроизведения в сравниваемой паре; г - частоты использования образов с обобщенным значением 'объем - закрытое пространство' в зависимости от типа систем звуковоспроизведения

Предполагаемая по исходной классификации иерархия систем звуковоспроизведения подтверждается также по показателю частоты использования образно-метафорических референтов с обобщенным значением "объем - закрытое пространство", выявленного в результате анализа всех вербальных описаний, как сделанных в экспериментах по оценке и описанию различий в звучаниях, так и в экспериментах по описанию характеристик независимо предъявляемых сигналов. На рис. 4г показано, что наибольшая частота использования таких образно-метафорических референтов соответствует звучанию двухмерной системы 2с, наименьшая - звучанию системы точечной локализации 1м. Одномерные системы 2м и 1с оказались по данному показателю сопоставимыми.

Результаты анализа вербального материала показывают, что предполагаемая зависимость изменения структуры музыкальных отрывков также подтверждается для целого ряда параметров. Так, частота употребления признаков, характеризующих объем звучания, связана с типом предъявляемого музыкального отрывка (рис. 5а). Данные получены в серии по вербализации различий в звучаниях. Максимальное число таких признаков соответствует звучанию отрывка Г, представляющего собой сигнал самой сложной структуры по параметру представленности в нем пространственных характеристик. Минимальное число указаний на объем требуется для звучаний отрывка А, являющегося самым простым по данному показателю. В целом подтверждена предполагаемая последовательность усложнения структуры сигнала (А - Б - В - Г).

Аналогичная зависимость подтвердилась в эксперименте по вербализации различий и для частоты употребления признаков, отражающих глубину звукового пространства (рис. 5б). Характерно, что по данному показателю резко выделяется пара звучаний 1с2м: частота употребления признаков "глубина" при сравнении звучаний одномерных систем 1с и 2м значимо превышает (более чем в 2,5 раза) частоты употребления этих признаков, соответствующие сравнению всех других пар звучаний. Это вполне подтверждает исходно выбранную модель сигнала, поскольку системы 1с и 2м должны были различаться в первую очередь именно характером локализации кажущихся источников звука в горизонтальной плоскости. Основной отличительный признак системы 2м в сравнении с 1с связан как раз с возможностью глубинной локализации.

В хорошем соответствии с предложенной моделью изменения структуры тестовых сигналов находится зависимость от типа музыкального отрывка такого показателя, как частота использования образно-метафорических референтов с обобщенным значением "объем - закрытое пространство" (рис. 5в). Эта зависимость сохраняется для вербальных описаний, полученных во всех сериях эксперимента.

Рис. 5. Распределение пространственных признаков: а - количество признаков группы 'объем' в зависимости от типа музыкальной программы; б - количество признаков группы 'глубина' в зависимости от типа музыкальной программы; в - частоты использования образов с обобщенным значением 'объем - закрытое пространство' в зависимости от типа музыкальной программы

Как видим, показатели, изменение которых соответствует исходно предполагаемым зависимостям, относятся к признакам, характеризующим пространство. Это означает, что в экспериментах действительно изменялась система параметров сигнала, которая связана с пространственными характеристиками слухового образа. Более того, несмотря на то, что физическая модель сигнала была представлена в самом общем виде (и вполне естественно, что наряду с системой пространственных характеристик менялись и некоторые другие, такие, например, как спектр, содержание музыкального отрывка и т. п.), для формирования слухового образа данная система признаков оказалась наиболее значимой. В вербальных описаниях слухового образа сложного звука самой распространенной, стабильной и подчиняющейся определенной закономерности группой параметров оказались пространственные признаки. Количественные и качественные изменения пространственных характеристик в вербализованных образах закономерно связаны как с соответствующими изменениями в показателях психофизических измерений, так и с изменениями физических воздействий. Это дает нам право говорить о возможной адекватности вербального описания сложного слухового образа, если это описание опирается на пространственные признаки воспринимаемого сигнала.

Вместе с тем проведенный анализ показывает, что не все пространственные изменения звуковой картины оказались равнозначными для формирования слухового образа: данные о предпочтениях звучаний показывают, что распределение кажущихся источников звука по фронту более существенно для вынесения суждения о предпочтении, чем их распределение по глубине. Так, при сравнении звучаний одномерных систем 2м и 1с в 75% случаев предпочитается звучание системы 1с.

Итак, мы выделили определенную систему признаков в образе звукового сигнала, связанную с заданной системой фиксированных характеристик стимульных воздействий. Этим подтвержден ряд позиций исходной физической модели, принятой Для описания использованного в эксперименте сигнала. В частности, подтверждена возможность управления пространственными характеристиками звуковой картины путем изменения "потенциальной возможности" их воспроизведения. При этом, как и предполагалось, минимальными возможностями располагает система звуковоспроизведения точечной локализации 1м, а максимальными - двухмерная система 2с, которая обеспечивает локализацию в двух измерениях (по фронту и по глубине). Подтвердилась также предполагаемая зависимость представленности структуры пространственных признаков от типа тестового сигнала. Чем сложнее структура музыкального отрывка, тем лучше проявляются "потенциальные возможности" воспроизведения в звучании пространственных характеристик, заложенных в программе.

Наряду с этим в эксперименте была выделена группа признаков, закономерности распределения которых не вписываются в ту систему изменений, которые предполагались в физическом сигнале в качестве исходной модели. К этой группе относится такой, например, пространственный признак, как "вертикаль". Согласно принятой физической модели сигнала предполагалось управление пространственными характеристиками звукового поля только в горизонтальной плоскости. Однако частота употребления признака "вертикаль" оказалась значительной в описаниях звучаний всех типов систем звуковоспроизведения, достигая максимальной величины для пар звучаний 1с2м и 2м2с. По-видимому, этот признак возникает как необходимая составляющая признака "объем". Но закономерной связи между показателями употребления признака "вертикаль" и характером изменения структуры стимульной ситуации не обнаружено. Это позволяет сохранить в силе основные характеристики, заложенные в физической модели сигнала.

Как видим, описанные в данном разделе эксперименты осуществлялись при предъявлении испытуемым звучаний, сформированных современными системами звуковоспроизведения, т. е. исследовалось восприятие искусственных звучаний, специально искаженных при воспроизведении. Однако даже в этом случае система признаков, характеризующая пространственные отношения элементов сформированного образа, может рассматриваться в качестве базовой системы признаков, способной в вербальной форме отразить структуру многомерного психического образа сложного звука. Перевод многих характеристик образа в пространственные признаки позволял испытуемым более точно воспринимать звучания в качестве целостных структур и лучше определять предметное содержание образа восприятия.

К материалам этого исследования мы еще неоднократно будем возвращаться при дальнейшем изложении. Теперь же логика нашего рассуждения настоятельно требует перейти к более систематическому анализу главных характеристик слухового образа - предметности и целостности восприятия.