Изменение спектральных характеристик гласных звуков в русской речи на фоне шума

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В контексте проблемы слухового анализа сложной сцены исследованы акустические характеристики русской речи в условиях шума многоголосия и проявления эффекта Ломбарда. Сравнивали спектры ударных гласных звуков [a], [u], [i] в словах, произнесенных шестью женщинами в тишине и на фоне диотически предъявляемого речеподобного шума уровня 60 дБ, имитирующего многоголосие. В шуме, по сравнению с тишиной, получили повышение частоты основного тона голоса (F0) и первой форманты (F1) для всех выделенных гласных. Общей закономерности в изменениях второй форманты (F2) обнаружено не было. При произнесении гласного звука [i] в шуме F2 понижалась у всех дикторов, при произнесении гласных звуков [u] и [а] она могла как понижаться, так и повышаться. Таким образом, в основном характер выявленных изменений спектральных характеристик гласных звуков русской речи в шуме соответствовал особенностям ломбардной речи для ряда европейских и азиатских языков. При этом впервые была показана обратно пропорциональная зависимость между F0 диктора в тишине и ее изменениями в шуме: чем выше F0 в тишине, тем меньше ее увеличение на фоне шума. Выявленные спектральные изменения отражают процессы адаптивной коррекции артикуляции, направленные на выделение голоса диктора и повышение разборчивости его речи на фоне речеподобного шума.

Об авторах

А. М. Луничкин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: BolverkDC@mail.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза 44

И. Г. Андреева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: BolverkDC@mail.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза 44

Л. Г. Зайцева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: BolverkDC@mail.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза 44

А. П. Гвоздева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: BolverkDC@mail.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза 44

Е. А. Огородникова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: BolverkDC@mail.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова 6

Список литературы

  1. Bronkhorst A.W. The cocktail-party problem revisited: early processing and selection of multi-talker speech // Atten. Percept. Psychophys. 2015. V. 77. № 5. P. 1465–1487. https://doi.org/10.3758/s13414-015-0882-9
  2. Brumm H., Zollinger S.A. The evolution of the Lombard effect: 100 years of psychoacoustic research // Behaviour. 2011. V. 148. № 11–13. P. 1173–1198. https://doi.org/10.1163/000579511X605759
  3. Garnier M., Henrich N. Speaking in noise: How does the Lombard effect improve acoustic contrasts between speech and ambient noise? // Comput. Speech Lang. 2014. V. 28. № 2. P. 580–597. https://doi.org/10.1016/j.csl.2013.07.005
  4. Ludlow C.L., Cikoja D.B. Is there a self-monitoring speech perception system? // J. Commun. Disord. 1998. V. 31. № 6. P. 505–510.
  5. Möttönen R., Watkins K.E. Using TMS to study the role of the articulatory motor system in speech perception // Aphasiology. 2012. V. 26. № 9. P. 1103–1118. https://doi.org/10.1080/02687038.2011.619515
  6. Summers W.V., Pisoni D.B., Bernacki R.H., Pedlow R.I., Stokes M.A. Effects of noise on speech production: Acoustic and perceptual analyses // J. Acoust. Soc. Am. 1988. V. 84. № 3. P. 917–928. https://doi.org/10.1121/1.396660
  7. Van Ngo T., Kubo R., Morikawa D., Akagi M. Acoustical analyses of tendencies of intelligibility in lombard speech with different background noise levels // J. Signal Process. 2017. V. 21. № 4. P. 171–174. https://doi.org/10.2299/jsp.21.171
  8. Luo J., Hage S.R., Moss C.F. The Lombard effect: from acoustics to neural mechanisms // Trends Neurosci. 2018. V. 41. № 12. P. 938–949. https://doi.org/10.1016/j.tins.2018.07.011
  9. Nonaka S., Takahashi R., Enomoto K., Katada A., Unno T. Lombard reflex during PAG-induced vocalization in decerebrate cats // Neurosci. Res. 1997. V. 29. № 4. P. 283–289. https://doi.org/10.1016/S0168-0102(97)00097-7
  10. Hage S.R., Jürgens U., Ehret G. Audio–vocal interaction in the pontine brainstem during self-initiated vocalization in the squirrel monkey // Eur. J. Neurosci. 2006. V. 23. № 12. P. 3297–3308. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2006.04835.x
  11. Bottalico P., Passione I.I., Graetzer S., Hunter E.J. Evaluation of the starting point of the Lombard effect // Acta Acust. United Acust. 2017. V. 103. № 1. P. 169–172. https://doi.org/10.3813/AAA.919043
  12. Garnier M., Dohen M., Lœvenbruck H., Welby P., Bailly L. The Lombard Effect: a physiological reflex or a controlled intelligibility enhancement? // Yehia H.C., Demolin D., Laboissiere R. (Eds.) Proceedings of ISSP 06. Ubatuba, Brazil. 2006. P. 255–262. HAL Id: hal-00214307
  13. Garnier M., Ménard L., Alexandre B. Hyper-articulation in Lombard speech: An active communicative strategy to enhance visible speech cues? // J. Acoust. Soc. Am. 2018. V. 144. № 2. P. 1059–1074. https://doi.org/10.1121/1.5051321
  14. Bořil H., Hansen J.H.L. Unsupervised equalization of Lombard effect for speech recognition in noisy adverse environments // IEEE ACM Trans. Audio Speech Lang. Process. 2010. V. 18. № 6. P. 1379–1393. https://doi.org/10.1109/TASL.2009.2034770
  15. Bollepalli B., Juvela L., Airaksinen M., Valentini-Botinhao C., Alku P. Normal-to-Lombard adaptation of speech synthesis using long short-term memory recurrent neural networks // Speech Commun. 2019. V. 110. P. 64–75. https://doi.org/10.1109/ICASSP.2017.7953209
  16. Lee J., Ali H., Ziaei A., Tobey E.A., Hansen J.H. The Lombard effect observed in speech produced by cochlear implant users in noisy environments: A naturalistic study // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 141. № 4. P. 2788–2799. https://doi.org/10.1121/1.4979927
  17. McColl D., McCaffrey P. Perception of spasmodic dysphonia speech in background noise // Percept. Mot. Ski. 2006. V. 103. № 2. P. 629–635. https://doi.org/10.2466/pms.103.2.629-635
  18. Amazi D.K., Garber S.R. The Lombard sign as a function of age and task // J. Speech Lang. Hear. Res. 1982. V. 25. № 4. P. 581–585. https://doi.org/10.1044/jshr.2504.581
  19. Tang P., Xu Rattanasone N., Yuen I., Demuth K. Acoustic realization of Mandarin neutral tone and tone sandhi in infant-directed speech and Lombard speech // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 142. № 5. P. 2823–2835. https://doi.org/10.1121/1.5008372
  20. Junqua J.C., Anglade Y. Acoustic and perceptual studies of Lombard speech: Application to isolated-words automatic speech recognition // Proc. ICASSP. Albuquerque, NM. 1990. P. 841–844. https://doi.org/10.1109/ICASSP.1990.115969
  21. Tang P., Xu Rattanasone N., Yuen I., Demuth K. Phonetic enhancement of Mandarin vowels and tones: Infant-directed speech and Lombard speech // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 142. № 2. P. 493–503. https://doi.org/10.1121/1.4995998
  22. Якушев Д.И., Скляров О.П. Моделирование гласных звуков // Акуст. журн. 2003. Т. 49 № 4. С. 567–569. https://doi.org/10.1134/1.1591305
  23. Кузнецов В.Б. Спектральная динамика и классификация русских гласных // Акуст. журн. 2002. Т. 48. № 6. С. 849–853. https://doi.org/10.1134/1.1522046
  24. Фант Г. Акустическая теория речеобразования. М.: Наука, 1964. 284 с.
  25. Чистович Л.А., Венцов А.В., Гранстрем М.П. Физиология речи. Восприятие речи человеком. Л.: Наука, 1976. 388 с.
  26. Бондарко Л.В. Фонетика современного русского языка. СПб: Изд-во С.-Петербург.ун-та, 1998. 276 с.
  27. Ляксо Е.Е., Григорьев А.С. Динамика длительности и частотных характеристик гласных на протяжении первых семи лет жизни детей // Рос. физиол. журн. 2013. Т. 99. № 9. С. 1097–1110. eLIBRARY ID: 20260989
  28. Морозов В.П. Биофизические основы вокальной речи. Л.: Наука, 1977. 232 с.
  29. Egan J.J. Psychoacoustics of the Lombard voice response // J. Audit. Res. 1972. V. 12. P. 318–324.
  30. Matsumoto S., Akagi M. Variation of formant amplitude and frequencies in vowel spectrum uttered under various noisy environments // Proc. NCSP2019, Honolulu. 2019. P. 4–7.
  31. Marcoux K., Ernestus M. Pitch in native and non-native Lombard speech // Proc. ICPhS. Melbourne. 2019. P. 2605–2609.
  32. Ляксо Е.Е. Некоторые характеристики материнской речи, адресованной младенцам первого полугодия жизни // Психол. журн. 2002. Т. 3. № 2. С. 55–64. eLIBRARY ID: 17315992
  33. Keith R.W. Development and standardization of SCAN-C Test for Auditory Processing Disorders in Children // J. Am. Acad. Audiol. 2000. V. 11. № 8. P. 438–445.
  34. Andreeva I.G., Dymnikowa M., Gvozdeva A.P., Ogorodnikova E.A., Pak S.P. Spatial separation benefit for speech detection in multi-talker babble-noise with different egocentric distances // Acta Acust. United Acust. 2019. V. 105. № 3. P. 484–491. https://doi.org/10.3813/AAA.919330
  35. Marks L.E. Binaural summation of loudness: Noise and two-tone complexes // Percept. Psychophys. 1980. V. 27. № 6. P. 489–498. https://doi.org/10.3758/BF03198676
  36. Koterov A.N., Ushenkova L.N., Zubenkova E.S., Kalininna M.V., Biryukov A.P., Lastochkina E.M., Molodtsova D.V., Wainson A.A. Strength of association. Report 2. Graduation of correlation size // Med. Radiol. Radiat. Saf. 2019. V. 64. № 6. P. 12–24. https://doi.org/10.12737/1024-6177-2019-64-6-12-24
  37. Sapir S., Ramig L.O., Spielman J.L., Fox C. Formant centralization ratio: a proposal for a new acoustic measure of dysarthric speech // J. Speech. Lang. Hear. Res. 2010. V. 53. P. 114–125. https://doi.org/10.1044/1092-4388(2009/08-0184)
  38. Stowe L.M., Golob E.J. Evidence that the Lombard effect is frequency-specific in humans // J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 134. № 1. P. 640–647. https://doi.org/10.1121/1.4807645
  39. Letowski T., Frank T., Caravella J. Acoustical properties of speech produced in noise presented through supra-aural earphones // Ear Hear. 1993. V. 14. № 5. V. 332–338. https://doi.org/10.1097/00003446-199310000-00004
  40. Patel R., Schell K.W. The influence of linguistic content on the Lombard effect // J. Speech Lang. Hear. 2008. V. 51. P. 209–221. https://doi.org/10.1044/1092-4388(2008/016)
  41. Alghamdi N., Maddock S., Marxer R., Barker J., Brown G.J. A corpus of audio-visual Lombard speech with frontal and profile views // J. Acoust. Soc. Am. 2018. V. 143. № 6. P. 523–529. https://doi.org/10.1121/1.5042758
  42. Kleczkowski P., Żak A., Król-Nowak A. Lombard effect in Polish speech and its comparison in English speech // Arch. Acoust. 2017. V. 42. № 4. P. 561–569. https://doi.org/10.1515/aoa-2017-0060
  43. Zhao Y., Ando A., Takaki S., Yamagishi J., Kobashikawa S. Does the Lombard Effect Improve Emotional Communication in Noise? Analysis of Emotional Speech Acted in Noise // Proc. Interspeech. 2019. P. 3292–3296. DOI: arXiv:1903.12316.
  44. Russell A., Penny L., Pemberton C. Speaking fundamental frequency changes over time in women: a longitudinal study // J. Speech Lang. Hear. Res. 1995. V. 38. № 1. P. 101–109. https://doi.org/10.1044/jshr.3801.101
  45. Titze I.R., Luschei E.S., Hirano M. Role of the thyroarytenoid muscle in regulation of fundamental frequency // J. Voice. 1989. V. 3. № 3. P. 213–224. https://doi.org/10.1016/S0892-1997(89)80003-7
  46. Nishio M., Niimi S. Changes in speaking fundamental frequency characteristics with aging // Folia Phoniatr. Logop. 2008. V. 60. № 3. V. 120–127. https://doi.org/10.1159/000118510
  47. Шиленкова В.В., Бестолкова О.С. Пресбифония. Возрастные изменения акустических параметров голоса // Вестник оториноларингологии. 2013. Т. 78. № 6. С. 24–27. eLIBRARY ID: 21074035
  48. Коваленко А.Н., Кастыро И.В., Решетов И.В., Попадюк В.И. Исследование роли слухопротезирования в формировании площади акустического поля гласных // Докл. Акад. наук. Науки о жизни. 2021. Т. 497. № 1. С. 204–208. https://doi.org/10.31857/S2686738921020141

Дополнительные файлы


© А.М. Луничкин, И.Г. Андреева, Л.Г. Зайцева, А.П. Гвоздева, Е.А. Огородникова, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».