Individual differences in auditory feedback control of speech in noise

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The study tested the hypothesis, that speech changes in noise (the Lombard effect) may have significant individual differences, including those due to the gender and age of the speakers. For this purpose, the characteristics of Lombard speech were studied for 12 speakers (6 men, 6 women; 25–35 and 55–59 years). The study used recordings of speech, consisting of disyllabic words with stressed vowel sounds [a], [i], [u] of Russian speech in silence and in multi-talker noise at levels of 60 and 72 dB(A). Changes in the fundamental frequency (ΔF0) and intensity (ΔI) of the voice in noise compared to silence were determined. When comparing groups of men and women, significant differences in the change of F0 in noise of 60 dB are shown. Differences in vowel characteristics between the young and middle-aged speaker groups were found for ΔF0 and ΔI in 72 dB noise. Regardless of gender and age, two types of speakers were identified, differing in the values ​of ΔF0 and ΔI at both noise levels. Speakers of the first type in multi-talker noise increased F0 by 23 and 57 Hz, for levels of 60 and 72 dB, respectively, and speakers of the second type — by 16 Hz and 23 Hz. The voice intensity of speakers of the first type for two levels of noise masker increased by 8 and 16 dB; the second type — at 6 and 10 dB. The obtained differences may be determined by the greater influence of voluntary control, with an increase in the noise level in speakers of the second type we have identified.

About the authors

A. M. Lunichkin

I.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry RAS

Email: BolverkDC@mail.ru
Pr. Torez, 44, Saint-Petersburg, Russia, 194223

I. G. Andreeva

I.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry RAS

Email: BolverkDC@mail.ru
Pr. Torez, 44, Saint-Petersburg, Russia, 194223

L. G. Zaitseva

I.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry RAS

Email: BolverkDC@mail.ru
Pr. Torez, 44, Saint-Petersburg, Russia, 194223

E. A. Ogorodnikova

Pavlov Institute of Physiology RAS

Author for correspondence.
Email: BolverkDC@mail.ru
Makarova emb., 6, Saint-Petersburg, Russia, 199034

References

  1. 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
  2. Bottalico P., Piper R.N., Legner B. Lombard effect, intelligibility, ambient noise, and willingness to spend time and money in a restaurant amongst older adults // Scientific Reports. 2022. V. 12. № 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-022-10414-6
  3. Ludlow C.L., Cikoja D.B. Is there a self-monitoring speech perception system? // J. Commun. Disord. 1998. V. 31. № 6. P. 505–510. https://doi.org/10.1016/S0021-9924(98)00022-7
  4. 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
  5. Lunichkin A.M., Shtin K.S. The Role of Auditory Feedback in Voice Control in Normal and Impaired Hearing // Neurosci Behav Physi. 2024. V. 54. № 3. P. 490–499. https://doi.org/10.1007/s11055-024-01616-8
  6. 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
  7. Fryd A.S., Van Stan J.H., Hillman R.E., Mehta D.D. Estimating subglottal pressure from neck-surface acceleration during normal voice production // J. Speech Lang. Hear. Res. 2016. V. 59. № 6. P. 1335–1345. https://doi.org/10.1044/2016_JSLHR-S-15-0430
  8. Björklund S., Sundberg J. Relationship between subglottal pressure and sound pressure level in untrained voices // J. Voice. 2016. V. 30. № 1. P. 15–20. https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2015.03.006
  9. Морозов В.П. Биофизические основы вокальной речи. Л.: Наука, 1977. 232 с.
  10. 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
  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. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. Garnier M., Henrich N., Dubois D. Influence of sound immersion and communicative interaction on the Lombard effect // J. Speech Lang. Hear. Res. 2009. V. 53. № 3. P. 588–608. https://doi.org/10.1044/1092-4388(2009/08-0138)
  17. Zhao Y., Jurafsky D. The effect of lexical frequency and Lombard reflex on tone hyperarticulation // J. Phon. 2009. V. 37. № 2. P. 231–247. https://doi.org/10.1016/j.wocn.2009.03.002
  18. Anand S., Gutierrez D., Bottalico P. Acoustic-perceptual correlates of voice among steam train engineers: effects of noise and hearing protection // J. Voice. 2023. V. 37. № 3. P. 366–373. https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2021.01.006
  19. Pittman A.L., Wiley T.L. Recognition of speech produced in noise // J. Speech Lang. Hear. Res. 2001. V. 44. № 3. P.487–496. https://doi.org/10.1044/1092-4388(2001/038)
  20. Patel R., Schell K.W. The Influence of Linguistic Content on the Lombard Effect // J. Speech Lang. Hear. Res. 2008. V. 51. № 1. P. 209–220. https://doi.org/10.1044/1092-4388(2008/016)
  21. Bottalico P. Lombard effect, ambient noise, and willingness to spend time and money in a restaurant // J. Acoust. Soc. Am. 2018. V. 144. № 3. P. EL209-EL214. https://doi.org/10.1121/1.5055018
  22. Roberts T., Morton R., Al-Ali S. Microstructure of the vocal fold in elderly humans // Clin. Anat. 2011. V. 24. № 5. P. 544–551. https://doi.org/10.1002/ca.21114
  23. Kuhn M.A. Histological changes in vocal fold growth and aging // Curr. Opin. Otolaryngol. Head. Neck. Surg. 2014. V. 22. № 6. P. 460-465. https://doi.org/10.1097/MOO.0000000000000108
  24. Pontes P., Brasolotto A., Behlau M. Glottic characteristics and voice complaint in the elderly // J. Voice. 2005. V. 19. № 1. P. 84–94. https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2004.09.002
  25. Rodeno M.T., Sanchez-Fernandez J.M., Rivera-Pomar J.M. Histochemical and morphometrical ageing changes in human vocal cord muscles // Acta Otolaryngol. 1993. V. 113. № 3. P. 445–449. https://doi.org/10.3109/00016489309135842
  26. 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
  27. 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. EL523-EL529. https://doi.org/10.1121/1.5042758
  28. Junqua J.C. The Lombard reflex and its role on human listeners and automatic speech recognizers // J. Acoust. Soc. Am. 1993. V. 93. № 1. P. 510–524. https://doi.org/10.1121/1.405631
  29. 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
  30. Луничкин А.М., Андреева И.Г., Зайцева Л.Г., Гвоздева А.П., Огородникова Е.А. Изменение спектральных характеристик гласных звуков в русской речи на фоне шума // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 3. С. 340–350.
  31. Lunichkin A.M., Gvozdeva A.P., Andreeva I.G. The Impact of Visual Estimates of Talker-to-Listener Distance on Fundamental Frequency in Noise // Hum. Physiol. 2023. V. 49. № 3. P. 281–288. https://doi.org/10.1134/S0362119723700226
  32. Lu Y., Cooke M. The contribution of changes in F0 and spectral tilt to increased intelligibility of speech produced in noise // Speech Commun. 2009. V. 51. № 12. P. 1253–1262. https://doi.org/10.1016/j.specom.2009.07.002
  33. Cooke M., Lu Y. Spectral and temporal changes to speech produced in the presence of energetic and informational maskers // J. Acoust. Soc. Am. 2010. V. 128. № 4. P. 2059–2069. https://doi.org/10.1121/1.3478775
  34. Titze I.R. On the mechanics of vocal-fold vibration // J. Acoust. Soc. Am. 1976. V. 60. № 6. P. 1366–1380. https://doi.org/10.1121/1.381230
  35. Alipour F., Berry D.A., Titze I.R. A finite-element model of vocal-fold vibration // J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 108. № 6. P. 3003–3012. https://doi.org/10.1121/1.381230
  36. 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
  37. 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
  38. Titze I.R. A model for neurologic sources of aperiodicity in vocal fold vibration // J. Speech Lang. Hear. Res. 1991. V. 34. № 3. P. 460–472. https://doi.org/10.1044/jshr.3403.460
  39. Sundberg J., Nordenberg M. Effects of vocal loudness variation on spectrum balance as reflected by the alpha measure of long-term-average spectra of speech // J. Acoust. Soc. Am. 2006. V. 120. № 1. P. 453–457. https://doi.org/10.1121/1.2208451
  40. Eyben F. et al. The Geneva minimalistic acoustic parameter set (GeMAPS) for voice research and affective computing // IEEE transactions on affective computing. 2015. V. 7. № 2. P. 190–202.
  41. Gallardo L.F., Weiss B. Perceived interpersonal speaker attributes and their acoustic features // Preface & Acknowledgements. 2017. V. 61.
  42. Scherer K.R. Vocal communication of emotion: A review of research paradigms // Speech Commun. 2003. V. 40. № 1–2. P. 227–256.
  43. Gangamohan P., Kadiri S.R., Yegnanarayana B. Analysis of emotional speech — A review // Toward Robotic Socially Believable Behaving Systems-Volume I: Modeling Emotions. 2016. P. 205–238.
  44. Pick H., Siegel G., Fox P., Garber S., Kearney J. Inhibiting the Lombard effect // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. № 2. P. 894–900. https://doi.org/10.1121/1.397561
  45. Therrien A., Lyons J., Balasubramaniam R. Sensory attenuation of self-produced feedback: the Lombard effect revisited // PLoS One. 2012. V. 7. № 11. P. 1–7. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0049370
  46. Bottalico P., Graetzer S., Hunter E.J. Effect of training and level of external auditory feedback on the singing voice: volume and quality // J. Voice. 2016. V. 30 № 4. P. 434–442. https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2015.05.010
  47. Hazan V., Baker R. Acoustic-phonetic characteristics of speech produced with communicative intent to counter adverse listening conditions // J. Acoust. Soc. Am. 2011. V. 130. № 4. P. 2139–2152. https://doi.org/10.1121/1.3623753
  48. Hadley L., Brimijoin W., Whitmer W. Speech, movement, and gaze behaviours during dyadic conversation in noise // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 1–8. https://doi.org/10.1038/s41598-019-46416-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».