Ноя 13

Разборчивость речи в условиях шума

(О костной проводимости речи. – И. Борщевский)

Костная и тканевая проводимость звуковых колебаний – сложное физическое и физиологическое явление, зависящее от многих факторов, в том числе и от резонаторной способности черепа человека, отвечающего почти на все низкие и средние частоты в пределах от 50 до 1000 Гц.

Проблема костной и тканевой проводимости имеет большое значение в клинике и физиологии слуха и речи. До настоящего времени наибольшее внимание уделялось изучению роли костной проводимости в восприятии звука, полученные данные использовались в клинической практике и при протезировании тугоухих (В. И. Воячек, Г. Г. Куликовский, Б. С. Преображенский, Я. С. Темкин и др.).

Вопрос о передаче речевых колебаний различными анатомическими участками головы человека путем костной и тканевой проводимости изучен еще недостаточно. В настоящее время для передачи речи используются микрофоны и ларингофоны. Ларингофоны представляют собой один или два небольших датчика, укрепленных специальным приспособлением на шее. Обычным местом, с которого ларингофон снимает речевые колебания (вибрации), является поверхность шеи в области гортани на уровне пластинок щитовидного хряща, так как вибрации на этом участке отличаются наибольшей амплитудой по сравнению с другими участками головы и шеи.

Во время речи механические колебания голосовых связок и гортани непосредственно по тканям передаются датчикам ларингофона, которые преобразуют их в электрические колебания. Таким образом, соприкасаясь с наружными покровами гортани, ларингофон исключает прием окружающих звуков, что позволяет применять его в обстановке шума (в шумовых производственных предприятиях, самолетах, танках).

Следовательно, в условиях шума ларингофон оказывается малочувствительным к воздушным звуковым колебаниям и сравнительно хорошо воспринимает механические вибрации поверхности шеи при разговоре. Это позволяет обеспечить достаточную разницу между полезным сигналом (речью) и помехами (внешними шумами). В отличие от ларингофона обычный микрофон, не будучи контактным датчиком, одновременно с речью воспринимает и окружающий шум, что создает маскирующий фон, мешающий слышать, утомляющий орган слуха и требующий от передающего большого голосового напряжения. Однако ларингофон имеет и недостатки: частотный спектр речи, воспринимаемый им с наружных покровов гортани, меньше спектра воздушных речевых колебаний, полученных при помощи микрофона. Это объясняется: тем, что при снятии ларингофоном речевых колебаний с гортани ряд согласных (п, к, т, с, ш, ф, ч) не может быть удовлетворительно передан, так как в их образовании голосовые связки фактически не участвуют. Начальный звук гортани проводит через сложную систему резонансных полостей, где претерпевает значительные изменения.

Вибрации гортани при речепроизношении доходят ко лбу, вискам, темени и другим участкам через твердые и мягкие ткани. В этом случае затухание интенсивности речевых сигналов гортани увеличивается и звуки высокой частоты, важные для сохранения хорошей разборчивости, оказываются ослабленными.

Большинство звуков, определяющих в основном хорошую разборчивость речи, образуются выше гортани (языком, губами, мягким небом и другими отделами артикуляционного аппарата). Эти звуки в значительной степени затухают, прежде чем воздействуют через мягкие ткани на ларингофон. Передача через ларингофон снимает также влияние резонаторов (рта, глотки, носовой полости, придаточных пазух носа и др.) на образование внятной и разборчивой речи. В силу указанных причин, а также из-за некоторых эксплуатационных неудобств при пользовании ларингофоном речь, несколько искажается, становится невнятной, ее разборчивость ухудшается, что резко снижает качество связи.

В последнее время появились сообщения об использовании костной проводимости для передачи речи, изыскиваются способы снятия речевых колебаний с более эффективных анатомических участков головы и лица (Фрэнк, 1956; Мосер и Ойер, 1958; Цвизлоски, 1958).

Принцип работы костного датчика заключается в том, что при закреплении его на возбуждаемом речевыми колебаниями участке головы человека корпус датчика при условии его достаточной жесткости колеблется с той же амплитудой и скоростью, что и обследуемый участок. Ввиду наличия мягких тканей на костях лица и черепа величина речевого сигнала при костной и тканевой проводимости зависит от степени прижатия датчика к участку лица или головы. Интенсивность речевого сигнала возрастает с увеличением силы прижатия датчика.

Приступая к изучению вопроса об использовании костной проводимости для передачи речи, следует, прежде всего, уточнить анатомические участки головы и лица, подлежащие обследованию, и определить допустимые величины прижатия датчика к обследуемому участку. При выборе места фиксации костного датчика нужно предусмотреть хорошее его прижатие, в противном случае резко снижается интенсивность речевого сигнала. Прижатие датчика должно, быть сравнительно мягким и вместе с тем достаточным для передачи речевых колебаний костью или мягкими тканями. Необходимо предусмотреть также возможность болевых ощущений при длительном использовании костных датчиков.

Как показали исследования, величина максимально допустимого удельного давления, оказываемого датчиком на обследуемый участок, не должна превышать 65 г. Например, при датчике, диаметр которого 20 мм, сила прижатия не должна быть больше 200 г.

Наиболее удобными по эксплуатационным и другим соображениям оказались следующие участки головы и лица: лоб, щека (область собачьей ямки), височная область у козелка ушной раковины, сосцевидный отросток (мастоид), затылок, темя, верхняя губа и подбородок.

Как известно, одним из существенных критериев качества передачи речи является ее разборчивость и частотный спектр. Разборчивость оценивается по проценту правильно принятых слогов, слов или фраз от общего числа переданных. В исследованиях производилась запись артикуляционных таблиц и стандартной фразы (для частотного анализа) с каждого обследуемого участка головы и лица, а также определялась суммарная интенсивность речевых сигналов с каждого участка. Полученные данные приведены в табл. 1.

Таблица 1

Разборчивость речи в зависимости от обследуемого участка головы и лица

Обследуемый участок Разборчивость речи, %
Лоб 96
Козелок 94
Щека 97
Подбородок 89
Сосцевидный отросток (мастоид) 90,5
Затылок 94
Темя 84,5
Верхняя губа 95
Гортань 85

Из данных табл. 1 следует, что в относительной тишине со всех обследованных участков получена удовлетворительная разборчивость речи. Наилучшая разборчивость отмечена при положении датчика на щеке и области лба, наихудшая – на темени, сосцевидном отростке и затылке.

Общий характер спектров речи с различных участков головы более или менее одинаков. Максимальная интенсивность спектров отмечается при частоте 400-600 Гц, причем обнаруживается резкий спад к высоким частотам. При одинаковом общем характере спектры имеют некоторые заметные отличия. Спектр речи с подбородка отличается от спектров с других участков тем, что максимум интенсивности его лежит в области более низких частот – около 225 Гц. Данные разборчивости речи, воспринимаемой с различных участков головы, находятся в соответствии со спектрами с тех же участков. Уровень речевого сигнала со всех обследованных участков существенно ниже, чем для гортани. Об этом свидетельствуют данные табл. 2.

Таблица 2

Уровень речевого сигнала в зависимости от обследуемого участка головы и лица

Обследуемый участок Уровень речевого сигнала по отношению к сигналу с гортани,

принятому за нулевое значение, дб

Гортань 0
Темя –11,7
Подбородок –12,6
Щека –12,8
Сосцевидный отросток (мастоид) –19,0
Затылок –19,4
Козелок –19,6
Лоб –26,4

Из приведенных данных видно, что речевые сигналы с обследованных участков головы и лица существенно различаются между собой по интенсивности и значительно слабее сигнала с гортани. Разность в интенсивности между сигналами, полученным у с гортани и с других участков, находится в пределах 12-26 дб; наиболее интенсивные сигналы – с темени и подбородка, наименее интенсивные – со лба, области над козелком ушной раковины, с затылка и сосцевидного отростка.

На оснований приведенных материалов следует, что при использовании какого-либо из обследованных участков головы потребуется существенное (до 20 дб) усиление сигнала по сравнению с сигналом, полученным при расположении датчика на гортани.

При сопоставлении результатов исследования костной проводимости речи с различный анатомических участков головы и лица некоторые авторы приходят к выводу, что существенное значение имеют костная структура, толщина костных и мягких тканей, а также отдаленность места фиксации датчика от гортани и ротовой полости, С целью выяснения влияния структуры и толщины костных и мягких тканей различных анатомических участков головы на речевые сигналы при костной, проводимости всем обследуемым производилась рентгенография черепа в профиль, а также измерялось расстояние от гортани и полости рта до мест фиксации датчиков.

Если исходить из анатомо-физиологических особенностей черепа, то наиболее оптимальными участками являются щека, верхняя губа, лоб и подбородок, близко расположенные к гортани, рту, верхнечелюстным, лобным пазухам, носовой и рото-глоточной полостям. Наиболее отдаленные участки от источников речи – затылок и темя. Помимо отдаленности, большое значение имеет и то обстоятельство, что звуковые колебания речи передаются не только костям, но и всей массе черепа – мозгу и мягким тканям. Этим, по-видимому, и объясняется резкое снижение уровня речевого сигнала с отдаленных участков по сравнению с уровнем сигнала с гортани. Так, например, Фрэнк (1956) установил, что амплитуда вибраций при речи на поверхности кожи у козелка ушной раковины составляет 1/20 амплитуды у голосовых связок. Мосер и Ойер (1958) проводили исследования интенсивности сигналов, получаемых при протяжном произношении гласных звуков с 16 различных участков головы. Было обнаружено, что интенсивность сигналов, как правило, уменьшается с увеличением расстояния обследуемого участка от голосовых связок. Например, разность между наибольшей и наименьшей интенсивностью сигналов, получаемых с нижней челюсти и у козелка ушной раковины, составляет 21 дб. Наилучшее воспроизведение звуков отмечено при передаче со лба.

При костной проводимости толщина костных и мягких тканей также может приобретать известное значение. По данным рентгенограммы, толщина костных и мягких тканей в местах крепления датчиков у обследуемых не имеет большого различия, так как в основном все они были в молодом возрасте. К старости кости черепа и лица, как известно, могут подвергаться структурным изменениям, что в известной степени влияет на костную проводимость.

По мнению Цвизлоски (1958), существенное значение в затухании проводимости речевых сигналов приобретают в основном отдаленность от источников речи и резонирующих полостей, а также масса самого черепа.

В условиях тишины и шума невысокого уровня (80-90 дб) при передаче речи с различных участков головы и лица путем костной проводимости наблюдаются несколько лучшие результаты разборчивости, чем с гортани. Наиболее оптимальными участками являются щека и область лба.

Для окончательного суждения о преимуществе костной передачи речи необходимо сопоставить данные, полученные в тишине, с результатами исследований в условиях шума.

Основным фактором, определяющим разборчивость речи при наличии внешнего шума, является отношение полезного сигнала к шуму. Определение так называемой шумозащищенности (то есть отношения сигнала к шуму) различных участков головы и лица, а также разборчивости передачи речи осуществлялось при интенсивности окружающего шума 120-122 дб. Для установления шумозащищенности ламповым вольтметром измерялись величины напряжения, развиваемого на выходе усилителя датчика при передаче речи и воздействии шума. Затем подсчитывались отношения напряжений в дб.

Область гортани обладает наилучшей шумозащищенностью, которая существенно превышает защищенность большинства обследованных участков. Сравнительно хорошую шумозащищенность имеют также подбородок и щека, наихудшую – область над козелком. Низкую суммарную защищенность имеет также лоб, который в условиях интенсивного шума, вибрирует подобно мембране.

Анализируя приведенные материалы, можно усмотреть определенный параллелизм между разборчивостью передаваемой речи в шуме и шумозащищенностью соответствующих участков головы и лица. Хорошая разборчивость речи получена с подбородка, что следует отнести за счет значительной величины шумозащищенности, то есть отношения полезного сигнала к шуму для этого участка в широком диапазоне частот. Достаточно хорошая разборчивость речи наблюдается при передаче со щеки, обладающей также довольно высокой шумозащищенностью. Низкая разборчивость речи при передаче с затылка и темени объясняется не только отдаленностью их от источников речи, но и неудовлетворительной шумозащищенностью участков в области высоких частот. Необходимо учитывать, что на разборчивость речи в условиях шума наряду с шумозащищенностью оказывают влияние также и характеристики самой речи с различных участков головы и лица.

На основании этих данных можно заключить, что соотношение между речевым сигналом и шумом, а также разборчивость речи в условиях шума свидетельствуют об ухудшении качества передаваемой речи при костной проводимости.

В условиях тишины и невысокого уровня шума (80-90 дб) разборчивость речи при передачи ее с различных участков головы и лица путем костной проводимости несколько лучше, чем с гортани. Наиболее оптимальными участками при этом являются щека и область лба.

Применение костных датчиков, расположенных на обследуемых участках, потребует разработки сложного их крепления, которое, с одной стороны, должно обеспечивать необходимое прижатие, а с другой – исключить неприятные и болевые ощущения.

Вопрос о замене в условиях шума высокого уровня микрофонной передачи речи способом костной проводимости требует специальных экспериментальных исследований.

Похожие статьи:

  1. Изменение речи при применении кислородной маски (Исследование особенностей речевого сигнала при дыхании под повышенным давлением. –...
  2. Допустимая интенсивность шума при применении шумозащитного шлема (Об определении допустимых величин шумового воздействия при использовании шумозащитных шлемов....
  3. Шум и вибрации Известно, что шумы (звуки) и вибрации могут оказывать неблагоприятное воздействие...

автор admin \\ теги: ,



Комментарии закрыты.