1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 3, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 3, стр. 340-350

Изменение спектральных характеристик гласных звуков в русской речи на фоне шума

А. М. Луничкин a, *, И. Г. Андреева a, Л. Г. Зайцева a, А. П. Гвоздева a, Е. А. Огородникова b

a Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
194223 Санкт-Петербург, пр. Тореза 44, Россия

b Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук
199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова 6, Россия

* E-mail: BolverkDC@mail.ru

Поступила в редакцию 24.12.2021
После доработки 29.09.2022
Принята к публикации 16.03.2023

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.

Ключевые слова: акустика речи, шум многоголосия (речеподобный), слухоречевой контроль, эффект Ломбарда, речевая коммуникация, характеристики голоса

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал