Акустические характеристики гласных звуков «говорящих» птиц

Актуальность проблемы распознавания и восприятия речи человеком, отражена в большом количестве работ, посвященных разработке этих вопросов. В последнее время интерес многих исследователей сконцентрировался вокруг мозговой организации речевой функции: разработке теорий распознавания речи, особенностей, связанных с распознаванием речи правым и левым полушарием, а также функциональном картировании мозга, при решении им различных задач (Вартанян И.А. и др., 1988; Вартанян И. А., 1988; Бехтерева Н. П., 1999; Черниговская Т. В., 2004; Chernigovskaya Т., 1994; Pulvermueller F., 1999). Однако, несмотря на длительное исследование, до сих пор многие аспекты восприятия и распознавания речи остаются невыясненными, например, каким образом человек отличает звуки одной фонетической категории от другой. Возникшая в 60-х-70-х годах теория речеобразования (Фланаган Дж., 1968; Фант Г., 1970) считается классической. Согласно этим представлениям ключевыми признаками различных фонетических категорий гласных звуков являются частоты первой, второй и, иногда, третей формант. Для каждой категории гласного значения частот первой и второй формант являются стабильными, и их значения не пересекаются со значениями формант звуков другой категории. Однако почти одновременно с возникновением этой теории, были выявлены многочисленные факты ее не подтверждающие. Среди них, большое количество несоответствий значений формант категорий звуков, произносимых различными людьми, с определенными в лабораторных условиях (Варшавский Л.А., Литвак И. М., 1955). Форманты звуков с высокой частотой основного тона (выше 300 Гц), присутствующих в гласноподобных вокализациях младенцев и звуках вокальной речи, также не попадают в границы, определенные для звуков речи взрослого диктора. Тем не менее, проблем с определением фонетической категории у подобных гласных не возникает (Куликов Г. А. и др., 1999; Андреева Н. Г., Куликов Г. А., 2003). Для решения проблемы разделения категорий гласных звуков предлагаются различные дополнения к основной формантной теории, в том числе предлагающие учитывать не только частотные, но и амплитудные значения формант, или же всю огибающую спектра (Куликов Г. А. и др., 1999; Андреева Н. Г., Куликов Г. А., 2003; Ito М. et al., 2001). Однако, пока не получено доказательств универсальности какого-либо из предлагаемых признаков для разделения категорий гласных звуков независимо от условий их генерации.

В связи с этим, особенно интересной представляется способность некоторых видов птиц имитировать человеческую речь. Ведь для этого птице необходимо, несмотря на индивидуальные различия голосов окружающих её людей и характеристики своей слуховой системы, настроенной на особенности видоспецифических сигналов, выделить те акустические признаки, на основании которых она создаст копию звука, слова или фразы. Так как звуки речи, имитируемые птицами, адекватно распознаются человеком, естественно предположить, что в них сохраняются акустические признаки, позволяющие отнести звук к той или иной категории.

В серии работ было показано, что некоторые виды птиц различают фонетические категории звуков речи. Для восприятия ими категорий гласных существенное значение имеют частотные значения формант (Hienz R.D. et al., 1981), а согласных — время включения основного тона.

Dooling R.J. et al., 1989) и изменение значений частот формант (Dooling R.J. et al., 1995). Это позволяет предположить, что частотные и временные характеристики, ключевые для различных фонетических категорий, могут восприниматься некоторыми видами животных несмотря на то, что акустические особенности их видовой системы коммуникации отличны от характеристик речи. В частности, основной частотный диапазон видоспецифических вокализаций птиц составляет 2−4 кГц. Однако частоты формант большинства звуков речи, генерируемых человеком, не превышают 2 кГц.

Обратная ситуация, а именно восприятие человеком звуков, имитируемых птицами, также удивительна. Многие акустические особенности звуков речи связаны со строением звукогенерирующего аппарата человека. Частоты формант отражают резонансные характеристики гортани, глотки, ротовой и носовой полости. Частота колебания голосовых складок определяет частоту основного тона, на слух воспринимаемую как высота голоса. Более короткие голосовые складки у женщин по сравнению с мужчинами приводят к более высокому голосу. Строение звукогенерирующего аппарата птиц существенно отличается от человеческого, и, следовательно, его резонансные характеристики не могут быть такими же, как у человека. Более того, некоторые виды птиц используют при звукогенерации два источника звуковых колебаний. В немногочисленных работах по исследованию акустической структуры звуков, имитируемых различными птицами были получены противоречивые данные (Силаева O. JL, 1998; Ильичев В. Д. и др., 1999; Banta Lavenex P., 1999; Klatt D.H., Stefanski R.A., 1974; Patterson D.K., Pepperberg I.M., 1994). В работе по исследованию речеподобных звуков из имитационного репертуара серого попугая (Patterson D.K., Pepperberg I.M., 1994) было выявлено, что различные категории гласных английского языка, имитируемые этой птицей, невозможно разделить на основании значений первой и второй формант. Однако, свидетельств использования при генерации звуков попугаем более чем одного источника основного тона получено не было. И, так как, было зафиксировано, что произнесение различных гласных связано с изменением птицей положения языка, авторы предположили, что попугай использует механизмы звукогенерации и модификации акустической картины звуков, сходные с человеческими.

В последнее время появились данные, свидетельствующие о том, что у волнистых попугайчиков, также хорошо известных имитаторов (Banta Lavenex P., 1999), акустическая структура имитаций речи и их видовых сигналов, в значительном количестве случаев, является следствием работы двух нелинейно связанных источников звуковых колебаний. Их местоположение, на данный момент, обсуждается. Вместе с этим существенных отличий анатомии сиринкса в группе попугаев не выявлено (Gaban-Lima R., Hofling Е., 2006). Это позволяет предположить, что подобный способ звукогенерации возможен и у более крупных представителей группы попугаев.

Помимо попугаев имитировать речь способны некоторые виды птиц, относящиеся к певчим воробьиным, например, вороны и скворцы. В нижней гортани птиц этого подотряда присутствуют два независимых источника колебания — по одному в каждом бронхе. Тем не менее, для имитаций речи некоторыми из этих видов характерно высокое сходство с человеческим голосом.

Таким образом, остается неясным, каким образом птицы могут имитировать речь звукогенерирующим аппаратом отличным от человеческого, и на основании чего человек различает гласные, имитируемые птицами, которые не имеют различительных признаков, соответствующих классической теории речеобразования. Это позволяет предположить, что особенности фонетических категорий гласных выходят за рамки значений первой и второй формант.

Цель исследования. Целью исследования являлось: определение акустических характеристик гласных звуков различных фонетических категорий, имитируемых различными птицамивыявление общих акустических признаков для звуков одной фонетической категории, генерируемой птицами разных видов и человеком. Задачи исследования.

1. Осуществить спектральный анализ акустических характеристик гласноподобных звуков «говорящих» птиц различных видов.

2. Провести внутрии межвидовое сравнение акустических характеристик гласноподобных звуков, произносимых различными птицам.

3. Сравнить акустические характеристики гласных, произносимых попугаем и обучающим его человеком.

4. Путем модификации спектральных компонентов, выявить их значимость для идентификации фонетической категории звука, имитируемого птицей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. У «говорящих» птиц независимо от способа звукогенерации и четкости произнесения, фонетические категории имитируемых гласных звуков невозможно разделить на основании признака, стабильного для различных категорий гласных звуков человека.

2. Характер огибающей спектра позволяет разделить фонетические категории звуков, имитируемые каждой из исследованных птиц.

3. Выявленные особенности огибающей спектра различных фонетических категорий гласных звуков, имитируемых птицами, характерны также и для гласных звуков человека.

Научная новизна результатов. В работе впервые проведен детальный спектральный анализ различных категорий гласных звуков русского языка «говорящих» птиц разных видов. В результате сравнительного анализа этих звуков с гласными звуками человека были выявлены особенности, характеризующие фонетические категории гласных независимо от способов генерации. А в результате психоакустического эксперимента была показана роль спектральных компонентов, находящихся в различных частотных диапазонах, для фонетической оценки звуков.

Научно-практическая ценность работы. В результате исследования были выявлены акустические признаки фонетических категорий гласных общие для исследованных птиц и человека. Полученные данные могут иметь существенное значение для понимания психофизиологических основ восприятия фонетических категорий гласных как людьми, так и животными. Знание универсальных особенностей фонетических категорий звуков может способствовать развитию систем автоматического распознавания речи.

Апробация диссертационной работы. Материалы работы были представлены на: XII и XIII международных совещаниях по эволюционной физиологии (СПб, 2001, 2006), конференции «Мозг и поведение» (СПб, 2001), молодежной конференции «Человек и его здоровье» (СПб, 2002), международной конференции «Акустика детской речи» (СПб, 2002), XIII и XVI сессиях Российского Акустического Общества (Москва, 2003, 2005), конференциях «Физиология слуха и речи» (СПб, 2003, 2005).

Выполнение исследований было поддержано стипендиями президента Российской Федерации (2005;2006) и Американского акустического общества (2006 — RX0−121-XX-03) — персональными грантами для студентов, аспирантов и молодых специалистов за 2002 и 2003 года (№ М02−2.6Д-485 и № М03−2.6Д-227) — персональным грантом для аспирантов Федерального агентства по образованию за 2004 год (№ А04−2.12−631) — федеральной целевой программой «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки» на 1997;2000 годыпрограммой Минобразования «Университеты России», № 992 616, 2000;2001 гг.- грантом Российского Фонда Фундаментальных исследований, № 02−06−80 275, 2002;2004 гг.- ведомственной научной программой Минобразования России «Развитие научного потенциала высшей школы» № 4727, 2005 г.

1. Обзор литературы.

Способность к имитации человеческой речи обнаружена у некоторых видов птиц, относящихся к певчим воробьиным и попугаям. Возникает вопрос, связана ли эта способность с наличием у данных видов неких особенностей, отсутствующих у других птиц.

Певчие воробьиные являются наиболее распространенной и высокоорганизованной группой среди птиц (Ильичев В.Д., 1972). К этому подотряду относится около 4000 современных видов птиц из известных 9000 (Биологический энциклопедический словарь, 1995). По уровню элементарной рассудочной деятельности некоторые виды воробьиных ставятся наравне с низшими приматами (Крушинский JI.B., 1986; Зорина З. А., Полетаева И. И., 2001). Относительный объем мозга и объем конечного мозга у птиц этой группы является наибольшим в своем классе (Iwaniuk A.N. et al., 2005). Высокий уровень элементарной рассудочной деятельности и достаточно крупный мозг также характерен для попугаев. Однако, в отличие от певчих птиц, к этому отряду относится только 316 видов (Биологический энциклопедический словарь, 1995).

Из всех групп животных к данному моменту только у нескольких обнаружена необходимость постнатального обучения видовым сигналам. Сюда входят китообразные, морские львы, летучие мыши, певчие воробьиные, попугаи, колибри (Scharff С., White S.A., 2004) и человек.

Выводы.

1. Гласноподобные звуки, присутствующие в имитационном репертуаре исследованных птиц, независимо от четкости копирования, могут иметь гармоническую и негармоническую структуру.

2. Звуки одной категории, имитируемой птицей, могут иметь различное количество формант. В связи с отсутствием стабильности формантной картины разделение различных категорий гласных звуков с учетом частоты первой и второй форманты невозможно.

3. Распределения зависимости разности амплитуд спектральных компонентов от их частоты для различных категорий гласных звуков у всех исследованных птиц имеют определенные особенности: для идентификации категории «и» существенным является присутствие спектрального максимума на частотах выше 1700 Гцотличия между категориями «о» и «а» заключаются в присутствии у категории «а» энергетически выраженных спектральных компонентов в диапазоне 1300−1700 Гц, тогда как у категории «о» они отсутствуют.

4. Особенности характера распределения зависимости разности амплитуд спектральных компонентов от их частоты для каждой категории гласного, имитируемого различными птицами, не зависят от их принадлежности к одному или разным видам.

5. Наличие выраженных спектральных компонентов в диапазоне 13 001 700 Гц у звуков категории «а» по сравнению со звуками категории «о», и спектрального максимума в диапазоне 2000;3000 Гц для категории «и» также характерно для распределений зависимости разности амплитуд спектральных компонентов от их частоты для фонетических категорий звуков человека.

1.4.

Заключение

.

В целом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о высокой специализации звукогенерирующего аппарата, звуковоспринимающей системы и нервной организации вокального поведения птиц, способных имитировать человеческую речь, к характеристиками их видовых сигналов. Принципиальных отличий слуха птиц-имитаторов от других птиц не обнаружено. Особенности слуха, характерные для волнистых попугайчиков, отсутствуют у скворца, также способного к имитации речи, и свидетельствуют скорее о специализации слуховой системы волнистых попугайчиков к видовым сигналам. Однако, учитывая, что при восприятии фонем волнистый попугайчик осуществляет их дискриминацию лучше, чем амадина, остается возможность того, что птицы имитаторы лучше различают категории звуков речи. Данные по категориальному восприятию звуков речи птицами очень ограниченны, и полностью отсутствуют исследования этой возможности у крупных птиц: воронов, ара, какаду, серых попугаев и др.

Акустические характеристики звуков речи, имитируемых попугаями, не совпадают с человеческими. Тем не менее, при имитации речевых звуков доступными птицам способами, ключевые признаки различных фонетических категорий должны сохраняться. Известно, что точное копирование формант для некоторых видов птиц оказывается невозможным. В связи с этим можно предположить, что существуют другие признаки, на основании которых осуществляется дискриминация гласных звуков. Особенности слуховой и звукогенерирующей системы птиц позволяют им воспринимать и генерировать звуки в частотном диапазоне второй форманты звуков речи и выше. Поэтому, вероятно, разделение категорий гласных звуков возможно без использования низкочастотной информации (первой форманты) и, следовательно, фонетические категории можно разделить на основании признака, не отраженного в классической формантной теории. Акустические особенности, специфичные для различных категорий гласных звуков, имитируемых птицами, могут оказаться характерными и для иных звуков, также не разделяющихся на основании значений формант (гласноподобные звуки младенцев и гласные вокальной речи). В этом случае возможно, именно эти особенности используются для восприятия категорий звуков различными животными, включая человека.

2. Методика и условия эксперимента.

2.1. Условия регистрации речеподобных звуков говорящих птиц.

Исследовались имитации речи семи птиц: трех серых попугаев (Psittacus erithacus) (отряд попугаеобразные, сем. попугаи, подсемейство настоящие попугаи), двух волнистых попугайчиков (Melopsittacus undulatus) (отряд попугаеобразные, сем. попугаи, подсемейство настоящие попугаи), скворца-майны (Gracula religiosa) (отряд воробьинообразные, подотряд певчие воробьиные, сем. скворцовые) и обыкновенной канарейки (Serinus canaria) (отряд воробьинообразные, подотряд певчие воробьиные, сем. вьюрковые). С целью сравнения акустических характеристик имитаций слов птицами с речью человека была осуществлена аудиозапись хозяев волнистых попугайчиков.

Сигналы серого попугая Ромы, самца, принадлежащего В. Р. Дольнику регистрировались в домашних условиях при нашем участии. Во время записи птица находилась в своей клетке. Запись проводилась два раза в дневное время с помощью магнитофона SONI WM-D6C (неравномерность частотной характеристики + 3 дБ в диапазоне 40−15 000 Гц). В первом случае использовался узконаправленный электретный микрофон DAK UEM-83R закрепленный на расстоянии 1,5 метра от клетки. Запись проводилась полтора часа. Во втором случае использовался динамический микрофон EAG MD-14N закрепленный на штативе на расстоянии 0,3 метра от клетки ниже уровня жердочки, на которой чаще всего находилась птица. Запись проводилась три часа без перерыва.

Запись вокализаций серого попугая Кузи, предположительно самки, принадлежащего А. А. Тихомирову, была проведена на магнитофон SONY TC-D5 Pro II (неравномерность частотной характеристики + 3 дБ в диапазоне 40−17 000 Гц) с микрофоном AKG D310 в домашних условиях. Микрофон был закреплен на расстоянии 1,5 метра от клетки на уровне жердочки, на которой сидела птица. Запись проводилась три часа. Птица находилась в комнате одна.

Записи вокализаций серого попугая Киры, предположительно самки, принадлежащего Олегу и Ольге Алексеевым, проводились на протяжении 2002;2004 годов восемь раз. Регистрация звуков осуществлялась от полутора до трех часов. Птица была приобретена птенцом (в возрасте около полугода). Первые имитации проявились через четыре месяца. С этого момента была начата запись ее вокализаций. Регистрация осуществлялась с помощью магнитофона Marantz PMD222 и микрофона Sennheiser Е855. Микрофон находился на расстоянии около метра от попугая.

Запись вокализаций волнистого попугайчика Геши, самца арлекинового окраса, также принадлежащего Олегу и Ольге Алексеевым, осуществлялась в тех же условиях, что и Киры. Микрофон находился на расстоянии 0,3 м от центра клетки. Процедура регистрации осуществлялась пять раз в течение 2002 года в обычных условиях (в присутствии экспериментатора, семьи, остальных животных) по три часа. Только две записи содержали значительное количество имитаций и в дальнейшем анализировались. Речь хозяина Геши записывалась однократно в двух ситуациях: при разговоре с другим человеком и при разговоре с попугаем.

Наиболее обширный объем аудиозаписей был получен в результате регистрации вокализаций зеленого волнистого попугайчика Эрика, самца, принадлежащего автору данного исследования. Запись осуществлялась с момента приобретения птицы птенцом (полтора-два месяца) в 2002 году. Использовались магнитофоны с микрофонами: Marantz PMD222 и Sennheiser Е855, Marantz PMD670 и АТ3031. В дальнейшем фрагменты полученного материала использовались только для сравнения акустических характеристик произнесений с имитациями другого волнистого попугайчика. Полученная запись обычной речи хозяина Эрика и при взаимодействии с попугаем использовалась только для выявления изменения частоты основного тона человека в различных условиях.

Оцифровка полученных аудиозаписей осуществлялась с использованием 16-разрядной звуковой карты Creative Labs AVE 64 и Aardvark DirectMix USB с частотой дискретизации 44 100 Гц. В случае использования цифрового магнитофона Marantz PMD670 аудиозапись производилась в формате РСМ, 16 бит, моно, с частотой дискретизации 44 100 Гц.

Материал по скворцу-майне Чике и канарейке Пинчи был любезно предоставлен сотрудниками кафедры зоологии позвоночных И. В. Ильинским и Е. А. Кречмаром из фонотеки голосов животных. Записи были проведены А. С. Мальчевским в октябре 1969 года на магнитофон «Репортер-3» с микрофоном Д-55.

2.2. Процедура инструментального анализа записей.

Из всего вокального репертуара птиц выделялись имитации слов человеческой речи. Помимо них, в записи присутствовали видовые сигналы и имитации механических звуков. Выделение гласных звуков осуществлялось на слух (на основании однородности звучания выделенного фрагмента), по однородности динамической спектрограммы и амплитудно-динамической формы сигнала (рис. 6, а, б). Длительность выделяемого участка составляла не менее 50 мс. Выделенный из состава слова фрагмент соотносился исследователем с одной из категорий гласных русского языка. Если звук после выделения терял все признаки гласноподобности, в дальнейшем он не анализировался.

Спектральный анализ звуковых сигналов осуществлялся на основе быстрого преобразования Фурье. Взвешивание осуществлялось с помощью окна данных Хемминга с 1024 отсчетами (ширина усредняемой полосы 43 Гц) (Рабинер Л. Р, Шафер Р. В, 1981).

В связи с тем, что спектры гласноподобных звуков, в большинстве случаев, не являлись гармоническими, то определялась частота и амплитуда всех спектральных компонентов, необходимых для описания контура огибающей спектра, начиная с первой составляющей, превышающей уровень шума, и до момента исчезновения выраженных компонентов. Ниже 2 кГц осуществлялось определение частот и амплитуд всех спектральных компонентов, необходимых для описания огибающей спектральных максимумов, выше — регистрировались значения только спектральных максимумов. В спектре каждого звука выделялось до трех формантных составляющих (спектральных максимумов) (рис. 6, в). Хотя однозначные данные о соответствии частоты спектральных максимумов вокализаций птиц резонансным характеристикам их вокального тракта отсутствуют, для упрощения обозначений, под формантой в дальнейшем будет подразумеваться частота энергетически выраженного спектрального компонента, образующего максимум на огибающей спектра. Частота основного тона определялась в случае звуков с гармонической структурой. Гармоническим считался звук на амплитудно-динамической форме которого можно было выявить периоды основного тонав случае если суммарный спектр состоял из ряда кратных друг другу спектральных компонентов (гармоник). За частоту основного тона принималась частота первой гармоники суммарного спектра, если это значение совпадало (+43 Гц) с частотой периодов основного тона амплитудно-динамической формы звука. Спектр звука не удовлетворяющий вышеперечисленным условиям считался не гармоническим.

Рис. 6. Акустические характеристики звука «а» из слова «хароший», произнесенного волнистым попугаем Гешей а). Динамическая спектрограмма (512 отсчетов) произнесения слова «хароший». Стрелкой выделен участок, соответствующий гласному «а». По оси абсцисс — время, мспо оси ординат — частота, Гц. б) Амплитудно-динамическая форма гласного «а». По оси абсцисс — время, мспо оси ординат амплитуда, дБ. в). Суммарный спектр (1024 отсчета) гласного «а». По оси абсцисс — частота, Гцпо оси ординат — амплитуда, дБ. Вертикальными стрелками обозначены спектральные компоненты, данные о которых заносились в базу, цифрами — спектральные компоненты, принятые за форманты.

В случае негармонической структуры спектра и отсутствии периодов основного тона на амплитудно-динамической форме звука, на основании данных P. Banta Lavenex (1999), рассматривалась возможность образования звука более чем одним источником. Результатом этого могла быть негармоническая структура спектра звука, и отсутствие периодов основного тона на амплитудно-динамической форме звука. В случае если на амплитудно-динамической структуре анализируемого звука можно было выделить не менее десяти импульсов со сходной длительностью, звук считался квазипериодическим. Определялась его несущая и модулирующая частоты (рис. 7). При невозможности выделения отдельных импульсов звук считался не имеющим периодической структуры.

Рис. 7. Амплитудно-динамическая форма гласноподобного звука «а», произнесенного попугаем Ромой.

Длинные стрелки — периоды модулирующей частоты, короткие стрелки — периоды несущей частоты.

При анализе гласных звуков человека, выделенных из обычной речи и при взаимодействии с птицей, определялась частота и амплитуда гармоник, частотные значения формант и основного тона.

2.3. Обработка данных.

Полученные значения частоты и амплитуды всех спектральных компонентов заносились в базу. Из амплитуды каждого спектрального компонента вычиталась амплитуда первого спектрального компонента, превысившего уровень шума, и полученная разность переводилась в абсолютную величину. Полученные значения амплитуды для всех спектральных компонентов звуков, отнесенных к единой фонетической категории, распределялись по частотным диапазонам, соответствующим критическим полосам слуха человека (Цвикер Э., Фельдкеллер Р., 1965). В каждой критической полосе определялась их медиана. Значение медианы переводилось в децибелы, и вводилась поправка на аудиограмму для каждой критической полосы. После этого строились распределения зависимости медиан разности амплитуд от частоты спектральных компонентов. Достоверность различий распределений в каждой критической полосе определялась по критерию Колмогорова-Смирнова.

2.4. Аудиторский анализ.

Аудиторскому анализу были подвергнуты звуки попугаев Кузи и Геши, отнесенные исследователем к различным фонетическим категориям. Серия звуков, предназначенная для прослушивания, состояла из пятидесяти гласноподобных, каждый из которых повторялся по три раза с интервалом 400 мс, различные звуки были разделены интервалом в полторы секунды. Серии предъявлялись группам студентов, ранее в подобных экспериментах не участвовавших. При демонстрации гласноподобных звуков Геши предварительно проигрывался небольшой участок аудиозаписи «говорения» попугая. Перед аудиторами ставилась задача обозначить, какой гласный звук (любая категория гласных русского языка) они слышат, или поставить прочерк, если предъявляемый звук нельзя отнести ни к одной категории. Было получено двенадцать вариантов ответа (а, о, у, и, ы, е, ю, я, э, ё, звук состоит из двух разных гласных, не гласный звук). Всего было предъявлено 8 серий звуков попугая Кузи (в прослушивании участвовало от 27 до 92 человек), и 10 серий звуков волнистого попугайчика Геши (в прослушивании участвовало от 18 до 64 человек). Достоверность идентификации звука определялась по биномиальному критерию.

2.5. Процедура модификации спектральных компонентов гласноподобных звуков попугаев Кузи и Геши.

С целью выявления значимости частоты и амплитуды различных спектральных компонентов для отнесения звука к той или иной фонетической категории, была проведена модификация серии звуков. С помощью фильтра преобразования Фурье (FFT фильтр, программа Cool Edit Pro) производились изменения амплитуды спектральных составляющих. Модификация проводилась тремя способами.

В первом случае проводилось понижение амплитуды каждого из спектральных максимумов звука таким образом, чтобы этот максимум не мог бы быть выделен (рис. 8, а-г). Были модифицированы один звук «о» и три звука «а» попугая Геши, три звука «а», два звука «о» и три звука «у» попугая Кузи. Во втором случае модифицировались звуки спектральные максимумы которых представляли собой энергетически выраженный диапазон частот различной ширины (до 1 ООО Гц) и не могли быть описаны единственным значением частоты и амплитуды. У этих звуков проводилось изменение ширины этого частотного диапазона путем подавления амплитуды спектральных составляющих в его определенной части (рис. 8, д-е). У трех звуков «а» попугая Кузи были подавлены спектральные составляющие в диапазоне 1480−1720 Гц (12 критическая полоса), у двух звуков «а» попугая Геши были подавлены спектральные составляющие в диапазоне 1260−1990 Гц (11−13 критическая полоса).

У четырех звуков было проведено транспонирование частот с их повышением и понижением (рис. 8, ж-з). Транспонирование в сторону понижения частоты осуществлялось шагами с отношением 0.79 всех частот предыдущего звука по отношению к частотам последующего. То есть если у исходного звука значения частот формант составляли 600 Гц, 1270 Гц, 2150 Гц, то в результате первого шага транспонирования в сторону понижения, частоты формант составили 474 Гц, 1003 Гц, 1698 Гц, в результате второго шага — 374 Гц, 792 Гц и 1341 Гц и т. д. Повышение частот осуществлялось с соблюдением отношения 1.33. Частоты формант в результате первого шага в сторону повышения частоты составили 798 Гц, 1689 Гц, 2859 Гц. Для каждого звука было проведено несколько шагов транспонирования частоты в сторону ее понижения и повышения.

Для модификации акустических характеристик были отобраны звуки серого попугая Кузи и волнистого попугайчика Геши, получившие высокий уровень идентификации в общем аудиторском анализе (раздел 2.4). Модифицированные звуки идентифицировались группой из пяти-семи опытных аудиторов с помощью наушников Sennheiser. Аудиторы могли слушать все звуки в серии любое количество раз и в любом порядке. Перед ними ставилась задача обозначить изменил ли модифицированный звук категорию по сравнению с категорией не модифицированного звука и каким образом. При идентификации транспонированных звуков предлагалось ограничить ответы четырьмя категориями звуков: «а», «о», «у», «и». В дальнейшем анализировались серии в которых оценка категории исходного звука опытными аудиторами совпала с его оценкой в общем аудиторском анализе. а) Исходны и звук в VwV 71 vV г.] 00 — -11 ««1* В ГЦ Oi> д) Исходный звук — 0 л.

1 I И 1000 10 т Гц б).

TV.

С Н J V j.

V U ЧЛМ. ч г «Им iowc Гц е).

1 it 00 1″ Wi К в) f.

71 Я.

Г * ¦ 101 «ucw Гц 0 о.

71 -101 а.

1 Ж 10 и 10 W Гц i) iSjft.

— Ь У Ч VMLAMIW.

1 ¦ 10 ооо Т*.

Ml.

Рис. 8. Модификация частоты и амплитуды спектральных компонентов гласноподобных звуков говорящих птиц.

По оси абсцисс — частота, Гц, по оси ординат, амплитуда, дБ. а-г — подавление амплитуда спекгральных максимумовд-е — подавление амплитуда спектральных компонентов в определенном частотном диапазоне. Красные овалы демонстрируют область в которой была проведена модификация, ж-з — транспонирование частот. Спектр черным цветом — спектр исходного звука. Спектр красным цветом — спектр транспонированного на один шаг звука: ж) с понижением частоты, з) с повышением частоты.

3. Результаты.

3.1. Характеристика имитационного репертуара различных птиц.

Имеющиеся данные о различных способах звукогенерации у птиц разных отрядов: попугаеи воробьинообразных, позволяли ожидать отличий в акустической структуре их имитационных звуков. В связи с этим были проанализированы аудиозаписи имитаций речи птицами различных видов: тремя серыми попугаями Ромой, Кузей и Кирой, волнистым попугайчиком Гешей, скворцом-майной Чикой и канарейкой Пинчи. Птицы относились к двум различным отрядам: попугаеобразным (попугаи) и воробьинообразным (майна и канарейка). Количество выделенных звуков представлено в таблице 1.