Исследование механизмов восприятия слова в затрудненных условиях

Восприятие речи, будучи явлением многоаспектным, активно исследуется в рамках нескольких наук: лингвистики, психологии, физиологии. Каждая из них вносит свой особый вклад в разработку теории речевой деятельности.

Несмотря на широкие масштабы научного поиска, некоторые принципиальные вопросы остаются до сих пор недостаточно исследованными. К ним, в частности, относится воцрос о восприятии слова — минимальной двухсторонней, то есть обладающей планом выражения и планом содержания языковой единицы, способной, в отличие от морфемы, выступать в качестве самостоятельного высказывания.

До недавнего времени было практически общепризнанным, что распознаванию слова обязательно предшествует этап распознавания образующих его фонетических сегментов / 18 /. В наши дни представления относительно восприятия языковых единиц, и слова в том числе носят более сложный характер: обосновывается зависимость низших уровней анализа от более высоких, признается реальность одновременного развертывания и восходящего, и нисходящего анализа, подчеркивается значение обратных связей между уровнями анализа / 12, 14, 29, 30, 66, 69, 84, 96, 105, 125, 138 /.

Более того, в настоящее время выдвигаются гипотезы о наличии в восприятии различных альтернативных вариантов обработки речевой информации, которые, возможно, могут реализоваться параллельно. Предполагается, что в общей структуре обработки сенсорной информации участвуют два специализированных механизма анализа, один из которых работает с признаками элементов, составляющих распознаваемый объект (сегментный анализ), а другой — с признаками, характеризующими объект в целом, как неразлагаемую единицу (целостный анализ) / 7, 30, 98, 121, 129 /.

Уместно заметить, что в лингвистической литературе содержится немало наблюдений, свидетельствующих в пользу этой гипотезы. Большинство из них касается проблемы восприятия слова / 9, 99, 119 /. Лингвистические исследования, непосредственно посвященные изучению механизмов восприятия слова как целостной единицы, практически только начинают развертываться /50, 51, 91, 115 /. В качестве тестового материала в этих исследованиях обычно используется речевой сигнал, подвергшийся акустическим искажениям, поскольку считается, что акустические деформации звуковых образов в большей степени затрагивают полезные признаки звуковых сегментов и в значительно меньшей степени — полезные признаки, имеющие целостную природу. Типичным видом используемой помехи является белый шум. Выводы, полученные на материале восприятия зашумленной речи, требуют развития как в плане расширения спектра видов искажения речевого сигнала, так и в плане расширения аспектов изучения проблемы целостного восприятия.

Указанные соображения предопределили необходимость проведения данной работы, которая посвящена изучению вопросов взаимодействия двух уровней восприятия плана выражения слова — звукового (сегментного) и целостного. В качестве ооновного материала использовалась гелиевая речь, редкий в фонетических исследованиях объект, которая образуется при замене воздуха на гелиево-кислород-ные дыхательные смеси / 80, 131, 133, 150 /.

Теоретическое значение работы определяется тем, что исследуемые механизмы распознавания слов являются важным звеном в общей структуре системы восприятия речи, поэтому уточнение известных и выявление новых особенностей в их функционировании приближают науку к созданию полной и непротиворечивой теории речевой деятельности.

Практическая ценность исследования обусловлена тем, что в нем аргументируются предложения по оптимизации процессов автоматического распознавания слов, которая должна быть достигнута за счет параллельной работы двух механизмов распознавания слова: как целостной единицы и как сегментной звуковой структуры. В настоящее время в автоматическом распознавании речи реализуют один из этих механизмов. Кроме того, выявленные особенности восприятия речевых стимулов в затрудненных условиях представляют несомненный интерес для специалистов, занимающихся испытаниями и оценкой качества каналов связи, разработкой технических устройств коррекции искаженной речи.

Цели • я р с л «я о в-а н-ия.

1. Исследовать влияние языковой установки на эффективность распознавания сегментного состава слова. (Под языковой установкой понималась тенденция аудиторов распознавать стимулы — слова и псевдослова — как осмысленные единицы).

2. Па основании полученных результатов разработать рекомендации по оптимизации процесса распознавания слова в системах автоматического анализа речи.

Задачи исследования:

1. На материале распознавания осмысленных и бессмысленных стимулов исследовать влияние типа стимула и типа реакции на особенности распознавания сегментного (фонетического) состава стимулов.

2. Исследовать влияние искажений акустической структуры речевого сигнала на реализацию тенденции к семантизации.

3. Определить особенности проявления тенденции к семантизации в процессах восприятия у аудиторов, обладающих различным опытом слухового восприятия речи.

Основной метод — анализ результатов аудирования искаженной речи группами испытуемых, отличающихся степенью владения языком и опытом аудирования. Для оценки результатов восприятия использовались параметры: разборчивость стимулов, звуковая разборчивость (отдельно гласных и согласных), опознаваемость дифференциальных признаков согласных, коэффициенты вербализации как показатели степени выраженности тенденции к семантизации, а также матрицы спутывания звуков.

Достоверность результатов обусловлена большим объемом исследованного материала. Проведено II экспериментов, в рамках которых были предъявлены для слухового анализа более 23 тысяч стимулов (слов и псевдослов). При расчете звуковой разборчивости и анализе ошибок обработан материал объемом более 70 тысяч звуков. Тестовый материал записывался в нескольких режимах различного типа и степени сложности.

Апробация работы. На основании полученных результатов подготовлены и прочитаны доклады на заседаниях X, XI и ХП Всесоюзной школы-семинара «Автоматическое распознавание слуховых образов» (1978, 1980, 1982), на заседании научно-технического совета объединения, на симпозиуме «Семантика естественных и искусственных языков» (1979), на У1 Всесоюзном съезде Общества психологов СССР (1983).

Основные результаты представлены в табл.4.1, на рис. 4.9, 5.13, 5.14.

Условия аудирования двусложных стимулов в белом шуме данного уровня оказались благоприятными для распознавания согласных. Средняя разборчивость согласных в словесных стимулах составила 93,5 $, величины разборчивости отдельных групп согласных находились в пределах 88−99 $, а опознаваемость признаков была не менее 95,8 $.

В псевдословесных стимулах разборчивость согласных и опознаваемость признаков имели более низкие значения.

Хотя искажения, создаваемые ГКО и белым шумом, различаются (ГКС преобразует спектральную структуру, а белый шум в основном маскирует), некоторые особенности восприятия консонантного состава гелиевой речи и затушенной речи совпадают. Особенно ярко это видно на материале псевдословесных стимулов: дрожалще распознаются точнее, чем смычные, а смычные точнее, чем щелевые, звонкие распознаются лучше глухих, сонорные лучше шумных, а тверцые лучше мягких. Правда, если обратиться к опознаваемости соответствующих.

Способ образования (Сщ^ (¡-Ш V у '.

См) «^л).

Звонкость-глухость.

Зв.

Зв.

ГШ.

Гл.

Гл.

Твердость-мягкость.

Тв].

Тв).

Тв].

Мой (Тв.

Шумность-сонорность.

Рис. 5.13. Схема замен согласных при их восприятии.

Эксперимент 9 (режим 10 дБ, тест 3, группа АУД, словесные стимулы).

Способ образования.

Звонкость-глухость.

Зв].

Гл].

Гл).

Зв.

Зв.

Гл.

Твердость-мягкость.

Тв].

Тв.

Йо.

Тв.

Тв.

ШГ) Мот.

Щумность-сонорность.

Рис. 5.14. Схема замен согласных при их восприятии.

Эксперимент 9 (режим 10 дБ, тест 3, группа АУД, псевдословесные стимулы). признаков, то окажется, что некоторые различия почти нивелируются. Это относится к признакам звонкости-глухости, шумности-сонор-ности.

Рассмотрение замен показывает, что переходы щелевых в смычные более часты, чем противоположно направленные (в эксперименте 8, отличавшимся типом помехи, такие замены были равновероятными). Высокой помехоустойчивостью в белом шуме относительно эксперимента 8 отличались признаки твердости и мягкости.

Признак места образования и в белом шуме опознается хуже прочих признаков, а замены звуков при восприятии носят трудно мотивируемый характер.

В целом анализ ошибок демонстрирует качественное единообразие схем замен, их независимость от типа стимула и реакции.

Эксперимент 10 (режим сигнал-шум 0 дБ, тест 3, группа APT).

Анализ восприятия согласных не производился.

Эксперимент II (режим сигнал-шум 10 дБ, тест 3, группа АУД/У).

Результаты отражены в табл.4.1, рис. 4.9, 5.15, 5.16.

Сравнение результатов данного эксперимента и эксперимента 9 (группа АУД, тест 3) показывает, что билингвы несколько хуже распознают согласные в двусложных стимулах, чем монолингвы, но и их результаты достаточно высоки в сравнении с разборчивостью согласных в односложных стимулах в эксперименте 7.

Средняя звуковая разборчивость в словесных стимулах составила 69,4%, а в псевдословесных стимулах значительно уступала этому значению — 22, С.

В словесных стимулах, как и в ГЕС, сонорные распознавались лучше шумных, твердые — лучше мягких, звонкие — лучше глухих, дрожащие — лучше смычных и щелевых, а смычные — лучше щелевых.

Способ образования.

Звонкость-глухость.

Твердость-мягкость.

Но.

Но.

Шумность-сонорность.

Рис. 5.15. Схема замен согласных при их восприятии. Эксперимент II (режим 10 дБ, тест 3, группа АУДЛ, массивы С-С и П-П),.

Способ образовании.

Звонкость-глухость.

Твердость-мягкость ют.

Шумность-сонорность.

Рис. 5.16. Схема замен согласных при их восприятии. Эксперимент II (реяим 10 дБ, тест 3, группа АУД/У, массивы С-П и П-С),.

•В опознавании соответствующих признаков указанные различия сохраняются.

В псевдословесных стимулах соотношение групп звуков по разборчивости и признаков по опознаваемости то же, что и в словесных стимулах, но сами значения этих параметров более низкие.

Анализ схем замен не дает оснований противопоставить массивы ошибочных словесных реакций массивам ошибочных псевдословесных реакций. В целом замены можно считать акустически мотивированными. Исключение составляет признак твердости/мягкости. В родном языке испытуемых оппозиция согласных по признаку твердости-мягкости не представлена, поэтому причиной частых замен мягких натвердые согласные можно считать не столько акустический фактор, сколько фонологический.

5.2. Обсуждение результатов.

Анализ разборчивости согласных, опознавания дифференциальных признаков и матриц спутывания выявил ряд особенностей, совпадающих с теми, что были характерны и для восприятия ударных гласных. К ним относятся:

1. Близость значении разборчивости согласных и опознаваемости дифференциальных признаков в массивах словесных и псевдословесных односложных стимулов. В двусложных структурах разборчивость и опознаваемость выше в словесных стимулах, чем в псевдословесных.

2. Отсутствие выраженного влияния типа реакции (слово/псевдослово) на разборчивость входящих в стимул согласных и опознаваемость его признаков. Эту особенность демонстрируют матрицы спутывания звуков в массивах неправильно распознанных стимулов.

3. На материале односложных стимулов влияния установки на разборчивость согласных и на тенденции в спутывании не обнаружено ср. данные эксперимента I, с одной стороны, и экспериментов 2 и 3, с другой стороны).

4. Структура параметра разборчивости показывает, что большая часть правильно распознанных согласных в словесных стимулах принадлежит словесным реакциям, а псевдословесные реакции формируют большую часть массива правильно распознанных согласных в псевдословесных стимулах.

Согласные, как правило, распознавались хуже гласных. Этот факт обусловлен акустическими причинами: в ГКС уровень гласных значительно превышает уровень согласных, сокращается длительность шумовых интервалов взрывных звуков и т. д. / 55, 80 /. Различия в разборчивости гласных и согласных в белом шуме объясняются тем, что шум, маскируя спектральную структуру речевого сигнала, более сильно интерферирует с полезными признаками согласных, реализация многих из которых обеспечивается работой шумового источника / 31, 115, 142 /. В гелиевой речи регулярно отмечалась более высокая разборчивость смычных (относительно щелевых), звонких (относительно глухиз), сонорных (относительно шумных), твердых (относительно мягких). Разборчивость согласных разного места образования значительно варьировала в разных экспериментах. Анализ причин, вызывающих указанные различия, не входит в задачи данной работы, поэтому ограничился перечислением основнвх из них: это падение уровня энергии в высокочастотной области речевого спектра за счет ее поглощения мягкими тканями речевого тракта, затруднения в работе шумового источника, увеличение связи ротовой и носовой полостей, изменение резонансных частот речевого тракта.

Что касается опознаваемости признаков в ГКС, то можно отметить высокую устойчивость признаков участия шумового и голосового источников и низкую опознаваемость места образования согласных. Другие признаки занимали по опознаваемости промежуточное положение. Замены мягких на твердые происходили чаще, чем противоположные замены. Несколько чаще, хотя и незначительно, вместо глухих воспринимались звонкие, чем вместо звонких глухие. Ненамного, но выше устойчивость признака шумности по сравнению с сонорностью. Щелевые чаще переходят в смычные, чем смычные переходят в щелевые.

Интересно, что данные о разборчивости согласных в ГКО коррелируют с данными о частотности групп (классов) согласных / 20 /. Так, более высокая частота твердых («относительно мягких) в текстах соответствует их более высокой разборчивости в IKC. То же справедливо и для классов звонких и глухих, смычных и щелевых. Для щум-ных, правда, зависимость противоположная: шумные более частотны в текстах, но разборчивость их ниже. При обращении к параметру опознаваемости выявляются другие соотношения с частотностью классов согласных. Оказывается, чем более частотен класс, тем более часты замены на представителей этого класса. Это подтверждается более частыми переходами мягких в твердые, глухих в звонкие, сонорных в шумные, щелевых в смычные. Таким образом, частотность классов согласных и опознаваемость классов согласных обнаруживают более выраженную корреляцию, чем частотность и разборчивость.

Что касается разборчивости согласных и опознаваемости признаков в белом шуме, то наблюдавшиеся закономерности соответствуют литературным данным / 31, 115 /.

Зависимость тенденций в восприятии согласных в затрудненных условиях (в белом шуме, в ИКС) от частотности классов согласных показывает, что влияние вероятностной организации речи буквально пронизывает саше разнообразные сферы речевой деятельности человека.

Точности ради следует заметить, что зависимость разборчивости (и опознаваемости) от частотности не обязательно проявляется во всех экспериментах и не обязательно на словесных и псевдословесных стимулах одновременно. Это, можно сказать, некоторая глобальная тенденция, проявление которой зависит от многих факторов. В легких условиях распознавания проявление тенденции ослабевает.

— III ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Отсутствие качественных различий на звуковом уровне в перцептивной деятельности тренированных и нетренированных испытуемых свидетельствует о принципиальной общности механизмов речевого восприятия указанных групп, обусловленной фонологической системой язьпса, которым владеют испытуемые. Количественные же различия (разные уровни разборчивости гласных и согласных) обусловлены именно тренированностью и опытом в приеме искаженной речи, которые позволяют более точно и быстро выявлять системный характер искажений и оперативно использовать эту информацию в текущем распознавании.

2. Максимальную адаптивность стратегии распознавания в затрудненных условиях продемонстрировали тренированные носители языка. Выбор стратегии и особенности реализации языковой установки определяются типом стимулов, характером акустических искажений. Несмотря на то, что выбор выполняется интуитивно, для конкретных условий он оказывается оптимальным. Попытки изменить установку и стратегию восприятия с помощью специальной инструкции приводили к увеличению числа ошибок на звуковом уровне.

3. Различия на целостном уровне в распознавании сложных стимулов (слов и псевдослов) нетренированными испытуемыми обусловлены различным языковым статусом стимулов: слова включены в систему языковых единиц, что предполагает отраженноеть в памяти носителей языка Pix звуковых образов. На звуковом уровне различия между словами и псевдо-словами нивелируются.

4. Данные о распознавании гласных, а особенно об опознании дифференциальных признаков согласных указывают на значительное влияние вероятностной организации речи. Пояснил это на примере согласных. Оказывается, чем-более частотен класс согласных, тем более часты замены на представителей этого класса. Подтверждением могут служить более частые переходы мягких в твердые, глухих в звонкие, сонорных в шумные, щелевых в смычные. Поскольку указанные тенденции характерны не только для восприятия гелиевой речи, но и для восприятия речи в белом шуме, можно сделать вывод об универсальности влияния вероятностного фактора в перцептивной деятельности человека в затрудненных условиях.

5. Перцептивная деятельность билингвов указывает на то, что несмотря на хорошее владение языком, выражающееся, в частности, в свободном владении орфоэпическими нормами, в затрудненных условиях восприятия обнаруживается низкая адаптивность механизмов фонетического анализа звуковой структуры стимулов, влияние фонетической системы родного (узбекского) языка, что находит свое выражение в пониженных значениях разборчивости стимулов и составляющих их сегментов, в низкой опознаваемости фонологических признаков, нерелевантных для системы родного языка. Это позволяет сделать вывод о перспективности использования искаженной речи для тестирования степени владения билингвами вторым языком.

6. Низкая адаптивность механизмов фонетического анализа, значительные различия в разборчивости осмысленных и бессмысленных стимулов, высокий уровень выраженности тенденции к вербализации речевых стимулов свидетельствует о том, что восприятие билингвами речи на втором для них языке в значительной степени базируется на владении целостными звуковыми образами слов.

7. Общность механизмов восприятия слов и псевдослов на звуковом уровне заставляет признать, что процедуры фонетического анализа непосредственно участвуют в восприятии всех речевых стимулов независимо от их языкового статуса, поэтому перспективные системы автоматического распознавания бионической ориентации не должны ограничиваться методами целостного распознавания слов, основанными на применении специального математического аппаратадинамического программированиядействительно перспективный путь — это синтез в рамках одной системы двух механизмов распознавания лексических единиц: как целостных объектов и как сегментных звуковых структур.

I. жол 18. ФЙС 35. ПУТЬ.

2. СЫР 19. БУЯ 36. гэм.

3. ХОР 20. ДИТ 37. ЦАК.

4. КАНТ 21. ФИСТ 38. ТРУД.

5. МАЛ 22. ГАСТ 39. пэл.

6. ЗВОН 23. ТИХ 40. пот.

7. ФИТ 24. КУСТ 41. ПЫН.

8. ЗОК 25. БИЛ 42. ШУТ.

9. БЫР 26. ДАК 43. СОН.

10 .ВОР 27. КАНЬ 44. сыт.

П.ВУЛ 28. ФИМ 45. ЧЕК.

12.РАТЬ 29. БЫЛЬ 46. ВУСТ.

13.К0ТЪ 30. КОРЬ 47. ЖУЛ.

14.ВЫСЬ 31. ХАМ со КАТ.

15.П0СЬ 32. ВАТЬ 49! ПИЛ.

16.ПАС 33. BOX 50. СЫН.

17 .ФОТ 34. БАС /.

I. БИСЕР 26. ВИРУС.

2. ЛУТИН 27. ЧАЛОК.

3. ТОПОР 28. БАКЕН.

4. ПЕДИК 29. ЗАРИН.

5. БАЛЕТ 30. БУФЕТ.

6. ГЕПИР 31. ЛАПОР.

7. 'ШШС 32. БАЗАР.

8. CAMP 33. ВЕНИК.

9. КИТЕЛЬ 34. САФАК.

10. БАРИН 35. КОВЁР.

II. КУСОК 36. ЛИВИЦ

12. НАКОН 37. ТУПИК.

13. РАМАК 38. / ЧЕВИР.

14. БУБЕН 39. КОЛОС.

15. МУЗЕТ 40. чошнь.

16. БАЛЫК 41. ТАБАК.

17. РУНЩ 42. ЗАПЕТ.

18. САЛОН 43. БАГАЖ.

19. ПОРАС 44. ЛАКИН.

20. ВЕТО 45. САЛИТ.

21. БАТЁР 46. ВЕТЕР.

22. КАЗАК 47. МИГЕЛЬ.

23. ТАРУТ 48. CAI".

24. БУФЕР 49. КОРЕНЬ.

25. ТИЛЕР 50. РЖШ.