Influences of formant bandwidth and auditory frequency selectivity on identification of place of articulation in stop consonants

Quentin Summerfield; John Foster; Richard Tyler; Peter J Bailey

doi:10.1016/0167-6393(85)90048-2

Can supra-normal spectral contrast in an acoustical speech signal compensate for the degraded frequency selectivity accompanying hearing losses of cochlear origin? To answer this question, two sets of stimuli were synthesized: whispered exemplars of “bet”, “debt”, “get” (the initial set) and “bib”, “bid”, “big” (the final set). Spectral contrast was increased by narrowing the bandwidths of the first five formants; contrast was reduced by broadening their bandwidths. Subjects were adults either with audiometrically-normal hearing or with moderate hearing impairments of cochlear origin. For both groups of listeners, accuracy of identification decreased as formant bandwidth increased. In the mean data of both groups for syllable-final identification, there was a tendency for accuracy to increase when format bandwidths were set to half their nominally normal values. Psychoacoustical measures of frequency selectivity correlated robustly with accuracy of identification, but again only for final consonants. These results suggest that factors in addition to reduced frequency resolution and reduced absolute sensitivity set limits on the accuracy of speech identification in cases of cochlear hearing loss, particularly for syllable-initial consonants. Possible candidates, not explored here, are reduced temporal resolution and an increased susceptibility to backward masking. The very limited benefits for speech identification which resulted from reducing formant-bandwidths may reflect the inability of that transformation to compensate for impairments to temporal auditory processing, as well as for extreme impairments to frequency resolution. Ist es möglich, die mit Hörverlust cochlearen Ursprungs verbundene Schädigung der Frequenzselektivität durch eine Verstärkung des spektralen Kontrastes im akustischen Sprachsignal auszugleichen? In der vorliegenden Untersuchung wurde der Einfluβ verschiedener Formantbandbreiten auf die Identifizierung der Artikulationsstelle von Konsonanten im An- und Auslaut bei geflüsterten synthetischen einsilbigen Wörtern untersucht. Erwachsene zweier Gruppen, die eine aus Normalhörenden, die andere aus Personen mit Hor̈schäden cochlearen Ursprungs zusammengesetzt, dienten als Versuchspersonen. Für beide Hörergruppen nahm die Zahl der korrekten Identifikationen der Teststimuli mit Erhöhung der Bandbreiten ab. Bei Konsonanten im Auslaut zog die Einstellung der Formantbandbreiten auf die Hälfte ihrer nominalen Normalwerte eine höhere Identifikationsleistung beider Gruppen nach sich. Psychoakustische Messungen der Frequenzselektivität standen in deutlichem Einklang mit der im Test verhaltenen Identifikationsleistung bei Konsonanten im Anlaut. Diese Ergebnisse lassen sich dahin gehend deuten, daβ neben verminderter Frequenzauflösung und allgemeiner Empfindungsschwäche auch andere Faktoren die korrekte sprachliche Identifikation bei cochlearem Hörverlust bedingen könnten, vor allen bei Konsonanten im Silbenanlaut. Denkbar wären etwa eine verminderte temporale Auflösung oder eine besondere Emfindlichkeit bei retroaktiver Maskierung. Die geringe Erhöhung, die die Reduktion der Formantbandbreiten für die Sprachidentifikation bedeutet, dürfte als Zeichen dafür gelten, daβ dieser Eingriff ins Signal Störungen der temporalen Verarbeitung im Gehör oder extreme Schädigungen der Frequenzauflösung nicht ausgleichen kann. Est-il possible de compenser le mauvais fonctionnement de la sélectivité fréquentielle qui accompagne la perte d'audition d'origine cochléaire en accroissant le contraste spectral du signal acoustique de la parole? Cette expérience examine l'influence d'une gamme de valeurs de largeurs de bandes formantiques sur l'identification du point d'articulation des occlusives initiales et finales dans des mots monosyllabiques en synthèse chuchotée. Deux groupes de sujets adultes ont été formés, le premier doté d'une audition normale, le second caractérisé par une perte auditive d'origine cochléaire. Pour chaque groupe, on constate que les taux de reconnaissance décroissent avec l'accroissement des largeurs de bande. Lorsque les largeurs de bandes formantiques sont fixées à la moitié de leurs valeurs normales nominales on observe une tendance vers une meilleure identification dans les deux groupes, mais uniquement pour les consonnes en position finale. Des mesures psychiacoustiques de sélectivité fréquentielle permettent d'appuyer les résultats des tests d'identification obtenus pour les consonnes en position finale. Ces résultats suggèrent qu'en plus des facteurs de résolution réduite en fréquence et de sensibilité globale réduite, il doit y avoir d'autres éléments qui contrôlent l'identification de la parole dans les cas de pertes d'audition d'origine cochléaire, en particulier pour les consonnes en début de syllable. On pourrait en trouver l'origine — non traitée ici — dans une résolution temporelle réduite et dans une susceptibilité croissante à l'effet de masque rétroactif. Les avantages très restreints de la réduction de largeur de bandes formantiques pour l'identification de la parole s'expliqueraient par le fait que cette modification ne peut pas compenser les déficiences du processus temporel auditif.

Influences of formant bandwidth and auditory frequency selectivity on identification of place of articulation in stop consonants

View Online

Abstract

Details

Metrics