Auditory localization under conflicting dynamic and spectral cues

Abstract

Sound localization in humans functions by identifying and comparing different attributes in acoustic signals presented to the two ears. These attributes are largely independent of one another and can thus be manipulated separately to provide the auditory system with conflicting cues to sound source location. While the topic of cue conflict between binaural cues has received a fair amount of attention in the field of psychoacoustics, localization of acoustic stimuli providing discrepant dynamic and spectral cues remains a less explored topic.

The experimental part of this thesis consists of the design, implementation and documentation of a psychoacoustic experiment assessing cue conflict. In the implemented listening test, subjects performed horizontal head rotations while being exposed to noise burst sequences presented over loudspeakers in the horizontal plane. Head orientation data gathered via motion tracking cameras was used to move the stimuli in tandem with the subject's head movements to artificially alter the rate of change in the binaural cues during head movements. The resulting binaural cues corresponded to those produced by an overhead source. Subjects were asked to report whether they localized the stimuli to the horizontal direction indicated by the spectral cues or not.

The results from the conducted experiment indicate wide intersubject variability in localization performance. In general, subjects exposed to stimuli providing conflicting dynamic and spectral cues either display a preference for one of the two cues or switch the cue they attend to between trials, leading to inconsistent localization performance. Results from some subjects displayed an apparent localization bias towards the rear hemiplane.

Ihmisen suuntakuulo toimii tunnistamalla ja vertailemalla piirteitä korviin saapuvista akustisista signaaleista. Suuntakuulon kannalta tärkeät signaaliparametrit ovat pitkälti toisistaan riippumattomia, jolloin herätteen kantamat lokalisaatiovihjeet voidaan asettaa toisiinsa nähden ristiriitaisiksi. Siinä missä ristiriitaisten binauraalisten lokalisaatiovihjeiden muodostamia lokalisaatiohavaintoja on tutkittu laajalti, dynaamisten ja spektraalisten lokalisaatiovihjeiden vastaava tutkimus on ollut vähäistä.

Opinnäytetyön kokeellisessa osassa suunniteltiin, toteutettiin ja dokumentoitiin psykoakustinen koe, jossa tutkittiin ristiriitaisien lokalisaatiovihjeiden vaikutusta äänen lokalisaatioon. Toteutetussa kokeessa koehenkilöille soitettiin kohinapurskesekvenssejä horisontaalitasossa sijaitsevista kaiuttimista pään liikkeiden aikana. Koehenkilöiden pään asentoa seurattiin kamerajärjestelmällä, joka mahdollisti herätteiden esityssuunnan vaihtamisen pään kulloisenkin asennon mukaisesti. Kohinapurskeiden esityssuuntaa muutettiin siten, että korvien väliset signaalierot eivät muuttuneet pään liikkeiden aikana, jolloin dynaamiset lokalisaatiovihjeet viittasivat pään yläpuolella olevaan äänilähteeseen. Koehenkilöiden tehtävänä oli ilmoittaa lokalisoituivatko esitetyt purskesekvenssit spektrivihjeiden mukaiseen suuntaan horisontaalitasossa.

Kokeen tulokset osoittavat lokalisaatiotarkkuuden vaihtelevan laajasti koehenkilöiden välillä. Pieni osa koehenkilöistä suosi johdonmukaisesti joko dynaamisia- tai spektrivihjeitä lokalisoidessaan esitettyjä purskeita. Useat koehenkilöistä vaihtoivat lokalisaatiohavainnon muodostuksessa suosimaansa lokalisaatiovihjettä kokeen edetessä, jolloin lokalisaatiotarkkuus oli vaihtelevaa ja epäjohdonmukaista. Joidenkin koehenkilöiden koetulokset viittaavat siihen, että ristiriitaiset vihjeet aiheuttivat takasuuntaan kohdistuvan vinouman lokalisaatiossa.