The role of the envelope in the discrimination of rippled spectra by listeners with different auditory sensitivity

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A sound signal with a rippled spectrum exhibits envelope periodicity, which is absent in signals with a continuous spectrum. The study investigated the role of the signal envelope in discriminating signals with rippled spectra. The test signal was noise with a rippled spectrum and a spectral bandwidth of 2 octaves. Noise with a continuous spectrum was used as a reference signal. The experiments involved listeners with different levels of auditory sensitivity. To assess the ability to distinguish the density of rippled spectrum, a phase-reversal test was applied. Discrimination thresholds for spectral density were determined depending on the ripple spacing for two types of signals: without envelope modulation and with added envelope modulation. A decrease in auditory sensitivity resulted in a reduced ability to discriminate spectral density at all ripple spacing values. Amplitude modulation led to a deterioration in discrimination ability across all listeners and for all ripple spacing values, though not to thresholds determined by spectral mechanisms. It is suggested that discrimination in this task is driven by a temporal analysis mechanism rather than by envelope periodicity. The addition of modulation reduced the perception of repetition pitch.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. I. Nechaev

Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: dm.nechaev@yandex.ru
Russian Federation, 33, Leninsky Ave., Moscow, 119071

O. N. Milekhina

Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences

Email: dm.nechaev@yandex.ru
Russian Federation, 33, Leninsky Ave., Moscow, 119071

M. S. Tomozova

Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences

Email: dm.nechaev@yandex.ru
Russian Federation, 33, Leninsky Ave., Moscow, 119071

A. Ya. Supin

Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences

Email: dm.nechaev@yandex.ru
Russian Federation, 33, Leninsky Ave., Moscow, 119071

References

  1. Aronoff J.M., Landsberger D.M. The development of a modified spectral ripple test. J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 134. EL217–EL222. doi: 10.1121/1.4813802.
  2. He N., Mills J.H., Ahlstrom J.B., Dubno J.R. Age-related differences in the temporal modulation transfer function with pure-tone carriers. J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 124. P. 3841–3849. doi: 10.1121/1.2998779.
  3. Henry B.A., Turner C.W., Behrens A. Spectral peak resolution and speech recognition in quit: Normal hearing, hearing impaired, and cochlear implant listeners. J. Acoust. Soc. Am. 2005. V. 118. P. 1111 – 1121. doi: 10.1121/1.1944567.
  4. Hopkins K., Moore B.C.J. The effects of age and cochlear hearing loss on temporal fine structure sensitivity, frequency selectivity, and speech reception in noise. J. Acoust. Soc. Am. 2011. V. 130. P. 334–349. doi: 10.1121/1.3585848.
  5. Horbach M., Verhey J.L., Hots J. On the pitch strength of bandpass noise in normal-hearing and hearing-im- paired listeners. Trends in Hearing. 2018. V. 22. P. 1–14. doi: 10.1177/2331216518787067.
  6. Litvak L.M., Spahr A.J., Saoji A.A., Fridman G.Y. Relationship between perception of spectral ripple and speech recognition in cochlear implant and vocoder listeners. J. Acoust. Soc. Am. 2007. V. 122. P. 982 – 991. doi: 10.1121/1.2749413.
  7. Leek M.R., Summer V. Pitch strength and pitch dominance of iterated rippled noises in hearing-impaired listeners. J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 109. P. 2944–2954. doi: 10.1121/1.1371761.
  8. Levitt H. Transformed up–down methods in psychoacoustics. J. Acoust. Soc. Am. 1971. V. 49. P. 467–477. doi: 10.1121/1.1912375.
  9. Lorenzi C., Gilbert G., Carn H., Garnier S., Moore B.C.J. Speech perception problems of the hearing impaired reflect inability to use temporal fine structure. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. V. 103. P. 18866–18869. doi: 10.1073/pnas.0607364103.
  10. Narne V.K., Sharma M., Van Dun B., Bansal S., Prabhu L., Moore B.C.J. Effects of spectral smearing on performance of the spectral ripple and spectro-temporal ripple tests. J. Acoust. Soc. Am. 2016. V. 140. P. 4298–4306. doi: 10.1121/1.4971419.
  11. Nechaev D.I., Milekhina O.N., Supin A.Ya. Estimates of ripple-density resolution based on the discrimination from rippled and nonrippled reference signals. Trends in hearing. 2019. V. 23. P. 1-9. doi: 10.1177/2331216518824435.
  12. Olusanya B.O., Davis A.C., Hoffman H.J. Hearing loss grades and the international classification of functioning, disability and health. Bull World Health Organ. 2019. V. 97. P. 725–728. doi: 10.2471/BLT.19.230367.
  13. Regev J., Relaño-Iborra H., Zaar J., Dau T. Disentangling the effects of hearing loss and age on amplitude modulation frequency selectivity. J. Acoust. Soc. Am. 2024. V. 155. P. 2589–2602. doi: 10.1121/10.0025541.
  14. Saoji A.A., Litvak L., Spahr A.J., Eddins D.A. Spectral modulation detection and vowel and consonant identifications in cochlear implant listeners. J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 126. P. 955 – 958. doi: 10.1121/1.3179670.
  15. Schlittenlacher J., Moore B.C.J. Discrimination of amplitude-modulation depth by subjects with normal and impaired hearing. J. Acoust. Soc. Am. 2016. V. 140. P. 3487–3495. doi: 10.1121/1.4966117.
  16. Sek A., Baer T., Crinnion W., Springgay A., Moore B.C.J. Modulation masking within and across carriers for subjects with normal and impaired hearing. J. Acoust. Soc. Am. 2015. V. 138. P. 1143–1153. doi: 10.1121/1.4928135.
  17. Stein A., Ewert S.D., Wiegrebe L. Perceptual interaction between carrier periodicity and amplitude modulation in broadband stimuli: A comparison of the autocorrela- tion and modulation-filterbank model. J. Acoust. Soc. Am. 2005. V. 118. P. 2470–2481. doi: 10.1121/1.2011427.
  18. Supin A.Y., Popov V.V., Milekhina O.N., Tarakanov M.B. Frequency resolving power measured by rippled noise. Hearing Research. 1997. V. 108. P. 17 – 27. doi: 10.1016/0378-5955(94)90041-8.
  19. Supin A.Y., Popov V.V., Milekhina O.N., Tarakanov M.B. Ripple depth and density resolution of rippled noise. J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 105. P. 2800 – 2804. doi: 10.1121/1.428105.
  20. Supin A.Y., Milekhina O.N., Nechaev D.I., Tomozova M.S. Ripple density resolution dependence on ripple width. PLoS ONE. 2022. V. 17. e0270296. doi: 10.1371/journal. pone.0270296.
  21. Won J.H., Drennan W.R., Rubinstain J.T. Spectral-ripple resolution correlated with speech reception in noise in cochlear implant users. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 2007. V. 8. P. 384–392. doi: 10.1007/s10162-007-0085-8.
  22. Yost W.A. Pitch of iterated rippled noise. J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 100. P. 511–518. doi: 10.1121/1.415873.
  23. Yost W.A. Pitch strength of iterated rippled noise. J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 100. P. 3329–3335. doi: 10.1121/1.416973.
  24. Yost W.A., Patterson R., Sheft S. The role of the envelope in processing iteration rippled noise. J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 104. P. 2349–2361. DOI: 1121/1.423746.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Averaged audiograms of listeners by hearing loss category. Error bars are standard deviation.

Download (39KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Example of a comb spectrum and its ACF. A. A comb spectrum with a density of 5 cycles/oct and 37% ridge width. B. The ACF of the spectrum from A. C. A comb spectrum with a density of 5 cycles/oct and a ridge width of 9%. D. AFC spectrum from C. Different shading shows spectra with opposite phase of the spectral crests.

Download (252KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Example of the spectrum of the test and reference signals and their envelope spectra. A. A comb spectrum with a density of 5 cycles/oct. B. Reference signal spectrum. C. The envelope spectrum of the unmodulated signal with a comb spectrum. D. Same for the reference signal. E. The envelope spectrum of a modulated signal with a comb spectrum, modulation frequency 0.283 kHz. Е. The same for the reference signal.

Download (106KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the distinction of the comb spectrum density on the width of the spectrum crests for listeners with different degrees of hearing loss in the absence of amplitude modulation of the audio signal. Error bars are standard deviation.

Download (62KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the distinction of the comb spectrum density on the width of the spectrum crests for listeners with different degrees of hearing loss in the presence of amplitude modulation of the audio signal. Error bars are standard deviation.

Download (59KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the distinction of the comb spectrum density on the average tonal threshold for different widths of the spectrum combs. Each marker is the result of an individual listener. Vertical dashed lines mark the boundaries between groups of listeners.

Download (127KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the interval between spectrum crests at the threshold of distinction on the width of spectrum crests for different groups of listeners.

Download (44KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the amplitude of the first component of the AFC at the threshold of distinction of the spectrum density on the width of the spectrum ridges for listeners of different groups.

Download (66KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».