Sensitivity of the human auditory cortex to acoustic degradation of speech and non-speech sounds

The perception of speech is usually an effortless and reliable process even in highly adverse listening conditions. In addition to external sound sources, the intelligibility of speech can be reduced by degradation of the structure of speech signal itself, for example by digital compression of sound. This kind of distortion may be even more detrimental to speech intelligibility than external distortion, given that the auditory system will not be able to utilize sound source-specific acoustic features, such as spatial location, to separate the distortion from the speech signal. The perceptual consequences of acoustic distortions on speech intelligibility have been extensively studied. However, the cortical mechanisms of speech perception in adverse listening conditions are not well known at present, particularly in situations where the speech signal itself is distorted. The aim of this thesis was to investigate the cortical mechanisms underlying speech perception in conditions where speech is less intelligible due to external distortion or as a result of digital compression. In the studies of this thesis, the intelligibility of speech was varied either by digital compression or addition of stochastic noise. Cortical activity related to the speech stimuli was measured using magnetoencephalography (MEG). The results indicated that degradation of speech sounds by digital compression enhanced the evoked responses originating from the auditory cortex, whereas addition of stochastic noise did not modulate the cortical responses. Furthermore, it was shown that if the distortion was presented continuously in the background, the transient activity of auditory cortex was delayed. On the perceptual level, digital compression reduced the comprehensibility of speech more than additive stochastic noise. In addition, it was also demonstrated that prior knowledge of speech content enhanced the intelligibility of distorted speech substantially, and this perceptual change was associated with an increase in cortical activity within several regions adjacent to auditory cortex. In conclusion, the results of this thesis show that the auditory cortex is very sensitive to the acoustic features of the distortion, while at later processing stages, several cortical areas reflect the intelligibility of speech. These findings suggest that the auditory system rapidly adapts to the variability of the auditory environment, and can efficiently utilize previous knowledge of speech content in deciphering acoustically degraded speech signals.Puheen havaitseminen on useimmiten vaivatonta ja luotettavaa myös erittäin huonoissa kuunteluolosuhteissa. Puheen ymmärrettävyys voi kuitenkin heikentyä ympäristön häiriölähteiden lisäksi myös silloin, kun puhesignaalin rakennetta muutetaan esimerkiksi pakkaamalla digitaalista ääntä. Tällainen häiriö voi heikentää ymmärrettävyyttä jopa ulkoisia häiriöitä voimakkaammin, koska kuulojärjestelmä ei pysty hyödyntämään äänilähteen ominaisuuksia, kuten äänen tulosuuntaa, häiriön erottelemisessa puheesta. Akustisten häiriöiden vaikutuksia puheen havaitsemiseen on tutkttu laajalti, mutta havaitsemiseen liittyvät aivomekanismit tunnetaan edelleen melko puutteelisesti etenkin tilanteissa, joissa itse puhesignaali on laadultaan heikentynyt. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia puheen havaitsemisen aivomekanismeja tilanteissa, joissa puhesignaali on vaikeammin ymmärrettävissä joko ulkoisen äänilähteen tai digitaalisen pakkauksen vuoksi. Väitöskirjan neljässä osatutkimuksessa lyhyiden puheäänien ja jatkuvan puheen ymmärrettävyyttä muokattiin joko digitaalisen pakkauksen kautta tai lisäämällä puhesignaaliin satunnaiskohinaa. Puheärsykkeisiin liittyvää aivotoimintaa tutkittiin magnetoenkefalografia-mittauksilla. Tutkimuksissa havaittiin, että kuuloaivokuorella syntyneet herätevasteet voimistuivat, kun puheääntä pakattiin digitaalisesti. Sen sijaan puheääniin lisätty satunnaiskohina ei vaikuttanut herätevasteisiin. Edelleen, mikäli puheäänien taustalla esitettiin jatkuvaa häiriötä, kuuloaivokuoren aktivoituminen viivästyi häiriön intensiteetin kasvaessa. Kuuntelukokeissa havaittiin, että digitaalinen pakkaus heikentää puheäänien ymmärrettävyyttä voimakkaammin kuin satunnaiskohina. Lisäksi osoitettiin, että aiempi tieto puheen sisällöstä paransi merkittävästi häiriöisen puheen ymmärrettävyyttä, mikä heijastui aivotoimintaan kuuloaivokuoren viereisillä aivoalueilla siten, että ymmärrettävä puhe aiheutti suuremman aktivaation kuin heikosti ymmärrettävä puhe. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että kuuloaivokuori on erittäin herkkä puheäänien akustisille häiriöille, ja myöhemmissä prosessoinnin vaiheissa useat kuuloaivokuoren viereiset aivoalueet heijastavat puheen ymmärrettävyyttä. Tulosten mukaan voi olettaa, että kuulojärjestelmä mukautuu nopeasti ääniympäristön vaihteluihin muun muassa hyödyntämällä aiempaa tietoa puheen sisällöstä tulkitessaan häiriöistä puhesignaalia

Subjective diffuseness of music signals convolved with binaural impulse responses

The spatial impression of sound in a hall can be quantified using sound field factors such as the interaural cross-correlation coefficient (IACC) calculated from binaural impulse response (BIR), henceforth denoted by IACCIR. The subjective diffuseness for the listener is a spatial attribute which depends on factors associated both with the source signal and with the actual sound field, and is quantified using the IACC of the signal received by the listener, henceforth denoted by IACCSR. Therefore, the subjective diffuseness in a given hall may change with the music. The aims of this study are to estimate the IACCSR from the IACCIR and the factors, which is obtained from autocorrelation function (ACF) of music signal, and to evaluate the subjective diffuseness by these factors. First, the relationship between the IACCIR and IACCSR was investigated. Second, subjective diffuseness was measured by a psycho-acoustical experiment. As a result, the IACCSR could be estimated from the IACCIR of the BIR and the effective duration (τe) from the ACF of music signal. It was found that the effects of BIRs on subjective diffuseness could be evaluated by IACCIR for almost all subjects, while the effects of music signals could be evaluated by the τe and the width of the peak at τ=0 (Wphi(0)) of the AC

Surface atomic images of superconducting (Tl, Pb)Sr2Ca2Cu3O9

The surface structural chemistry of the high-T(c) superconductor, (Tl, Pb)Sr2Ca2Cu3O9 (Tl-1223), has been investigated by high resolution electron microscopy. Clean and flat (114) and (001) surfaces were observed using a profile imaging technique after electron beam irradiation. The (001) surface was found to be terminated with a (Tl, Pb)-O layer and to be stepped, consisting of different members of the (Tl, Pb)Sr2Can-1CunO2n+3 family with n = 1, 2, 3 and 4. The differences between the surface structures of Tl-1223 and Tl2Ba2Ca2Cu3O10 (Tl-2223) are discussed.</p