Effects of Background Noise and Stimuli Complexity on Speech Perception
Author
Christensen, Louise Lehmann
Term
4. term
Education
Publication year
2023
Submitted on
2023-10-16
Pages
82
Abstract
Holding a conversation becomes difficult when background noise is present. Our brain helps by forming expectations about upcoming sounds, which makes it easier to detect important changes. This thesis examines how background noise and increased stimulus complexity affect the perception of speech sounds. It uses the mismatch negativity (MMN)—a neural response that occurs when a sound violates an expected pattern—as a measure of the brain’s automatic change detection, and interprets the findings within the predictive coding framework, where the brain continually predicts future sensory input. The study used the vowel sounds /a/ and /e/ to test the ability to detect timbre (voice quality) deviations, with unintelligible babble noise as background noise. Four hypotheses were proposed and tested. The results showed that (1) background noise reduced MMN amplitude, indicating that differences in speech are registered less strongly in noise; (2) higher stimulus complexity also reduced MMN amplitude; (3) the expected interaction between background noise and stimulus complexity was not statistically significant, although a trend suggested a possible relationship; and (4) background noise increased the latency of the MMN peak, meaning the strongest response occurred later. Within predictive coding, these findings suggest that noise and complexity increase attentional demands and reduce the precision of the brain’s predictions. This yields smaller prediction error signals and therefore a smaller MMN, as well as a delayed peak. The thesis adds to our understanding of how noise and complexity shape speech perception, aligns with earlier findings in the field, and points to future work aimed at improving auditory discrimination in noisy settings—potentially benefiting people with hearing impairments and informing hearing-aid technology—while acknowledging the study’s limitations.
At føre en samtale bliver svært, når der er baggrundsstøj. Vores hjerne hjælper ved at danne forventninger til, hvilke lyde der kommer, hvilket gør det lettere at opdage vigtige ændringer. Denne afhandling undersøger, hvordan baggrundsstøj og øget kompleksitet i det præsenterede lydmateriale påvirker opfattelsen af tales lyde. Som mål for hjernens automatiske ændringsdetektion anvendes mismatch-negativitet (MMN) – et neuralt respons, der opstår, når en lyd afviger fra det forventede mønster. Arbejdet er forankret i den teoretiske ramme prædiktiv kodning, hvor hjernen løbende forudsiger kommende sanseindtryk. Studiet brugte vokallydene /a/ og /e/ som stimuli for at teste evnen til at skelne klangfarve-afvigelser, mens uforståelig babbelstøj fungerede som baggrundsstøj. Fire hypoteser blev formuleret og testet. Resultaterne understøttede, at (1) tilstedeværelsen af baggrundsstøj reducerer MMN-amplituden, hvilket tyder på, at hjernen registrerer forskelle i tale svagere i støj; (2) øget stimuluskompleksitet ligeledes mindsker MMN-amplituden; (3) en forventet interaktion mellem baggrundsstøj og stimuluskompleksitet ikke nåede statistisk signifikans, men viste en tendens, som kan være værd at undersøge nærmere; og (4) baggrundsstøj øger latensen til MMN-toppen, altså forsinker det tidspunkt, hvor responsen er stærkest. Inden for prædiktiv kodning kan fundene forstås sådan, at støj og kompleksitet øger opmærksomhedskravene og reducerer præcisionen af hjernens forudsigelser. Det giver svagere forudsigelsesfejl-signaler og dermed en mindre MMN samt en senere top. Afhandlingen bidrager til forståelsen af, hvordan støj og stimuluskompleksitet påvirker taleopfattelse, bekræfter tidligere resultater i feltet og peger på veje for fremtidige undersøgelser med sigte på at styrke auditiv skelnen i støj—til gavn for personer med hørenedsættelse og for udvikling af høreteknologi, under erkendelse af studiets begrænsninger.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]