Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Шепард (Shepard, 1964) продемонстрировал возможность немонотонности роста высоты с частотой. Он синтезировал стандартный сигнал, состоящий из 10 гармоник (сплошные линии на рис. 24), и тестовый сигнал, также состоящий из 10 гармоник (прерывистые линии на рис. 24). Амплитуды двух наборов гармоник изменялись по колоколообразной кривой (рис. 24, А), причем амплитуды самых низко-ц высокочастотных гармоник были ниже порога слышимости. При повышении частоты тестового звукоряда на величину, не превышающую пол-октавы, высота комплекса возрастает (в соответствии со
шкалой Стивенса), а при дальнейшем увеличении частот звукоряда (с пол-октавы до октавы) высота понижается (нарушение монотонности шкалы высот). При сдвиге частот звукоряда ровно на октаву высота гармонического звукоряда становится такой же, как и до начала сдвига, поскольку, за исключением неслышимых — самой низкой и самой высокой гармоник, начальный и конечный звукоряды тестового сигнала совпадают. Таким образом, высота меняется циклично, причем период изменения равен октаве. Поллак (Pollack, 1978а) повторил опыт Шепарда и выявил, что среди различных факторов — огибающая звукоряда, число гармоник, частота 1-й гармоники звукоряда и т. д. — наибольшее влияние на выраженность циклической «высоты Шепарда» оказывает число близкорасположеш ных компонент стандартного и тестового звукорядов (рис. 24, Б, В). В исследовании Поллака это число монотонно менялось, т. е. два звукоряда имели одинаковое число гармоник, но близко (по частоте частот) могли последовательно располагаться следующие гармоники: последняя стандартного и первая тестового, две последние стандартного и две первые тестового (рис. 24, В). Было показано, что «высота Шепарда» еще отсутствует при 5 близкорасположенных гармониках и максимальна, когда все гармоники звукорядов оказываются близкорасположенными на шкале частот.
Эти результаты тесно связаны с проблемой второго, кроме собственно высоты, субъективного качества звука — его тональности, с циклической зависимостью этого качества от частоты.
1.3.4. РАЗЛИЧЕНИЕ ВЫСОТЫ ЧИСТЫХ ТОНОВ
Человеку важно не только слышать звуки и оценивать их субъективные качества, но и различать звуки между собой. Умение различать минимальные изменения в параметрах звуковых сигналов — амплитуде, частоте, фазе, длительности, форме спектра и т. п. — характеризуют при помощи разностных или дифференциальных порогов слуха. '
Разностным порогам по частоте для данного слушателя называют минимальное (положительное или отрицательное) приращение частоты Д/, воспринимаемое как едва заметное изменение высоты тона. Дифференциальным порогом по частоте (ДПЧ) называют отношение минимального приращения частоты Д/ к частоте /т, для которой измеряется разностный порог, т. е. ДПЧ=Д///т. Сводку работ, посвященных измерениям ДПЧ, можно найти в монографии (Filling, 1958).
ДПЧ зависят от многих факторов: частоты, длительности тона, уровня ощущения (превышения УЗД тона над порогом его слышимости), начальной фазы тонального импульса. ДПЧ сложным образом зависит от частоты тона /т- Данные Мура и Гласберга (Moore, Glasberg, 1985) показаны на рис. 25, где дается также их сравнение с предсказаниями модели Сруловица и Голдстейна (Srulovicz, Goldstein, 1983). Видно, что с ростом частоты до 0.5 кГц ДПЧ сначала падает. В этом низкочастотном диапазоне приблизительно постоян-
ным оказывается разностный порог по частоте Д/пор=2.5 Гц. В диапазоне частот от 0.5 до 4 кГц приблизительно постоянен ДПЧ, равный (0.2-^-0.4) %. При частотах выше 4 кГц ДПЧ резко возрастает. ДПЧ понижается по мере увеличения длительности тональных посылок (Лян Чжи-ань, Чистович, 1960; Moore, 1972, 1973; Позин и др., 1978). Стабильное ДПЧ достигается приблизительно к 200 мс.
Мур (Moore, 1972), используя методику 2-альтернативного вынужденного выбора, измерил на 3 испытуемых ДПЧ в диапазоне частот тонов /т от 250 до 8000 Гц и в диапазоне длительностей тонов Т от 6.25 до 2000 мс. Результаты, сходные для всех испытуемых, показали, что произведение Д/иорГ, где Д/ — разностный порог при малых Т, падает ниже 0.24, причем наименьшее значение Д/пор71=0.05.
Рис. 25. Дифференциальные пороги по частоте (по: Линдсей, Норман, 1974).
По оси абсцисс — частота тона, кГц; по оси ординат — ДПЧ, %. J —кривая плотности нейронов вдоль базилярной мембраны; 2 — дифференциальные пороги по частоте; з — кривая. соответствующая постоянному расстоянию вдоль базилярной мембраны.
Опыты с посылками тона, которые еще сохраняют высотные свойства, показали (Позин и др., 1978), что изменения высоты замечаются при длительностях, соответствующих 10.6 и 2 периодам тона 1500 Гц; соответствующие разностные пороги Д/пор составили 16, 26 н 30 Гц, а произведения Д/порТ равнялись 0.11, 0.10 и 0.04, что близко к данным Мура (Moore, 1972).
Замечено, что ДПЧ меньше, если посылки чистого тона подаются слушателю всегда с одной и той же фазы (Позин и др., 1978).
Если сопоставить две кривые: зависимость ДПЧ от частоты и расстояние между максимумами колебаний на базилярной мембране для двух сравниваемых тонов, то получим хорошее совпадение при иысоких частотах и худшее — при низких. Однако, как и в случае самой высоты, необходимо учитывать распределение волосковых клеток по мембране. Если модифицировать кривую ДПЧ в функции частоты с учетом плотности распределения нейронов, то соответствие станет удовлетворительным и при низких частотах (рис. 25). Человек может улавливать различие между двумя тонами по высоте, если
