Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
4 Слуховая система
49
между максимумами колебаний на мембране «укладываются» приблизительно 52 нейрона.
Делались попытки по зависимости разностных порогов Д/ (/т) от частоты /т рассчитать шкалу высот Р (/) (Zwislocki, 1965). При расчете принималось, что субъективное расстояние по шкале высот АР (/) при изменении высоты на значение разностного порога при данной частоте постоянно, т. е. ДР (/)=пост., во всем слышимом диапазоне. Полагая, что функция высоты непрерывна, можно получить
dP
ЛР—ат-^-
Отсюда <1/5 = (ДР/Д/) d/; интегрируя по частоте от нижней границы слухового диапазона /„, получим с учетом того, что Д?=пост.,
f Д Р f if
1 d/ = ДР 1 1
Д/ u/-“r J Л/(/)
/н
Если функция Д/ (/) известна, то можно вычислить функцию Р (/) (рис. 23, прерывистая кривая). Как видно, совпадение хорошее. Однако из этого факта нельзя сделать окончательный вывод о равенстве субъективных расстояний, соответствующих разностному порогу, во всем диапазоне слышимых частот. В самом деле, выше отмечалось наличие большого разброса оценок высоты как для одного и того же испытуемого, так и между испытуемыми. В данном случае шкала высот получена на одной группе испытуемых, а разностные пороги на другой. Следует иметь в виду также, что при расчете можно подбирать два независимых параметра, ДР и /н.
Перейдем теперь к обсуждению проблемы высоты сложных звуков.
1.3.5. ВЫСОТА СЛОЖНЫХ ЗВУКОВ
Сложными мы будем называть звуки со спектром, отличным от спектра одиночного чистого тона. Сюда мы отнесем звуки, состоящие из двух чистых тонов, музыкальные тоны, периодические последовательности импульсов, амплитудно- и частотно-модулированные сигналы, а также различные шумы. Проблема высоты сложных звуков в последние 20 лет привлекала исключительное внимание исследователей. В ней сфокусировались многие важные аспекты слухового анализа: дуализм частотной и временной обработки, форма частотной характеристики слухового фильтра, происхождение и роль нелинейности, взаимоотношение центрального и периферического в слухе и др. Однако было бы неправильно остроту зтой проблемы относить целиком к нашему времени. Уже в XIX в., как следует из работ выдающихся ученых того времени — Зеебека, Ома, Гельмгольца, Релея, Вундта и др., — проблеме высоты сложного звука уделялось много внимания. Пожалуй, ни в какой другой области психоакустики не возникало столько противоречивых гипотез, теорий, интерпретаций результатов опытов, как в проблеме высоты сложного звука.
Приведем определение высоты, данное в «Международном электротехническом словаре» для сложного (музыкального) тона: «Высота тона есть качество слухового ощущения, которое определяет положение звука на музыкальной шкале. Высота тона зависит главным образом от частоты звукового стимула, но также и от формы волны и громкости. Она может быть выражена через частоту чистого тона той же громкости, который слушатели со средним нормальным слухом оценивают как занимающий то же положение на музыкальной шкале, что и данный звук».
Главное сходство в восприятии высоты чистых и сложных тонов заключается в так называемом аналитическом способе восприятия сложного тона, когда разрешаемые слуховой системой по частоте компоненты сложного звука «выслушиваются» отдельно, т. е. им приписываются высоты, близкие к тем, которые имеют одиночные чистые тоны с частотами, равными частотам компонент. Основное же различие состоит в возможности слитного слухового восприятия сложного тона. Такой способ восприятия получил название синтетического. Он, в частности, ответствен за восприятие высоты остатка.
Явление остатка (residue). В 1841 г. Зеебек (Seebeck, 1841) выполнил изобретательные опыты с акустической сиреной. Продувая воздух через одну или несколько трубок, расположенных перед отверстиями во вращающемся диске, он получал различные периодические звуки. Если угловое расстояние между отверстиями на диске было постоянным, то автор слышал тоны, сдвиги тонов на октаву и т. п.
Ом (Ohm, 1843), анализируя опыты Зеебека, предположил, что в звуке сирены кроме основной частоты содержатся и более высокие гармоники и что человеческое ухо способно производить спектральный анализ по Фурье, т. е. разлагать сложное колебание на составляющие его синусоидальные компоненты. Таким образом, по идее Ома, различные высоты в сложном звуке определяются в слуховой системе реальными синусоидальными колебаниями. Последнее предположение известно как акустический закон Ома.
Однако Зеебек в дальнейшем усложнил опыты с сиренами, введя неодинаковые угловые расстояния между отверстиями в диске, и обнаружил, что во всех случаях тон, соответствующий основной частоте, гораздо громче, чем более высокие гармоники, что не соответствует соотношению амплитуд основной и более высоких гармот ник в спектре Фурье. Зеебек полагал, что гармоники каким-то образом «усиливают» громкость основного тона.
