Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Понятно, что для того чтобы критическая полоса проявлялась в экспериментах четко, фильтры внутреннего уха должны были бы иметь прямоугольные амплитудно-частотные характеристики шириной в 1 барк по высоте. Тогда бы на вопрос о том, создает ли данный тон возбуждение на выходе данного фильтра, существовал бы однозначный ответ. В действительности же по мере удаления частоты тонального стимула от характеристической частоты фильтра возбуждение на выходе фильтра, вызываемое этим стимулом, уменьшается постепенно в соответствии с его непрямоугольной амплитудно-частотной характеристикой.
Таким образом, понятие критической полосы есть результат идеализации: это ширина полосы эквивалентного фильтра с прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой, который позволяет качественно воспроизвести наблюдаемые в психоакустических экспериментах эффекты.
Форма амплитудно-частотных характеристик базилярной мембраны — не единственный фактор, влияющий на формирование возбуждения на выходе фильтров слухового спектрального анализатора. Другим таким фактором является эффект латерального подавления. Реакция нейрона слухового нерва на тон характеристической частоты может быть подавлена действием тона близкой частоты (Kiang, 1965; Pfeiffer, 1970).
В дальнейшем был предложен метод порога пульсации (Hout-gast, 1974а, 1974b), позволяющий обнаружить латеральное подавление в психоакустическом эксперименте. Испытуемому предлагается прослушать чередующиеся без пауз посылки исследуемого сигнала и пробного тона длительностью около 100 мс. Метод основан на предположении, что если амплитуда пробного тона подобрана таким образом, что при чередовании посылок возбуждение на выходе фильтра с характеристической частотой, равной частоте пробного тона, не изменяется, то посылки исследуемого сигнала будут слышны на фоне непрерывного пробного тона, в противном случае — на фоне пульсирующего пробного тона. Если это предположение справедливо, то метод порога пульсаций позволяет оценивать распределение возбуждения по базилярной мембране или по высоте, при действии про-
оп
извольных стимулов. На основе таких оценок был сделан вывод, что эффект латерального подавления приводит к увеличению контрастности распределения возбуждения по высоте, подчеркивая разницу между максимумами и минимумами.
Возвращаясь к модели громкости, мы видим, что такие свойства спектрального анализатора внутреннего уха, как непрямоугольность амплитудно-частотных характеристик фильтров и латеральное подавление, не позволяют определять частичные громкости в критических полосах без учета возбуждения в соседних критических полосах, в то же время частичная громкость в одиночной изолированной критической полосе зависит только от энергии сигнала, приходящейся на эту полосу частот.
Учет этих факторов в моделях громкости с прямоугольными фильтрами приводит к необходимости дополнения модели специальными правилами учета взаимной маскировки критических полос (Цвикер, Фельдкеллер, 1971). Модель формирования слухового спектра, построенного из фильтров, свойств^ которых близки к свойствам слуховых фильтров, не требует дополнительных правил, а позволяет оценивать громкость как интеграл от слухового спектра по высоте (Карницкая, 1972; Чистович и др., 1976).
Для учета эффекта увеличения контраста слухового спектра вследствие латерального подавления, отмечавшегося выше, фильтры модели должны иметь несколько зауженные частотные характеристики.
Крутизна наклона частотных характеристик модели уменьшается при увеличении уровня спектральной плотности мощности на характеристической частоте. Отклик гребенки фильтров на чистый тон с высотой zr и уровнем хт («образец возбуждения») аппроксимируется треугольником в шкале высоты барк. Такой треугольник задается формулами
Модель состоит из 240 фильтров с характеристическими частотами, равномерно распределенными по шкале высоты барк, т. е. полосе шириной 1 барк соответствуют 10 фильтров. При вычислении слухового спектра сложного стимула его спектр разбивается на полосы шириной 0.1 барк; каждая полоса заменяется энергетически эквивалентным чистым тоном с высотой Zt, равной высоте центра полосы и уровнем хт. Мощность на выходе фильтра с характеристической
(2)
где
высотой z равна сумме мощностей откликов на все тональные энергетические эквиваленты спектра стимула:
и
I (г) = 2 Ю0Л**'(*\
«=1
где пг — количество тональных энергетических эквивалентов.
Для расчета слухового спектра или плотности громкости, согласно Цвикеру, используется формула
*(*)= 0.08[/«.«(*)- /J,*(*)], (3)
где /д (z) = 10ол*п('!)> хп (z)— порог слышимости, в дБ. Плотность громкости выражается в сон/барк.
Рис. 9. Слуховой спектр сложного стимула (10 гармоник частоты 250 Гц), рассчитанный по формуле (3) (по: Чистович и др., 1976).
По оси абсцисс — частота, кГц; по оси ординат — отношение сон/барк, j — спектральная плотность I (z)y полученная методом порога пульсаций (по: Houtgast, 1974), 2 — I (z) получена расчетом.
