Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
анализа, либо на измерении временных интервалов между характерными точками сигнала.
Содержащийся в § 1 обзор экспериментальных результатов не претепдует на полноту; более полную информацию можпо пайти, например, в работах [200, 216, 217].
§ 1. Психоакустические данные^о восприятии высоты,'
1.Paimne представления о носприятин высоты. Акустический закон Ома. Более ста лет назад Ом [197] выдвинул предположение
о том, что человеческое ухо способно производить спектральный анализ, т. е. разлагать сложное периодическое звуковое колебание (сложный тон) па составляющие его синусоидальные компоненты, и что синусоидальной форме колебания соответствует простейшее слуховое ощущение — ощущепие высоты чистого тона. Это предположение получило название акустического закопа Ома.
Согласно закону Ома, в сложном сигнале, состоящем из нескольких синусоидальных компонент, не связанных менаду собой гармоническим соотношением, человек может «выслушивать» несколько простых сигналов, причем ощущение высоты каждого из таких сигналов определяется частотой соответствующей синусоидальной компоненты. Если же сигнал гармонический, т. е. частоты его компонент относятся друг к другу как не слишком большие целые числа, то он воспринимается как сигнал, обладающий высотой, определяемой частотой самой низкочастотпой из его компонент.
Существуют однако звуки (как естественные, так и созданные в ходе проведения психоакусгических экспериментов), для которых закон Ома в его первопачальном виде несправедлив.
Прежде всего, применимость закона Ома ограничена конечной разрешающей способностью спектрального анализатора человеческого органа слуха. Данное ограничение находит свое объяснение в работе механизмов гидродинамического спектральпого анализа сигналов основной мембраной органа слуха и последующей нейронной обработки распределения откликов «фильтров» основной мембраны. Эти вопросы рассматривались нами ранее в гл. V и поэтому здесь обсуждаться не будут. -
2. Резидуальные звуки. Другой класс явлений, не удовлетворяющих закону Ома, заключается в восприятии высоты периодических сигналов, в спектре которых отсутствует компонента с частотой, соответствующей воспринимаемой высоте. Схоутеп [198] изучал высоту периодически повторяющихся звуковых импульсов. Частота повторения импульсов составляла 200 Гц (рис. 71, а). Такой сигнал с уровнем звука около 40 дБ выше порога слышимости подавался на ухо. Прл этом воспринималась высота, соответствующая основной частоте звука (200 Гц). Затем генерировался
второй сигнал, отличавшимся от первого лишь отсутствием основной частоты (рис. 71, б). Оказалось, что высота, приписываемая испытуемым звуку б (с отсутствующей основной частотой), совпадает с высотой исходного звука а. В этом эксперименте высота звука б пе совпадает с иысотой самой низкочастотной имеющейся компоненты спектра сигналя, что противоречит закону Ома. Аналогичные результаты получаются при исключении из сигнала одной или нескольких низкочастотных гармоник. Звуки с отсутствующей основной частотой получили название резидуальных (от англ. residue — остаток).
Форма волны
Спектр
а)
I 2 3 4 5 6 7 8 S 10II12 Номера гармоник
IUJL-JL-J
s)
11
23 4 5 6 7 в Я 10 И 12
Гис. 71. а) Периодическая импульсная последовательность — форма волны и спектру б) периодическая импульсная последовательность с отсутствующей основной частотой [198].
Предпринимались попытки объяспить это явление возникновением субъективного разностного тона за счет нелинейных преобразований в слуховой системе [199]. Действительно, если звук, состоящий из двух или более синусоидальных гармонических компонент с час-ютами fk = k-f0, k = 2, 3, . . ., претерпевает нелинейное преобразование, то в спектре сигнала появляются дополнительные составляющие, среди которых будет присутствовать и разностный топ с частотой /р = /Wl — fk = /0.
Однако практически оказалось, что при предъявлении сложного гармонического сигнала разностзгьгй тон наблюдается лишь в том случае, когда общий уровень стимулов превышает 50—55 дБ над порогом слуха. В то же время и при более низких уровнях высота резидуальных звуков соответствует отсутствующей в спектре основной частотной компоненте. Следовательно, нелинейные механизмы, которые способны восстанавливать отсутствующий основной тон, не могут объяснить восприятие высоты резидуальных звуков (по меньшей мере при малых уровнях громкости).
Итак, в результате экспериментов, описапных в работе [198], была выявлена неадекватность закона Ома слуховому восприятию
человека. Однако вопрос о том, какое физическое свойство совокупности высокочастотных гармоник определяет высоту резидуума, оставался неясным. Имеются две очевидные возможности: 1) все компоненты звуков, использованных в описанных экспериментах [198], отстоят друг от друга по частоте на 200|Гци 2) форма волны звуков имеет период повторения, равный 1/200 с. Для решения этого вопроса Схоутеп провел эксперименты с сигналами, имеющими одинаковое частотное расстояние между компонентами, но различный период. Рассмотрим рис. 72, а. На пом изображены импульсная последовательность, нериод которой составляет 1/400 с,
