Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотренные выше трудности временной теории высоты обусловили тот факт, что параллельно с ней возникли и развивались спектральные представления о механизме высотного анализа, которые, однако, значительно отличаются от классических спектральных представлений, выраженных в акустическом законе Ома. Суждение о высоте звука, согласно этой группе теорий, осуществляется на основании обработки спектрального отображения акустического сигнала, возникающего благодаря резонансным свойствам основной мембраны органа слуха.
2. Эксперименты с двухтоновыми комплексами, свидетельствующие в пользу спектральных механизмов восприятия высоты. В работе Смурепбурга [215] испытуемым предъявлялось два сигна-
ла. Один из них содержал компоненты 1800 и 2000 Гц, другой — 1750 и 2000 Гц. Таким образом, первый сигнал имел основную частоту 200 Гц, а второй — 250 Гц. Если испытуемый судит о высоте сигнала, извлекая из пего каким-либо образом информацию об основной частоте, он воспринимает второй сигнал как более высокий. Если же высотпое ощущение испытуемого опосредовано самими частотными компонентами (каждую из которых он воспринимает порознь), то его реакция будет противоположной. Оказалось, что каждый из 42 испытуемых устойчиво использует какой-либо одип из этих двух возможных критериев.
В дальнейших экспериментах исследовали восприятие высоты негармонических двухтоновых комплексов испытуемыми, принадлежащими к первой группе. Предъявляемый им сигнал содержал
¦ А, Ь .
.<3 —-
1'ис. 85. Высота двухтоновых сигпалов [215]. Частотная разность компонент 200 Гц. Абсцисса — частота нижней компоненты. Ордината — измеренное значение высоты. Тонкие линии соответствуют высотным сдвигам, подсчитанным но (7.1).
две частотные компоненты /j и /2 г : /i + 200 Гц. На рис. 85 изображены зависимости воспринимаемой высоты от /х. При гармоническом входном сигнале (f1 - п-200 Гц) высота соответствует 200 Гц. При негармоническом сигнале наблюдаются высотные сдвиги аналогично описанному выше случаю восприятия высоты АМ-комп-лексов. Сплошные прямые па рис. 85 соответствуют оценкам
(7.1) («первый эффект высоты»), вычисленным при щ = fj200 и «2 = fj200. Видно, что наблюдаемые высотные сдвиги значительно превышают результат, полученный согласно оценке (7.1); иными словами, «второй эффект» сдвига здесь довольно велик.
Этот результат не согласуется с временной теорией. Однако, согласно спектральной теории, он может быть объяснен, если использовать значение гармонического числа п < nlt т. е. если
сдвинуть центр тяжести двухтонового комплекса в область низкочастотных гармоник основного тона.
Каковы же те факторы, которые могут сместить центр тяжести комплекса в область низких частот? Для ответа на этот вопрос обратимся к выяснению некоторых особенностей спектральной обработки сигнала в слуховой системе, которые не учитывались в предыдущих параграфах и которые играют существенную роль в высотном восприятии.
3. Комбинационные топы. При некоторых условиях спектральное разложение сигнала в слуховой системе происходит с нелинейными искажениями.
Рассмотрим систему, в которой входной сигал х (t) преобразуется в выходной сигнал у (t) так, что каждое значение у (t) зависит только от значения х (t) в тот же момент времени:
у (t) = F [х (*)].
Если F (а) линейна, то система является линейной; в ее выходном сигнале у (t) не возникает новых частотных компонент по сравнению с х (t). Если F (а) — пелипейная функция, то такая система является безынерционной нелинейной системой.
Рассмотрим, как различные пелинейные системы пребразуют сигнал, представляющий собой сумму двух синусоидальных колебаний с частотами Д и /2.
Если
F (а) -- сха -!- с.га2,
то в спектре выходного сигнала, кроме Д и /2, появляются дополнительные компоненты с частотами 2Д, 2/2, /2 — /х и /2 + fv В более сложной нелинейной системе
F (а) = сга -г с2а2 + с3а3
член третьего порядка порождает следующие нелинейные искажения:
а) третьи гармоники каждой компоненты с частотами ЗД и
б) комбинационные тоны третьего порядка с частотами lf1
+ /2 и 2/2 + fi-
В общем виде нелинейную функцию F (а) можно представить в виде разложения в ряд по степеням а:
F (а) = сха с2а2 + с3а3 + с4а4 + съай + . . . (7.11)
Соответствующая система порождает гармоники высших порядков от каждой входной компоненты и комбинационные тоны высших порядков с частотами
fk ~ ^ifi :iz ^2/21 ^2 = 2, 3,. . .
Рассмотрим теперь случай, когда компоненты входного сигнала являются последовательными гармониками основной частоты/0:
fi = nf0, /2 = (п + 1)/0,
п — целое.
Разностные тоны третьего порядка при этом имеют частоты
2/i — U = (и — 1)/о, 2/г — А = («1+ 2)/0.
Ути компоненты расширяют спектр входного сигнала, дополняя его ближайшими соседними гармониками частоты /„. Аналогично влияние членов с нечетными степенями ряда (7.11) приведет к возникновению разностных тонов нечетных порядков, что еще более расширит исходный спектр в сторону низких и высоких частот.
