Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Обратимся теперь к экспериментальным исследованиям обнару-жимости нелинейных искажений, имеющих место в слуховой системе.
Восприятие 2-й гармоники синусоидального сигнала и разностного тона /2 — fi (при предьявлении испытуемому двутопового сигнала с частотами Д и /2) наблюдается лишь в том случае, если входной сигнал превышает достаточно высокий уровень — 40—50 дБ над порогом слуха. В то же время явления высотного восприятия имеют место и при более слабых входных сигналах. Поэтому можно считать, что нелинейпые квадратичные искажения, порождающие 2-ю гармонику и разностпый тон, не играют существенной роли в восприятии высоты.
Напротив, комбинационные тоны (в частности, третьего порядка с частотой 2Д — /2) воспринимаются даже при относительно слабых входных сигналах. Амплитудные и частотные характеристики комбинационных тонов достаточно полно исследованы в работе [218]. Здесь мы отметим лишь очень сильную зависимость уровня кубического комбипациоппого тона 2Д — /2 от разности /2 — /i частот входных тонов. Это свидетельствует о том, что данный тон не является результатом нелинейности аппарата среднего уха, обладающего сравнительно равномерной амплитудио-частотной характеристикой. Порождающий его механизм расположен, по-видимому, на том же уровне, который обеспечивает достаточно высокую избирательность фильтров влухового частотного анализатора.
Особенно важную роль в высотном восприятии (как будет показано ниже при рассмотрении экспериментов с двухтопоиыми комплексами) играют низкочастотные комбипациопные тоны с частотами
/<*> = (к + 1 )h -kU=h-k (f2 - h)] (7.12)
(к = 1, 2, 3). Случай к = 1 соответствует кубическому комбинационному тону. При к = 2 формула (7.12) описывает тон нятого порядка, при к = 3'— седьмого порядка и т. д.
4. Область существования комбинационных тонов и высота негармонических днухтоновых комплексов. Гипотеза о роли комбинационных тонов в восприятии высоты экспериментально изучалась в 1219, 220]. Первый из поставленных вопросов касался того, при каких условиях возможно восприятие комбинационных топов? Для ответа на этот вопрос была исследована так называемая
15 -
10 -
5 -
~\------------1---------1---------1---------Г”
п—I—I—г
область существования комбинационных тонов. Начиная со значения /2 = 2/х, постепенно уменьшали /2, сохраняя fi постояпной. Испытуемых просили отмечать появление последовательных комбинационных тонов. Появление нового комбинационного тона легко распознавалось, поскольку его высота изменялась в направлении, противоположном изменению высоты объективного тона /2. Высоту появившегося комбинационного тона определяли путем сравнения его с синусоидальным сигналом, после чего устанавливали соответствующее ему значение & (см. (7.12)). Таким образом была определена область существования комбинационных тонов различного порядка (3, 5, 7, . что соответствует к — 1, 2, 3,. . .) при всех возможных комбинациях/х и/2. Эта область существования при /2 — /i = 200 Гц изображена па рис. 86. Результаты выражены в виде некоторой величины к, которая интерпретируется следующим образом. При определенных и /2 измеряется минимальная частота f% слышимого комбинационного тона. Величина X определяется по формуле
-1-1-L—J-1-|_|_1_|_iiil
(to,и)
05,16}
Рис. 86. Нижняя граница ?. области существовании комбинационных тонов 121 у] (пунктирная кривая). Эффективное гармоническое число т] соотнетствует измеренным высотным сдвигам двутоновых сигналов. Абсцисса — частоты стимула. (Все величины нормированы it 200 Гц).
/2 — /1
А
200
Следовательно, Я можно считать порядковым номером гармоники, соответствующей слышимому комбинационному тону с минимальной частотой — такая интерпретация справедлива, разумеется, лишь в том случае, когда комплекс является гармоническим. То, что % не всегда является целым, обусловлено усреднением по большому числу экспериментов.
Две верхние прямые на этом рисунке соответствуют самим предъявляемым компонентам (по оси абсцисс также отложены гармонические числа, соответствующие /х и /2). Каждая расположенная под ними прямая соответствует одному комбинационному тону (все эти прямые параллельны друг другу). Таким образом, данный рисунок достаточно полно характеризует богатство спектра в том виде, как он воспринимается ухом.
Вторая функция, изображенная на рис. 86, получена на основании высотных измерений двухтоиового комплекса с частотами /Iй /г(см- Рис- 85) следующим образом. Экспериментально полученные значения высотного еднига 6рэ, как видно па рис. 85, приблизительно пропорциональны отклонению 6/ частот и /2 от их ближайших гармонических зиачепий:
вА=^.
Величина т) здесь аналогична гармоническому числу в оценке
(7.1);ееможноиптерпретировать как порядковый номер гармоники, совпадающий с центром тяжести комплекса. Величина т), однако, ( может и пе являться целым числом. Если бы снектральпое представление двутопового комплекса в слуховой системе состояло лишь из двух исходных компонент, то 1] должно было бы принадлежать интервалу (п, п + 1), где п — порядковый номер нижней компоненты. Экспериментальные результаты говорят о несправедливости этого допущения; в действительности величина ц меньше п. На рис. 86 отмечены значения т), вычисленные в соответствии с
