Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Частотная компонента только тогда считается принадлежащей данному сложному тону (гармоническому звукоряду), когда она «проходит» через «фильтр гармоник», т. е. если ее расстройка не превосходит некоторого порога.
Показано (Moore, Glasberg, 1985), что гипотетический «фильтр гармоник» не является прямоугольным, так как при расстройке частоты одной из гармоник звукоряда происходит не скачкообразный, а постепенный сдвиг высоты остатка (рис. 27). Другое возможное объяснение плавности сдвига высоты остатка — наличие «вну-
треннего частотного шума» в «фильтре гармоник», приводящего то к попаданию гармоники внутрь фильтра, то к непопаданию, причем с ростом расстройки А/// «внутренний шум» возрастает.
Таким образом, высота сложного тона при расстройке частоты одной из гармоник до 3 % плавно возрастает, что говорит о том, что слуховая система приписывает некоторую высоту и непериодическому сигналу (рис. 27). При дальнейшей расстройке А/// сдвиг высоты уменьшается, по-видимому вследствие «исключения» расстраиваемой гармоники из анализа (из «своего коллектива» гармоник).
Сдвиги высоты негармонических звукорядов изучались ранее де Буром (De Boer, 1956, 1976). Автор применял звукоряд из семи компонент вида f+n-g, где / — частота несущей, 1 jg — период модуляции, n=0, 1, 2, 3. При/=
=2000 Гц и g=200 Гц звукоряд был гармоническим. Слушатели приписывали ему высоту, соответствующую основной частоте звукоряда 200 Гц. При изменении / происходило отклонение высоты от исходного значения (рис. 28). Так, при /=2030 Гц высота звука соответствовала высоте чистого тона 205 Гц, хотя эта частота не являлась уже основанием гармонического звукоряда. Как видно из рис. 28, при flg= =10.5 наблюдается неоднозначность восприятия высоты: слушатели воспринимали одновременно высоту, соответствующую как 192 Гц, так и 212 Гц.
Проанализировав высотные сдвиги при изменении g от 100 до 400 Гц, де Бур пришел к заключению, что сдвиг высоты может быть описан соотношением
Рис. 27. Сдвиг высоты сложного звука при расстройке частоты одной из гармоник в его спектре (по: Мооге,
Glasberg, 1985).
По оси абсцисс — относительная расстройка Д/ частоты n-й гармоники f„: bftfv, %; по оси ординат — относительный сдвиг высоты основного тона, %.
¦г.
где п — гармонический номер несущей частоты /, а АР — сдвиг частоты равновысотного тона. Экспериментальные значения высотных сдвигов АР* оказались больше, чем АР. Значения высотных сдвигов АР получили название первого эффекта сдвига высоты, а значения разности Р*—Р — второго эффекта сдвига высоты.
Де Буром (De Boer, 1976) рассмотрены два возможных объяснения наблюдаемых сдвигов высоты с позиций временной и спектральной гипотез слуховой обработки. При больших отношениях fig, когда соседние синусоидальные компоненты сложного звукоряда попадают внутрь одного и того же слухового фильтра, главным механизмом выделения высоты может быть только временной, основанный на изме-
рении временных интервалов между пиками во временном профиле несущей (рис. 29). Наличие первого эффекта сдвига высоты, а также ее неоднозначность при g=10.5 объясняются в этом случае несовпадением периода волны и интервалом между главными пиками во временном профиле волны.
При малых отношениях fjg, когда соседние компоненты звукоряда попадают в разные слуховые фильтры, главным механизмом оказывается спектральный, в данном случае уже упоминавшийся «фильтр гармоник», действие которого для негармонических звукорядов сводится к нахождению такой основной частоты /J, гармоники которой по некоторому критерию максимально близки составляющим исходного негармонического звукоряда. Данный спектральный механизм «приписывает» к этому звукоряду высоту, соответствующую высоте тона с основной частотой f0.
Так, звукоряд частот /в=630, 830,
1030, 1230, 1430, 1630 и 1830 Гц, полученный по формуле /я = ге/0+
-j—30 Гц, где п=3, 4, . . 8, а /0=200 Гц, наиболее близок по
среднеквадратичному критерию А гармоническому звукоряду с основной частотой /J=205 Гц (615, 820, 1025, 1230, 1435, 1640 Гц).
Значение критерия А определяется в данном случае как
8
Д = Ю1П 2 Wo - Wo + 30 Гц)]*.
*=3
Тем самым объясняется с позиций спектральной теории и первый эффект сдвига высоты, так как значение А2э=/о—fo=fln—g.
Интересные особенности синтетической высоты амплитудно-модули-рованных тонов (АМТ) установили Схоутен с соавторами (Schouten et al., 1962): высота АМТ оценивалась неоднозначно, даже если спектральные составляющие АМТ были гармоническими, т. е. f=ng. Например, при /=2000 Гц и g=200 Гц слушатели воспринимали три высоты: соответствующие тонам с частотами 178, 200 и 222 Гц. Указанная неоднозначность легко объясняется с позиций временной теории (рис. 29). Если предположить, что высота АМТ оценивается по интервалу времени между пиками в профиле АМТ, находящимися
