Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 29. Профиль звукоряда, состоящего из 7-й и 8-й гармоник тона на выходе слухового фильтра.
Интервалы Г,, Тг, Т, определяют высоты звукоряда, соответствующие частотам l/т,, 11т2, ит,,.
Рис". 28. Высота негармонических звукорядов (по: De Воег, 1976).
По оси абсцисс — отношение частот ffg\ по оси ординат — значение частоты тона равновысокого звукоряда из 7 составляющих, Гц. При //?=10.5 одновременно прослушиваются две высоты, соответствующие 191 и 212 Гц.
вблизи максимума огибающей, то для рассматриваемого АМТ эти интервалы как раз соответствуют 1/178, 1/200, 1/222 с.
Детальное исследование высоты звуков, состоящих из двух синусоидальных сигналов с частотами f1=n 200 Гц и /2 = (и+1) 200 Гц (Smoorenburg, 1970) показало, что испытуемые слышали, как и в случае амплитудно-модулированного тона, три высоты. Когда частоты /j и /2 переставали быть гармониками частоты 200 Гц, наблюдались сдвиги высоты. При п > 5 эти сдвиги были больше, чем предсказанные де Буром по формуле AP=fjn—g, что подтверждало существование второго эффекта сдвига высоты. Возможные механизмы этого эффекта рассматриваются ниже.
Хотя эксперименты с узкополосными стимулами, например двухчастотными (с близкими частотами), амплитудно-модулированными тонами, дали много в понимании возможных механизмов высоты, тем не менее на практике человек сталкивается с большим числом широкополосных звуков, возбуждающих одновременно большое число слуховых фильтров, что препятствует действию временного механизма высоты, основанного на измерении интервалов между максимальными пиками во временном профиле сигнала на выходе одного слухового фильтра.
Анализ высоты широкополосных звуков привел Пломпа (Plomp, 1967) и Ритсму (Ritsma, 1967) к важному понятию доминантной области слуха.
Понятие доминантности. Рассмотрим это важное понятие на следующем примере (Ritsma, 1967). Короткий импульс (8-импульс) создает на выходе слуховых фильтров временной профиль колебания, аналогичный временному профилю сигнала на выходе идеального полосового фильтра, имеющего ширину полосы А/ и среднюю частоту /0. Если все компоненты 8-импульса, имеющего очень широкий спектр, находятся в фазе, то профиль сигнала на выходе можно записать в виде
2
80 (f) = — sin яД/ cos 2Kf„t.
Если же все частотные компоненты 8-импульса сдвинуты по фазе на 90°, то профиль сигнала на выходе идеального полосового фильтра будет иметь вид
2
о9о = — sid гсД/ cos 2rc/oi.
При 2=0 огибающая (2jnt) sin тсАft имеет максимум. Поэтому вблизи 2=0 временной профиль сигнала (его тонкая структура) имеет наибольшие пики. В частности, 80 (t) имеет главный положительный пик при t=0; 8В0 — при t= —1/(4/0); S270 (t) — при t=—1/(4/0), и Siso (t) имеет два главных пика: один при t = i/(2f0) и второй при t=—1/(2/0). При стимуляции слуховой системы периодической последовательностью пар импульсов вида
S(t) = h (t) + bf (f-т),
где индекс ср означает, что все компоненты второго импульса имеют сдвиг фаз ср, на выходе слухового фильтра со средней частотой /0 должна восприниматься высота Р , соответствующая следующим частотам: Р0=1/т при cp=0; Pi80 = 1/[t: ±iy(2/0)] при ср = 180°; р90 = l/t't:—1/(4/о)1 при ср =90° и Р270 —Vb+l/^/o)! при Т =270°. Учитывая, однако, что широкополосный сигнал возбуждает сразу много соседних слуховых фильтров с разными значениями /0, следует ожидать, что никакой определенной высоты воспринять нельзя. Эксперимент тем не менее показывает, что имеется вполне определенная высота у стимулов такого рода. Противоречие разрешается введением понятия доминантности (Ritsma, 1967). Если информация
о высоте широкополосного звука распределена по большой части базилярной мембраны (по многим слуховым фильтрам), то ухо использует информацию на выходе только одного доминантного слухового фильтра. Средняя частота этого фильтра в 3—5 раз (в среднем в 4 раза) больше, чем частота равновысотного тона, точное положение его зависит в некоторой степени от испытуемого.
Значение высоты периодически повторяющихся пар разнополярных импульсов, т. е. пар вида §0 (t)—80 (t—т)=о0 (f)4-818„ (t—т), можно предсказать, если вместо /0 подставить Р180-4, тогда Р 180 = 7/8т и 9/8т, что находится в хорошем согласии с опытными результатами (Bilsen, Ritsma, 1967; Ritsma, 1967). Кроме того, для проверки справедливости сделанных прогнозов были выполнены опыты с последовательностью однополярных импульсов (Plomp, 1967; Ritsma, 1967).
В 1-м опыте последовательность импульсов смешивалась либо с высокочастотным (ВЧ), либо с низкочастотным (НЧ) шумом. Граничные частоты спектров шума могли меняться в ходе опыта. Испытуемые оценивали методом сравнения высоту сигнала при различных граничных частотах ВЧ и НЧ шумов.
Существует ряд работ по исследованию влияния амплитуды доминантной гармоники на высоту сложного звука (Ritsma, 1967; Goldstein, 1973; Srulovicz, Goldstein, 1983). Все авторы пришли к заключению, что амплитуда доминантной гармоники не влияет на высоту периодичности, пока эта амплитуда превышает порог слышимости по крайней мере на 10 дБ. Однако этот вывод в дальнейшем не был подтвержден. По данным Мура с соавторами (Moore, Glasberg, 1985), относительный уровень единственной гармоники, расположенной внутри доминантной области, сильно влияет на доминантность этой гармоники.
