Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для сложных тонов с одинаковыми амплитудами гармоник и с основными частотами 100, 200 или 400 Гц доминантные гармоники всегда лежат в пределах первых шести гармоник (доминантная область частот). Однако имеются значительные индивидуальные различия в распределении доминантности среди гармоник. Для некоторых испытуемых 1-я, 2-я и 3-я гармоники более доминантны, чем 4-я и 5-я, в противоположность классическому понятию «доминантной области», введенной Ритсмой (Ritsma, 1967).
Доминантность одиночной гармоники низкого номера сильно зависит от ее уровня.
Доминантна та гармоника, которая имеет минимальное значение дифференциального порога по частоте и по высоте остатка для этой гармоники, измеренного, когда она содержится в сложном тоне вместе с другими гармониками (Moore, Glasberg, 1985).
Доминантная частотная область определяет высоту звуков не только с линейчатым, но и со сплошным спектром, например шума, сложенного в фазе или противофазе с его задержанной на время т
Рис. 30. Спектры «волнистого» шума (по: Yost, 1981).
а — cos+, А=*0; б — cos—, А=0; в — cos-f-, A=iO дБ. По оси абсцисс — частота; по оси ординат — спектральная плотность мощности.
копией. Энергетический спектр такого шума, именуемого «волнистым», имеет вид
где G — константа, g=lO~All°, w = 2tc/, А — уровень задержанного шума в децибелах относительно исходного шума. Если задержанная копия складывается с исходным шумом в фазе, то в выражении для | Н (/) |2 надо ставить знак «+» (такой шум принято обозначать «cos-)-»), если в противофазе, то знак «—» (такой шум обозначают «cos—») (рис. 30).
Билзен и Ритсма (Bilsen, Ritsma, 1969/1970), Йост и Хилл (Yost, Hill, 1978) продемонстрировали, что как высота, так и сила (выраженность) высоты, связанные с волнистым шумом, зависят от его энергии в спектральной области в 3—5 раз большей частоты, соответствующей высоте. Когда же энергия волнистого шума сдвинута в сторону от доминантной области, то выраженность высоты быстро слабеет. Йост использовал величину g в качестве меры выраженности высоты волнистого шума. При этом для шума вида «cos-f-, А =0» высота соответствовала 1/х, а для шума вида «cos—, Л=0» — либо 1.1 т, либо 0.8т. Глубина «модуляции» тп волнистого шума равна 2g (1+g)2. В опытах Йоста (Yost, 1981) испытуемые различали два «волнистых» шума со спектрами
а
в
1/Т
6
и!
| Н (/) |*= G (1 -f g* ± 2g cos «г).
1 + g* ± 2g cos (<ат 0.94), 1 + S* ± 2g cos (wx 1.06)j
Измеряя пороговые значения g при разных т в зависимости от частоты среза НЧ и ВЧ фильтров, можно было получить кривую доминантности (рис. 31), максимум которой приходится приблизи-
Рис. 31. Частотные характеристики доминантности для «волнистого» шума cos+ и cos— (по: Yost, 1981).
По оси абсцисс — частоты среза фильтров ВЧ и НЧ, кГц; по оси ординат — затухание, дБ.
1 — усредненные по 5 слушателям данные для длительности сигнала 4 мс; 2— то же для
2 мс.
тельно на 4/т, спад кривой к высоким частотам — от 7 до 13 дБ/окт., а к низким — от 1 до 4 дБ/окт.
Особенности восприятия высоты сложных звуков в значительной мере определяются нелинейностью слуха. Среди комбинаций частот, обязанных своим появлением нелинейности, наиболее важны разностный тон /2—Д, где /2 >
> /х и кубический комбинационный тон 2Д—/2. Последний гораздо сильнее разностного и в отличие от него начинает прослеживаться уже при весьма низких уровнях звукового давления. Голдстейн (Golstein,
1967) детально исследовал комбинационные тоны вида (п+1)Х X/i—п/2, но не нашел никаких доказательств существования тона(п+1)/2—w/i, который примыкает к слуховым фильтрам, соответствующим и /2 с крутой, высокочастотной стороны, тогда как тон (w+l)/i —nf2 расположен на пологом низкочастотном склоне указанных слуховых фильтров. Таким образом, нелинейность возникает только в области перекрытия характеристик слуховых фильтров на частотах исходных тонов. Аналогичная причина
Рис. 32. Искажение амплитудного спектра АМТ из-за нелинейности слуха (по: Ritsma, 1970).
Сплошные линии — часготные составляющие АМТ; прерывистые линии — дополнительные составляющие, обусловленные нелинейностью. f — частота несущей, g — частота модуляции.
объясняет слабость суммарного тона /х+/2 и вторых гармоник 2fr и 2/2, обусловленных квадратичной нелинейностью.
Асимметричность появления комбинационных тонов (га+1) Д—nf2 может объяснить существование второго эффекта сдвига высоты. Если сигнал содержит несколько гармоник, то в результате нелинейности появятся дополнительные низкочастотные гармоники, вследствие чего «центр тяжести» совокупного возбуждения сдвинется в сторону более низких частот, что и приведет ко второму эффекту сдвига высоты (рис. 32).
1.3.6. МОДЕЛИ ВОСПРИЯТИЯ ВЫСОТЫ
За более чем вековую историю разработки проблемы высоты звука было высказано много соображений о возможных механизмах оценки высоты в слуховой системе. Наиболее «древними» из них являются теория места и временная теория, которые неоднократно упоминались выше. Однако теории эти являются слишком частными и зачастую вступают в противоречие с опытными данными. И только за последние 15 лет начали появляться модели, которые опираются как на спектральные, так и на временные механизмы слухового анализа, что позволяет делать на их основе не только качественный, но и количественный прогноз высоты сложных звуков. Прогресс в моделировании тесно связан с применением современных средств цифровой вычислительной техники.
