Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Модель восприятия высоты А. С. Колоколова. Представляет значительный интерес модель высоты сложных звуков А. С. Колоколова (Колоколов, 1985), совмещающая как спектральную, так и временную обработку. В ней предусмотрены следующие преобразования входного сигнала: грубый спектральный анализ с помощью гребенки полосовых фильтров; однополупериодное выпрямление сигналов на выходе фильтров и последующее их сглаживание; использование групп разнопороговых нейронных элементов, на которые поступают сглаженные сигналы; генерирование независимых случайных последовательностей импульсов на выходе пороговых элементов; вычисление гистограмм межимпульсных интервалов в каждом частотном канале; вычисление значений кратковременного амплитудного спектра, пропорциональных средней частоте импульсации в данном частотном канале; вычисление обостренного спектра, уменьшающего маскирующее влияние шума за счет латерального торможения; вычисление совокупной (по всем частотным каналам) гистограммы межимпульсных интервалов путем суммирования взвешен-
ных, т. е. умноженных на значение «обостренного» спектра, гистограмм; выделение главных максимумов совокупной гистограммы путем сравнения значений ее максимумов с пороговой функцией. В результате указанных преобразований формируется окончательное распре деление, координаты и значения максимумов которого определяют высоту и выраженность высоты сложного звука.
Модель высоты А. С. Колоколова выгодно отличается от прежних моделей высоты тем, что наряду с удовлетворительным объяснением основных известных экспериментальных данных по высоте сложных аиуков она опирается на некоторые важные и твердо установленные снойства слуховой нейронной сети, такие как критическая полоса слуха; детектирующие свойства перегородки улитки; наличие нейронов, настроенных на определенный уровень звукового давления сигнала; случайный характер импульсной активности нейронов; латеральное торможение.
Для проверки адекватности разработанной модели были исследо-иаиы ее реакции на широкополосные и узкополосные периодические it непериодические сигналы, дихотически предъявляемые двухтоно-ные сигналы, специальные типы шумовых сигналов.
Так, модель позволяет объяснить восприятие высоты, соответствующей частоте основного тона /0, у широкополосных периодических сигналов с шириной спектра, существенно более широкой, чем критическая полоса слуха Д/кр, например у звукоряда из первых 20 гармоник и сигнала, состоящего из 3-й, 4-й и 5-й гармоник. I! выходном эффекте модели наблюдаются отчетливые пики на частотах, соответствующих /0 и ее первым трем гармоникам. Последнее
о Пето яте льство весьма важно для объяснения тонального сходства музыкальных тонов, различающихся на октаву.
В рассматриваемой модели устраняется недостаток более ранних «спектральных» моделей восприятия высоты, которые не позволяли объяснить высоту остатка узкополосных сигналов, гармоники которых не разрешаются слуховым анализатором. Так, для амплитудно-модулированного тона (АМТ) со спектральными составляющими 1800, 2000 и 2200 Гц в выходном эффекте модели ясно выделяются пики на частотах, соответствующих основной частоте /0 и ее 2-й гармонике. Одновременно наблюдаются еще и другие пики вблизи /0, приводящие к неоднозначности высоты узкополосных резидуальных ануков (Schouten et al., 1962; Smoorenburg, 1970).
На примере трех гармонических звукорядов с основными частотами 100, 200 и 400 Гц и числом гармоник 48, 24 и 12 на модели продемонстрирован эффект спектрального доминирования в области частот (2.5-^-5) /0. Модель А. С. Колоколова воспроизводит высотные г.дниги при одинаковом сдвиге всех гармоник звукоряда по шкале частот, причем это воспроизведение, вполне удовлетворительное для /,, = 200 Гц и /0—400 Гц, не вполне достаточно для /0 = 100 Гц. Улучшения согласия предсказаний опыта с- моделью удалось достичь путем введения в нее несимметричных тормозных связей.
В модели получены несколько заниженные высотные сдвиги (1-й эффект сдвига высоты) по сравнению с психоакустическими дан-
ными Смуренбурга (Smoorenburg, 1970). Это различие объяснено автором рассматриваемой модели тем, что в ней не учтены субъективные комбинационные тоны с частотами ге/0+Д/—kf0, возникающими при прослушивании двухтоновых комплексов вследствие нелинейности слуха (Plomp, 1976).
Модель была испытана также на примерах широкополосных шумов с «волнистым» спектром. Было показано появление в выходном эффекте модели пика, соответствующего периоду основной частоты 1 //0, который численно равен задержке т, используемой для получения «волнистого» шума (см. раздел 3).
Таким образом, результаты проверки модели А. С. Колоколова на ее адекватность психоакустическим данным позволяют заключить, что модель предсказывает основные факты по восприятию сложных звуков, рассмотренные выше. Тем не менее ряд эффектов второго порядка, например 2-й эффект высотного сдвига узкополосных негармонических сигналов, а также высотные сдвиги гармонических звукорядов, вызванные изменением громкости, не могут быть объяснены на основе данной модели.
