Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
/о-Л/ «I
Р = KN(, ! \W(t)\*Af+KN0 J \WKt)\*df,
о /с+V
где N0 — спектральная плотность мощности М, а /„ — частота сигнала. Задавшись общей формулой СФ, можно оценить его ширину из зависимости Р от А/. Б настоящее время наиболее широко используют характеристики СФ, предложенные Паттерсоном (Patterson, 1974, 1976; Patterson et al., 1982). При переходе к переменной g— = | /—/„ | //0 передаточная функция указанного фильтра имеет вид
w (g) = V(1 + PS) e~psl1-
Подставляя это значение в формулу для пороговой мощности, можно подобрать по методу наименьших квадратов оптимальные значения К ири оценить ширину СФ. Для рассмотренного фильтра эквивалентная ширина полосы прямоугольного фильтра составляет 4jjp.
Типичный пример зависимости ПМ от отношения Л///с приведен на рис. 37, Д. В этом случае уровень спектральной плотности мощности шума составляет 40 дБ УЗД при частоте сигнала 1 кГц и его длительности около 10 мс. На рис. 38, А приведена форма СФ, полученная согласно описанной выше аппроксимации. Вычисляемые этим методом параметры СФ оказались инвариантными по отношению к тому, что является независимой переменной — уровень М или уровень ТС (Moore, Glasberg, 1981). Кроме того, ширина СФ почти не зависит от длительности сигнала или от того, в начале, середине или конце маскера длительностью 0.4 с предъявляется короткий ТС (Moore et al., 1987). В диапазоне значений уровня спектральной плотности М 104-50 дБ УЗД ширина СФ хотя и растет с ростом уровня сигнала, но этот эффект незначителен (Weber, 1977; Glasberg, Moore, 1982).
Основным недостатком измерений, выполненных рассмотренным методом, является использование неочевидного предположения о симметричности СФ. Однако путем усложнения методики этот недостаток может быть преодолен (Glasberg et al., 1984). Идея методики ясна из рис. 37, В. Спектральный провал не центрирован вокруг частоты маскера, а смещен в одну сторону. По зависимости ПМ от переменного частотного интервала между ТС и срезом со стороны высоких частот определяется параметр р для высокочастотного склона фильтра. Подобным же образом, меняя границу низкочастотного уча-
стка М при фиксации высокочастотного, оценивают значение р для низкочастотного склона. Соответствующие данные приведены на рис. 37, Е. На рис. 38, Б (кривая 2) приведена форма СФ при действии маскера с уровнем спектральной плотности 50 дБ УЗД. Значение крутизны низкочастотного склона СФ, усредненное по нескольким испытуемым, составило 35 дБ/окт., высокочастотного — 05 дБ/окт., а добротность по уровню 10 дБ составила около 3.
Рис. 38. Форма слухового фильтра, полученного методом маскировки тона шумом со спектральным провалом (по: Glasberg, Moore, 1986).
А — форма СФ, вычисленная для спектрального уровня M 45 дБ УЗД/Гц; точечной линией ноказана форма СФ, полученная при том же уровне М методом ППМ; Б — схематически понизанные формы СФ при разных уровнях звукового давления: 30 (1), 50 12), 70 13) и 90 (4) дБ
УЗД.
Такой результат типичен для средних уровней спектральной плот-пости М. Повышение этого уровня приводит к еще большей асимметрии СФ, при его понижении СФ оказывается почти полностью симметричным, по крайней мере в линейной шкале (Lutfi, Patterson, 1984). Больше того, вблизи порога форма СФ может быть инвертирована, обладая более крутым наклоном с низкочастотной стороны. Как видно из рис. 38, Б, преобразование формы СФ практически не приводит к изменению его ширины, что и объясняет слабую зависимость этого параметра от уровня спектральной плотности в случае использования симметричного спектрального провала (Weber, 1977).
Надо сказать, что использование шума с симметричным спектральным провалом позволяет оценить ширину СФ не только до-нольно точно, но и достаточно оперативно. По-видимому, этот вариант методики будет развиваться с целью использования в клинике
при аудиологических исследованиях. При нейросенсорной тугоухости ширина СФ, измеренная таким образом, резко возрастает (Glas-berg, Moore, 1986; Moore, Glasberg, 1986). Недавно с целью получения нормативных данных оценка ширины СФ путем определения зависимости ПМ тона частотой 2.0 кГц от ширины спектрального провала шумового М со спектральным уровнем 45 дБ была проведена на 95 студентах. Среднее значение ширины эквивалентного прямоугольного СФ составило 308 Гц+32 Гц. У двух испытуемых, сообщивших об увлечении рок-музыкой, это значение составило соответственно 404 и 497 Гц (Moore, 1987).
Легко видеть, что на высоких частотах различия невелики, но на низких ширина СФ, определенная путем маскировки шумом со спектральным провалом, оказывается в 1.5—2 раза уже критической полосы. Во всем слуховом диапазоне ширина СФ занимает около 0.85 мм базилярной мембраны человека, так что на мембране укладываются 30—32 таких фильтра вместо 24 критических полос.
Таким образом, современные исследования маскировки тональных сигналов широкополосными маскерами в целом подтвердили существование периферической фильтрации сигнала набором слуховых фильтров. Параметры этих СФ в режиме одновременной маскировки тона шумом со спектральным провалом исследованы довольно подробно. В частности, определены значения добротности, крутизны склонов и степени асимметрии. Однако не следует полагать, что значения указанных параметров совершенно не зависят от характера решаемой человеком задачи. Так, оказалось, что многие свойства маскировки существенно изменяются, если ТС предъявляется не на фоне М, а сразу после его окончания.
