Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Форма Ьопны
JLJJJJLJL
VVhr
'5)
Уие. 72. а) Периодическая импульсная последовательность; основная частота 400 Гц; б) знакопеременная импульсная последовательность; основная частота 200 Гц [1981.
а также спектр этой импульсной последовательности. Все ее частотные компоненты кратны основной частоте 400 Гц. Высота этого звука, очевидно, составляет также 400 Гц. Звук, изображенный на рис. 72, б, представляет собой импульсную последовательность из импульсов чередующейся полярности. Пусть частоты следования импульсов (независимо от их полярности) на рис. 72, а и 72, б одинаковы (400 Гц). Тогда, как известно, компоненты второго звука являются нечетными гармопиками частоты 200 Гц, а разность между двумя последовательными гармопиками составляет 400 Ги. Период формы волны второго звука, разумеется, составляет 1/200 с. Схоутен обнаружил, что резидуум этого второго сигнала обладает слабо выраженной высотой 200 Гц. Он пришел к выводу, что ухо приписывает резидууму высоту, используя периодичность формы волны сигнала [1981.
3. Объяснение носприятпя высоты резидуальных звуков. Таким образом, Схоутеном было высказано предположение о том, что восприятие высоты периодических звуков с отсутствующей основной частотой может быть объяснено с помощью механизма измерения периода колебаний звуковой волны.
Спектр
2 4 5 8 10 12 14 16 18 Номера гармонии
Ш Lillie
I J 5 7 д // ;,ч <5 17 1Э
Для пояснения этой гипотезы рассмотрим рис. 73 [200]. На нем вдоль вертикальной оси изображен набор частотных характеристик фильтров, расположенных вдоль основной, мембраны на эквидистантных расстояниях. Базальная часть улитки (область высоких частот настройки фильтров мембраны) соответствует верхней части рисунка. Справа внизу на рис. 73 изображена периодическая импульсная последовательность, которая является стимулом, действующим на входе в улитку.
Рассмотрим форму колебаний на выходах фильтров. Три первые гармоники вызовут почти синусоидальные колебания в фильтрах,настроенных на их частоты. Рассмотрим, что произойдет с высшими гармониками.
В полосу пропускания каждого из высокочастотных фильтров попадет несколько гармоник, которые вызовут па его выходе волну колебаний с изменяющейся амплитудой. Совместное воздействие такого набора высших гармоник приведет к появлению на выходе фильтров периодически повторяющихся колебательных «вспышек», период повторения которых совпадает с периодом следования импульсов, возбуждающих улитку.
Таким образом, информация
о данном звуке в наборе фильтров улитки может быть представлена двояко: во-первых, в
распределении амплитуд выходных сигналов с каждого фильтра — вследствие конечной разрешающей способности фильтров нижние гармоники разрешаются набором фильтров и отображаются в виде чередующихся вдоль пабора фильтров максимумов и минимумов, выспгие гармоники набором фильтров'^не разрешаются и им соответствует более или менее однородное распределение средних значений сигналов па выходах фильтров; во-вторых, в изменении во времени мгновенных выходных сигналов каждого фильтра, как это описано выше (рис. 73). Первый из упомянутых способов представления информации (спектральный) позволяет
^ Вход: паследобптепьность
^ импильсоб а следования
Ослабление
импильсаб с частотой - * 2S0 Гц
Гис, 73. Периодичность сигналов па выходах частотного анализатора слуха и час-тотпое:разрешение компонент сигнала [200].
определять высоту звука, согласно классическому закону Ома, по положению иа частотной оси первого (самого низкочастотного) максимума в распределении средних значений откликов фильтров. Если же из исходного звука (периодической импульсной последовательности рис. 73) отбросить (например, путем предварительной фильтрации) низкочастотные разрешаемые компоненты, т. е. превратить звук в резидуальный, то такой способ определения высоты становится непригодным. При этом остается возможность оценки высоты звука путем измерения периода колебаний на выходе высокочастотных фильтров.
4. Негармонические комплексы. Дальнейшее развитие гипотеза о восприятии высоты посредством измерения периодичности сигнала получила в экспериментах по восприятию негармонических комплексов, т. е. сигналов, компоненты которых /* пе образуют гармонического ряда ф if0, i — целое). В экспериментах де Бура [201, 202] испытуемым предъявлялись комплексы, содержащие семь частотных компонент / + ng, где п — 0, 1, 2, 3 (/ — несущая частота; g, 2g и 3g — компоненты модулирующего сигнала). При / = 2000 Гц, g = 200 Гц (jig = 10) комплекс является гармоническим, а его высота составляет р = 200 Гц. При изменении f (g — 200 Гц = cont-t) наблюдаются систематические отклонения высоты от значения 200 Гц. Например, при f -- 2030 Гц высота звука соответствует приблизительно 205 Гц, хотя компоненты звука (1430, 1630, 1830, 2030, 2230, 2430 и 2630 Гц) не имеют теперь общего делителя в окрестности частоты 200 Гц. При повышении (понижении) / от значения 2000 Гц высота также повышается (понижается) от значения 200 Гц. Если в качестве исходного гармонического комплекса взять сигпал с / = 2200 Гц, g = 200 Гц (f/g = И), то характер зависимости высотных сдвигов от частоты несущей остается тем же. Рис. 74 иллюстрирует зависимость высоты сигнала от отношения f/g. Любопытным свойством обладает восприятие такого сигнала, когда несущая располагается «посредине» между гармоническими зпачениями / = 10 gvi / — 11 g (т. е. при / = 10,5 g). Внимание испытуемого «переключается» с одного значения высоты {р ~ 212 Гц) на другое (р ~ 192 Гц) в зависимо-
