Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Согласпо этой концепции измеренные в эксперименте значения высоты должны соответствовать ординатам кривых рис. 79 при /0~4 х 1/т. На рис. 79 штриховыми прямыми отмечены экспериментальные значения высот рп1Л и /?270* Как видно, они действительно пересекаются с соответствующими расчетными кривыми при /о ~ 4 х 1/т (в данном эксперименте т — 2 мс).
1. Основные операции. На основании изложенных в § 1 экспериментальных данных можно попытаться составить общее представление об основной последовательности операций, используемых слуховой системой при выделении высоты звуков посредством временного анализа.
§ 2. Временной механизм высотного анализа
1) Слуховой частотный анализатор осуществляет фильтрацию входного акустического сигнала набором фильтров с шириной полосы порядка критической полосы слуха. Эта фильтрация реализуется основной мембраной слуховой улитки и, возможно, нервными механизмами обострения частотных характеристик. Выходные сигналы фильтров анализатора образуют так называемые частотные каналы.
3
6 детехтороЬ дноо ты ( периода)
Гис. 80. Блок-схема алгоритма обработки тонкой временной структуры сигнала.
2) В каждом частотном канале происходит кодировка временных особенностей^формы волны сигнала. Частным случаем этой кодировки является выделение характерных точек (экстремумов) отфильтрованного сигнала. Существенно, что кодировке подвергается не огибающая сигнала, а его тонкая временная структура.
3) Далее сигнал, представленный в импульсной форме, подается на вход блока предварительных оцепок высоты. Здесь по каждому частотному каналу происходит оценка временного периода, соответствующего высоте звука. Следует учесть, что длительность переносчика закодированной информации — нервного.импульса — составляет около 1 мс. Поэтому в высокочастотных каналах (пропускающих частоты более 1 кГц) каждое нервное волокно может работать лишь в режиме деления частотй входного сигнала. Оценка периода при этом осуществляется за счет параллельной обработки информации в пучке волокоп, идущих приблизительно из одного места основной мембраны (принадлежащих одному частотному капалу).
4) По совокупности предварительных оценок периода происходит окончательное определение высоты звука. При этом больший вклад дают предварительные оценки, полученные на выходе низкочастотных каналов (принцип доминантности).
Как видно, описанная последовательность операций временного анализа сама по себе не является четко сформулированным алгоритмом, «просматривающимся» от начала до конца: каждая из перечисленных операций допускает большую степень свободы при своей реализации. Стремясь все же к построению законченной и работающей модели высотного восприятия, мы взяли за ее основу один из алгоритмов обработки топкой временной структуры сигнала [212], имеющий много общих черт с механизмом восприятия высоты человеком.
2. Алгоритм обработки тонкой временной структуры сигнала. Алгоритм можно условно разделить па четыре части (блока), как показано на рис. 80.
В первом блоке производится фильтрация входного сигнала. Фильтр нижних частот с частотой среза 600 Гц оставляет в сигнале лишь область низкочастотных гармоник (для речевого сигнала полоса частот до 600 Гц включает в себя область 1-й форманты сигнала).
Далее отфильтрованный сигнал поступает на блок 2, предназначенный для выделения тонкой временной структуры сигнала и генерации гнести параметров, отражающих форму волны. Работу блока 2 поясняет рис. 81. Импульсы с амплитудами ти т2 и т3
Рис. 81. Особенности формы волны сигнала, выделяемые блоком В.
генерируются в моменты времени, соответствующие положительным пикам отфильтрованного сигнала; импульсы т4, т& и то6 генерируются в моменты отрицательных пиков. Импульсы т1 и mt представляют собой амплитуды соответственно положительных и отрицательных пиков; амплитуды пг2, т3, тъ и пг6 зависят от величины предшествующих пиков сигнала. Так, т2 и ть получаются путем измерения значений сигнала соответственно от максимума до предыдущего минимума и от минимума до предыду-
щего максимума формы волны. т3 (т6) — результат измерения разности значений сигнала в двух соседних максимумах (минимумах). Все т-г имеют одинаковую (положительную) полярность. Импульсы т3 и тъ не могут быть отрицательными; если максимум (минимум) не превосходит по абсолютной величине предшествующий ма ксимум^(мипимум), то соответствующие импульсы т3 (т6) отсутствуют.
а) б)
Рис. 82. Иллюстрации работы блока 2 при синусоидальном сигнале (а), и сигнале, состоящем иг! основного тона и гармоники (б).
Рис. 82 иллюстрирует работу блока 2 в случаях, когда на него подаются синусоидальный сигнал (а) и сигнал, состоящий из основного тона и второй гармоники (б). В первом случае импульсы т3 и тв отсутствуют, а интервалы между импульсами тъ т2, /и4 и тпъ отражают величину периода. Для второго случая истипное значение периода отражают импульсы в 3-м и 6-м каналах, тогда как импульсы тг, т2, пг4 и тъ появляются вдвое чаще. Точное вычисление периода в этом случае, как будет показано ниже, может быть выполнено в блоке 4.
