Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
4. Двойные импульсные последовательности. Формировался сигнал
$ (t) = X (t) + X (t — т),
где х (t) — импульсная последовательность с периодом следования импульсов Т. Машинный анализ такой двойной импульсной последовательности посредством рассмотренного алгоритма приводит к следующим результатам.
При достаточно малых временных задержках т (т ^ х/4 Т) выделяется значение высотного периода, равное Т. При увеличении т (например, т = 9/20 Т) на выходе алгоритма даже в установившемся режиме выделяются два чередующихся значения периода, равные т и Т — т.
Полученный результат легко объясним. При малых т каждый второй импульс последовательности (отстоящий от своего предшественника на т) не пропускается блоком 3 предварительных оценок периода, и процедура голосования имеет дело лишь с интервалами, равными периоду Т. При превышении т некоторого-критического значения ткр второй импульс последовательности
поступает на выход блока 3, поэтому период Т среди кандидатов отсутствует, а в процессе голосования в блоке 4 с одинаковым весом S — 8 выбираются зпачения т и Т — т. В этом случае программа «воспринимает» сигнал как одинарную импульсную последовательность с чередующимися интервалами т и Т — т. Простейшим (хотя и довольно искусственным) средством удовлетворения ре-зз^льтатам психоакустических экспериментов при этом является дополнительная селекция минимального из интервалов т и Т — т.
4. Сравнение метода временного анализа высоты и фильтрового (спектрального) метода определения частоты основного тона. При исследовании восприятия речевого сигнала человеком и построении вокодеров (систем синтетической телефонии) возникает проблема измерения частоты основного тона речевого сигнала. Для ее решения часто используют так называемый фильтровый метод, согласно которому сигнал подвергается фильтрации набором полосовых фильтров низкочастотного диапазона (до 500 Гц) и ватем отыскивается фильтр, на выходе которого имеется приблизительно синусоидальное колебание с частотой основного тона. Окончательное измерение высоты ведется, как правило, временными методами (например, посредством подсчета числа переходов сигнала через нуль). Однако если сигнал, который подается на устройство, реализованное по подобному принципу, не содержит низкочастотных компонент, то работа этого устройства, как правило, сопровождается сбоями. Отсутствие или значительное ослабление низкочастотных гармоник может иметь место для некоторых озвученных фрагментов речевого сигнала, имеющих достаточно высокочастотные форманты (максимумы огибающей спектра). Сигнал, предварительно пропущенный через неидеальпый (например, телефоппый) капал связи, также практически не содержит низкочастотных компонент.
Описанный выше метод временного анализа, как показывают эксперименты, свободен от этого недостатка. Действительно, для измерения высоты 100 Гц в эксперименте оказалось достаточным предъявить на вход алгоритма стимул, содержащий всего две (5-ю и 6-ю) гармоники.
Вторым преимуществом метода временного апализа является его повышенное быстродействие по сравнению с фильтровым. Предъявление четырех периодов стимула в эксперименте оказалось достаточным для установления не только значения высотного периода, по и его веса. Для фильтрового метода, как известно, быстродействие определяется полосой пропускания фильтров и не может быть меньше величины, обратно пропорциональной этой полосе. Для достижения высокого быстродействия при этом нужно выбирать достаточно широкополосные фильтры, что препятствует надежной фильтрации основного тона и в результате приводит к сбоям.
§ 3. Спектральные механизмы высотного анализа
1. Трудности временного механизма анализа высоты. Теория восприятия высоты, оспованная на измерении периодичности тонкой временной структуры сигнала, явилась заметным шагом вперед по сравнению с классическими представлениями Ома и Гельмгольца. Прежде всего, она смогла объяснить наличке высоты отсутствующего основного топа при восприятии резидуальных звуков. Эта теория частично объясняет зависимость высоты негармонического ДМ-звука от частоты несущей, а также эксперименты с двойными импульсными последовательностями. К числу ее'достоинств можно отнести и тот факт, что механизм извлечения! периодичности звукового сигнала хорошо согласуется с нейрофизиологическими представлениями о кодировке временной структуры сигнала разрядами отдельных нейронов слухового нерва.
Имеется, однако, и ряд трудностей, которые испытывает временная теория восприятия высоты при объяснении пекоторых нси-хоакустических данных. Отметим прежде всего, что область существования тонального резидуума включает в себя сигналы, частотные компоненты которых отличаются друг от друга по частоте на величину, превышающую критическую полосу слуха, и, следовательно, разрешаются анализатором. На выходе фильтров слухового частотного анализатора при этом отсутствует информация о периоде входпого акустического сигпала — временной механизм измерит в этом случае периоды частотных компонент сигнала. Более того, в случае широкополосного сигнала доминирующая область спектра, которая определяет восприятие высоты этого сигнала, также достаточно падежпо «разрешается» частотным анализатором слуха. Эффекты сдвига высоты негармонических комплексов объясняются временной теорией лишь качественно. Наконец, проведенные недавно эксперименты по исследованию центральных механизмов восприятия высоты [213, 214] практически исключают возможность объяснения обнаруженных феноменов деятельностью каких-либо временных механизмов.
