Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
Эти предположения вместе с результатами, полученными с помощью моделей, в ряде случаев оказались полезными при объяснении субъективных слуховых ощущений. Не вдаваясь в подробности, можно указать на ряд таких приложений.
') Психологические и физиологические данные свидетельствуют о том, что величина нервной активности связана с величиной механического смещения степенной функциональной зависимостью. Кроме того, некоторое время после возбуждения нейрои находится в состоянии ,нечувствительности. Следовательно, возможная частота возбуждений нейооиа ограничена.
144
УХО И СЛУХ
4.3.2. Восприятие высоты звука
Высота звука есть субъективное свойство, которое можно охарактеризовать положением на шкале, простирающейся от низких до высоких звуков. Высота звука в значительной степени определяется частотой, являющейся объективным свойством звука. Важным свойством слухового восприятия является способность приписывать высоту всем периодическим звукам.
Рассмотрим сначала вопросы, связанные с высотой чистых (синусоидальных) тонов. При таких воздействиях смещения базилярной мембраны синусоидальны. Частотные характеристики, приводившиеся выше на рис. 4.22а, описывают изменения относительных амплитуд колебаний различных точек мембраны при изменении частоты. На некоторой заданной частоте одна точка мембраны колеблется с большей амплитудой, чем все другие точки. Согласно приведенным выше предположениям разряды возбужденных нейронов с наибольшим числом нервных импульсов происходят в точке с максимальной амплитудой колебаний. На достаточно низких частотах (меньше частоты порядка 1000 гц) на каждом периоде в определенной фазе смещения мембраны генерируется один разряд. Последующая обработка в высших центрах, по-видимому, сводится к определению периодичности разрядов, синхронных с воздействующим сигналом.
На частотах выше 1000—2000 гц согласно электрофизиологическим данным синхронность нервных разрядов нарушается (Галамбос — Galambos). На этих частотах высота звука, по-видимому, воспринимается на основании информации о месте на мембране, в котором смещения имеют наибольшую амплитуду. Ухудшение разрешающей способности по частоте в точках, лежащих у основания базилярной мембраны, связано с известным из психоакустики явлением ухудшения точности различения высоты звука на высоких частотах.
Предположим, что периодическое звуковое воздействие не является простым синусоидальным тоном, а представляется более сложным колебанием, например последовательностью коротких импульсов. Какая высота звука слышится при этом? Пусть, например, воздействием служат чередующиеся положительные и отрицательные импульсы, использовавшиеся выше для пояснения результатов моделирования на ЦВМ (см. рис. 4.27). В спектре такой последовательности импульсов содержатся лишь нечетные гармоники. Если частота следования импульсов мала, колебания точек мембраны, возникающие под действием отдельных импульсов, не будут перекрываться во времени. Другими словами, время между соседними импульса-
СУБЪЕКТИВНОЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ
145
ми достаточно для того, чтобы колебания, возбуждаемые отдельными импульсами положительной или отрицательной полярности, затухали во всех точках мембраны. Реакции модели мембраны в подобной ситуации показаны в правом столбце рис. 4.32. Частота основного тона возбуждения составляет 25 гц (50 имп/сек). Формы колебаний измерялись на аналоговых схемах, подобных схеме рис. 4.23.
25гц
200 гц
200 гц Фвч Чкгц
Да&ление у барабанной перепонки
Время
Рис. 4.32. Смещения мембраны, возникающие под воздействием фильтрованных и нефильтрованных периодических последовательностей импульсов. Полярность импульсов чередуется. Смещения мембраны моделировались с помощью электрической схемы, изображенной на рис. 4.23. Для наглядности полный размах колебаний приведен к одинаковой величине, и поэтому соотношение амплитуд колебаний на рисунке не отражено
Можно предположить, что при столь низкой частоте следования возбуждающих импульсов по всей длине мембраны генерируются нервные импульсы, синхронные с возбуждающими. Можно ожидать, что воспринимаемая высота звука окажется равной частоте следования импульсов. Измерения подтвердили эти предположения (Фланаган и Гуттман — Flanagan and Gutt-man). Далее, с помощью модели установлено, что импульсный сигнал столь низкой частоты вызывает наибольшие смещения средней части мембраны, для которой частота резонанса лежит около 1500 гц.
С другой стороны, если частота основного тона сигнала возбуждения достаточно велика, например 200 гц или выше, составляющая с частотой основного тока будет выделена (по частоте) в той расположенной у вершины точке мембраны, резо-
146
УХО И СЛУХ
нансная частота которой совпадает с частотой основного тона. Этот случай иллюстрируется вторым столбцом рис. 4.32. Частота основного тона составляет 200 гц. Точка мембраны с резонансной частотой 200 гц колеблется почти по синусоидальному закону, в то время как в точках, расположенных ближе к основанию, происходит разделение импульсов іво времени. Поэтому можно ожидать, что у вершины улитки нервные разряды генерируются синхронно с частотой основного тона, а вид смещений мембраны у основания благоприятен для генерирования разрядов с частотой возбуждающих импульсов, т. е. с двойной частотой основного тона. Психоакустические измерения подтверждают, что смещения мембраны у вершины, происходящие с частотой основного тона, имеют большее субъективное значение, чем смещения у основания,«происходящие с частотой следования импульсов возбуждения. Восприятие обычно определяется разрядами с частотой основного тона, и человек слышит звук, высота которого соответствует частоте 200 гц. Таким образом, на некоторой частоте происходит переход от высоты звука, соответствующей частоте следования импульсов, к высоте звука, соответствующей частоте основного тона.
