Понятие критической полосы

Очень похожими на эксперименты Хокинса и Стивенса оказались ранние исследования, проведенные Флетчером и Мансоном (1937). Вместо белого шума они использовали беспорядочный шум с неодинаковым спектром. Спектр подбирался таким образом, чтобы на каждой частоте он создавал примерно одинаковую степень маскиробки. Этот подбор определялся, конечно, эмпирически.

Фиг. 18. Четыре функции зависимости между Df и f Функция критической полосы (кружки и жирная кривая показывает ширину полосы шума, которая способствует маскировке синусоиды в центре полосы. На кривой частота - различение (квадратики и жирная кривая) Df = 20 *jnd (ср. фиг. 9, уровень чувствительности примерно 70 дб) [jnd - just noticeable difference - едва заметное различие]. Кривая, основанная на высотной шкале звука, дает ширину в частоте интервалов, которая представляет 50 мелов по высоте. Кривая, основанная на данных разборчивости, показывает ширину частотных полос, способствующих (2% от общего числа) разборчивости речи (ср. гл. XXVI). Сходство кривых позволяет предположить, что они имеют общую основу в механизме слуха, (по Флетчеру, 1940; Шауэруи Бидальфу, 1931; Стивенсу и Фолькману, 1940; Френчу и Штейнбергу, 1947).

Установив таким образом форму спектра, создающего одинаковую маскировку, Флетчер (1940) при помощи важных допущений смог вывести зависимость, по которой определяется ширина критической полосы, упомянутой в описании фиг. 17. Допущения, сделанные Флетчером, следующие: 1) можно пренебречь маскировкой, производимой всеми компонентами шума, за исключением тех, частоты которых лежат в пределах узкой полосы около частоты маскируемого тона, и 2) когда тон начинает быть слышимым на фоне шума, то акустическая энергия тона равняется акустической энергии шумовых компонентов в пределах узкой полосы. Мы не можем входить в детали обоснований Флетчера, но из сказанного можно получить представление относительно основного характера функции критической полосы путем сравнения ее (фиг. 18) с тремя другими основными психофизическими функциями, которые связывают частотную ширину полосы с центральной частотой. На фиг. 18 функция критической полосы отмечена кружками и аппроксимирована кривой, изображенной жирной линией. Три другие функции основаны: 1) на данных Шауэра и Бидальфа по различению частоты (квадратики и жирная кривая), 2) на данных высотной шкалы Стивенса и Фолькмана (пунктирная линия) и 3) на данных кривой, Френча и Штейнберга, показывающей значение различных частот для разборчивости речи, (линии из точек, см. гл. XXVI).

Фиг. 19. Жирной линией показана ширина (между точками на уровне 0,5 амплитуды) кривых чувствительности или резонанса в различных точках основной мембраны, по наблюдениям Бекеши. Разница между этой кривой и кривыми на фиг. 18 свидетельствует против толкования психофизических данных (фиг. 18) как данных, отражающих непосредственно механическую частотно-разрешающую способность улитки. Функции для биений и вибраций, однако, в основном параллельны жирной кривой (по Меиеру, 1894; Бекеш и, 1943, Миллеру и Xеисе, 1949).

Тот факт, что четыре кривые на фиг. 18 расположены параллельно (или следуют одному курсу), заставляет думать, что они исходят из одного источника - частотно-разрешающей характеристики слуховой системы. Они, несомненно, относятся к функциям, определяющим резкость настройки механизма улитки, но, вероятно, не так буквально, как предполагает Флетчер (1940). Жирная кривая на фиг. 19 воспроизводит для сравнения то, что можно назвать функцией критической полосы для основной мембраны. Данная функция получена путем измерения частотных интервалов (Df) между точками на уровне 0,5 амплитуды кривых "частотной чувствительности" (см. фиг. 31, гл. XXVII), которые представляют колебание перегородки улитки по данным Бекеши, полученным при помощи микроскопа.

Маскировка и разностная чувствительность. Если мы сравним действия, производимые при измерении порога маскировки, с действиями при измерении разностного порога интенсивности, мы обнаружим, что в этих двух экспериментах мы делаем одно и то же. Принципиальная разница заключается в выборе сигналов и в нашем толковании результатов измерений. Например, при определении прироста интенсивности по Ризу, мы видим, что он действительно измерял маскировку одного тона другим, отстоящим от него на 3 гц по шкале частот. Фактические его данные использовались при оформлении той части графика на фиг. 14, которая показывает, сколько тонов, близких по частоте к 1200 гц, маскируется тоном с частотой 1200 гц.

Фиг. 20. Разностный порог интенсивности для белого шума. Светлые кружки - для шума, показанного на фиг. 2, А; черные кружки - для шума, содержащего прямоугольные волны неодинаковой длины. Шум в виде хаотических прямоугольных импульсов звучит подобно белому шуму и имеет в основном те же самые едва заметные различия (по Миллеру, 1947).

Г. А. Миллер недавно указывал, что это подобие методов распространяется также на маскировку белого шума белым шумом и на разностный порог интенсивности шума. Результаты, полученные Миллером, приведены на фиг. 20. На графике видно, каков должен быть прирост интенсивности белого шума, слышимого бинаурально, до того, как слушающий заметит разницу. С точки зрения различения интенсивности эти данные показывают, что для улавливания разницы прирост должен составлять около 0,4 дб, когда он добавляется к достаточно интенсивному белому шуму. Что касается маскировки, то данные Миллера указывают на то, что один достаточно интенсивный белый шум полностью маскируется другим белым шумом с интенсивностью, на 12 дб большей.