2.2. ВОСПРИЯТИЕ ПО ЧАСТОТЕ

При звуковых колебаниях стремечко приводит в движение мембрану овального окна. Под действием этих колебаний мембрана круглого окна колеблется в такт с мембраной овального, так как лимфа практически несжимаема. Лимфа колеблется касательно к поверхности основной мембраны, поперек к ее волокнам. На колебания лимфы отзываются (резонируют) в зависимости от частоты колебаний только вполне определенные волокна. Около геликотремы расположены наиболее длинные волокна, резонирующие на низких частотах, а в основании улитки (между овальным и круглым окнами) расположены наиболее короткие волокна, и они резонируют на высоких частотах. Сложный звук, состоящий из нескольких составляющих, далеко отстоящих по частоте друг от друга, возбуждает несколько групп волокон (в соответствии с частотами составляющих). Таким образом, основная мембрана служит частотным анализатором. Согласно теории Флетчера резонансная частота каждого из волокон определяется не только параметрами волокна как натянутой струны, но и массой лимфы, соколеблющейся с волокном. Эта масса определяется расстоянием резонирующего волокна от овального окна. Поэтому на низких частотах в колебаниях участвует большая масса лимфы, а на высоких — меньшая. На рис. 2.2 приведена эквивалентная электрическая модель слухового анализатора. Ток в каждом из параллельных звеньев (которые по параметрам эквивалентны волокнам основной мембраны) соответствует скорости колебаний

волокна, последовательные индуктивности массе соколеблющейся лимфы.

Рис. 2.12. Эквивалентная электрическая схема улитки: С — эквивалент мембран овального и круглого окон; L - эквивалент геликотремы; L - эквивалент массы лимфы; I - скорость колебаний волокон

Границы воспринимаемого слухом частотного диапазона довольно широки (20—20 000 Гц). Избирательность слухового анализатора невелика, что следует из рис. 2.3, на котором приведено несколько кривых избирательности слуха для разных частотных диапазонов.

Рис. .2,3. Кривые избирательности слуха

Полосы пропускания резонаторов слухового анализатора, определенные на уровне 0,71 от максимального значения, составляют на частотах 250, 1000 и 4000 Гц около 35, 50 и 200 Гц соответственно. Эти полосы пропускания носят название критических полосок слуха.

Вследствие ограниченного числа нервных окончаний, расположенных вдоль основной мембраны, человек

запоминает во всем диапазоне частот не более 250 градаций частоты, причем число этих градаций резко уменьшается с уменьшением интенсивности звука и в среднем составляет около 150, т. е. соседние градации в среднем отличаются друг от друга по частоте не менее чем на 4%, что в среднем приближенно равно ширине критических полосок слуха. Поэтому фильмы, снятые для кино со скоростью 24 кадров в секунду, можно демонстрировать на телевидении со скоростью 25 кадров в секунду и наоборот. При этом самые лучшие музыканты с абсолютным слухом не замечают разницы в звучании, так как расхождение в частотах колебаний не превосходит 4%. При расхождении на два кадра в секунду эту разницу уже можно обнаружить. При непосредственном сравнении двух тонов слушатель может обнаружить разницу в частотах тонов по их биениям до 0,5 Гц.

Звуки, имеющие широкополосные сплошные спектры, например шумы, возбуждают волокна всей основной мембраны. Вследствие слабой избирательности слуха происходит интегрирование этого спектра в каждой из критических полосок слуха, т. е. слух как бы превращает сплошной спектр в дискретный, состоящий из конечного числа составляющих по числу критических полосок слуха, охватывающих частотный спектр этого шума.

Введено понятие высоты звука, под которой подразумевают субъективную оценку восприятия звука по частотному диапазону. Так как ширина критической полоски слуха на средних и высоких частотах примерно пропорциональна частоте, то субъективный масштаб восприятия по частоте близок к логарифмическому закону. Поэтому за объективную единицу высоты звука, приближенно отражающей субъективное восприятие, принята октава: двукратное отношение частот (1; 2; 4; 8; 16 и т. д.). Октаву делят на части: полуоктавы и третьоктавы. Для последних стандартизован следующий ряд частот: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,5; 4; 5; 6,3; 8; 10, являющихся границами третьоктав. Если эти частоты расположить на равных расстояниях по оси частот, то получится логарифмический масштаб. Исходя из этого, для приближения к субъективному масштабу все

частотные характеристики устройств передачи звука строят в логарифмическом масштабе. Для более точного соответствия слуховому восприятию звука по частоте для этих характеристик принят особый, субъективный масштаб — почти линейный до частоты 1000 Гц и логарифмический выше этой частоты. Введены единицы высоты звука под названием «мел» и «барк» (100 мел=1 барку). В общем случае высота сложного звука не поддается точному расчету.