Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Аудиология және психоакустикада Харви Флетчердің 1933 жылы енгізген және 1940 жылы жетілдірген сынды жолақтар тұжырымы, ішкі құлақтағы есту мүшесі – кохлея құратын "есту сүзгісінің" жиілік енін сипаттайды. Дәл айтқанда, сынды жолақ – екінші дыбыс тонның бірінші тонды естіп қабылдауға кедеріл келтіретін, дыбыс жиіліктерінің диапазоны. Психофизиологиялық тұрғыдан алғанда, соққы және есту қабылдауындағы дөрекілік сезімдері, есту жиілігін талдау механизмінің жиілік айырмасы сынды жолақтың енінен кішірек болған сигналдарды ажырата алмауымен және осы сигналдарға жауап ретінде резонансқа түсетін механикалық жүйенің (базилярлық мембрананың) біркелкі емес "қытырлауымен" байланысты болуы мүмкін. Сынды жолақтар есту маскалау құбылыстарымен де тығыз байланысты: бір сынды жолақтағы жоғары қарқынды екінші сигналдың болуы кезінде дыбыс сигналының естілу қабілеті төмендейді. Маскалау құбылысының маңызы зор, ол дыбыс деңгейі (қабылдау өлшемі) мен қарқындылығы (физикалық өлшем) арасындағы күрделі байланыстан бастап, дыбысты сығу алгоритмдеріне дейін кең ауқымды.
In audiology and psychoacoustics the concept of critical bands, introduced by Harvey Fletcher in 1933 and refined in 1940, describes the frequency bandwidth of the "auditory filter" created by the cochlea, the sense organ of hearing within the inner ear. Roughly, the critical band is the band of audio frequencies within which a second tone will interfere with the perception of the first tone by auditory masking. Psychophysiologically, beating and auditory roughness sensations can be linked to the inability of the auditory frequency analysis mechanism to resolve inputs whose frequency difference is smaller than the critical bandwidth and to the resulting irregular "tickling" of the mechanical system (basilar membrane) that resonates in response to such inputs. Critical bands are also closely related to auditory masking phenomena – reduced audibility of a sound signal when in the presence of a second signal of higher intensity within the same critical band. Masking phenomena have wide implications, ranging from a complex relationship between loudness (perceptual frame of reference) and intensity (physical frame of reference) to sound compression algorithms.
Тыңдау сүзгілері
Сүзгілер аудиология мен психоакустиканың көптеген аспектілерінде, соның ішінде шеткі есту жүйесінде қолданылады. Сүзгі – белгілі бір жиілікті күшейтетін, ал басқаларын әлсірететін құрылғы. Атап айтқанда, жолақты өткізу сүзгісі жолақтың ені ішіндегі жиіліктердің ауқымын өткізуге мүмкіндік береді, ал ажыратылған жиіліктерден тысқарыларын тоқтатады. Базилярлық мембрананың пішіні мен құрылымы әртүрлі жиіліктердің мембрананың әртүрлі нүктелерінде ерекше күшті резонанс тудыратынын білдіреді. Бұл мембрана бойымен жиілік диапазондарына сезімталдықтың тонотоптық ұйымдастырылуына әкеледі, оны "есту сүзгілері" деп аталатын үстінен-үстін жабатын жолақты сүзгілердің массиві ретінде модельдеуге болады. Есту сүзгілері базилярлық мембрананың бойындағы нүктелермен байланысты және кохлеяның жиілік таңдауын анықтайды, сондықтан тыңдаушының әртүрлі дыбыстарды ажырата білу қабілетін анықтайды. Олар сызықтық емес, деңгейге тәуелді және кохлеяның түбінен шыңына дейін жолақтың ені азаяды, өйткені базилярлық мембранадағы күйі жоғарыдан төмен жиілікке қарай өзгереді. Есту сүзгісі жолағының ені алғаш рет Флетчер (1940 ж.) ұсынғандай, сындық жолақ деп аталады. Егер сигнал мен маскар бір уақытта берілсе, онда сигналдың маскалауына тек сындық жолақтың ішіне түсетін маскар жиіліктері ғана әсер етеді. Сындық жолақтың ені неғұрлым үлкен болса, сигналдың шуға қатынасы (SNR) соғұрлым төмен болады және сигнал соғұрлым көп жасырылады. Есту сүзгісінің бұл екі қасиеті маскалаудың жоғары қарай таралуына ықпал етеді деп есептеледі, яғни төменгі жиіліктер жоғары жиілікті керісінше жақсы маскалайды. Деңгейді арттыру төменгі жиіліктің амплитудасын ұлғайту арқылы оны жазықтатады, сондықтан төменгі жиіліктер төменгі кіріс деңгейінен гөрі жоғары жиілікті жасырады. Есту сүзгісі тоқтамнан тыс тыңдауды пайдалана отырып, фондық шудағы сигналды тыңдау кезінде масканың әсерін азайта алады. Бұл масканың орталық жиілігі сигналдан өзгеше болған кезде мүмкін. Көп жағдайда тыңдаушы сигналға бағытталған есту сүзгісі арқылы тыңдайды, бірақ егер маскар болса, бұл орынсыз болуы мүмкін. Сигналға бағытталған есту сүзгісінде сондай-ақ сүзгінің SNR-і төмен болуына және тыңдаушының сигналды анықтау қабілетін төмендетуге әкелетін маскардың көп мөлшері болуы мүмкін. Алайда, егер тыңдаушы сигналдың едәуір мөлшерін, бірақ маскардың азын қамтитын сәл басқа сүзгі арқылы тыңдаса, SNR көбейіп, тыңдаушыға сигналды анықтауға мүмкіндік береді. Есту қабілеті нашарлаған құлақтың есту сүзгісі қалыпты құлаққа қарағанда тегіс және кеңірек болады. Бұл сыртқы түкті жасушалар зақымдалғандықтан, базилярлық мембрананың жиілік таңдауын және күйін төмендетеді. Тек сыртқы түкті жасушалар зақымдалғанда, сүзгі төменгі жиілік жағынан кеңейеді. Сыртқы және ішкі түкті жасушалар зақымдалғанда, сүзгі екі жағынан да кеңейеді. Бұл сирек кездеседі. Есту сүзгісінің кеңеюі негізінен сүзгінің төменгі жиілік жағында болады. Бұл төменгі жиілікті маскалауға бейімділікті арттырады, яғни жоғарыда сипатталған маскалаудың жоғары қарай таралуын арттырады.
Filters are used in many aspects of audiology and psychoacoustics including the peripheral auditory system. A filter is a device that boosts certain frequencies and attenuates others. In particular, a band pass filter allows a range of frequencies within the bandwidth to pass through while stopping those outside the cut off frequencies. The shape and organization of the basilar membrane means that different frequencies resonate particularly strongly at different points along the membrane. This leads to a tonotopic organisation of the sensitivity to frequency ranges along the membrane, which can be modeled as being an array of overlapping band pass filters known as "auditory filters". The auditory filters are associated with points along the basilar membrane and determine the frequency selectivity of the cochlea, and therefore the listener's discrimination between different sounds. They are non linear, level dependent and the bandwidth decreases from the base to apex of the cochlea as the tuning on the basilar membrane changes from high to low frequency. The bandwidth of the auditory filter is called the critical bandwidth, as first suggested by Fletcher (1940). If a signal and masker are presented simultaneously then only the masker frequencies falling within the critical bandwidth contribute to masking of the signal. The larger the critical bandwidth the lower the signal to noise ratio (SNR) and the more the signal is masked. These two properties of the auditory filter are thought to contribute to the upward spread of masking, that is low frequencies mask high frequencies better than the reverse. As increasing the level makes the low frequency slope shallower, by increasing its amplitude, low frequencies mask high frequencies more than at a lower input level. The auditory filter can reduce the effects of a masker when listening to a signal in background noise using off frequency listening. This is possible when the centre frequency of the masker is different from that of the signal. In most situations the listener chooses to listen 'through' the auditory filter that is centred on the signal however if there is a masker present this may not be appropriate. The auditory filter centred on the signal may also contain a large amount of masker causing the SNR of the filter to be low and decreasing the listeners ability to detect the signal. However, if the listener listened through a slightly different filter that still contained a substantial amount of signal but less masker, the SNR is increased, allowing the listener to detect the signal. The auditory filter of an impaired ear is flatter and broader compared to a normal ear. This is because the frequency selectivity and the tuning of the basilar membrane is reduced as the outer hair cells are damaged. When only the outer hair cells are damaged the filter is broader on the low frequency side. When both the outer and inner hair cells are damaged the filter is broader on both sides. This is less common. The broadening of the auditory filter is mainly on the low frequency side of the filter. This increases susceptibility to low frequency masking i. e. upward spread of masking as described above.