Читать «Беседы о бионике» онлайн - страница 277
Изот Борисович Литинецкий
механизм обработки акустической информации;
акустические сервомеханизмы;
конструктивные особенности органов слуха.
Кроме того, проводится математическое моделирование органов слуха. Некоторые устройства, воспроизводящие функции органов слуха, уже созданы и испытаны. Так, в Лейденском университете в связи с исследованием механизма восприятия звуков человеком разработана электронная модель уха (в виде системы фильтров), воспроизводящая частотные характеристики уха. Моделирование позволило уточнить механизм слуха и, в частности, объяснить такие явления, как восприятие тембра и звуков в их динамике. Одна зарубежная фирма создала электронную модель уха, обеспечивающую, подобно человеческому уху, различение слабых сигналов на фоне шумов за счет корреляционного процесса. Другая разработала модель внутреннего уха, где используются аналоги нейронов — нейромимы.
Интересная разработка выполнена сотрудниками Ленинградского электротехнического института связи имени проф. Бонч-Бруевича. Они создали систему, получившую название "электронное ухо". Электронный прибор определяет, насколько хорошо звучат музыкальные инструменты. Для оценки качества звучания гитары устройству требуется меньше минуты, тогда как весьма компетентный экспертный совет затрачивает на это несколько часов. "Электронное ухо", как опытный педагог-музыкант, выводит инструменту "отметку" по пятибалльной системе.
Уже первый опытный экземпляр "электронного уха" позволил организовать своеобразный "конкурс ушей". Гитарист за занавесом по нескольку раз исполнял специально составленную программу. "Электронное ухо" работало параллельно с советом экспертов. Эксперты-музыканты ставили оценки, на основе которых каждому инструменту был выведен средний балл. Когда их сравнили с оценками прибора (эксперты до этого ничего не знали об оценках, поставленных "электронным ухом" тому или иному инструменту), получилось полное соответствие.
Ряд удачных моделей уха создан фирмами и учебными заведениями США. Примером может служить аналоговая модель уха, разработанная американскими учеными В. Колдуэллом, Э. Глессером, Дж. Стюартом. Модель предназначена для анализа зависимости интенсивности звучания разных частот в произносимых человеком звуках от времени с целью выявления признаков, по которым человек опознает звуки, фонемы и слова, произнесенные разными людьми. Блок-схема устройства показана рис. 4.
Из рисунка ясно, что блоки системы точно воспроизводят функции, которые выполняют разные части человеческого уха. Так, входной предусилитель модели играет роль ушной раковины, которая усиливает звук, передаваемый ею на барабанную перепонку. Второй каскад выполняет функцию среднего уха.
Почему человек не слышит звуков, частота которых превосходит 20 кгц? Потому что колебания такой частоты очень плохо воспроизводятся барабанной перепонкой и слуховыми косточками. Дело в том, что эти части уха слишком тяжелы и не успевают колебаться вслед за слишком "быстрыми" ультразвуковыми колебаниями. Иначе говоря, амплитуда ультразвуковых колебаний "на выходе" из среднего уха равна нулю. Но те же слуховые косточки плохо передают низкие частоты в несколько герц — колебания получаются слишком медленными и очень слабыми. Таким образом, среднее ухо работает так же, как обычный узкополосный (резонансный) усилитель, более или менее одинаково усиливающий колебания в диапазоне от нескольких герц до 20 кгц (второй каскад блок-схемы). "Усилителем мощности", рассеиваемой в улитке уха (третий каскад блок-схемы), служит вся гидравлическая система улитки, в которой создается давление на чувствительные элементы (оно должно быть достаточным для четкого восприятия звука). Модель улитки представляет собой линию с распределенными R, L, С, к разным точкам которой подключены "чувствительные элементы" — усилители. В разных точках аналога улитки (линии с распределенными параметрами), к которым подключены усилители, звуковой сигнал звучит по-разному. Исследователей интересовали только величины его амплитуд в разных точках, а не частоты; поэтому усилители (они же чувствительные элементы) еще детектировали усиливаемый сигнал, так что на экране осциллографа изображалась по очереди форма огибающих сигнала, соответствовавшая разным частотам. Очередность подачи на вход осциллографа сигналов с разных точек "улитки" обеспечивал коммутатор. Аналогичного устройства в ухе нет, но предполагается, что сигналы возбуждения, передаваемые нервными волокнами, претерпевают в мозге весьма сложную коммутацию: "оттуда — сюда, отсюда — туда".
