Временная обработка и восприятие высоты тона

Слух обладает высокой чувствительностью как во временной, так и в частотной областях. Временная обработка относится к способности слуховой системы отслеживать быстрые изменения звука во времени, включая обнаружение коротких пауз и отслеживание флуктуаций амплитуды. Высота тона — перцептивный атрибут, упорядочивающий звуки от низких до высоких, — частично зависит от этих временных сигналов и частично от того, какие места улитки возбуждаются. Эта тема охватывает временное разрешение, временную интеграцию, а также спектральные и временные основы высоты тона.

Definition

Временная обработка — это чувствительность слуховой системы к временной организации и изменяющейся во времени структуре звука, а восприятие высоты тона — это перцептивное упорядочивание звуков по шкале от низких до высоких, которое выводится из частотного содержания и периодичности звука.

Scope

Тема охватывает временное разрешение (обнаружение пауз и чувствительность к модуляции), временную интеграцию в более длительных окнах, а также восприятие высоты чистых и сложных тонов, включая высоту отсутствующего основного тона. Это справочный и образовательный материал по слуховому восприятию, а не клиническое руководство.

Core questions

• Насколько короткую тихую паузу или насколько быстрое изменение может обнаружить слушатель?
• Как слуховая система соотносит разрешение во времени с разрешением по частоте?
• Что определяет высоту сложного тона, включая тон без энергии на основной частоте?
• Как сигналы места и времени способствуют восприятию высоты тона?

Key concepts

• Временное разрешение и обнаружение пауз
• Функция передачи временной модуляции
• Временная интеграция
• Фазовая синхронизация и периодичность
• Высота чистых и сложных тонов
• Отсутствующий основной тон и остаток
• Разрешенные и неразрешенные гармоники

Key theories

Теории места и времени (временные) высоты тона

Высота тона может быть получена из места возбуждения улитки и из временного паттерна нейронной активности; предполагается, что действуют комплементарные механизмы места и времени, при этом время доминирует для разрешенных низких гармоник, а место вносит вклад по всему спектру.

Модель временного окна и передачи модуляции для разрешения

Временная острота может быть описана чувствительностью к амплитудной модуляции как функция скорости, что отражается функцией передачи временной модуляции, которая действует как фильтр нижних частот на огибающую звука.

Mechanisms

Волокна слухового нерва возбуждаются синхронно с тонкой структурой низкочастотных звуков (фазовая синхронизация) и следуют более медленной амплитудной огибающей высокочастотных звуков, предоставляя системе доступ к временным сигналам в двух масштабах. Обнаружение пауз и чувствительность к модуляции отражают, насколько быстро эта временная информация может быть разрешена, в то время как временная интеграция отражает более длительное окно, в течение которого энергия суммируется для обнаружения. Высота сложного тона вычисляется централизованно на основе паттерна разрешенных гармоник и периодичности комбинированной формы волны, поэтому тон сохраняет свою высоту, даже когда энергия на основной частоте удалена.

Clinical relevance

Снижение временной обработки и ухудшение восприятия высоты тона часто встречаются при нарушениях слуха или при нарушении нейронного кодирования, и они способствуют трудностям в понимании речи на фоне меняющегося шума и ухудшению восприятия музыки. Эти перцептивные описания объясняют, почему некоторые слушатели испытывают трудности, несмотря на восстановление слышимости; они носят образовательный характер и не являются основой для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Временное разрешение характеризуется в контролируемых психофизических исследованиях с использованием задач на обнаружение пауз и амплитудную модуляцию, при этом функция передачи временной модуляции описана Вимейстером (Viemeister, 1979). Спектральные и временные основы высоты тона, включая феномен отсутствующего основного тона и роль критической полосы в консонансе, обобщены в стандартных работах, таких как Мур (Moore, 2012) и де Бур (de Boer, 1976).

History

Дебаты XIX века между теорией места Гельмгольца и теорией периодичности Зеебека сформировали изучение высоты тона. Работа XX века прояснила роль фазовой синхронизации и восприятия отсутствующего основного тона, в то время как психофизические исследования обнаружения пауз и амплитудной модуляции, включая измерения передачи модуляции Вимейстера, установили количественные меры временной остроты.

Debates

Основывается ли высота тона преимущественно на сигналах места или времени?

Данные подтверждают комбинацию: временные (периодические) сигналы кажутся доминирующими для низких, разрешенных гармоник, в то время как сигналы места вносят больший вклад для высоких или неразрешенных компонентов, и ни один механизм не объясняет все феномены высоты тона.

Key figures

• Neal Viemeister
• Reinier Plomp
• Egbert de Boer
• Brian C. J. Moore

Seminal works

• viemeister-1979
• plomp-levelt-1965

Frequently asked questions

Что такое отсутствующий основной тон?

Сложный тон, состоящий из гармоник, может вызывать ощущение высоты, соответствующей их общей основной частоте, даже если на этой основной частоте отсутствует энергия. Это показывает, что высота тона вычисляется на основе паттерна и периодичности гармоник, а не из одного спектрального компонента.

Для чего используется измерение обнаружения пауз?

Обнаружение пауз измеряет кратчайший тихий интервал, который слушатель может обнаружить в звуке, и является общим показателем слухового временного разрешения, отражающим, насколько быстро система может отслеживать изменения во времени.