WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

2. Болевой порог – предельно допустимая интенсивность сигнала.

3. Динамический диапазон чувствительности. Отношение болевого порога к абсолютному порогу.

4. Дифференциальная чувствительность к изменению сигнала.

- абсолютная дифференциальная чувствительность J – минимальное изменение, ощущаемое анализатором.

- относительная (разностная) дифференциальная чувствительность J/ J – отношение абсолютной дифференциальной чувствительности к интенсивности сигнала.

5. Число различимых воспринимаемых градаций интенсивности сигнала.

6. Пороги различения частоты сигнала.

7. Временные пороги длительности сигнала. Минимальные длительности сигналов, необходимые для возникновения ощущения, например, яркости вспышки света, тна звука и т.п.

Общие особенности рецепторов различной модальности.

1. Основной ответ рецепторов на воздействие сигналов – это реакция на изменение параметров воздействующего сигнала.

2. Способность анализаторов к адаптации, т.е. к приспосабливанию нормально функционировать при разных интенсивностях сигналов.

3. Большой диапазон чувствительности к восприятию сигналов.

4.4 Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов Удобная модель наглядного представления начального этапа восприятия и обработки информации, постулируемая на сегодня в когнитивной психологии, показана на рис.

4.1. Сразу подчеркнем, что это лишь модель простой наглядности, а не описания устройства и функционирования мозга и анализаторов человека.

Внутренние шумы Внешние источники помех и шума Источник Рецепторна Сенсорное Переработка Память Преобрастимула я сеть кратко- долго- обнаруже- (кодирование)о зование вре- временная ние + тбор 2 менная хранение информации внимание Поведение Рис. 4.1 Движение информации Термин «стимул» - из психофизики и психологии. Термины «сигнал», «шум» - из электроники. Под стимулированием в психологии понимается воздействие внешнего фактора – физического агента (стимула) – на органы чувств. Понятие «сигнал» для психологии означает тот стимул, который наблюдаемого (испытуемого) просят идентифицировать, а понятия «шум», «помеха» - тот стимульный контекст, в котором может проявиться сигнал. Ш ум может иметь как внешние, так и внутренние источники, например, в результате случайной нервной активности.

Выделение сенсорными системами информации из внешнего физического мира происходит по принципу экономии. Т.к. количество сенсорной информации, непрерывно возбуждающей нашу нейронную сеть астрономически велико, то для дальнейшей обработки информации когнитивными системами «высшего уровня» отбирается только часть сенсорной информации – структуры 5 и 7 на рис. 4.1 Для этого выбора необходимо время хранения информации в системе отбора. Например, длительность хранения (структура 6 на рис. 4.1) зрительных образов, называемых иконическими, примерно равна 250 мс, длительность хранения слуховых образов, называемых эхоическими, больше – от 250 мс до 4 сек. А время хранения в кратковременной памяти (структура 8 на рис. 6.1) достигает 10-30 сек.

Отчет испытуемого о воспринятых стимулах состоит из двух этапов. Собственно восприятия, т.е. актуальное сенсорное запечатление, и воспроизведение, т.е. способность изложить то, что было запечатлено до его стирания. Таким образом, иконическое и эхоическое хранение позволяют на отбирать существенную информацию для дальнейшей переработки, ограничивая пропускную способность нашей системы обработки информации.

Первичный процесс приема информации описывают термином «ощущение», связывая его с реакцией анализаторов органов чувств (глаза, уха и т.п.) в результате воздействия на них элементарных видов стимуляции.

Под «восприятием» понимают следующий уровень переработки информации, в котором участвуют высшие когнитивные механизмы, интерпретирующие сенсорную информацию.

Интерпретация наблюдаемых данных зависит от многих сложных когнитивных факторов, в том числе от предшествующих знаний о мире, от целей наблюдения и т.п. Поэтому восприятие и интерпретация могут не совпадать с объективной реальностью предмета наблюдения.

Например, на рис. 4.Воспринимаемая информация: вверху отрезок А1 больше А ВотрезкаВ1, внизу отрезки равны.

Объективная информация: вверху отрезки А =В1=22 мм, А Ввнизу А2=18 мм, В2=26 мм Рисунок иллюстрирует простую геометрическую иллюзию. Но заметим, как в быту, так и в науке, восприятие и интерпретация также могут не совпадать с объективной реальностью.

4.5 Закон Вебера - Фехнера Вебер (1846 г.), исследуя ощущение силы тяжести нашел, что минимально обнаруживаемое ощущение зависит не от приращения стимула (причины, вызывающей ощущение), а от отношения этого приращения к первоначальному значению стимула.

Вебер сформулировал общее для разных анализаторов психофизиологическое соотношение: минимально различимый прирост раздражителя составляет постоянную долю от первоначальной интенсивности стимула (для некоторой средней области интенсивностей J):

J = const, J= (Jпор-J)/J (1) J где J – пороговый прирост интенсивности, который надо добавить к интенсивности J, чтобы стала едва заметной разница между ощущением J и ощущением J+J.

Фехнер (1860 г.) дал математическую трактовку константе (1). Введем понятие уровня раздражителя L. Если считать, что формула (1) верна для бесконечно малых приращений, то:

dJ/J = a*dL, где dL – минимально заметный («бесконечно» малый) прирост величин ощущения;

а – произвольный коэффициент, определяющий выбор единиц измерения L.

Откуда:

ln J + C = a*L.



Величину «C» найдем из условия, что при J= Jпор ощущение пропадает, 1 J J (2) ln Jпор = -C; L= ln Jпор L= b * ln, b = ;

L=0 а Jпор a Последнее выражение называется законом Вебера - Фехнера.

Например, для зрительного анализатора закон Вебера - Фехнера устанавливает, что при восприятии яркостей зрительного ощущения, называемого светлотой, последняя пропорциональна логарифму яркости.

4.6 Количество воспринимаемых градаций ощущений Подсчитаем на участке величин стимула, для которых справедлив закон Вебера - Фехнера, количество различимых градаций ощущения в заданном диапазоне изменения величины стимула от Jmin до Jmax.

Обозначим для этого участка пороговую величину:

kпор= J/J = const; (Jп - J)/J; kп * J = Jп – J.

Первую различимую ступень ощущения найдем согласно выше приведенных формул:

kпор= (J1 – Jmin)/Jmin ;

Откуда:

J1 = Jmin (1+ kпор) Очевидно, следующая ступень ощущения, т.е. J2 будет подобно определяться приращением сигнала первой ступени на величину Кпор* J1:

J2 = J1 + J1* kпор = J1 * (1+ kпор) = Jmin * (1+ kпор)Следующая ступень: J3 = Jmin * (1+ kпор)3.

И, наконец, последняя ступень: Jmax = Jmin * (1+ kпор)N.

Следовательно, количество искомых градаций ощущения:

lg (Jmax /Jmin) N = (3) lg (1+ kпор) Например, в телевидении величину отношения яркостей элементов изображения на экране:

K = Bmax /Bmin или K = B1 /Bназывают контрастом двух сравниваемых объектов.

Пример.

Для К=Вmax /Вmin =100. Например, Вmin - черный бархат с коэффициентом отражения 0,009 на снегу Вmax с коэффициентом отражения 0,9 и при угловом размере объекта наблюдения 40 имеем, согласно опытных данных, Кпор=0,02.

Тогда:

lg (100) N = =lg (1+ 0,002) градации различимых глазом яркостей.

5. Восприятие звука 5.1 Пороги слышимости Уровень ощущения громкости звука согласно закону Вебера-Фехнера L=a*ln(J/Jпс), (1) где J - интенсивность звука, равная мощности звуковой волны, падающей на единицу поверхности, измеряется в Вт/м Jпс - абсолютный порог слышимости - величина интенсивности или звукового давления, которая едва заметна на слух при отсутствии всяких помех.

Интенсивность и звуковое давление связаны формулой J=p2/*c, где: - эффективная величина мгновенного звукового давления, измеряемая в Паскалях:

Па = Н/м2; - плотность воздуха, измеряемая в кг/м2; с- скорость звука в воздухе, измеряемая в м/с. Для нормальной температуры *с=400.

Взяв в (1) а=0,23 перейдем к десятичному логарифму L=10*lg(J/Jпс)=20*lg(/пс) (2) В формуле (2) безразмерная величина L представляет сравнение отношением величин J и и их пороговым значениям.

Вообще в акустике и других отраслях науки и механики широко применяют для сравнения двух величин логарифмическую шкалу децибел. Одному децибелу (дБ) соответствует отношение двух значений какой-либо энергетической величины. при котором десятичный логарифм этого отношения равен единице. Под энергетической величиной понимается либо энергия, либо мощность, либо пропорциональные им квадраты: звукового давления, скорости частиц, сил, скорости смещений, электрических напряжений, токов, зарядов и т. п.

Для удобства различения абсолютных размерных величин от выраженных в децибелах последние называют уровнями.

Логарифмические уровни электрических величин N = 10lg(W/W0) = 20g(U/U0) = 20lg(I/I0), т.к. W=U2/R=I2*R N - логарифмический уровень в дБ величин W,U,I.

Нулевые уровни электрических величин выбирают так, чтобы мощность выделяемая на R=600Ом при напряжении U0 составила W0=1мВт. Следовательно U0=0,775В, I0=1,29мА.

Для шкалы децибел акустических величин принимают в качестве нулевых уровней международный стандарт порога слышимости Jпс = 10-12Вт/м2; пс = 2*10-5Па на частоте звука 1000Гц.

Получаем:

L = 10*lgJ-10*lg*10-12=(10*lgJ+120)дБ J - в Вт/м Численно такие же значения будут иметь в дБ и уровни давления L = 20*lgp-20*lgpпс=20*lgp-20*lg(2*10-5)=(2*lgp+93,9794)дБ, p- в Па Соотношения шкал J, Вт/м2 с p, Па и L, дБ показаны на рис. 5.8.

Кривые зависимости порога слышимости (ПС) от частоты зависят от постановки эксперимента. Проводилось ли прослушивание одним ухом – моноуральный порог; двумя ушами от одного или нескольких источников – биноуральные пороги. Измерялось ли звуковое давление у барабанной перепонки или у ушной раковины, либо в свободном звуковом поле, т.е. при отсутствии головы слушателя. Наконец, ПС очень сильно зависят от индивидуальных свойств человека, особенно на краях частотного диапазона слышимости. Кроме того с возрастом чувствительность слуха к высоким частотам заметно уменьшается, рис. 5.6.

С 1938 по 1958 гг. в Англии, СШ А, СССР проводились систематические измерения зависимости ПС от частоты для международного соглашения о стандарте. Испытуемым предъявлялось прослушивать в полной тишине чистые тоны фиксированной длительности с разными частотами и интенсивностями. Причем в половине предъявлений интенсивности были равны нулю и слушателю предлагалось ‘угадать’ был ли звук или нет. Вычислялись вероятности 4-х возможных ответов. Правильные ответы: ‘слышу’, когда звук подан и ‘не слышу’, когда звука нет. Неправильные ответы: ‘слышу’, когда звука нет и ‘не слышу’, когда звук есть. Эти ответы зависят от инструкции, наличия вознаграждения за ответы и от других психолого-эмоциональных факторов.

За стандартную кривую зависимости ПС от частоты принята усредненная кривая для здоровых молодых людей 18..23 лет, для которых 50% всех испытуемых имеют более низкий (т.е. более острый слух), а 50% - более высокий порог.





Стандартная кривая ПС показана на рис. 5.7 областей слухового восприятия.

Стандартной значение ПС для частоты 1000Гц как раз и принято за нуль шкалы децибел 10-12 Вт/м2 или 2*10-5 Па. Эта величина всего лишь 2*10-10 доля от атмосферного давления.

Рис. 5.6 Потеря слуховой чувствительности с возрастом Рис. 5.7 Области слухового восприятия 1 0 - - 1 - - - - - - - 4 - - 5 - Рис. 5.8 Кривые равных громкостей ПС – кривая порога слышимости 5.2 Громкость звука 5.2.1 Кривые равных громкостей Громкость звука – субъективное впечатление. Оно зависит от интенсивности звука, основной частоты и спектрального состава. Так как человек способен точно оценивать равенство громкостей, то шкалу громкостей удобно характеризовать кривыми равных возможностей, рис. 5. За единицу уровня громкости принят фон, определяемый путем субъективного сравнения громкости данного звука с громкостью стандартного 1000 Гц тона, для которого уровень интенсивности в дБ условно принимается за уровень громкости в фонах.

По шкале уровней громкости можно определить условия, при которых звуки разных частот будут слышны как разногромкие. Но по этой шкале нельзя количественно сравнивать разные громкости. Для этого используют натуральную (субъективную) шкалу громкости в сонах.

1 сон – это громкость звука, равная громкости тона 1000 Гц при уровне интенсивности 40 дБ над ПС (шепот на расстоянии 0,3м). Затем экспериментально, методом фиксации ощущения удвоения громкости, измеряют шкалу в сонах. Поэтому отношения громкостей двух звуков, выраженных в сонах, показывают во сколько раз один из них субъективно воспринимается громче другого.

Натуральная шкала громкости, т.е. зависимочть громкости чистых тонов звука в сонах от уровня в фонах, нелинейна, рис. 5. Эмпирическая формула Стивенса (пунктир на рисунке) аппроксимирует основную область натуральной шкалы громкостей (от 40 до 10 фон).

Sсон = 10(N-40)/33, Nфон = 33*lgS + Для увеличения громкости в сонах в 10 раз надо увеличить интенсивность звука на 73-40=33дБ, т.е. в 1033/4046раз.

Громкость звука некоторых источников иллюстрируется таблицей 5. Таблица 5.источник звука рассто- уровень громкость, характеристика яние, м громкости, фон сон громкости звука -ход карманных часов 1 20 0,тишина -шепот 1 30 0,-шепот 0,3 40 слабый звук -разговор вполголоса 1 50 -разговор средним по 1 60-65 4-громкости голосом умеренный звук -машинописное бюро 70-75 8--громкая речь 1 80 -громкий крик 1 90 40 громкий звук -шум в кабине самоле-та 100 90 очень громкий звук -шум многооборотного 1 110-115 200-оглушительно дизеля громкий звук -шум вблизи работаю- 120-130 500-(болевой) щего авиамотора 5.2.2 Дифференциальная чувствительность к изменению громкости.

J/J K зависит от интенсивности и частоты и индивидуальна K J, фон F, Гц 0,1...0,20 крайние частоты 0,04...0,40...100 500...70 800 0,02...0, От ПС до болевого порога ощущается на F = 1кГц 270...300 градаций. Формула J/J = const означает, что градации изменяются по логарифмическому закону. Отсюда вытекает, что в технике цифрового преобразования звуковых сигналов предпочтительнее применять логарифмическое квантование. Однако логарифмические АЦП довольно сложны. Микросхемы логарифмических АЦП появились совсем недавно и еще не получили широкого распространения.

5.2.3 Критические полоски слуха.

Рассмотрим восприятие громкости шума и сложных (состоящих из нескольких сложных частотных составляющих) звуков. Экспериментально установлено, ПС группы близко (но не создающих отчетливых биений) расположенных чистых тонов одинаковой интенсивности зависит от числа тонов, если они расположены в пределах некоторой полосы частот. ПС такой группы равна ПС одиночного чистого тона суммарной интенсивности с некоторой частотой в полосе смеси: ухо суммирует интенсивности компонент смеси. Но, если компоненты смеси выходят за пределы определенной ширины полосы, то свойство суммирования интенсивностей не действует.

Полоса частот, в пределах которой еще появляется свойство суммирования интенсивностей, называется критической полосой (полоской) слуха.

Ш ирина критических полосок слуха fкр зависит от средней частоты полоски моно- или биноурального слуха. Полоски измерения разными авторами различаются в 2...3 раза.

На рис. 5.10 представлена усредненная кривая.

5.2.4 Уровень громкости сложных звуков.

По данным Гельмгольца и Флетчера в случае сложных колебаний, состоящих из нескольких частотных составляющих, попадающих в разные критический полоски, слух не реагирует на фазовые сдвиги составляющих. Например, звучание сложных звуковых типов k +-1( ) )2 sin(2 -1) tk )1 sin(2 -1) tk k -k =k -k =различаются на слух только из-за нелинейности слуха, когда их интенсивности велики, хотя звуки имеют существенно различную форму, рис. 5.Рис. 5.Рис. 5.9 Зависимость громкости в сонах от уровня фона Рис. 5.10 Зависимость ширины критических полосок от частоты Рис. 5.12 Кривые порога слышимости при маскировке тоном 1000Гц для разных уровней интенсивности маскирующего тона LМ Если частотные составляющие очень близки (разнятся не более чем на 7...10 Гц) и создают медленные биения, но ухо воспринимает их как звук периодически меняющихся по громкости, из-за фазового суммирования интенсивностей. При разности больще 10 Гц, но менее fкр имеем суммирование интенсивностей.

При разнице больше fкр ухо уже суммирует ощущение громкости этих звуков в сонах. По кривой S(N), рис 5.9, определяем для каждого тона S1(N1), S2(N2),...

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.