тилетий тому назад. Приверженцами так называемой временной теория канравленного слуха были Релей (1907); Маллок (1908), Клемм (1914. 1918). Классические вклады сделаны Хорибостелен н Вертхайнером (1920). а также Бекеши (1930). фазочастотные характеристики, измеренные в свободном звуковом поле Ь{6, ф, г, f). довольно сложны. В экспериментак латералнзации, описанных ниже, моделировались упрошенные характеристики, поддающиеся теоретическому анализу. Поэтому эти эксперименты имеют искусственный характер, и, переноси полученные в них результаты на естествен [1ый пространственный слух, следует быть весьма осторожными.

JfeBae ухо

jfft) npioB ухо

b(f)

Рнс. 85. Примеры бииауральных аремеипых задержек.

а - сдвиг по вренелн прн aocTOSKiuiR фазовоП задержке; б - инвертирование прв горнзоытальноД фв1очастотной характеристике.

Простейший случай бимауральиой аремсинбй задержки состоит в том, что временные функции двух сигналов, совершенно одинаковые по форме, разнесены во времени на определенный интервал (рнс 85. а) Длв этого необходимо, чтобы были одииаиовынн задержки всех составляющих запаздывающего сигнала относительно опережающего. Таким образом, функции бинауральной передачи должна удовлетаорвть требованию Тф(/)-const, и, следовательно.

& (/) = 2п/тф (/) = 2ji/.const.

(43)

Следовательно, чтобы без искажений сдвинуть сигнал по времени, сдвиг по фазе должен увеличиваться прямо пропорционально частоте.

На рис. 86 схематически показана установка длв проведенив слуховых экспериментов, с помощью которой можно получить два бннауральных снгиала и без искажений сдвинуть одни отиосительно другого во времени. Один н тот же сигнал подается иа два уха через две линии задержки, время задержки которых может раздельно изменяться. Практически такие линки задержки можно создать либо акустически (слуховые трубки разной длины, открытые звуковые каналы переменной длины, проходв по которым звук поступает к уху), либо электрически (электрические линии задержки, устройства задержки, устройства задержки с магиитиой лентой, регистры сдвнга, накопители иа магнитных сердечниках и т. д.).

Если лнинн задержки создают одинаковые сдвиги, то слуховой объект поместитсв точно в медианной плоскости эксперта. Если в одной из линий изменить задержку, то слуховой объект сместится в сторону того уха, к которому сигнал приходит раньше. Так, создавая искусственно временные за-

7* 99

держкв между бинауралышми сигналами, можно создавать эффекты боковых смешений слухового объекта

Проще всего п этом можно убедиться на следующем известном эксперименте: в оба уха вставляют кониы одиой резиновой трубки длиной приблизительно 1 м. Если ударить но трубке точно п ее середине, то слуховой объект локализуется в центре голопы. Если ударять по трубке в других местах, то слуховой объект будет смещаться б сторону того уха. к которому точка удара ближе. Значение бокового смещения слухового объекта увеличивается почти линейно до тех пор, пока разность участков трубки до обоих ушей ие

-1500 -1000 -500

5О0 1000 TSOO

Ряс. ее Рнс. 87

Рис. 86- Схема получения постоянной бинауральной временной задержки.

Рис 87. Боковое смещение слухового объекта в функции фазовой задержки сигналов. Кривая справедлива для импульсных сигналов (5 экспертов, громкость от 30 до 80 фон. но измерениям Тула и Сойерса, 1965).

достигнет приблизительно 21 см. Этот путь соответствует задержке звука иа 630 мкс. При такой задержке между бинауральными сигналами боковое положение слухового объекта оказывается таким, как при слушании одним ухом. При дальнейшем увеличсини бинауральной задержки увеличение бокового смещения объекта замсдлястсв и при задержке 0.8-1 мс прекращается.

В немецкой литературе разность пути 21 см часто называется постояшюй Хорнбостеля - Вертхайнсра. хотя известно, что эта величина не является константой, а может зависеть от уровня звукового давления и рода сигнала. Физический сиысл этой величины а том, что путь длиною 21 см приблизительно соответствует максимальной разности путей длв эвука сбоку. Однако, как показано в § 2 2.3, отсюда н следует, что при угле прихода звука, равном 90°, бинауральная задержка фазы составила бы 630 мкс независимо от частоты. В действительности дело обстшт гораздо сложнее.

В последнее время проводились тщательные измерения боковых смещений слухового объекта в функции независимого от частоты фазового сдвига для различных типов сигналов. Такие измерения проводили Тисе (1962), Сойерс (1964). Сойерс и Тул (1964, 1965).

На рис 87 приведена типичная кривая латерализацин шумовых импульсов (щелчков), которав справедлива и дли других коротких сигналов -шумовых илн речевых. По ординате отложены значения боковых смещений слухового объекта, оцениваемых экснертами по линейной шкале. Нудь шкалы соответствует центру головы, макснмалшое отклонение характеризуется цифрой 5, соответствующей дислокации слухового объекта у самого входа слухового канала. Ход кривой до значений Т4,=630 мкс линеен.

Итак, слух должен обладать способностью с большой точностью определить моменты появления импульсных составляющих ушных сигналов. Если аопытатьсв объяснить механизм такого детектировании, то наиболее просто

его можно представить как отпирание слуха в моменты, когда уровень данного ушного сигнала превышает определенный порог. Следовательно, момент отпирания определяетсв тем участком фронта сигнала, при котором имеет место это превышение.

Длв наших целей такая модель вполне приемлема, если дополнительно учитывать, что мы рассматриваем внутреннее ухо как анализатор гармоник, в котором ушной сигнал грубо разделяется иа спектральные полосы акнм образом, длв определения момента прихода сигнала решающим оказываетсв превышение порога не всем спектром, а лишь наиболее выраженными его составляющими. Кроме того, предполагаетсв, что слух предпочтительно или исключительно оценивает фронты сигналов, соответствующие уменьшению давления, т. е. разрежению аоздуха у барабанной перепонки Это предположение было сделано на основе анализа физиологических свойств внутреннего vxa. Справедливость этого предположения подтверждена слуховыми Экспериментами Флаиагаиа, Давида и Уотсона (1962. 1964). а также Тула и СоВерса (1965).

В своих экспериментах эти авторы предлагали прослушивать импульсы, потанавшиеся иа левое и правое ухо со сдвигом фазы иа 18СГ (см. рнс. 85.6). Было устаиоьчено. что слуховые объекты, вызываемые разнополяриыми импульсами, локалиэуютсв менее точно, чем синфазными, хогя прн этом и возникает домниирующав составляющав, отклонвющаясв в сторону. Если бы внутреннее ухо одинаково реагировало на положительные и отрицательные фронты сигналов, то положение и протяженность слуховых объектов при синфазных и противофазных и пульсах сохранялись бы неизменными. Боковое отклонение слухового объек а при разнополяриых импульсах, наблюдавшееся п эка1срнмснтах Фланагана и др. (1964). было точно таким же. как при одно-полярных импульсах с бинауральной задержкой иа 350 мкс. Более глубокий анализ формы сигиалв во внутреннем ухе показал, что самой выраженной в спектре рассматриваемого снгиала была составляющая с периодом 700 мкс (рис 88). Таким образом, бинауральный сдвиг фазы иа 180° соответствовал здесь точно 350 мкс. Слуховой объект отклонялся в ту сторону, с которой раньше появлялся фронт сигнала, аналогичный спаду давления

Объяснить ослабление локализации слухового объекта в случае бинау-ральиого сдвига сигналов на 180° можно, используя характеристику фазовой скорости в системе с постовнным фазовым сдвигом (см. рнс 85. б). Спектральные составляющие одного сигнала оказываются по-разному сдвинутыми по фазе относительно составляющих другого сигнала. Поэтому слуховой объект расладаетсв на составляющие различной высоты, которые имеют раз-ное боковое отклонение, вызывав впечатление расширеинв объекта в пространстве. Это легко распознаваемое кажущеесв расширение слухового объекта используют на практике как простой способ фазировании сигналов громкоговорителей стереофонических установок (о другнх проявлениях неправильной полярности сигналов иа громкоговорителях стереофонических установок см, §3.3.1). Допуская, что под влиянием частотно-зависимого бинауфальиого сдвига фаз слуховой объект может распадаться иа составляющие в пространстве, мы одновременно предполагаем, что слух в состоянии распознавать и оценивать спектральные составляющие ушных сигналов по бииауральиын временным сдвигам. Справедливость этого предположения убедительно доказали Сойерс (1964): Тул н Сойерс (1965).

В упомянутых экспериментах иа оба уха экспертов лодааалась последовательность импульсов с периодом следования 6 мс Бинауральиав задержка по фазе была независимой от частоты, и ее можно было регулировать. Оказалось, что в этих условиях эксперты раяличали несколько одновременных слуховых объектов, которые, очевидно, соответствовали гармоникам бинауральиых сигналов. В зависимости от фазовой задержки изменялось к боковое отклонение каждого слухового объекта. Типичные характеристики латералнзации основного тона и второй гармоники показаны иа рис 89 (схематически по Тулу и Сойерсу, 1965). Обе кривые нмеют периодический характер, фуш-цив литерализации второй гармоники имеет частоту, вдвое ббльшую частоты основного тона. Периодический характер кривых объясияетсв ниже при рассмотрении латералиэации чистых тонов.