АКУСТИЧЕСКИМ ЖУРНАЛ, 2008, том 54, № 6, с. 1003-1008
АКУСТИКА ЖИВЫХ СИСТЕМ. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА
УДК 534.75:612.85
ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛУХОВОГО РАЗЛИЧЕНИЯ ДЕЛЬФИНОМ ПАР ИМПУЛЬСОВ-ЩЕЛЧКОВ C ОДИНАКОВЫМ МЕЖИМПУЛЬСНЫМ ИНТЕРВАЛОМ
© 2008 г. М. Н. Сухорученко
Акустический институт им. акад. Н.Н. Андреева 117036 Москва, ул. Шверника 4 Тел. 8-499-72363-11; E-mail: sukh2008@rambler.ru Поступила в редакцию 14.11.07 г.
Исследованы пороги различения дельфином афалиной пар импульсов с задержкой в паре 50-1000 мкс при изменениях пикового значения второго импульса в тестовой паре. Показано, что пороги различения пар зависят как от абсолютного уровня импульсов, так и от отношения уровней импульсов в стандартной паре, причем с ростом задержки пороги всегда монотонно уменьшаются. Рассматривается возможность различения пар импульсов по суммарной энергии импульсов в паре при задержках в пределах критического интервала (300 мкс) и больше.
РДСБ: 43.80+р, 43.80.Lb, 43.66.Gf
Уникальная способность дельфинов обнаруживать и распознавать подводные объекты, обусловленная эхолокацией, хорошо известна. Зондирующие импульсы дельфина представляют очень короткие, длительностью около 30 мкс, широкополосные импульсы-щелчки. Отражения от объекта, вызванные зондирующим импульсом, составляют ряд импульсов разной амплитуды, следующих с разными интервалами. Общая длительность этих отражений, которые содержит богатую информацию о форме, ориентации и строении объекта локации [2-6], может достигать нескольких миллисекунд. Двойственная частотно-временная структура последовательности эхоимпульсов приводит к трудностям в интерпретации экспериментальных данных относительно вопроса о том, как слуховая система дельфина использует информацию, заключенную в последовательностях эхоимпульсов, для обнаружения и идентификации объектов локации.
В слуховых экспериментах было показано, что в диапазоне значений межимпульсного интервала до 300 мкс имеет место полная суммация последовательных импульсов [9-11]. Это значение впервые было установлено в работе [8] и названо авторами критическим интервалом. Диапазон в пределах 265 мкс [7, 12] чаще называют окном интегрирования. Однако, как показано в [7], суммирование энергии последовательных импульсов в пределах окна интегрирования не исключает чувствительности дельфина к низкоамплитудным компонентам за пределами этого окна. Согласно данным [10], в задаче различения (в отличие от об-
наружения) разные компоненты эхо могут восприниматься в пределах окна интегрирования 265 мкс также как отдельные компоненты.
Не ясно пока, какие именно акустические особенности отраженных сигналов являются для дельфина информативными относительно конкретных объектов локации [11]. Известные из литературы исследования слуховых способностей дельфина к обнаружению и распознаванию эхо-подобных сигналов проводились обычно на последовательностях импульсов одной полярности. В некоторых случаях отраженные импульсы могут приобретать обратный знак (при отражении от рыб, имеющих плавательный пузырь, от поверхностей воды и на границах других акустически жестких сред). Изменение знака импульса приводит к смещению экстремумов спектральной плотности. В работах [12, 13] исследовалось маскирующее действие помехи, состоящей из импульсов одной полярности, на обнаружение одиночной пары импульсов также одной полярности. Пороговые кривые в этих работах показали локальные максимумы при совпадающих значениях задержки, использованной для помехи и для тестовой пары. Эти данные не всегда удается объяснить только взаимным смещением экстремумов спектральной плотности помехи и тестового сигнала. Фиксированное относительное положение экстремумов спектра помехи и тестовой пары имеет место, например, при совпадении межимпульсного интервала помехи и тестовой пары, но с разной полярностью импульсов в тестовой паре. В таком случае максимумы спектра помехи при-
ст
————
J ^Алл'А^-' ^ 0 1 14 мкс
Рис. 1. Схема экспериментальной обстановки. Дельфин изображен на стартовой позиции.
Рис. 2. Осциллограммы пар импульсов, использованных в экспериментах по различению пар импульсов.
т
ходятся всегда точно на минимумы спектра тестовой пары, и влияние взаимного изменения позиции экстремумов спектра исключается. В модифицированном виде такой эксперимент был выполнен ранее [14]. В этой работе исследовалось маскирующее действие однополярной импульсной помехи на пороги обнаружения 2-го импульса в тестовой паре при совпадающих значениях межимпульсного интервала при помехе и для тестовой пары, причем в разных сериях экспериментов тестовая пара состояла из импульсов одной и разной полярности. Пороговые кривые практически не показали расхождения для разных серий экспериментов.
К сожалению, слуховое различение пар импульсных сигналов исследовано еще не достаточно. В настоящей работе в отсутствие помехи исследовались пороги различения пар с одинаковым межимпульсным интервалом, но обратной полярностью 2-го импульса в обеих парах при разных абсолютных и относительных значениях уровней интенсивности импульсов в различаемых парах.
Опыты производились в экспериментальном бассейне. В экспериментах участвовал взрослый самец, хорошо адаптированный к условиям неволи и прошедший длительную тренировку в слуховых экспериментах. Подопытное животное не имело отклонений по слуху. На рис. 1 схематически приведена схема экспериментальной обстановки, дельфин показан на стартовой позиции.
Между экспериментальными мостками (прямоугольник) и специальной опорой натягивалась разделительная сеть длиной около 2 м. На дальнем конце разделительной сети вырабатывалась стартовая позиция дельфина. По разные стороны от сети к мосткам крепились излучатели - пьезо-керамические сферы диаметром 10 мм, заглубленные от поверхности воды приблизительно на 1 м и фиксированные симметрично относительно сети на расстоянии 1 м.
На рис. 2 приведены осциллограммы пар импульсов, использованных в экспериментах по различению пар импульсов.
Вверху рис. 2 показана стандартная пара импульсов, внизу - тестовая. Стандартные пары (с фиксированными пиковыми значениями импульсов) и тестовые пары акустических импульсов-щелчков с длительностью импульсов 30 мкс, ими-
тирующих эхолокационные импульсы дельфинов, излучались одновременно по обе стороны от разделительной сети. Экспериментальные мостки служили также для управления сигналами и пищевого вознаграждения животного. В ответ на включение сигналов дельфин должен был подойти к излучателю, с которого подавался положительный сигнал (пара с меньшей амплитудой 2-го импульса). В случае правильного подхода дельфин вознаграждался рыбой, сигналы выключались, и само выключение являлось сигналом для возвращения животного на старт.
На рис. 3 приведены кривые амплитудных спектров одиночных импульсов, полученных в воде с разных излучателей путем ударного возбуждения одним и тем же электрическим импульсом длительностью около 3 мкс (осциллограммы вверху).
На рис. 4 показана схема парадигмы акустической стимуляции.
Были выполнены три серии опытов: при двух равных пиковых значениях импульсов в стандартной паре и двух отношениях пиковых значений импульсов в стандартных парах (1 и 0.3). В верхнем ряду показаны стандартные пары импульсов (ст), пиковые значения которых были всегда фиксированы, в нижнем ряду - тестовые пары (т) с фиксированными пиковыми значениями первого импульса и изменяемым пиковым значением второго импульса. Цифрами над рисунком 4 пронумерованы разные серии опытов. В дальнейшем изложении отдельные импульсы в парах будут обозначаться следующими символами: пиковое значение первого импульса в стандартной паре -"Аст1", пиковое значение второго импульса в стандартной паре "Аст2", пиковое значение первого импульса в тестовой паре - "Ат1" и пиковое значение второго импульса в тестовой паре -"Ат2". Пиковый уровень звукового давления для фиксированных импульсов в серии 1 (Аст1 = = |Аст2| = Ат1) превышал приблизительно на 40 дБ порог слышимости (уровень ощущения У О) одиночного импульса. В серии "2 (Аст1 = = |Аст2| = Ат1) абсолютный уровень пикового значения всех импульсов превышал УО одиночного импульса приблизительно на 30 дБ. В серии 3 (Аст1 = Ат1 Ф |Аст2|) УО (Аст1 = Ат1) также превышал У О одиночного импульса на 40 дБ, У О |Аст2| был на 10 дБ ниже. Длительность задержки
Относительная амплитуда 1.0 г
0.8 0.6 0.4 0.2
0
50 100 150 200
50 100 150 200
1.0
0.8 0.6 0.4 0.2
0
Частота, кГц
Рис. 3. Кривые амплитудных спектров одиночных импульсов, полученных в воде с разных излучателей путем ударного возбуждения одним и тем же электрическим импульсом длительностью 3 мкс. Вверху представлены осциллограммы импульсов, зарегистрированных в воде с разных излучателей в ответ на один и тот же электрический импульс.
А
0
А А
0
А
I
I
2 1
Т.
Т
7
Т.
г
ст
-у
Рис. 4. Схема парадигмы акустической стимуляции.
в стандартных и тестовых парах всегда была одинакова. Пары излучались с частотой 1/с.
Пороги определялись хорошо известным в психоакустике методом "лестницы", при котором пиковый уровень Ат2 последовательно уменьшается на одну и ту же ступеньку, начиная от заведомо надпорогового, вплоть до первой ошибки. Затем уровень повышался до правильного ответа, после чего снова понижался. В области пороговых значений уровень импульса менялся с шагом в 2 дБ. Уровень импульса понижался только при условии, если имело место два последовательных правильных ответа дельфина. Если из двух последовательных ответов была хотя бы одна ошибка, уровень Ат2 повышался на ту же ступеньку. В качестве примера на рис 5 приведены два образца "лестницы".
По оси ординат отложены пиковые значения 2-го импульса в тестовой паре в дБ относительно пикового значения 1-го импульса в тестовой паре. По оси абсцисс приведены порядковые номера предъявлений стимулов. Символами + и - отмечены соответственно правильные и неправильные
ответы. Верхний образец получен при задержке 50 мкс (серия 1), нижний - при задержке 100 мкс (серия 3).
Среднее значение между соседними уровнями, при которых были получены правильные и не
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.