их количественной оценки также могут быть использованы «метод наилучших биений» или метод «погашений»
(подается дополнительный сигнал с частотой комбинационного тона и подбирается его амплитуда и фаза,
пока комбинационный тон не погасится, т.е. он подается в противофазе). Многочисленные эксперименты
показали, что существуют особые комбинационные тоны, которые чаще всего прослушиваются при
субъективных экспертизах: это разностные тоны с частотами f2 -f1 и 2f1-f2 (200 Гц и 600 Гц в нашем
примере).
Простой разностный тон ведет себя, как в случае классической квадратичной нелинейности: он может быть
услышан, если уровень первичных тонов больше, чем 50 дБ SPL; при равенстве уровней первичных тонов он
увеличивается на 2 дБ; при возрастании уровня первичного тона на 1 дБ уровень этого тона не очень сильно
зависит от отношения частот f2 / f1.
В случае кубичного разностного тона установлено, что он возникает в основном при соотношении частот 11,3.
В этом частотном диапазоне он может быть услышан при очень низком уровне первичных тонов: ниже 40 дБ
SPL уровень f2 может быть даже ниже 10 дБ. Увеличение амплитуды этого тона происходит не на 3 дБ при
увеличении амплитуды первичного тона на 1 дБ (при равенстве их уровней) -как следовало бы при
классической кубичной нелинейности -а существенно меньше. Все это заставляет предположить, что в
образовании этих тонов участвуют некие дополнительные механизмы, которые мы рассмотрим далее.
Наконец, третий вид проявления нелинейности работы слухового аппарата -это нелинейная компрессия
звукового сигнала. Уровень звукового сигнала в слышимом диапазоне меняется от 0 дБ до 120 дБ, т. е.
амплитуда звукового давления меняется в 100 000 раз, в то же время динамический диапазон слухового
нерва (от температурного шума до насыщения) составляет 1000. Поэтому, кроме функций спектрального
анализатора, периферический слуховой аппарат выполняет функции нелинейного компрессора-усилителя.
Многочисленные исследования, особенно в последние годы, позволили получить ряд очень интересных
результатов относительно механизмов возникновения нелинейности.
Как было показано в предыдущей статье, слуховой аппарат состоит
из трех отделов -внешнее, среднее и внутреннее ухо.
Экспериментально доказано, что преобразование сигнала во
внешнем и среднем ухе -процесс линейный, основная причина
нелинейности -в механизме работы внутреннего уха (улитки).
Улитка состоит из трех полостей, в которых находится жидкость
(упрощенный разрез улитки показан на рис. 1). При ударе
стремечка по мембране овального окна в жидкости возникает
звуковой импульс, который распространяется из верхнего отдела в
нижний и возбуждает базилярную мембрану. Исследования работы
слуховой системы, выполненные знаменитым ученым Бекеши
(Bekesy), за которые он получил Нобелевскую премию, показали, вчастности, что при высоких уровнях сигнала в жидкости улитки
образуются вихревые потоки. Поскольку ширина полостей разная,
то этот процесс похож на образование околодонных завихрений,
когда вода ударяется о берег (рис. 2а и рис. 2б). Появление этих завихрений искажает форму звукового
импульса, а поскольку базилярная мембрана выполняет его спектральный анализ, то эти искажения и
приводят к появлению дополнительных гармоник и комбинационных тонов.
Таким образом, первая причина возникновения нелинейных искажений -это гидродинамические процессы в
жидкости улитки.

13

Чтобы рассмотреть вторую причину нелинейности, необходимо еще