听觉音调与噪声非线性处理

论文摘要

听觉的音调感知与噪声处理是听觉系统重要的功能,它赋予了听觉声特征感知与应对噪声的能力。对其机理的认知,在听力康复,基于听觉的声信息处理领域有重要的应用价值。本研究从听觉系统非线性角度出发对此展开研究,并取得相应进展。在音调感知方面,通过理论研究发现,三频共振仅当激励信号为类似函数的复合周期性短脉冲时,能够激起与心理声学实验观察一致的残余音调,当用复合周期正弦信号激励时,不能激起与心理声学实验观察一致的残余音调。采用激光干涉对离体、有活性的豚鼠耳蜗基底膜的测量证明,采用残余音调心理声学实验一致的正弦蜗激励,并未引起三频共振理论预期的,与残余音调一致的共振频率。相反,基底膜振动波形的时间模式表达了与De Boer音调公式以及心理实验结果相符合的音调信息。这一研究从理论与实验两个方面证明,耳蜗中的音调表达,不是通过非线性共振,而是通过非线性引起的时间序列变化实现的。这一研究将指引对电子耳蜗编码策略的改进。对于听觉中的噪声信号处理,已有的研究曾经发现神经以及听觉中的随机共振,表明噪声有增强信号传输功能,但仅限于弱信号情况,且研究仅涉及单个噪声源。本研究通过积分-发放神经模型,首次从理论上研究了同时具有外部输入噪声和神经内部噪声的情况下的神经信号传输情况。本研究引入离散时间随机分析方法,解决已有理论不能解决的具有两个独立噪声的首通问题。以此为基础,分别研究了噪声对神经信号发放时刻精度的影响,以及噪声对周期信号信息表达的影响。通过研究发现,在有输入噪声的情况下,神经内部噪声能提高神经发放时刻的精确度,这种神经内部噪声对神经发放时刻精度的提高源于内部噪声具有更短相关时间长度。在有噪声的周期信号输入的情况下,研究发现,神经内部噪声能抑制输入噪声,并同时增强神经输出中的信号强度。这种神经内部噪声对输入噪声的抑制与信号增强效应源于神经内部噪声引起神经输出信号的锁模。产生这种效应的条件是神经内部噪声引起的神经膜电位变化有着比输入信号引起的膜电位变化有更大的粗糙度（也即更小的H?lder指数）。这一研究所用的首通时间问题离散求解方法将在一系列非线性问题中有应用,而关于神经内部噪声对输入噪声的抑制与输出信号的增强作用,除了提供了一种神经系统处理噪声信号的可能机理,更为信息工程提供了一条利用内容噪声实现外部噪声抑制与信号增强的信息处理新方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
•   1.1 课题背景
•   1.2 听觉器官的基本结构
•   1.3 音调感知、基频缺失与音调偏移
•   1.4 三频共振与音调偏移
•   1.5 本文的主要研究内容
• 2 音调感知中的非线性共振模型与豚鼠耳蜗测量
•   2.1 非线性系统中的三频共振
•   2.2 三频共振与音调
•   2.3 豚鼠耳蜗基底膜振动测量
•   2.4 本章小结
• 3 神经内部噪声对信息处理的作用
•   3.1 神经模型概述
•   3.2 同时拥有阈值和信号噪声的积分发放模型的首通问题
•   3.3 阈值噪声对发放精度的影响
•   3.4 内部噪声对外部噪声的抑制
•   3.5 分析与讨论
•   3.6 小结
• 4 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 沈涛

导师: 龙长才

关键词: 听觉,音调,耳蜗模型,激光干涉,非线性物理,噪声

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 华中科技大学

基金: 国家自然科学基金,视听信息认知计算重大研究计划,耳蜗信号处理新特征与机理,项目编号:90820001,国家自然科学基金,耳蜗音调信息表达的激光干涉研究,项目编号:11374118

分类号: O428;TN912.3

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.003721

总页数: 112

文件大小: 3155K

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