|
Предел Габора - Гейзенберга побит
|
|
01 февраля 2013 года, 11:45 | Текст: Александр Березин
|
|
|
|
Джейкоб Оппенгейм (Jacob Oppenheim) и Марсело Манаско (Marcelo Magnasco) из Рокфеллеровского университета (США), экспериментально изучив пределы чувствительности человеческого слуха, выяснили, что его уровень слишком высок для всех известных методов линейного анализа.
|
|
|
|
Серия опытов внешне была очень простой. Основной заключался в проигрывании двух нот, растянутых во времени, но с одинаковой высотой тона (и частотой звуковых волн). В промежутке испытуемым играли третью ноту слегка другого тона, спрашивая их, выше она или ниже тех двух. В другом опыте две ноты разного тона проигрывались почти одновременно (с разницей в доли секунды), а затем от подопытных допытывались, какую они услышали первой — более низкую или наоборот.
|
|
|
Конечный тест комбинировал эти задачи: низкая нота воспроизводилась перед высокой и примерно в то же время, когда начинала звучать вторая, «включалась» третья, почти такая же низкая, как и первая. Теперь добровольцам предстояло сравнить тон первой и третьей нот, а также указать, когда проигрывалась самая низкая — до или после высокой.
|
|
|
|
Итоги одновременного распознавания частоты и времени начала и окончания звучания оказались... почти идеальными. Ранее считалось, что мозг разлагает сигналы на части и обрабатывает их как сумму этих частей — процесс, который укладывается в рамки анализа Фурье (гармонический анализ), где свойства функций (звуковых волн) изучаются с помощью представления их в виде рядов или интегралов Фурье.
|
|
|
|
Беда в том, что в отношении анализа сигналов точность одновременного восприятия времени и высоты звуковой волны ограничена пределом Габора (он же предел Габора — Гейзенберга), происходящим из тех же корней, что и известный принцип неопределённости Гейзенберга. Согласно пределу Габора, никто не может одновременно локализовать сигнал (функцию) как в отношении времени, так и в отношении частоты. Если вы концентрируетесь на частоте, то будете плохо следить за временем. И наоборот.
|
|
|
|
Но, как вдруг выяснилось, человек способен одновременно и очень точно определить и то и другое. Более того, по Оппенгейму и Манаско, иногда предел Габора был превышен испытуемыми пятидесятикратно, и ни в одном случае слух подопытных не давал точности ниже этого предела.
|
|
|
|
Как отмечают исследователи, им удалось найти данные о работе 70-х годов, в которой также указывалось на превышение предела Габора (хотя и не столь значительное) в опытах с человеческим слухом. Однако, отмечают учёные, в силу плохого понимания природы слуха в то время эти результаты не привлекли внимания.
|
|
|
|
Авторы работы не видят в полученном результате чего-то уж слишком загадочного, отмечая, что предел Габора не столь непреодолим, как принцип неопределённости Гейзенберга. Если вы найдёте способ проанализировать сложную волновую форму без разложения её на синусоиды, то сможете (теоретически) в одно и то же время отследить и частоту, и конкретный момент получения сигнала с точностью много выше предела Габора. Осталось только выяснить, какой именно нелинейный механизм такого рода использует человеческий мозг. А нелинейным он является наверняка: все линейные техники, представляющие форму волны как сумму более простых по форме волн, ограничиваются пределом Габора.
|
|
|
|
Как отмечают Оппенгейм и Манаско, такие результаты должны изменить направление, в котором человек дорабатывает речевые синтезаторы и программы для голосового набора текстов. Если наше ухо много эффективнее применяемых сейчас линейных методов анализа (и синтеза) звуков, то надеяться на достижение приемлемого распознавания/воспроизведения существующими средствами акустического ПО наивно: сначала следует разобраться, как же мы всё-таки слышим звуки вопреки считавшемуся нерушимым принципу неопределённости, который устанавливает предел Габора — Гейзенберга.
|
|
|
|
http://science.compulenta.ru/734450/
|
