Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Возможно; что таким образом поддерживается постоянство жесткости мышцы, определяемое как отношение изменения напряжения к изменению длины. Введение Вестибулярный орган, отвечающий за чувство равновесия, филогенетически близок органу слуха. Они не только находятся рядом, образуя внутреннее ухо, но и произошли в ходе эволюции из одной структуры. Вестибулярный аппарат состоит из заполненных жидкостью (эндолимфой) отолитового аппарата и полукружных каналов, а также системы волоскавых рецепторов — ресничек. В отолитовом аппарате находится желеобразная структура с включениями каменистых образований.
получившая название отолитовой мембраны. Перемещение мембраны (ее плотность 3 составляег около 2,5 г/см ) в эндолимфе под действием силы "гяжести воспринимается ресничками. Рецепторы формируют импульсные посылки в любом положении вестибулярного органа. Поворот головы в одном направлении увеличивает частоту импульсации, поворот в другом — уменьшает. Таким образом, при любой ориентации головы возникает специфическая картина возбуждения нервных волокон. Данная система может определить положение организма в поле действия сил.
Поскольку в повседневной жизни ускорение силы тяжести намного превышает другие ускорения (например, возникающие при разгоне автомобиля)„последние играют для вестибулярной системы подчиненную роль. Полукружные каналы, расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и также заполиеиныс эндолимфой, содержат желеобразную структуру — купулу, плотность которой равна плотности эндолимфы, Каналы действуют как замкнутые круговые трубки. Вследствие равенства плотностей купулы и эндолимфы лииейныс ускорения, включая гравитационные, на этот орган не влияют. При поворотах же головы (и полукружпых каналов) в результате инерционности возникает разность давлений по обе спэроны купулы, она отклоняется в сторону, противоположную движению, возбуждая тем самым соответствующие реснички.
При вращении головы относительно любой диагональной аси мозг, выполняя векторный анализ информации, определяет истинну~о ось вращения, Купулярная система. весьма точна (фиксируется поворот на угол, равный О,ОО5 ). но инерционна (ее постоянная времени т ж 1О...ЗО с). ВЗ.З. Слуховая рецепция Для звукового восприятия характерно четыре измерения: объем, громкость, плотность и высота. Эти субъективные свойства звука определяются двумя физическими переменными сигнала; его амплитудой и частотой. Первые исторические сведения об исследованиях в области звука связаны с именем Пифагора, которого считают родоначальником науки о звуке —— акустике. Лристотель в 1У в.
да и. э. обнаружил, чта распространение звука сопровождается. сжагием и растяжением среды, а эхо является результатом его отражения. После средневекового научного застоя лишь в ХЧБ в. Г. Галилей. и М. Мерсенн установили связь высоты гона с частотой колебаний звучащих тел„а М. Мерсенн вычислил также скорость распространения звука в воздухе. По сга оценкам она составила.414 м/с.
В ХЧ111 в. Л. Эйлер определил пределы частот слышимых звуков, Согласно его исследованиям, диапазон воспринимаемых частот составил 20...4000 колебаний в секунду. Позже эги значения неоднократно. уточнялись. В Х1Х в. Вебер обнаружил стоячие волны, что позволило открыть явление интерференции. Сейчас акустика представляет собой весьма обширную область, имеющую большое прикладное значение. ВЗ. Бионииеские аспекты информационнык систем Слуховой аппарат животных и человека состоит из трех основных частей: наружного, среднего и внутреннего уха. Наружное ухо представляет собой резонатор; у человека он имеет собственную резонансную частоту около 3 кГц. Среднее ухо содержит систему мелких косточек — молоточек, наковалснка и стрсмечко, отделенную ог наружного уха барабанной перепонкой.
Абсолютная чувствительность уха весьма велика. Человек, например, способен слышать удары молекул воздуха о барабанную перепонку. Диапазон .амплитуд колебаний барабанной перепонки составляет 10,;,2.! О см. Внугрепнее ухо — улитка — представляет собой спирально закрученный костный канал (у человека он имеет 2,5 витка, у животных до 5). В улитке находится основной орган слуха — базилярная мембрана с расположенными па ней волосковыми рецепторами. Для объяснения эффекта слуха используют теорию «бегу|пей волны» Д.
Бекеши, в соответствии с которой при восприятии звука на базилярной мембране возникает волна, движущаяся от основания улитки к ее вершине. Амплитуда бегущей волны зависит от жесткости мембраны в конкрепюй точке. Таким образом, базилярная мембрана представляет собой своеобразный фильтр, в котором высокочастотные колебания распространяются лишь в области, где жесткость мембраны высока, а низкочастотные проходят всю мембрану, вплоть до ее вершины.
Порог слышимости (минимальный уровень звукового давления) зависит от частоты звука. Человеческое ухо наиболее чувствительно в диапазоне час~от 2000...5000 Гц. Громкость звука (уровень звукового давления) является амплитудной характеристикой. Звуки равной громкости слышатся поразному в зависимости от их частоты. Для учета этого факта в физиологии используют кривые равной слышимости, приведенные к частоте 1 кГц. Громкость звука на этой частоте получила название «фон». На этой частоте ! фон равен ! дБ. Срсдний порог слышимости составляет 4 фон, а предельное значение громкости достигает 130 фон (при этой громкости возникает звуковая травма).
В частотной области пределы слышимости человека находя гся в диапазоне 20... ! 6 000 ! ц. Частоты и громкости звука, характерные для речи„образуют речевую зону. По частоте это в среднем 300...3500 Гц. Порог различения частот весьма субъективен и зависит от частоты сигнала. При оптимальной частоте 1000 Гц он составляет 0,3 % или 3 Гц. Заметим, что для музыкальных звуков частоты опредсляются принципами построения звукоряда. Так, для темперированной октавы, содержащей !2 базовых звуков, каждая частота отличается от предыдущей в ~И или в 1,06 раза. Это вдвое вьппе указанного порога различения частот.
Слуховая ориентация в пространстве определяется бинауральным эффектом. Ои основан на том, что расстояния от каждого уха до источника звука различны, а слсдоватсльно, различны уровни звуковых давлений в барабанных перепонках.
Слуховая система способна воспринять эту разницу уже на уровне 1 дБ. Вычисленная временная задержка составит всего около 3 10 с, Введение чтО соотВетствует смещению источника ОтнОсительнО цен!ральной линии на Зо . При определенном навыке точность Ориентации можно удвоить.
В3.4. Зрительная рецепции Визуальные анализаторные системы человека — это сложные многоуровневые образования, служащие для анализа оптических ситпалов. То, что воспринимается зрением, есть результат взаимодействия сенсорных и двигательных механизмов глаза и центральной нервной системы, поскольку как произвольныс, так и непроизвольные движения глаз и головы заставляют изображение смещаться каждыс 200...600 мс, Мозг создает целостную картину из последовательности дискретных изображений.
Движения, изменяющие направления ВзГляда, устанавливают Глаз В такОс положение, при котором изображение попадает в ту точку сетчатки, где острота зрения максимальна. Крупный объект сканируется глазом вследствие резких скачков— — саккад с амплитудой От нескОльких у! лОВых минут до 90 и угловОЙ ско-. ростью до 9 рад~с. Применительно к мелким объектам характерны микросаккады с частотой 20..„150 Гц и амплитудой В несколько угловых минут. В то же время прн сканировании быстродвижущихся объектов ~со скоростью более 1,5 рад/с) глаз отстает и изображение «размывается», т. е. не попадает в область максимальной Остроты зрения.
В этом случае происходит движение головы, что характерно, например, для зрителей на автогонках. Зрительная система Организована по явно выраженному иерархическому принципу. Ее Основными уровнями'являются: фотор цепторы сетчатки Глаза, зрительный нерв, область пересечения зрительных нервов (хиазма), зрительный канатик ~место выхода зрительного пути из области хиазмы), а 'Гакже нервные пути к зрительной КОре ГОлОВПОГО мозГа. Сетчатка глаза представляет собой очень сложный орган.
Ее рсцепторпый слой содержит два типа рецепторов: около 6 10'колбочек (Образующих аппарат дневного, фотопического зрения) и Около 120 10 палочек ~от- 6 носящихся к аппарату сумеречного, скотопического зрения). Колбочки и палочки неравномерно распределены в различных областях сетчатки. Колбочек значительно больще в ее центральной части — центральной ямке и желтом пятне, т. е. в зоне максимально ясного зрения. Палочки здесь Отсутствуют, они распределены вокруг ямки.
Желтое пятно несколько сдвинуто в сторону от места выхода зрительного нерва. Эта зона, где рецепторов нет, называется слепым ~я~но~. Геометрические Особенное~и распределения цветового зрения по элементам сетчатки были впервые описаны в 1894 г. в работе А, Кснига. Он установил, что различение цвета зависит от углового размера объекта: при углс > 10' объект представляется полноцветным, при угле 4,5...10' — двухцветным (оранжево-голубым), а прн угле < 4,5' — ахроматическим (черно-белым). ВЗ. Биоиические аспекты иифор/иа//ионных систем дной нос ажснио Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
