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生物通报道:人类大约有2000万个光学感受器,100-200万个嗅觉感受器,但是只有8,000个听觉感受器。尽管如此,听觉是五种感觉中速度最快的一个。研究人员发现在大脑中,听觉系统可以将微弱的信号以闪电般速度放大到最大水平,而且这种放大机制比现今任何一种声音分析程序都要精确。
在最近一期《Proceedings of the National Academy of Sciences》上,洛克菲勒大学数理物理实验室带头人Marcelo Magnasco博士发表文章说其取得了声音分析的新突破,比普通的程序能更加精确地将声音信号转化为视觉图像。Magnasco博士评价其发明比市售的任何一种常见的声音分析程序都要好,甚至可能与大脑中处理声音信号的机制相同。
Magnasco与Burroughs Wellcome基金会科研人员Timothy Gardner(先前是洛克菲勒大学研究生)合作,研究使计算机能够模仿大脑处理复杂、变化迅速的声音信号的方法。他们利用数学模型将声音的速度和频率分配成为一系列点,然后根据这些点做二维的直观柱状图。当他们测试其新技术并将之与其它声音分析程序对比时,发现这种新技术可以帮助人们从噪音中挑拣出自己感兴趣的声音。
基本的观测赋予了巨大的成就,研究人员可以检测到没有声音的地方。与未调谐的FM广播中发出的嘶嘶声相似的白噪音,含有复杂的各种声音和各种频率的相对能量。两位研究人员将运算法则输入计算机对白噪音进行测试。计算机对各种声音进行再分配后在图纸上描绘所得数据点(X轴表示时间,Y轴表示频率),最后得到的柱状图显示细小的泡沫状的图像,每个泡沫环绕一个代表“0”或者某一时间特异频率上声音为空的蓝色点。Magnasco说可以根据这些蓝色点了解声音的类别。换言之,他们的图片不是由音量决定的,而是由静音决定的。
Magnasco说如果想证明一种声音分析方法是可靠的信号评价方法,首先要了解噪音中每种声音的具体情况。他们所得到的柱状图中,音质被描绘成黄色的细小条带,泡沫边缘收敛到水平线,泡沫的中心用直线连起来。这些证明了他们的运算法则的可行性,从一个方面可以模拟哺乳动物大脑解析声音的机制。
这种程序的应用范围极广,可以用于许多科研和技术领域,并且不仅仅限制于对声音的分析。利用这种程序可以对一系列时间点并列但不连续的频率的数据进行分析。雷达、声波记录仪和医学检验如测量多重不连续脑电波的脑电图等都可以像语音记录软件一样利用这种时间-频率进行分析。地质学家利用时间-频率数据测定岩层成分,捕鱼者也可以此技术测定水域深浅,对鱼群进行跟踪定位。是前的手段都还不够精确,假如我们可以进行更高效准确的时间-频率分析,也许可以得到更多意想不到的信息。比如可以侦察空中直升飞机的雷达,安装这种新程序后可以检测到来自机翼的信息。利用这种运算法则,研究人员将来可以使计算机具有人类一样灵敏的耳朵。(生物通记者宗敏)
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