遮蔽

掩蔽效應(yīng)及其應(yīng)用

我們都有過這樣的體驗(yàn)：當(dāng)兩種或兩種以上的聲音同時(shí)存在，人耳對聲音的感覺與僅有一種

聲音單獨(dú)存在時(shí)的感覺是不同的。例如，在一個(gè)安靜的環(huán)境中，我們的耳朵能分辨出輕微的

聲音，但是在嘈雜的環(huán)境中，輕微的聲音就完全被淹沒掉了。要想聽到原來輕微的聲音，就

必須使它增強(qiáng)才行。一個(gè)較弱的聲音的聽覺感受被另一個(gè)較強(qiáng)的聲音影響的現(xiàn)象，我們就

稱之為人耳的“掩蔽效應(yīng)”。“掩蔽效應(yīng)”在實(shí)際聲學(xué)應(yīng)用中有很重要的作用。

我們假設(shè)安靜的環(huán)境下，聽清楚聲音A的閾值為30dB，若此時(shí)又能同時(shí)聽見聲音B，這時(shí)

由于B的影響，使得A的閾值提高到了40dB，即比原來提高了10dB。此時(shí)，我們就稱B

為掩蔽聲，A為被掩蔽聲。被掩蔽聲聽閾提高的分貝數(shù)稱為掩蔽量，即上述10dB為掩蔽量，

40dB稱為掩蔽閾。

掩蔽可分成頻域掩蔽和時(shí)域掩蔽。

頻域掩蔽

事實(shí)上，掩蔽效應(yīng)并不僅僅是個(gè)音量問題，因?yàn)楫?dāng)掩蔽音與被掩蔽音的頻率不相同的時(shí)候，

掩蔽作用并不那么嚴(yán)重。但一個(gè)響亮的純音很容易就把另一個(gè)頻率更高的純音給掩蔽掉。

一個(gè)強(qiáng)純音會掩蔽在其附近同時(shí)發(fā)聲的弱純音，這種特性稱為頻域掩蔽，也稱同時(shí)掩蔽

(simultaneousmasking)，如圖1所示。

從圖1中可以看到，聲音頻率在300Hz附近、聲強(qiáng)約為60dB的聲音掩蔽了聲音頻率在150

Hz附近、聲強(qiáng)約為40db的聲音。又如，一個(gè)聲強(qiáng)為60dB、頻率為1000Hz的純音，另外

還有一個(gè)1100Hz的純音，前者比后者高18dB，在這種情況下我們的耳朵就只能聽到那個(gè)

1000Hz的強(qiáng)音。如果有一個(gè)1000Hz的純音和一個(gè)聲強(qiáng)比它低18dB的2000Hz的純音，

那么我們的耳朵將會同時(shí)聽到這兩個(gè)聲音。要想讓2000Hz的純音也聽不到，則需要把它降

到比1000Hz的純音低45dB。一般來說，弱純音離強(qiáng)純音越近就越容易被掩蔽。

圖1聲強(qiáng)為60dB、頻率為1000Hz純音的掩蔽效應(yīng)

在圖2中的一組曲線分別表示頻率為250Hz，1kHz和4kHz純音的掩蔽效應(yīng)，它們的聲強(qiáng)

均為60dB。從圖2中可以看到：

1）在250Hz，1kHz和4kHz純音附近，對其他純音的掩蔽效果最明顯。

2）低頻純音可以有效地掩蔽高頻純音，但高頻純音對低頻純音的掩蔽作用則不明顯。

圖2不同純音的掩蔽效應(yīng)曲線

由于聲音頻率與掩蔽曲線不是線性關(guān)系，為從感知上來統(tǒng)一度量聲音頻率，引入了“臨界頻

帶（criticalband）”的概念。通常認(rèn)為，在20Hz到16kHz范圍內(nèi)有24個(gè)臨界頻帶，如表

12-01所示。臨界頻帶的單位叫Bark（巴克），

1Bark=一個(gè)臨界頻帶的寬度

f(頻率)<500Hz的情況下，1Bark≈f/100

f(頻率)>500Hz的情況下，1Bark≈9+4log(f/1000)

以上我們討論了響度、音高和掩蔽效應(yīng)，尤其是人的主觀感覺。其中掩蔽效應(yīng)尤為重要，它

是心理聲學(xué)模型的基礎(chǔ)。

表1臨界頻帶

臨界

頻帶

頻率(Hz)

臨界

頻帶

頻率(Hz)

低端高端寬度低端高端寬度

002320320

22003150450

33503700550

44004400700

55105300900

663064001100

777077001300

892

9195

12312

111485

80

時(shí)域掩蔽

除了同時(shí)發(fā)出的聲音之間有掩蔽現(xiàn)象之外，在時(shí)間上相鄰的聲音之間也有掩蔽現(xiàn)象，并且稱

為時(shí)域掩蔽。時(shí)域掩蔽又分為超前掩蔽(pre-masking)和滯后掩蔽(post-masking)，如圖3所示。

產(chǎn)生時(shí)域掩蔽的主要原因是人的大腦處理信息需要花費(fèi)一定的時(shí)間。一般來說，超前掩蔽很

短，只有大約5～20ms，而滯后掩蔽可以持續(xù)50～200ms。

圖3時(shí)域掩蔽

除了頻域掩蔽和時(shí)域掩蔽外，還存在一種被稱之為“時(shí)間掩蔽”的效應(yīng)。

同步掩蔽效應(yīng)和不同頻率聲音的頻率和相對音量有關(guān)，而時(shí)間掩蔽則僅僅和時(shí)間有關(guān)。

如果兩個(gè)聲音在時(shí)間上特別接近，我們在分辨它們的時(shí)候就會有困難。例如，如果一個(gè)很響

的聲音后面緊跟著一個(gè)很弱的聲音，后一個(gè)聲音就很難聽到。但是如果在第一個(gè)聲音停止后

過一段時(shí)間再播放第二個(gè)聲音，后一個(gè)聲音就可以聽到。對純音一般來講，這個(gè)間隔時(shí)間是

5毫秒。當(dāng)然如果在時(shí)序上反過來，效果是一樣的。如果一個(gè)較低的聲音出現(xiàn)在一個(gè)較高的

聲音之前，而且間隔很短，那個(gè)較低的聲音我們也聽不到。

掩蔽效應(yīng)的應(yīng)用

掩蔽效應(yīng)是指人的耳朵只對最明顯的聲音反應(yīng)敏感，而對于不敏感的聲音，反應(yīng)則較不為敏

感。例如在聲音的整個(gè)頻率譜中，如果某一個(gè)頻率段的聲音比較強(qiáng)，則人就對其它頻率段的

聲音不敏感了。

應(yīng)用此原理，人們發(fā)明了mp3等壓縮的數(shù)字音樂格式，在這些格式的文件里，只突出記錄

了人耳朵較為敏感的中頻段聲音，而對于較高和較低的頻率的聲音則簡略記錄，從而大大壓

縮了所需的存儲空間。

MP3用戶可以指定每一秒的音樂是用多少個(gè)bit來存儲。而MP3編解碼器只關(guān)心頻率之間

和音量之間的相互關(guān)系。

編碼過程中，信號中的“無用分量”被拿來和人類心理聲學(xué)的數(shù)學(xué)模型，以及壓縮使用的比特

率作比較，以決定要扔掉哪些數(shù)據(jù)。當(dāng)前MP3壓縮使用的比特率一般是128kbps。編碼器

在輸出每一幀數(shù)據(jù)的時(shí)候都會考慮到這個(gè)數(shù)字，如果比特率比較低，那么“無關(guān)”和“冗余”數(shù)

據(jù)的定義就會被放寬，導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是無用數(shù)據(jù)，此時(shí)壓縮后的音頻會丟失大量細(xì)

節(jié)，導(dǎo)致音質(zhì)下降。相反，如果使用較高的比特率編碼，“無關(guān)”和“冗余”的標(biāo)準(zhǔn)就會被限定

的更嚴(yán)格，細(xì)節(jié)會被保留，但是文件更大。

除此之外，聽覺的掩蔽效應(yīng)在電聲領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。如動(dòng)態(tài)降噪，就是根據(jù)不同的節(jié)目對

噪聲的掩蔽不同的原理設(shè)計(jì)的。

掩蔽效應(yīng)不僅是聽覺生理現(xiàn)象，也是心理現(xiàn)象，“雞尾酒效應(yīng)”就是其中的一例。雞尾酒效

應(yīng)是指當(dāng)注意力十分集中時(shí)，或?qū)Ρ容^熟悉的聲音，人的聽覺可以從相當(dāng)嚴(yán)重的掩蔽噪聲下，

有選擇地傾聽想要聽的聲音。在許多人相聚的雞尾酒會中，可以對特定人的的講話聽的最清

楚，這在實(shí)際錄音中也有很多的應(yīng)用。

隨著對于掩蔽效應(yīng)的不段深入研究和應(yīng)用，會有越來越多的新原理和新技術(shù)誕生，服務(wù)于我

們。