Слуховая маскировка возникает, когда на восприятие одного звука влияет присутствие другого звука. [1]
Слуховое маскирование в частотной области известно как одновременное маскирование , частотное маскирование или спектральное маскирование . Слуховое маскирование во временной области известно как временное маскирование или неодновременное маскирование .
Маскированный порог [ править ]
Разоблачен порогом является бесшумным уровнем сигнала , который может быть воспринят без подарка маскирования сигнала. Порог маскируется является бесшумным уровень сигнала воспринимается в сочетании с специфическим маскирующим шумом. Величина маскирования - это разница между замаскированным и немаскированным порогами.
Гельфанд дает простой пример. [1] Предположим, что для данного человека звук кошки, царапающей столб в спокойной обстановке, сначала слышен на уровне 10 дБ SPL . Однако при наличии маскирующего шума (например, пылесос, который работает одновременно) этот же человек не может уловить звук кошачьего царапания, если уровень царапанья не превышает 26 дБ SPL. Мы бы сказали, что немаскированный порог для этого человека для целевого звука (т. Е. Кошачьего царапания) составляет 10 дБ SPL, а замаскированный порог - 26 дБ SPL. Величина маскирования - это просто разница между этими двумя порогами: 16 дБ.
Степень маскирования будет варьироваться в зависимости от характеристик как целевого сигнала, так и маскирующего устройства, а также будет зависеть от конкретного слушателя. В то время как человек в приведенном выше примере смог обнаружить кошачье царапание на уровне 26 дБ УЗД, другой человек может не услышать, как кошка царапает, пока вакуум был включен, пока уровень звука кошачьего царапания не увеличился до 30 дБ УЗД Таким образом, степень маскировки для второго слушателя составляет 20 дБ).
Одновременное маскирование [ править ]
Одновременное маскирование происходит, когда звук становится неслышимым из-за шума или нежелательного звука той же длительности, что и исходный звук. [2] Например, мощный пик на 1 кГц будет иметь тенденцию замаскировать тон более низкого уровня на 1,1 кГц. Кроме того, два синусоидальных тона с частотой 440 и 450 Гц могут быть четко различимы при разделении. При одновременном представлении их невозможно четко понять.
Критическая пропускная способность [ править ]
Если одновременно воспроизводятся два звука двух разных частот, часто можно услышать два отдельных звука, а не комбинированный тон . Способность слышать частоты по отдельности называется частотным разрешением или частотной избирательностью . Когда сигналы воспринимаются как комбинированный тон, говорят, что они находятся в одной критической полосе частот . Считается, что этот эффект возникает из-за фильтрации внутри улитки , органа слуха во внутреннем ухе. Сложный звук расщепляется на разные частотные компоненты, и эти компоненты вызывают пик модели вибрации в определенном месте на ресничках внутри базилярной мембраны.внутри улитки. Затем эти компоненты кодируются независимо от слухового нерва, который передает звуковую информацию в мозг. Это индивидуальное кодирование происходит только в том случае, если частотные составляющие достаточно различаются по частоте, в противном случае они находятся в одной критической полосе, кодируются в одном месте и воспринимаются как один звук вместо двух. [3]
Фильтры, которые отличают один звук от другого, называются слуховыми фильтрами , каналами прослушивания или критической полосой пропускания . Разрешение по частоте происходит на базилярной мембране из-за того, что слушатель выбирает фильтр, центрированный по частоте, которую они ожидают услышать, - частоте сигнала. Точно настроенный фильтр имеет хорошее разрешение по частоте, поскольку пропускает центральные частоты, но не пропускает другие частоты (Пиклз, 1982). Повреждение улитки и наружных волосковых клеток в улитке может нарушить способность различать звуки (Moore 1986). Это объясняет, почему человеку с потерей слуха из-за повреждения улитки будет сложнее, чем человеку с нормальным слухом, различать разные согласные в речи. [4]
Маскирование иллюстрирует пределы частотной избирательности. Если сигнал маскируется маскером с частотой, отличной от частоты сигнала, то слуховая система не может различить две частоты. Экспериментируя с условиями, при которых один звук может маскировать ранее услышанный сигнал, можно проверить частотную избирательность слуховой системы. [5]
Подобные частоты [ править ]
Насколько эффективен маскер при повышении порога сигнала, зависит от частоты сигнала и частоты маскера. Графики на рисунке B представляют собой серию шаблонов маскирования, также известных как маскирующие аудиограммы . На каждом графике показано количество маскирования, производимое на каждой частоте маскера, показанной в верхнем углу, 250, 500, 1000 и 2000 Гц. Например, на первом графике маскер представлен на частоте 250 Гц одновременно с сигналом. На график наносится величина, на которую маскер увеличивает порог сигнала, и это повторяется для различных частот сигнала, показанных на оси X. Частота маскера остается постоянной. Эффект маскировки показан на каждом графике при различных уровнях маскирующего звука.
На рисунке B по оси Y показана степень маскировки. Наибольшая маскировка возникает, когда маскирующий элемент и сигнал имеют одинаковую частоту, и она уменьшается по мере удаления частоты сигнала от частоты маскирующего устройства. [1] Это явление называется частотной маскировкой и происходит потому, что маскер и сигнал находятся в одном слуховом фильтре (Рисунок C). Это означает, что слушатель не может различить их, и они воспринимаются как один звук, причем более тихий звук маскируется более громким (Рисунок D).
Степень, на которую маскер поднимает порог сигнала, намного меньше при маскировании вне частоты, но он имеет некоторый эффект маскировки, потому что часть маскера перекрывается со слуховым фильтром сигнала (Рисунок E) [5]
Внечастотное маскирование требует, чтобы уровень маскатора был выше, чтобы иметь эффект маскирования; это показано на рисунке F. Это связано с тем, что только определенное количество маскировщика перекрывается со слуховым фильтром сигнала, и требуется больше маскировщика, чтобы перекрыть сигнал. [5]
Более низкие частоты [ править ]
Шаблон маскировки изменяется в зависимости от частоты маскирующего устройства и интенсивности (Рисунок B). Для низких уровней на графике 1000 Гц, таких как диапазон 20–40 дБ, кривая относительно параллельна. По мере увеличения интенсивности маскера кривые расходятся, особенно для сигналов с частотой выше, чем у маскера. Это показывает, что есть распространение эффекта маскировки вверх по частоте по мере увеличения интенсивности маскирующего устройства. Кривая на высоких частотах намного мельче, чем на низких. Это сглаживание называется восходящим распространением маскирования, и именно поэтому мешающий звук маскирует высокочастотные сигналы намного лучше, чем низкочастотные. [1]
Рисунок B также показывает, что по мере увеличения частоты маскирования шаблоны маскирования становятся все более сжатыми. Это демонстрирует, что высокочастотные маскирующие устройства эффективны только в узком диапазоне частот, близких к частоте маскирующего устройства. С другой стороны, низкочастотные маскеры эффективны в широком диапазоне частот. [1]
Харви Флетчер провел эксперимент, чтобы выяснить, какая часть полосы шума способствует маскировке тона. В эксперименте сигнал с фиксированным тоном имел различную ширину полосы шума, сосредоточенную на нем. Маскированный порог записывался для каждой полосы пропускания. Его исследование показало, что существует критическая ширина полосы шума, которая вызывает максимальный эффект маскировки, а энергия за пределами этой полосы не влияет на маскировку. Это можно объяснить тем, что слуховая система имеет слуховой фильтр, центрированный по частоте тона. Полоса пропускания маскера, который находится внутри этого слухового фильтра, эффективно маскирует тон, но маскер вне фильтра не имеет никакого эффекта (Рисунок G).
Это используется в файлах MP3 для уменьшения размера аудиофайлов. Части сигналов, выходящие за пределы критической полосы пропускания, представлены с пониженной точностью. Части сигналов, воспринимаемые слушателем, воспроизводятся с большей точностью. [6]
Эффекты интенсивности [ править ]
Различные уровни интенсивности также могут влиять на маскировку. Нижний конец фильтра становится более плоским с увеличением уровня децибел, тогда как верхний конец становится немного круче. Изменения наклона высокочастотной стороны фильтра с интенсивностью менее последовательны, чем на низких частотах. На средних частотах (1–4 кГц) наклон увеличивается с увеличением интенсивности, но на низких частотах нет четкого наклона с уровнем, а фильтры на высоких центральных частотах показывают небольшое уменьшение наклона с увеличением уровня. Резкость фильтра зависит от входного уровня, а не выходного уровня фильтра. Нижняя часть слухового фильтра также расширяется с увеличением уровня. [5] Эти наблюдения показаны на рисунке Н.
Временное маскирование [ править ]
Временная маскировка или неодновременная маскировка возникает, когда из-за внезапного звука стимула не слышны другие звуки, которые присутствуют непосредственно перед или после стимула. Маскирование, которое скрывает звук, непосредственно предшествующий маскирующему устройству, называется обратной маскировкой или предварительным маскированием, а маскирование, которое затемняет звук, непосредственно следующий за маскирующим устройством, называется прямым маскированием или пост-маскированием . [5] Эффективность временного маскирования экспоненциально затухает от начала и до смещения маскера, при этом начальное затухание длится примерно 20 мс, а затухание смещения длится примерно 100 мс.
Подобно одновременной маскировке, временная маскировка показывает частотный анализ, выполняемый слуховой системой; Пороги прямой маскировки для сложных гармонических тонов (например, пилообразный зонд с основной частотой 500 Гц) демонстрируют пороговые пики (т. е. высокие уровни маскирования) для полос частот, сосредоточенных на первых нескольких гармониках. Фактически, ширина полосы слуха, измеренная по порогам прямой маскировки, уже и точнее, чем измеренная с использованием одновременной маскировки.
Временную маскировку не следует путать с акустическим рефлексом уха , непроизвольной реакцией среднего уха, которая активируется для защиты тонких структур уха от громких звуков.
Другие условия маскировки [ править ]
Ипсилатеральная («та же сторона») маскировка - не единственное условие, при котором происходит маскировка. Другая ситуация, когда происходит маскирование, называется одновременной маскировкой с противоположной стороны. В этом случае это тот случай, когда сигнал может быть слышен в одном ухе, но намеренно устраняется путем наложения маскирующего устройства на другое ухо.
Последняя ситуация, когда происходит маскирование, называется центральной маскировкой. Это относится к случаю, когда маскировщик вызывает повышение порога. Это может происходить в отсутствие или в дополнение к другому эффекту и связано с взаимодействиями внутри центральной нервной системы между отдельными нервными входами, полученными от маскера, и сигналом. [1]
Воздействие различных типов стимулов [ править ]
Были проведены эксперименты, чтобы увидеть различные эффекты маскировки при использовании маскера, который имеет форму узкополосного шума или синусоидального тона.
Когда синусоидальный сигнал и синусоидальный маскер (тон) подаются одновременно, огибающая комбинированного стимула колеблется в виде регулярных колебаний, описываемых как биения. Колебания происходят со скоростью, определяемой разницей между частотами двух звуков. Если разница частот небольшая, то звук воспринимается как периодическое изменение громкости отдельного тона. Если удары быстрые, это можно охарактеризовать как ощущение шероховатости. При большом разделении частот эти два компонента слышны как отдельные тона без шероховатости или биений. Биения могут указывать на наличие сигнала, даже если сам сигнал не слышен. Влияние биений можно уменьшить, используя узкополосный шум, а не синусоидальный тон для сигнала или маскера. [3]
Механизмы маскировки [ править ]
Есть много разных механизмов маскировки, один из которых - подавление. Это когда происходит снижение реакции на сигнал из-за присутствия другого. Это происходит потому, что исходная нейронная активность, вызванная первым сигналом, снижается нейронной активностью другого звука. [7]
Комбинированные тона - это продукты сигнала и маскатора. Это происходит, когда два звука взаимодействуют, создавая новый звук, который может быть более слышимым, чем исходный сигнал. Это вызвано нелинейным искажением в ухе. Например, комбинированный тон двух маскировщиков может быть лучшим маскером, чем два исходных маскера по отдельности. [5]
Звуки взаимодействуют по-разному в зависимости от разницы в частоте между двумя звуками. Два наиболее важных - это кубические разностные тона [ требуется определение ] и квадратичные разностные тона [ необходимо определение ] . [5]
Тона кубической разности рассчитываются по сумме. [ требуется разъяснение ]
2F1 - F2 [8]
(F1 - первая частота, F2 - вторая). Они слышны большую часть времени, особенно когда уровень исходного тона низкий. Следовательно, они имеют большее влияние на кривые психоакустической настройки, чем квадратичные разностные тона.
Квадратичные разностные тона являются результатом [ требуется пояснение ]
F2 - F1
Это происходит на относительно высоких уровнях и, следовательно, меньше влияет на кривые психоакустической настройки. [5]
Комбинированные тона могут взаимодействовать с первичными тонами, что приводит к вторичным комбинационным тонам из-за того, что они похожи на исходные первичные тона по своей природе, как стимул. Примером этого является
3F1 - 2F2
Вторичные комбинированные тона снова похожи на комбинированные тона основного тона. [5]
Прослушивание вне частоты [ править ]
Внечастотное прослушивание - это когда слушатель выбирает фильтр чуть ниже частоты сигнала, чтобы улучшить свои слуховые характеристики. Этот «нечастотный» фильтр снижает уровень маскатора больше, чем сигнал на уровне выходного сигнала фильтра, что означает, что они могут слышать сигнал более четко, что приводит к улучшению слуховых характеристик. [2]
Приложения [ править ]
Слуховая маскировка используется в масках для тиннитуса для подавления раздражающего звонка, шипения, гудения или шума в ушах, часто связанных с потерей слуха. Он также используется в различных видах аудиометрии, включая аудиометрию с чистым тоном и стандартный тест слуха для проверки каждого уха в одностороннем порядке и проверки распознавания речи при наличии частично маскирующего шума.
Слуховая маскировка используется для сжатия данных для звуковых сигналов ( MP3 ).
См. Также [ править ]
- Эффект коктейльной вечеринки
- Призрачная прерывность
- Психоакустика
- Прайминг ответа
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g h i j Гельфанд, С. А. (2004) Слух - Введение в психологическую и физиологическую акустику 4-е изд. Нью-Йорк, Марсель Деккер
- ^ a b Мур, BCJ (2004) Введение в психологию слуха , 5-е изд. Лондон, Elsevier Academic Press
- ^ a b Мур, BCJ (1986) Частотная селективность в слухе , Лондон, Academic Press
- ^ Мур, BCJ (1995) Perceptual Consequences of Cochlear Damage , Oxford, Oxford University Press.
- ^ a b c d e f g h i j k l Мур, BCJ (1998) Cochlear Hearing Loss , Лондон, Whurr Publishers Ltd
- ↑ Sellars, P. (2000), Perceptual Coding: How MP3 Compression Works , Cambridge: Sound on Sound , получено 12 декабря 2020 г.
- ^ Oxenham, AJ Plack, CJ Подавление и вверх распространение маскирования, журнал Американского акустического общества, 104 (6)стр. 3500-10
- ^ Ли, Kyogu и Ким, Minjong. Оценка амплитуды кубического разностного тона с использованием адаптивного фильтра Вольтерра третьего порядка , Труды 8-й Международной конференции по цифровым звуковым эффектам (DAFx'05), Мадрид, Испания, 20–22 сентября 2005 г., с. 297
- Пиклз, Дж. О. (1982) Введение в физиологию слуха , Лондон, Academic Press
Внешние ссылки [ править ]
- «Добавление одновременной маскировки» Б. Линкольна из Стэнфордского университета.
- Слуховая маскировка и широкополосное звуковое кодирование - видеолекция профессора Э. Амбикаираджа
