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  • 掩蔽效应

    2017-07-15 18:32:29
    I、预备知识 1,振幅 影响响度,振幅越大,响度越大,反之亦然。 2,频率 影响音调,频率越大,音调越高,反之亦然。 II、定义: 1)从振幅的角度来说,响度大的...以上描述中,关于生硬的遮蔽特点称之为掩蔽效应

    I、预备知识


    1,振幅 影响响度,振幅越大,响度越大,反之亦然。

    2,频率 影响音调,频率越大,音调越高,反之亦然。


    II、定义

    1)从振幅的角度来说,响度大的声音会遮住响度小的声音;

    2)从频率的角度来说,音调低的声音会遮住音调高的声音;

    以上描述中,关于声音遮蔽的这一特点称之为掩蔽效应。

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  • 音视频知识-掩蔽效应

    千次阅读 2018-03-13 18:08:09
    一个较弱的声音的听觉感受被另一个较强的声音影响的现象,我们就称之为人耳的“掩蔽效应”。“掩蔽效应”在实际声学应用中有很重要的作用。 我们假设安静的环境下,听清楚声音A的阈值为30dB,若此时又能同时听见...

    写在前面

    如果大家对音视频相关知识感兴趣,可以订阅我的专题 视频播放器和音视频基础知识

    正文

    掩蔽效应概念

    所谓的掩蔽效应是指: 一个较弱的声音的听觉感受被另一个较强的声音影响的现象,我们就称之为人耳的“掩蔽效应”。“掩蔽效应”在实际声学应用中有很重要的作用。

    我们假设安静的环境下,听清楚声音A的阈值为30dB,若此时又能同时听见声音B,这时由于B的影响,使得 A的阈值提高到了40dB,即比原来提高了10dB。此时,我们就称B为掩蔽声,A为被掩蔽声。被掩蔽声听阈提高的分贝数称为掩蔽量,即上述10dB为掩蔽量,40dB称为掩蔽阈。

    掩蔽可分成频域掩蔽和时域掩蔽。

    频域掩蔽

    事实上,掩蔽效应并不仅仅是个音量问题,因为当掩蔽音与被掩蔽音的频率不相同的时候,掩蔽作用并不那么严重。但一个响亮的纯音很容易就把另一个频率更高的纯音给掩蔽掉。

    一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音,这种特性称为频域掩蔽,也称同时掩蔽(simultaneous masking),如图1所示。

    从图1中可以看到,声音频率在300 Hz附近、声强约为60 dB的声音掩蔽了声音频率在150 Hz附近、声强约为40 db的声音。又如,一个声强为60 dB、频率为1000 Hz的纯音,另外还有一个1100 Hz的纯音,前者比后者高18 dB,在这种情况下我们的耳朵就只能听到那个1000 Hz的强音。如果有一个1000 Hz的纯音和一个声强比它低18 dB的2000 Hz的纯音,那么我们的耳朵将会同时听到这两个声音。要想让2000 Hz的纯音也听不到,则需要把它降到比1000 Hz的纯音低45 dB。一般来说,弱纯音离强纯音越近就越容易被掩蔽。

    !图1 声强为60 dB、频率为1000 Hz纯音的掩蔽效应

    在图2中的一组曲线分别表示频率为250 Hz,1 kHz和4 kHz纯音的掩蔽效应,它们的声强均为60 dB。从图2中可以看到:

    1)在250 Hz,1 kHz和4 kHz纯音附近,对其他纯音的掩蔽效果最明显。

    2)低频纯音可以有效地掩蔽高频纯音,但高频纯音对低频纯音的掩蔽作用则不明显。

    !图2 不同纯音的掩蔽效应曲线

    由于声音频率与掩蔽曲线不是线性关系,为从感知上来统一度量声音频率,引入了“临界频带(critical band)”的概念。通常认为,在20 Hz到16 kHz范围内有24个临界频带,临界频带的单位叫Bark(巴克),

    1 Bark = 一个临界频带的宽度

    f(频率)< 500 Hz的情况下,1 Bark≈f/100

    f(频率) > 500 Hz的情况下,1Bark≈9 + 4log(f/1000)

    以上我们讨论了响度、音高和掩蔽效应,尤其是人的主观感觉。其中掩蔽效应尤为重要,它是心理声学模型的基础。

    表1临界频带

    时域掩蔽

    除了同时发出的声音之间有掩蔽现象之外,在时间上相邻的声音之间也有掩蔽现象,并且称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽(pre-masking)和滞后掩蔽(post-masking),如图3所示。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间。一般来说,超前掩蔽很短,只有大约5~20 ms,而滞后掩蔽可以持续50~200 ms。
    !图3 时域掩蔽

    除了频域掩蔽和时域掩蔽外,还存在一种被称之为“时间掩蔽”的效应。

    同步掩蔽效应和不同频率声音的频率和相对音量有关,而时间掩蔽则仅仅和时间有关。
    如果两个声音在时间上特别接近,我们在分辨它们的时候就会有困难。例如,如果一个很响的声音后面紧跟着一个很弱的声音,后一个声音就很难听到。但是如果在第一个声音停止后过一段时间再播放第二个声音,后一个声音就可以听到。对纯音一般来讲,这个间隔时间是5毫秒。当然如果在时序上反过来,效果是一样的。如果一个较低的声音出现在一个较高的声音之前,而且间隔很短,那个较低的声音我们也听不到。

    掩蔽效应的应用

    掩蔽效应是指人的耳朵只对最明显的声音反应敏感,而对于不敏感的声音,反应则较不为敏感。例如在声音的整个频率谱中,如果某一个频率段的声音比较强,则人就对其它频率段的声音不敏感了。

    应用此原理,人们发明了mp3等压缩的数字音乐格式,在这些格式的文件里,只突出记录了人耳朵较为敏感的中频段声音,而对于较高和较低的频率的声音则简略记录,从而大大压缩了所需的存储空间。

    MP3用户可以指定每一秒的音乐是用多少个bit来存储。而MP3编解码器只关心频率之间和音量之间的相互关系。

    编码过程中,信号中的“无用分量”被拿来和人类心理声学的数学模型,以及压缩使用的比特率作比较,以决定要扔掉哪些数据。当前MP3压缩使用的比特率一般是128kbps。编码器在输出每一帧数据的时候都会考虑到这个数字,如果比特率比较低,那么“无关”和“冗余”数据的定义就会被放宽,导致大量的数据被认为是无用数据,此时压缩后的音频会丢失大量细节,导致音质下降。相反,如果使用较高的比特率编码,“无关”和“冗余”的标准就会被限定的更严格,细节会被保留,但是文件更大。

    除此之外,听觉的掩蔽效应在电声领域也被广泛应用。如动态降噪,就是根据不同的节目对噪声的掩蔽不同的原理设计的。

    掩蔽效应不仅是听觉生理现象,也是心理现象,“鸡尾酒效应”就是其中的一例。鸡尾酒效应是指当注意力十分集中时,或对比较熟悉的声音,人的听觉可以从相当严重的掩蔽噪声下,有选择地倾听想要听的声音。在许多人相聚的鸡尾酒会中,可以对特定人的的讲话听的最清楚,这在实际录音中也有很多的应用。

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  • 浅谈掩蔽效应

    千次阅读 2020-01-23 20:41:41
    掩蔽效应是使一个声音A能被感知的阈值因另一个声音B的出现而提高的现象,其中声音B为掩蔽声,声音A为被掩蔽声。 首先要弄明白什么是被感知的阈值,个人理解就是某个声音能被人耳感知到的最低声压级。以纯音对纯音的...

    本文章是基于《MATLAB在语音信号分析与合成中的应用》的读书心得,在此感谢。
    掩蔽效应是使一个声音A能被感知的阈值因另一个声音B的出现而提高的现象,其中声音B为掩蔽声,声音A为被掩蔽声。
    首先要弄明白什么是被感知的阈值,个人理解就是某个声音能被人耳感知到的最低声压级。以纯音对纯音的掩蔽为例(如下图所示),通过可听阈曲线可以清楚的发现,在没有掩蔽声的情况下,人耳可听到声音A、声音B及声音C的最低声压级为a、b和c。而当掩蔽声出现后,此时人耳可听到声音A、声音B及声音C的最低声压级提高到a’、b’和c’。图中掩蔽阈值曲线表示在该掩蔽声下,声音A、声音B及声音C能被人耳感知的最低声压级。显然,当掩蔽声出现后,本来可以听到的三个声音,变得听不到了。
    在这里插入图片描述

    一般来说,掩蔽声越强,掩蔽声与被掩蔽声的频率靠得越近,掩蔽效果越明显,当两者频率相同时,掩蔽效果最大。

    上述讨论的是掩蔽声和被掩蔽声同时出现的情况,当两者不同时出现时,也存在掩蔽效果,称为短时掩蔽。短时掩蔽分为两种情况,第一种情况是当掩蔽声和被掩蔽声同时存在时,掩蔽声突然消失后,其掩蔽作用也会持续0.5-2s时长,这是由于人耳的存储效应所致。另一种情况是被掩蔽声先出现,相隔0.05~0.2s之内,掩蔽声紧接着出现,它也会对被掩蔽声起掩蔽作用,即人耳至始至终都不会感知到被掩蔽声的存在。

    还有一种常见的掩蔽效应是噪声对纯音的掩蔽。该方法是用一个中心频率为f,带宽为△f的白噪声来掩蔽一个频率为f的纯音。刚能掩蔽该纯音的窄带噪声的带宽△f称之为听觉临界频带。这种现象可从听觉生理上找到依据。人耳基底膜可划分成许多很小的部分,每个部分对应一个频率群,可将20~22050Hz频带分为25个频率群(如下表所示)。每个部分的那些频率声音,大脑是叠加在一起进行评价的,如果它们同时发声,可以互相掩蔽。
    在这里插入图片描述

    研究掩蔽效应,有助于对音色、响度和音高的理解和估计。在语音增强和语音编码中,利用掩蔽效应改善输出语音质量已取得很大的效益,掩蔽效应也可用于改善电动汽车车内的来自电机的高频噪声问题。

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  • 声学漫谈之二:声音的掩蔽效应

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    声学漫谈之二:声音的掩蔽效应 (2016-5-30 20:14) 标签:声学基础,掩蔽效应 人耳能够在寂静的环境中分辨出轻微的声音,但是在嘈杂的环境里,这些轻微的声音就会被杂音所淹没。这种由于第一个声音的存在而...

    声学漫谈之二:声音的掩蔽效应

    (2016-5-30 20:14)
    标签:声学基础,掩蔽效应

    人耳能够在寂静的环境中分辨出轻微的声音,但是在嘈杂的环境里,这些轻微的声音就会被杂音所淹没。这种由于第一个声音的存在而使得第二个声音听阈提高的现象就称为掩蔽效应。第一个声音称为掩蔽声,第二个声音称为被掩蔽声,第二个声音听阈提高的数量称为掩蔽效应。

    掩蔽效应发生时,一般以不同性质的声音作为掩蔽声,比如纯音、复音、噪声等。研究还发现,当掩蔽声和被掩蔽声不同时到达时,也会发生掩蔽,这种掩蔽现象称为非同时掩蔽。掩蔽声作用在被掩蔽声之前所发生的掩蔽,称为前掩蔽;掩蔽声作用在被掩蔽声之后所发生的掩蔽,称为后掩蔽。

    听觉的掩蔽效应一般是用掩蔽声存在时的新的听阈曲线来表示,因此这里涉及的被掩蔽声一般是指纯音。掩蔽声存在的听阈称为掩蔽阈。

    1、纯音的掩蔽

    纯音是最简单的一种声音,下图反映的是1KHz,80dB纯音为掩蔽声时,测得的纯音的听阈随频率变化的特性。图中,虚线为听阈的曲线,实线为掩蔽阈曲线,文字表示了在不同区域所能听到的声音。

    在700Hz以下,和9KHz以上的频率范围,纯音的听阈几乎不受掩蔽声的影响。

    在700Hz到9KHz之间,纯音的听阈明显提高,越接近掩蔽声的频率,掩蔽量就越大。

    纯音的掩蔽基本符合以下几个规律:低音容易掩蔽高音,高音较难掩蔽低音;频率相近的纯音容易互相掩蔽;提高掩蔽声的声压级时,掩蔽阈会提高,而且被掩蔽的频率范围会扩展。

    2、复音的掩蔽

    大多数声音是以复音的形式存在的。乐音一般是由一个基频和多个谐频组成的,音色主要取决于其谐频结构。复音的掩蔽范围主要是由复音所包含的频率成分决定,在每个所包含的频率附近都有产生一个最大的掩蔽量,当频率小于复音所包含的最小频率或大于其所包含的最大频率时,掩蔽效应逐渐减弱,并且掩蔽阈趋近于无掩蔽声时的听阈。

    3、窄带噪声的掩蔽

    窄带噪声通常是指带宽等于或者小于听觉临界频带的噪声。用纯音做为掩蔽声时,由于存在拍音和差音,掩蔽阈的测量比较困难。如果用窄带白噪声作为掩蔽声,测量较为容易,结果比较可靠。窄带噪声的掩蔽特性和纯音的掩蔽特性十分相似,只是曲线的左右不对称特性没有那么强。下图显示的是,以不同中心频率的窄带噪声作为掩蔽声时的听阈曲线,窄带噪声的中心频率分别为0.25KHz,1KHz,4KHz。

    3、非同时掩蔽效应

    声音信号大多数时候时非稳态的瞬时信号,声压级随着时间变化很快,即强音后面跟着弱音,弱音后面又可能跟着强音。比较强的声音往往会掩蔽随后到来的较弱音。

    一般来说,同时掩蔽效应最强,掩蔽量最大;前掩蔽效应要大于后掩蔽效应,前掩蔽发生作用的时间远大于后掩蔽的时间。掩蔽声发生在测试信号之前的掩蔽现象容易理解,因为听觉具有记忆功能。而由于听觉对声音的感觉需要一个建立过程,所以就会有一定的延迟,而听觉对于较强声音感觉的建立要快于对较弱声音感觉的建立,所以存在后掩蔽的现象。

     

    根据掩蔽效应的原理,才衍生出电声技术指标中的SNR(信号噪声比),以及THD(谐波失真)等。当噪声或者失真保持在一定范围内的时候,对听觉效果没有影响。


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空空如也

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