Войти
Слуховое маскирование происходит, когда на восприятие одного звука влияет присутствие другого звука.
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 .
Незамаскированный порог - это самый тихий уровень сигнал, который можно воспринимать без маскирующего сигнала. Маскируемый порог - это самый тихий уровень сигнала, воспринимаемого в сочетании с определенным маскирующим шумом. Величина маскирования - это разница между замаскированным и немаскированным порогами.
Рисунок A - адаптировано из Гельфанда (2004) Гельфанд дает базовый пример. Предположим, что для данного человека звук кошки, царапающей столб в другой тихой 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 царапанья, 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 маскатора, 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 до тех пор, пока уровень звука кошачьего царапанья не увеличится до 30 дБ УЗД ( Таким образом, степень маскировки для второго слушателя составляет 20 дБ).
Одновременное маскирование происходит, когда звук становится неслышимым из-за шума или нежелательного звука той же длительности, что и исходный звук. Например, мощный выброс на частоте 1 кГц будет иметь тенденцию замаскировать тон более низкого уровня на частоте 1,1 кГц. Кроме того, два синусоидальных тона с частотой 440 и 450 Гц могут быть четко различимы при разделении. Они не могут быть ясно восприняты при одновременном представлении.
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 в паттерне вибрации в определенном месте на ресничках внутри базилярной мембраны внутри улитки. Затем эти компоненты кодируются независимо на слуховом нерве, который передает звуковую информацию в мозг. Это индивидуальное кодирование происходит только в том случае, если частотные компоненты достаточно различаются по частоте, в противном случае они находятся в одной критической полосе, кодируются в одном месте и воспринимаются как один звук вместо двух.
Фильтры, которые различают один звук от другого называют каналами прослушивания или критическими полосами 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 труднее, чем человеку с нормальным слухом, различать разные согласные в речи.
Маскирование иллюстрирует пределы частотной избирательности. Если сигнал маскируется маскером с частотой, отличной от частоты сигнала, то слуховая система не может различить эти две частоты. Экспериментируя с условиями, при которых один звук может маскировать ранее услышанный сигнал, можно проверить частотную избирательность слуховой системы.
Рисунок B - По материалам Ehmer Насколько эффективен маскер при повышении порога сигнала зависит частота сигнала и частота маскера. Графики на рисунке B представляют собой серию шаблонов маскирования, также известных как маскирование аудиограмм. 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.
Рисунок C - Адаптировано из Гельфанда 2004 
Рисунок D - Адаптировано из Гельфанда 2004 Рисунок B показывает по оси Y 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. Это явление называется частотной маскировкой и возникает из-за того, что маскирующий элемент 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).
Рисунок E - адаптировано из Мура 1998 Величина, на которую маскер поднимает порог сигнала, намного меньше при маскировке вне частоты, но она имеет некоторый эффект маскирования, потому что часть маскера перекрывается со слуховым фильтром сигнал (Рисунок E)
Рисунок F - адаптировано из Moore 1998 Для маскирования вне частот требуется, чтобы уровень маскатора был выше, чтобы иметь эффект маскирования; это показано на рисунке F. Это связано с тем, что только определенное количество маскирующего элемента перекрывается со слуховым фильтром сигнала и требуется больше маскировщика, чтобы перекрыть сигнал.
Шаблон маскирования изменяется в зависимости от частоты маскера 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 выравнивание называется восходящим распространением маскирования, и именно поэтому мешающий звук маскирует высокочастотные сигналы намного лучше, чем низкочастотные сигналы.
На рисунке B также показано, что с увеличением 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.
Рисунок G - адаптированный из диаграммы Гельфанда Харви Флетчер провел эксперимент, чтобы выяснить, какая часть полосы шума способствует маскировка 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, находящегося внутри этого слухового фильтра, эффективно маскирует тон, но маскировщик вне фильтра не имеет никакого эффекта (Рисунок G).
Используется в файлах MP3 для уменьшения размера аудиофайлов. Части сигналов, выходящие за пределы критической полосы пропускания, представлены с пониженной точностью. Части сигналов, которые воспринимаются слушателем, воспроизводятся с большей точностью.
Рисунок H - адаптировано из Мура 1998 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 постоянны, чем на низких частотах. На средних частотах (1–4 кГц) наклон увеличивается с увеличением интенсивности, но на низких частотах нет явного 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. Эти наблюдения проиллюстрированы на рисунке H.
Временное маскирование или неодновременное маскирование происходит, когда внезапный звук стимула издает неслышимые другие звуки, которые присутствуют непосредственно перед или после стимула. Маскирование, которое затемняет звук, непосредственно предшествующий маскировщику, называется обратным маскированием или предварительным маскированием и маскированием, которое затемняет звук, непосредственно следующий за маскирующим устройством, называется прямым маскированием или постмаскированием. 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 одновременному маскированию, временное маскирование раскрывает частотный анализ, выполняемый слуховой системой; Пороги прямой маскировки для сложных гармонических тонов (например, пилообразный зонд с основной частотой 500 Гц) демонстрируют пороговые пики (то есть 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.
рисунок I - ипсилатеральное одновременное маскирование Ипсилатеральное («та же сторона») маскирование - не единственное условие, при котором имеет место маскирование. 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 центральным маскированием. 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 нейронными входами, полученными от маскатора, и сигналом.
Были проведены эксперименты, чтобы увидеть различные эффекты маскирования при использовании маскера, который имеет форму узкополосного шума или синусоидального тона.
Когда синусоидальный сигнал и синусоидальный маскирующий сигнал (тон) представлены 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.
Существует множество различных механизмов маскирования, 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.
Комбинированные тона являются продуктами 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 маскеров может быть лучшим маскером, чем два исходных маскера по отдельности.
Звуки взаимодействуют во многих отношениях в зависимости от разницы в частотах между двумя звуками. Два наиболее важных тона - это тона кубической разности и тона квадратичной разности.
Тона кубической разности вычисляются по сумме.
2F1 - F2
(F1 - первая частота, F2 - вторая). слышно большую часть времени, особенно при низком уровне исходного тона. Следовательно, они имеют большее влияние на кривые психоакустической настройки, чем квадратичные разностные тона.
Квадратичные разностные тона являются результатом
F2 - F1
Это происходит на относительно высоких уровнях, следовательно, они меньше влияют на психоакустические кривые настройки.
Комбинированные тона могут взаимодействовать с первичными тона, приводящие к вторичным комбинационным тонам из-за того, что они похожи на исходные первичные тона по своей природе, как стимулы. Примером этого является
3F1 - 2F2
Вторичные комбинированные тона снова похожи на комбинированные тоны основного тона.
Прослушивание вне частоты - 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.
Слуховая маскировка используется в маскерах 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 односторонней проверки каждого уха и проверки распознавания речи при наличии частично маскирующего шума.
Слуховое маскирование используется для сжатия данных для звуковых сигналов (MP3 ).
