声音的掩蔽效应

什么是掩蔽？

人们在安静环境中听一个声音,即使这个声音的声压级很低,也可以听到,说明人耳对这个声音的听阈可以很低。但是,在倾听一个声音的同时,如果存在另一个声音(掩蔽声),就会影响到人耳对所听声音的听闻效果,这时对所听声音的听阈就要提高。这种由于某个声音的存在而使人耳对别的声音听觉灵敏度降低的现象,称为“掩蔽效应”。

掩蔽效应出现在一个声信号由于同时存在的强度超过一定声级的声音，而被判断为听不懂或听不见。换句话说，一个音的听阀为另一个（掩蔽）声的存在而提高的过程。

声音如何发生掩蔽？

对于纯音，当声信号的频率接近掩蔽声的频率时，掩蔽效应更加明显。低频声对频率较高的声音产生可观的掩蔽效应，频率较高的声一定程度上也能掩蔽频率较低的音。随着掩蔽声的声压级升高，掩蔽的频率范围越来越大。注意，窄带噪声产生的掩蔽不能直接从用宽带噪声所作的掩蔽实验预估。反之亦然。

除了频率隐蔽外，还存在时间掩蔽，有时，一个音能被超前于他的声所掩蔽，这叫前掩蔽；也能被跟着他的声所掩蔽，这叫后掩蔽，后掩蔽的出现是当信号被切断，人耳需要一段时间来恢复正常听力。 举一个掩蔽的例子，一个很短的可听咔哒声，刚好在爆裂噪声后响起，但它是听不到的。

复杂的掩蔽效应

掩蔽效应宛如一个人站在你的面前会遮挡你的视线一样,一个声音也会被另一个声音所掩盖。即由于某一个声音的存在,要听清另外的声音必须把这些声音提高。听阈所提高的分贝数称为掩蔽量。人的听觉器官能够分辨同时存在的几个声音,但是若某一个声音增大,别的声音就难以听清甚至听不到了。

在音质设计较差的厅堂中,掩蔽现象是很普遍的,一些不想听到的噪声使听众很难或不可能听清楚和欣赏所要听的声音。在这种情况下,一种声音(如厅堂中的语言声)的听阈,由于其它声音的掩蔽(如街道噪声或通风噪声)而提高了。

掩蔽效应是一个较为复杂的生理和心理现象。大量的统计研究表明,一个声音对另一个声音的掩蔽量与很多因素有关,主要取决于这两个声音的相对强度和频率结构。但是听者对某个声音的注意力也会影响其它声音的掩蔽作用

一般来说,两个频率越接近的声音,彼此的掩蔽量就越大;声压级越高,掩蔽量也越大。此外,高频声容易被低频声掩蔽(特别是当低频声很响时),而低频声则很难为高频声掩蔽。例如,我们在欣赏音乐时,低音鼓的声压级即使并不高,我们也能从一片乐器声中清晰地听到它的声音。同理,具有高频特性的小提琴比较容易被低频的管乐器所掩蔽。

人耳具有一种不寻常的能力,能在噪声环境下有选择地分出他所感兴趣的某些“信号”,而目前的精密仪器还做不到这一点,这是因为人耳对声音除了有方位感外,还有注意力集中的心理因素。

例如我们坐在播放着较响音乐的收音机旁(这里把音乐当作干扰噪声),仍可用不大的声音交谈。当然,这时要求注意力集中才能听清对方的讲话,并且还容易疲劳。有人把这种在相当严重的掩蔽噪声下听出想要听的声音来的“容忍能力”称为“鸡尾酒会效应”,这是用在酒会的嘈杂人声中可以听出某一个人的说话内容而作的比喻。人类听觉的这种抗掩蔽选择作用对通讯很有现实意义。

工程应用

在实际工程中,往往需要考虑如何将一个声音降低到一定的声压级,以使它在本底噪声中听不出来。只要不需要的声音的强度与有用声相比已经足够弱,人们也就不觉得它的存在有多大的害处了,这时有用声信号掩蔽了不需要的声音信号。

对于以声音作安全信号的设备,应注意不要让其它噪声把安全信号掩蔽,否则会酿成事故。所以,在语言通讯和室内声学中,往往要避免和减少本底噪声对有用声信号的掩蔽。而在另一种情况下也可以利用掩蔽效应来抑制人耳敏感的噪声,或利用本底噪声的掩蔽以保证当事者语言通讯的私密性。

关于厅堂设计中的应用

在厅堂音质设计中,排除低频噪声干扰是一个重要的目的。掩蔽现象可以适当地应用于环境噪声控制。如果掩蔽噪声为连续的声音,而又不太响亮,且没有信息内容时,它可以成为使人易于接受的本底噪声,同时也可以抑制其它干扰的噪声,使人听到这些声音时从心理上不觉得烦燥。如刹车的刺耳声、盘子碰撞声,便可以用风扇之类较柔和的噪声来掩蔽。有时,甚至通风和空调噪声、公路上连续不断的交通车辆的噪声以及喷水池声音等都可以作为良好的掩蔽噪声源。一般来说,如果待掩蔽的噪声声压级低于掩蔽声的声压级,利用一种噪声来掩蔽另一种噪声通常可取得满意的效果。