同时掩蔽效应的实验研究

别为 ６０ｄＢ、７０ｄＢ 和 ８０ｄＢ 的掩蔽阈值实验结果如图 ２－图 ４ 所示。
第一部分实验的倾听者共 ７ 人（４ 男 ３ 女） ， 年 龄 ２１～４２ 岁。第二部分的实验共 ３ 人（ ２ 男 １ 女） 。年 龄 ２１～３０ 岁。听力均正常， 且都曾有心理声学实验 经验。最后的统计数据取全体的平均值。
３ 实验结果和讨论
３．１ 实验结果
由于人耳对频率的反应类似于一个具有不同等
效带宽的滤波器组。因此， 在研究人耳的频率响应
时， 一般都将可听声范围的频率按等效带宽划分成
２５ 个称为临界带的频率带， 单位为 Ｂａｒｋ。按照同样
的方法， 本文在研究掩蔽效应时， 也用临界带作为掩
１引言
同时掩蔽又叫频域掩蔽， 是一种很重要的心理 声学现象。根据最新出版的声学手册［１］的定义， 掩蔽
收稿日期： ２００５－０６－１０； 修回日期： ２００５－０９－２６ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ １０３７４０３１） 作 者 简 介 ： 谢 志 文 （ １９６２－） ， 男 ， 广 东 人 ， 副 教 授 ， 硕 士 生 导 师 ， 主 要 研
被 掩 蔽 纯 音 频 率 ／Ｈｚ
５０、８０、１２０ １７０、２２０、２７０、３２０ ３７０、４２０、４７０、５３０ ６００、６６０、７２０、７８０ ８６０、９５０、１０４０、１１３０ １２２０、１３２０、１４２０、１５２０ １６３０、１７９０、１９５０２１１０ ２２７０、２４５０、２６３０、２８２０ ３０００、３３００、３６００、３９００ ４２００、４６００、５０００、５４００ ６０００、６７００、７４００、８２００ ９２００、１０４００、１１７００、１３１００ １４８００、１６４００、１８２００
摘要： 不同声压级下窄带噪声对纯音同时掩蔽效应的实验结果表明： 掩蔽曲线可以用两段直线来近似。当掩蔽声压
级为 ６０ｄＢ 时， 上升直线的平均斜率为 ２１．６ｄＢ／Ｂａｒｋ， 而下降直线的平均斜率为－２０．７ｄＢ／Ｂａｒｋ。随 着 声 压 级 的 增 加 ， 上
升直线的斜率增加， 而下降直线的斜率变化不大。但在临界带内， 掩蔽效果作用的范围越来越宽， 即掩蔽峰越来越圆
究方向： 电声技术， 多媒体信号处理等。
是一个声音的听阈因另一个声音的存在而上升的现 象， 掩蔽的大小就是听阈上升的分贝数。在掩蔽声存 在的条件下， 最小可闻被掩蔽声的声压级称为掩蔽 阈值。一个影响掩蔽的重要物理参数是时间， 信号与 掩蔽声同时出现的掩蔽现象称为同时掩蔽（ 频域掩 蔽） ， 反之则为异时掩蔽（ 时域掩蔽） 。
本文以窄带粉红噪声和纯音信号分别作为掩蔽 信号和被掩蔽信号， 研究了噪声对纯音的同时掩蔽 效应。得出了 ５０ｄＢ、６０ｄＢ、７０ｄＢ、８０ｄＢ 四种声压级下 的 １３ 个临界带的掩蔽曲线， 并对第七临界带的掩蔽 曲线作了取样点更密的研究。文中还对这些实验结 果进行了理论计算和讨论。得到了噪声掩蔽纯音的 情况下被测试者的掩蔽曲线在不同声压级下的斜 率。最后， 用听觉神经传导和双音抑制理论对实验现 象进行了解释。
２ 实验原理与方法
２．１ 实验信号 实验分两部份， 在第一部分的实验中， 掩蔽信号
采用以等效矩形临界带宽 ＥＲＢ［９］ （Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｒｅｃｔ－ ａｎｇｕｌａｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）为带宽的矩形滤波器滤波的粉红 噪声信号， 在 ５０Ｈｚ￣２０ｋＨｚ 内共产生了 １３ 个不同频 带的带通信号。被掩蔽信号是掩蔽信号临界带内和 邻近临界带的正弦纯音信号， 共 ５０ 个。实验信号的 具体参数如表 １ 所示。在第二部分的实验中， 为了 更详细地考察掩蔽曲线随声压级而变的情况， 我们 将第七临界带被掩蔽信号的频率分点增加至 １６ 点。 其值如表 ２ 所示。 ２．２ 实验方法
缓。而且在高频一侧， 曲线的边缘在高声压级下变得比较缓慢。因此， 双直线近似有一定的局限性。另外， 掩蔽曲线
的 斜 率 不 会 随 频 率 升 高 而 显 著 上 升 或 下 降 。产 生 上 述 结 果 的 主 要 原 因 是 听 觉 神 经 传 导 和 双 音 信 号 的 互 相 抑 制 机 理 。
第二部分实验的差别只是信号的不同。实验是 在经过强吸声处理的低混响听音室内进行， 其混响 时间少于 ０．１ 秒。实际对房间脉冲响应的测量表明， 对中心频率为 ２５０Ｈｚ， １１７０Ｈｚ， ４０００Ｈｚ 的临界频带，
表 ３ 听音室的本底噪声 Ｔａｂｌｅ ３ Ｂａｃｋｇｒ ｏｕｎｄ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ ｒ ｏｏｍ
表 ２ 第二部分的实验信号 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｐａｒ ｔ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ
临界带序号 ７
掩蔽噪声信号 带 宽 范 围 ／Ｈｚ
６３０￣７７０
被 掩 蔽 纯 音 频 率 ／Ｈｚ
４４０、４９０、５４０、５８０、６２０、 ６５０、６７０、６９０、７１０、７３０、 ７５０、７８０、８２０、８７０、９３０、１０００
关键词： 同时掩蔽； 听觉神经传导； 双音抑制
中图分类号： ＴＮ９１２
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－３６３０（ ２００６） －０５－０４４６－０６
Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍａｓｋ ｅｆｆｅｃｔ
ＸＩＥ Ｚｈｉ－ｗｅｎ１， ＹＩＮ Ｊｕｎ－ｘｕｎ２
（ １． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０， Ｃｈｉｎａ）
每个实验信号分为 ８ 段， 每段的时间长度都为 ４ｓ， 段间间隔 １ｓ， ８ 段中有 ５ 段是由 ２ｓ 的掩蔽噪声
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声
学
技
术
２００６年
信号与 ２ｓ 的被掩蔽纯音信号两部分混合而成的（ 纯 音信号叠加混合在噪声信号的后半部分） ， 另 ３ 段只 有掩蔽噪声信号。这 ８ 段信号的分布顺序是随机的。 ５ 段被掩蔽纯音信号幅度以 ２．０ｄＢ 依次递增， 而掩蔽 噪声信号幅度保持不变。要求倾听者判断哪一段信 号中其后半部分包含了纯音信号 （ 被掩蔽声信号） 。 图 １ 上、下栏分别是掩蔽噪声和被掩蔽信号迭加合 成之后以及被掩蔽信号的某种随机分布的示意图。
表 １ 第一部分的实验信号 Ｔａｂｌｅ １ Ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｆｉｒ ｓｔ ｐａｒ ｔ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ
临界带序号
１ ３ ５ ７ ９ １１ １３ １５ １７ １９ ２１ ２３ ２５
掩蔽噪声信号 带 宽 范 围 ／Ｈｚ
２０￣１００ ２００￣３００ ４００￣５１０ ６３０￣７７０ ９２０￣１０８０ １２７０￣１４８０ １７２０￣２０００ ２３２０￣２７００ ３１５０￣３７００ ４４００￣５３００ ６４００￣７７００ ９５００￣１２０００ １５５００￣２００００
第 ２５ 卷第 ５ 期 ２００６ 年 １０ 月
声学技术 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ
Ｖｏｌ．２５， Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．， ２００６
同时掩蔽效应的实验研究
谢志文 １， 尹俊勋 ２
（ １． 华南理工大学物理科学与技术学院， 广州 ５１０６４０； ２． 华南理工大学电子与信息学院， 广州 ５１０６４０）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ ： Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍａｓｋ ｅｆｆｅｃｔ ｗｈｅｒｅ ｔｏｎｅｓ ｗｅｒｅ ｍａｓｋｅｄ ｂｙ ｎａｒｒｏｗ－ｂａｎｄ ｎｏｉｓｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＳＰＬ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｓｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｄ ａｓ ｔｗｏ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ． Ｗｈｅｎ ＳＰＬ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｋｅｒ ｗａｓ ６０ｄＢ， ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｓｌｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐ－ｌｉｎｅ ｗａｓ ２１．６ ｄＢ／Ｂａｒｋ， ａｎｄ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｗｎ－ｌｉｎｅ ｗａｓ － ２０．７ｄＢ／Ｂａｒｋ． Ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ＳＰＬ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｋｅｒ， ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｓｌｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐ－ｌｉｎｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｏｗｎ－ｌｉｎｅ ａｌｍｏｓｔ ｋｅｅｐｓ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｋ ｅｆｆｅｃｔ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｂａｎｄ， ｍｅａｎｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｓｋ ｐｅａｋ ｂｅｃｏｍｅｓ ｒｏｕｎｄｅｒ． Ａｔ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅｓ ｂｅｃｏｍｅｓ ｓｈａｌｌｏｗｅｒ ｔｏｗａｒｄｓ ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌｓ． Ｓｏ， ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｓｔｒａｉｇｈｔ－ｌｉｎｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｈａｓ ｉｔｓ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ． Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｒ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ． Ｔｈｉｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ａ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｕｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｅｒｖｅｓ ａｎｄ ｔｗｏ－ｔｏｎｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍａｓｋ ｅｆｆｅｃｔ； ｓｏｕｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｔｗｏ－ｔｏｎｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ
同时掩蔽效应的研究最早可追溯到上世纪四、 五十年代［２］。近十多年， 随着信息技术的发展， 掩蔽 效应特别是同时掩蔽效应得到了广泛的应用。例如，