遮蔽

掩蔽效应及其应用

我们都有过这样的体验：当两种或两种以上的声音同时存在，人耳对声音的感觉与仅有一种

声音单独存在时的感觉是不同的。例如，在一个安静的环境中，我们的耳朵能分辨出轻微的

声音，但是在嘈杂的环境中，轻微的声音就完全被淹没掉了。要想听到原来轻微的声音，就

必须使它增强才行。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

(simultaneousmasking)，如图1所示。

从图1中可以看到，声音频率在300Hz附近、声强约为60dB的声音掩蔽了声音频率在150

Hz附近、声强约为40db的声音。又如，一个声强为60dB、频率为1000Hz的纯音，另外

还有一个1100Hz的纯音，前者比后者高18dB，在这种情况下我们的耳朵就只能听到那个

1000Hz的强音。如果有一个1000Hz的纯音和一个声强比它低18dB的2000Hz的纯音，

那么我们的耳朵将会同时听到这两个声音。要想让2000Hz的纯音也听不到，则需要把它降

到比1000Hz的纯音低45dB。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60dB、频率为1000Hz纯音的掩蔽效应

在图2中的一组曲线分别表示频率为250Hz，1kHz和4kHz纯音的掩蔽效应，它们的声强

均为60dB。从图2中可以看到：

1）在250Hz，1kHz和4kHz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（criticalband）”的概念。通常认为，在20Hz到16kHz范围内有24个临界频带，如表

12-01所示。临界频带的单位叫Bark（巴克），

1Bark=一个临界频带的宽度

f(频率)<500Hz的情况下，1Bark≈f/100

f(频率)>500Hz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

临界

频带

频率(Hz)

临界

频带

频率(Hz)

低端高端宽度低端高端宽度

002320320

22003150450

33503700550

44004400700

55105300900

663064001100

777077001300

892

9195

12312

111485

80

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5～20ms，而滞后掩蔽可以持续50～200ms。

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。

随着对于掩蔽效应的不段深入研究和应用，会有越来越多的新原理和新技术诞生，服务于我

们。