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噪音的学问:两类听觉「遮蔽效应」

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「可以大声点吗?我听不到呀!」大家也常有经验,在室外人多稠密或餐厅、酒吧、表演场地,往往需要提升音量谈话或沟通,甚至怎样大声喊,对方也好像听不清楚似的。其实大家都习以为常,而在音频的理论方面来说,这就是因为听觉「遮蔽效应」的原因。

 


听觉「遮蔽效应」,也就是(能量)大的声音会盖过(能量)小的声音。讲起来非常简单而且直观,但其实内里学问还真不少。

 

最基本易明就是刚才例子所属的噪音遮蔽,就是一个声音的「听阈值」因另外一个或多个声音的存在而提高的现象,这影响了所要接收的主要讯息源,从而需要更大的能量去提升声音的音压之外,人在此恶性循环之下,长年累月,也确实会令听力有所损伤。

 

柳州钢铁厂曾因高炉鼓风机的噪声大于 100dB(A),曾经影响了电话联系,将「关风」误听成「送风」,造成了错误操作,影响了生产安全。在化工行业也不乏其例。因此,治理噪声便引起各级安全部门的高度重视。

 

人耳对遮蔽的反应,来自脑的侦测方式和感受结果,这是音频心理学所研究的主要内容,遮蔽效应简单分两大类:

 

一、频域遮蔽

 

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假设遮蔽音是单一频率的纯音,它的遮蔽效果会随着音量变大,遮蔽的频率范围也会变大,在频域中 1kHz 能量强度约 70dB 的声音讯号会对邻近的三组声音讯号产生遮蔽效应,因此对于声音讯号而言,能量的强度将会影响所能遮蔽的范围,当能量愈强时,所能遮蔽的范围也会相对越大。

 

而当一组声音讯号高于屏蔽门槛,如图范例所示,在 0.5kHz 其能量强度达 48dB 时,此声音讯号便又会被人耳察觉。一般来说,弱纯音频率相隔强纯音频率愈接近,就愈容易被掩蔽。因为人脑对听觉有这种遮蔽的反应,而多数的噪音也不只是单一的频率音,所以就会把某个范围的频率也遮蔽了。

 

二、时域遮蔽

 

时域的遮蔽效应指在时间上相邻的声音之间也有掩蔽现象,其可分为前遮蔽(Pre-masking) 、同步遮蔽(Simultaneous-masking)、后遮蔽(Post-masking)。

 

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。前遮蔽一般来说只有大慨 50ms,而后遮蔽一般可以持续达 200ms。

 

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假设一个很响的声音后面紧跟着一个很弱的声音,而时间差在 200ms 之内,弱音就很难听到,相反在弱音后紧跟着一个很强的音,而时间在 50ms 之内,弱音也是很难听到。当然这个对强弱音的音压差距也会产生不同的遮蔽程度。

 

白噪音和粉红噪音

 

日常生活上,人们基于遮蔽效应现象去提出不同的应用,最常用的就是可以帮助失眠人士入睡的「白噪音」或「粉红噪音」。对音频稍有认识的人,一定听过「白噪音」。很多音频的测量或音响设备,「煲机」也会用到「白噪音」。它是一种功率谱密度为常数的随机讯号,在各个频段上的功率一致的,象是电风扇、空调、吹风机、电风扇等,发出来的嘶嘶声,声音平稳一致也是舒服的白噪音。

 

至于粉红噪音,它比白噪音更柔和,低频功率较强,由低频到高频递减,可谓一种「温和且令人舒适的噪音」。粉红噪音的声音更象是来自大自然的声音,如流水声、风吹过树叶的沙沙声或下雨的声音。

 

当然,白噪音、粉红噪音本质上也给人平稳、自然、放松的感觉,有助失眠。然而,它也是应用了遮蔽效应的理论。因为大多数的人睡不好常常是跟声音有关,当人在睡觉时,大脑还是会持续接收声音,只要有一点风吹草动,如水管声、车声、脚步声、邻居声,大脑就会产生警觉性而惊醒或睡不着。这是人类本有演化心理学中的防御机制,是以避免环境中的各种威胁与掠食者等。

 

所以很多人睡不好,惊醒后又难以入睡,并非因为声音太吵,或者生理上问题,而是因为大脑察觉到环境有变化,产生警觉而睡不着,尤其是在浅睡的时候,这些影响会更加明显。

 

白噪音和粉红噪音,在频谱中,也是有着 20 至 20kHz 的频率内容,而且也是平均分配。所以对大部分突然而来的细微噪音提供了很好的遮蔽作用,从而令人不受干扰而不被惊醒,较易入睡。

 

另外一种较普遍的遮蔽效应之应用,就是办公室遮蔽系统,现代化的办公室很多采用开放式的设计,可以加强员工的互动和工作的透明度,然而又往往令员工的私稳度减少,尤其在单独说话时,声音都可以传遍四周围,对话内容显露无遗。所以有些新兴公司、安静的医疗场所,也会装有遮蔽系统(masking system)去防止对话声音过于明显和抑制可被听见的程度,系统主要都是发出全频的白噪音、粉红噪音等,用以遮蔽多数的声音讯号,发出的遮蔽音压愈大,所遮蔽的声音便愈多。当然过大的音量,可能又会造成噪音污染,所以一般达到可遮蔽的程度便可以。

 

音频有其物理特性,人对音频的感受往往基于人类大脑的机制而形成心理上反应,所以很值得研究,而且绝对可以衍生出各种不同有效的应用。多年的音频压缩技术,背后也是基于音频心理学,把大部分人所听不到的声音讯号除掉去减少数据量,节约所需的资源,而且还在不断寻求突破呢。


文章转载自:

https://www.spill.hk/audiovisual/noise-and-auditory-masking/

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