Кратък аудио наръчник - глава 20 - Аудио Маскиране

Маскиране

Маскирането е процес, при който даден сигнал, който не трябва да се чува се маскира с шум или други сигнали, за да не се чува в записа.

Немаскиран сигнал е сигналът, чиято сила е минималната чуваема при перфектни за целта условия. Маскираните сигнали, са най-тихите нива, които се представени като шумове. Силата на маскиращият сигнал, зависи от това какъв сигнал се маскира. Например, ако маскираният сигнал е със сила 20dB и не маскираният е със сила 35dB, то количеството маскиране е равно на 15dB.

Основният тест за маскиране включва немаскираните нива на сигнала, след това, маскиращият сигнал се пуска, с фиксирана сила едновременно с маскираният сигнал. В случаите когато се изисква по-прецизна работа, силата на маскиращият сигнал варира във времето, според силата и свойствата на маскираният сигнал.

Често пъти маскирането се използва при аудиокомпресията със загуби, където даден сигнал се маскира и след това отстранява, както и за изследване на слушателите, дали могат да анализират сложни звуци, съставени от множество сигнали, част от които маскирани. Например, ако се просвирят 2 отделни тона, едновременно, човешкото ухо чува, и разграничава двата тона, и човек чува двата тона а не средно аритметичното на двата тона. Това се нарича честотна чувствителност. Честотната чувствителност, е трудна за постигане, заради филтриране на сигналите в кохлеата, във вътрешното ухо. Сложният сигнал се дели на различните си съставни честоти Предизвикват връх в модела на трептене на определени места в базилиарната мембрана в кохлеата. Тези части се придават поединично на звуковия нерв, който предава информацията до мозъка. Този ефект се получава, само ако честотите са с достатъчно голяма разлика, за да се появят трептения на две различни места на базилиарната мембрана. Ако са с малка разлика, трептенията ще се получат на едно място на мембраната, и ефекта няма да се получи.

тези филтри се наричат слушателски филтри, и е трудно да се наредят така че да се получи линейно трептене, през цялата базилиарна мембрана. За честотната чувствителност, казват че възниква на базилиарната мембрана на слушателя, когато наблягат на честотите които трябва да се чуят. Остро настроен филтър, позволява получаването на ясен ефект, с желаните честоти. Увреждания по кохлеата или по власинките и, правят филтъра неясен. Това обяснява, защо човек със загуба на слуха заради увредена кохлеа, ще изпита повече неприятни усещания с този ефект, от колкото човек с нормален слух. Подобни хора, биха могли да изпитат проблем с хармонизиране и координиране на речта и интонацията.

Маскирането, показва пределите на честотната чувствителност, дори при нормален човек. Ако даденият сигнал се маскира с друг, който е на съвсем различна честота, човек има трудности при различаването на двата сигнала.

Ефект на честотите при различните модели на маскиране.

До колко ефективно ще е общото ниво на границата при маскиране, зависи от маскираният и маскиращият сигнал. Когато един сигнал се маскира с близък до него сигнал, се нарича on-frequency маскиране, а когато се маскира с различен се нарича off-frequency маскиране. При On-frequency маскиране, общото сила на звука, се повишава много по-малко, от колкото при off-frequency маскирането. Самият процес на off-frequency маскиране, изисква маскиращият сигнал, да е значително по-силен, за да се получи маскиращ ефект. Това е така, защото само част от сигнала минава през слушателският филтър, и за компенсация се изисква по-голямо ниво на маскиращият сигнал.

Моделът на маскиран, се променя, в зависимост от честотата на маскиращият сигнал, и интензитета му, хармонични сигнали, подобни на маскиращият сигнал, увеличават маскиращата способност, и ширината на маскираният интервал, което позволява маскиране на сигнали с честота по-висока от маскиращият сигнал. с увеличаване на интензитета на маскиращият сигнал, се увеличава способността му да маскира честоти, с по-висока честота. Инак казано, в подобни ситуации, маскиращият сигнал, маскира високите честоти по-добре, отколкото ниските.

има още една зависимост при маскиращите сигнали. колкото по-висока е първоначалната честота на маскиращият сигнал, толкова по-тесен интервал от честоти, може да маскира и обратно. Това се дължи на специфични особености на базилиарната мембрана. Както вече разбрахме, експериментите с маскиране дават резултат за това как ухото избера и използва честотите, които се използват за различаване, на няколко честоти една от друга.

Флетчър е провел експеримент да провери как шума се отразява на маскирането, и е използвал постоянен сигнал за маскиране, с непостоянен шум в него. Флетчър е открил, че шума указва влияние при маскиране, но не и на самото маскиране, когато се маскира този сигнал, който трябва първоначално да се маскира. Това може да се обясни като слуховата система която има собстветен филтър, настроен на честотата на тона. Всичко което се покрива от филтъра, маскира тона, но извън филтъра, няма ефект.

Този ефект зе използва и при мр3/огг ворбис и другите аудио компресии, където маскираният сигнал, и тази части които излизат извън интервала на маскиране се премахват, за да се намали обема на файла, оставяйки само този сигнал, който ухото може да чуе. Another Друго приложение на това маскиране е да се постигне ефекта на коктейлното парти.

ефект на интензивността

различните нива на интензивност могат също да повлияят на маскирането. Долната граница на филтъра не е така остра, но с увеличаването на интензивността, и остротата на филтъра нараства и то рязко. Промените в в интервала на високите честоти са по-малко последователни, отколкото тези в долната част. В средата, честотите между 1 и 4 херца, пика се покачва, заедно с покачването на интензивността, но при ниските, няма ясна индикация и като цяло нарастването е по-малко. Остротата на филтъра зависи само от входящата сила, но не и на изходящите нива на слуховият филтър, както зависи и от долната граница на слуховият филтър също зависи.

Друго състояние при маскиране е контра латералното симултантно маскиране. Това състояние настъпва, когато сигналът може и да се чува в не тестово ухо, но е заглушен от маскиращ сигнал. следващото състояние е централно маскиране. При този тип маскиране, се повдига общото ниво на възприятие. при различните хора, това се появява при различно маскиране, и зависи от това как се кодират сигналът и маскиращият сигнал върху нервите в централната нервна система.

Ефект на различни видове стимули

След експерименти с различни маскиращи сигнали - теснолентови шумове или чисти тонове, за да се определи резултата и ефекта от маскирането. Забелязано е че при синусоиден сигнал и синусоиден маскиращ сигнал (тон) се пуснат едновременно възприятието на полученото е пулсиращо в определен модел и ритъм. Разликите определят на какви интервали ще са трептенията. Ако разликите са малки, то се възприема като вариране в силата на тона, Ако тези промени са твърде бързи, могат да се определят като неравно звучене. Когато има голяма разлика между маскираният и маскиращият сигнал, двата сигнала се чуват едновременно като различни тонове, без неравности в движението. Подобно пулсиране, може да се появи и при присъствието на тон който не се чува от човешкото ухо. Влиянието на подобно пулсиране, може да се чуе по-ясно при използване на теснолентов шум, отколкото синусоидален сигнал.

Избирателно, контралатерално и централно маскиране

Маскиране, може да се получи при няколко условия. Едно от тези е да е, симултантно маскиране което настъпва, когато маскираният и маскиращият сигнал стигат до ухото едновременно. Това може да е on-frequency или off-frequency маскиране.

Още едно маскира не може да е контралатералното маскиране. Този тип маскиране настъпва, когато сигналът е чуваем в не тестова среда но е напълно замаскиран от маскиращият сигнал. Последното маскиране е централно маскиране. Тук маскиращият сигнал увеличава общото ниво на звучене, като заглушава, маскираният сигнал, като може да се използва самостоятелно или към всяко друго маскиране. Всичко опира до това как маскираният и маскиращият сигнал ще се възприеме от централната нервна система.

Механизми на маскиране

Има много механизми на маскиране, един от тях е подтискането. Тоест когато втори сигнал подтиска реакцията от първият сигнал. Това става, защото активността на нервната система от първият сигнал е притъпена от реакцията при вторият сигнал. Като допълнение, добавянето на няколко маскиращи сигнала, дава значителна разлика при маскиране, от колкото всеки от тези маскиращи сигнали по отделно.

Комбинираните тонове са резултат от маскиран и маскиращ тонове (синусоидни сигнали). При подобни условия, двата сигнала си взаимодействат взаимно създавайки трети сигнал който е нещо средно между двата сигнала. това взаимодействие става в ухото и се нарича нелинейно изкривяване. От тук и факта че комбинацията от два маскиращи сигнала, е по-добра от всеки от двата маскиращи сигнала по отделно, използвайки това че звуците си влияят взаимно, по много и различни начини, дори и звук, който сам по себе си е нечуваем за ухото, може да повлияе и да промени звученето на останалите звуци които ухото чува.

всички тези са чуваеми, през повечето време, дори когато силата на оригиналният тон е ниска. От тук и по-голям ефект върху психоакустичната крива. с повишаването на нивата, се намалява влиянието върху психоакустичната крива. комбинация от маскиращи тонове, могат да повлияят, но оригиналният тон, предизвиквайки вторичен тон, който взаимодейства с оригиналният - вторична комбинация, заради това че всичките тонове са си близки един с друг.

Off frequency слушане

Off frequency слушане настъпва, когато слушателя избира филтър, за маскиране, който е с честота по-ниска от тази на маскираният сигнал с цел да подобри общото звучене този “off frequency” филтър намалява нивото на маскиращият сигнал, повече от сигнала на изхода, като това значи че на изхода ще се чуе по-ясен и чист сигнал, с което слушателят е постигнал целта си - по-чисто звучене.

несимултантно маскиране
несимултантното маскиране настъпва, когато оригиналният сигнал и васкиращият го сигнал не се подават едновременно. Този тип маскиране се дали па предхождащо и последващо маскиране. предхождащо, когато маскиращият сигнал се появява преди маскираният, и последващо, когато маскираният сигнал се появява преди маскиращият.

Системи за маскиране на звуци

ефекта от маскирането се използва в маскиращите аудиосистеми. Тези системи излъчват теснолентов бял шум, с който прикриват определен нежелан сигнал. Нежеланият шум може да е всичко което в момента не би трябвало да е в записа - човешка реч, звук от машина или друг звук.

спектралното маскиране е звуков ефект който се появява при анализ на 2 звукови файла. създаденият ефект е трети звуков файл който е съставен от силните части на първите 2 файла.

Версия на темпоралното маскиране - по обсег, се появява при сходни честоти силна честота над 1 херц, ще маскира по-слаба от 1.1 килохерца. Резултатът е че ще чувате сумата от двете честоти. Това също може да се използва от психоакустичните модели.

Темпорално маскиране

Темпоралното маскиране се получава, когато влияещ сигнал направи други други сигнали нечуваеми. Сигнал, който изпреварва маскиращият сигнал, се нарича последващо маскиран. сигнал който идва след маскиращият сигнал се нарича предхождащо. Ефективността на сигнала, зависи от изтъняването на маскираният сигнал, като цяло началото и края на изтъняването да са по 10 милисекунди а самото изтъняване да е 50 милисекунди.

Подобно на симултантното маскиране, темпоралното маскиране, разкрива честотният анализ, от съответната аудио система; маскирайки нивата на сложни хармонични на тоновете (Трионоподобен сигнал с основна честота от 500 херца) показва пиковите нива за честотни ленти центрирани, на първите няколко хармонични. реално, аудио-честотни ширини измерени от маскираните нива са по-тесни и по-точни от тези, измерени при другите видове маскирания.

Темпоралното маскиране, не бива да се обърква с акустичният рефлекс на ухото, автоматичен рефлекс, вътре в ухото, който се задейства моментално с цел да се предпази деликатната вътрешност на ухото от увреждания при внезапни и/или силни звуци.

Пример за темпорално маскиране е когато се възприема илюзия за непрекъснат сигнал, въпреки че сигналът реално е прекъсван от нещо, но слушателят го чува като непрекъснат сигнал