Як це працює
Коли звучить маскувальний тон із частотою f_m і рівнем L_m, він піднімає ефективний поріг чутності в області навколо f_m на частотній карті завитки вуха. Цю область найкраще описувати на шкалі Барка, яка перемасштабовує частоту так, що кожна одиниця (1 Барк) відповідає приблизно одній критичній смузі слухового банку фільтрів. Піднятий поріг — крива маскування — крутий з боку низьких частот і значно пологіший з боку високих, тому низькі тони маскують вгору ефективніше, ніж високі тони маскують вниз (асиметрія маскування).
Пробний тон із частотою f_p і рівнем L_p прогнозується чутним лише тоді, коли L_p перевищує маскований поріг при f_p: більше з двох значень — звичайного тихого порогу чутності або кривої розповсюдження маскера, обчисленої на відстані Δz у Барках між f_p та f_m. Ця симуляція реалізує спрощену кусково-лінійну функцію розповсюдження, засновану на моделі раннього перцептивного кодування MPEG — корисну, чесно наближену заміну справжньої, плавно вигнутої форми слухового фільтра, виміряної в психоакустичних лабораторіях.
Тихий поріг (Терхардт, 1979): T_q(f) = 3.64(f/1000)^-0.8 − 6.5·e^(−0.6(f/1000−3.3)²) + 0.001(f/1000)^4 дБ SPL
Функція розповсюдження SF(Δz,L_m), Δz = z(f_p) − z(f_m):
−3≤Δz<−1: 17Δz − 0.4L_m + 11
−1≤Δz<0: (0.4L_m+6)Δz
0≤Δz<1: −17Δz
1≤Δz≤8: (0.15L_m−17)Δz − 0.15L_m
Маскований поріг: T_m(f_p) = max(T_q(f_p), L_m + SF(Δz,L_m))
Критична смуга (Цвікер, 1961): CB(f) = 25 + 75·(1+1.4(f/1000)²)^0.69 Гц
Часті запитання
Що таке психоакустичне маскування?
Психоакустичне маскування — явище, коли гучніший звук (маскер) підвищує ефективний поріг чутності для інших, тихіших звуків (проба), що знаходяться поруч за частотою і часом. Якщо рівень проби нижчий за цей піднятий поріг, вона стає нечутною, хоча в тиші була б цілком чутною.
Чому маскування асиметричне — чи маскують низькі тони високі сильніше, ніж навпаки?
Так. Крива маскування має круту низькочастотну ділянку (приблизно -27 дБ на Барк нижче маскера) і значно пологішу високочастотну ділянку. Це означає, що низькочастотний маскер поширюється вгору і маскує вищі частоти ефективніше, ніж високочастотний маскер маскує нижчі — це властивість, яку називають асиметрією маскування, або висхідним поширенням маскування.
Як стиснення MP3 та AAC використовує маскування?
Перцептивні аудіокодеки обчислюють поріг маскування по всьому спектру для кожного короткого блоку звуку, а потім виділяють менше біт квантування (або взагалі жодного) тим частотним компонентам, що опиняються нижче цього порогу, оскільки слухач все одно не почув би доданий шум квантування там. Це дозволяє кодеку відкидати або грубо кодувати нечутну інформацію, зменшуючи розмір файлу з мінімальною втратою сприйманої якості.
Що таке часове маскування (передмаскування та післямаскування)?
Часове маскування — часовий аналог одночасного маскування. Гучний звук може маскувати тихіший звук, що йде після нього, протягом десятків-сотень мілісекунд (післямаскування, або пряме маскування), і, що дивно, навіть маскувати тихіший звук, що передує йому на кілька мілісекунд (передмаскування, або зворотне маскування), оскільки слуховій системі потрібен час для обробки гучних початків. Ця симуляція зосереджена лише на одночасному (частотному) маскуванні.
Чому критичні смуги та шкала Барка важливі для маскування?
Завитка вуха поводиться як набір перекривних смугових фільтрів, що звуться критичними смугами; звуки в межах однієї критичної смуги взаємодіють і маскують один одного значно сильніше, ніж звуки в різних смугах. Шкала Барка (24 смуги на весь чутний діапазон) перемасштабовує частоту так, що кожен крок відповідає приблизно одній критичній смузі, тому криві маскування будують і обчислюють саме на осі Барк, а не на лінійній осі Гц.
Чому підвищення рівня маскера розширює діапазон частот, які він маскує?
Висота кривої маскування прямо масштабується з рівнем маскера, а її високочастотний нахил також стає пологішим зі зростанням рівня маскера, тож гучніший маскер не лише піднімає поріг сильніше, а й поширює цей піднятий поріг на ширший діапазон частот, особливо вгору за частотою.
Чому навушники можуть розкрити звуки, які приховують колонки, або навпаки?
Різні системи відтворення та кімнати змінюють відносні рівні та спектральний баланс одночасних звуків. Якщо зміна обладнання зсуває рівень маскера відносно проби, звук, що був нижче маскованого порогу на одній системі, може піднятися вище нього на іншій, раптово роблячи раніше приховані деталі чутними.
Чому маскування важливе для перевірки слуху та аудіології?
Клінічна тональна аудіометрія має подавати тестовий тон в одне вухо, іноді маскуючи інше вухо шумом, щоб запобігти «перехресному чуттю» тону через кісткову провідність, яке дало б хибний поріг. Аудіологи використовують калібрований рівень маскувального шуму, виведений із тих самих принципів маскування, які змодельовано в цій симуляції.
Що таке функція розповсюдження, використана в цій симуляції?
Ця симуляція використовує спрощену кусково-лінійну функцію розповсюдження на шкалі Барка, засновану на класичній моделі, застосованій у ранньому перцептивному кодуванні MPEG (за Шредером, Аталом і Голлом). Вона апроксимує форму кривої маскування різними нахилами нижче й вище частоти маскера і є наближенням до реальної форми слухового фільтра, а не точним фізіологічним виміром.