为什么听不见？揭秘掩蔽效应如何欺骗听觉

⏩什么是掩蔽效应？

人们在安静环境中听一个声音，即使这个声音的声压级很低也可以听到，说明人耳对这个声音的听阈可以很低。但是，在倾听一个声音的同时，如果存在另一个声音（掩蔽声），就会影响到人耳对所听声音的听闻效果，这时对所听声音的听阈就要提高。这种由于某个声音的存在而使人耳对别的声音听觉灵敏度降低的现象，称为“掩蔽效应”。

掩蔽效应是一个跨越物理学和心理学的概念。它描述的是当有多个同类刺激同时出现时，我们的大脑无法完整接收或处理所有刺激的信息，导致其中一部分刺激被遮盖或掩蔽的现象。对于听觉掩蔽来说，可以分为频域掩蔽和时域掩蔽，它涉及噪声、人耳特性、频率和时间等因素。一个声音能“盖住”另一个声音多少（即掩蔽量）取决于以下几个关键因素：

• 相对强度和频率结构：这是最主要的影响因素。

• 声压级（音量）：声音的音量越高，它的掩蔽能力就越强。

• 频率接近度：频率越接近的两个声音，彼此间的掩蔽作用就越大。

⏩频域掩蔽

频域掩蔽是一种现象，其中通常可听到的频率内容由于其他频率内容的存在而变得听不见。人类的听域如下图所示，其中红色的线表示安静环境下人类的听觉阈值。然而，当环境中充满粉红噪声时，听觉阈值就会提高，即需要更大的音量才能引起人类听觉的注意。这是因为掩蔽效应与耳蜗基底膜的动态行为有关。当一个声音引起的膜振动（通常在安静环境中能够被检测到）被另一个声音引起的振动“覆盖”时，就会发生这种情况。前提是该声音的音量足够大，且其频率与第一个声音足够接近。并且掩蔽噪声越大，掩蔽效果越强，覆盖的频率范围也越大。低频也往往更容易掩盖高频，反之亦然。

• 前向掩蔽：一种在掩蔽声音开启之前，测试声音被掩蔽的现象。当然，人类无法听到未来的声音。相反，我们耳朵感知声音的积累时间会导致测试声音之后的声音掩盖测试声音。前向掩蔽只能在掩蔽声音开始前约 20 毫秒发生。这种现象通常被忽略，因为它非常短暂且难以量化。
• 同步掩蔽：掩蔽音播放时，测试声音被掩蔽的现象。在同步时域掩蔽过程中，测试声音的持续时间非常重要。声音的持续时间越短，感知到的声音就越轻。人耳和大脑需要一段最短的时间来“收集”和“整合”声音能量。如果一个声音太短（通常小于 100 毫秒），即使它的物理强度（声压级）很高，我们也会感觉它比长时间的相同强度的声音要轻。
• 后向掩蔽：掩蔽声关闭后，测试声音被掩蔽的现象。后掩蔽取决于掩蔽声的持续时间。掩蔽声开启的时间越短，后向掩蔽效应衰减得越快。后向掩蔽发生在掩蔽声关闭后的200毫秒内。大约200毫秒后，听力恢复到典型的“安静阈值”行为。

⏩掩蔽效应的应用

听觉掩蔽效应揭示了我们听觉系统的局限性，即并非所有的声音我们都能感知，这也是声学工程和数字音频技术的基础原理之一。听觉掩蔽效应在日常生活中和工程技术中都有广泛的应用：

信息隐藏：

将微弱的声音信号或音频数据嵌入到现有的音频流中，这些嵌入的信号通常是以可感知为前提的。当被掩蔽音足够弱时，它们就不会被人们注意到，从而实现了信息的隐藏。