15、听觉系统的频率分析与临界带宽

听觉系统的频率分析与临界带宽

1. 听觉系统的频率分析功能

外周听觉系统的一个重要功能是作为频率分析器。在这个过程中，基底膜可被看作是一个滤波器组，由一系列中心频率递增的带通滤波器组成。这些滤波器的排列距离在听觉中起着至关重要的作用，在诸如响度感知或音高感知等关键的感知过程中，这个距离基本决定了声音频率成分之间的相互作用程度。这种听觉滤波器的排列被称为音调拓扑阵列。

为了对这个频率阵列进行有效的感知描述，不仅需要带通滤波器的中心频率，还需要其带宽。本章将探讨如何描述这些听觉滤波器的频谱和时间特性，并构建一个频率标度，使每个听觉滤波器的带宽保持恒定。这样，沿着这个阵列的距离就能决定不同频率成分之间的相互作用程度。

在频谱领域，听觉滤波器的概念引出了临界带宽的概念，它定义了听觉系统的频率分辨率。一般来说，如果两个声音成分的频率间隔超过临界带宽，它们就不会相互影响；但如果间隔小于临界带宽，它们就会相互作用。这种相互作用表现为可听的干扰，如拍音或粗糙度，或者表现为其中一个成分的响度降低。一个声音成分因另一个声音的存在而响度降低的现象被称为掩蔽，因此掩蔽是测量临界带宽的现象之一。

2. 掩蔽模式和心理物理调谐曲线

2.1 掩蔽现象概述

当两个声音同时播放时，其中一个声音可能非常强烈，以至于另一个声音听起来不那么响亮，甚至完全听不到，这种现象被称为掩蔽。掩蔽并非全有或全无的现象，可分为完全掩蔽和部分掩蔽。完全掩蔽发生在两个声音的频率成分非常接近，且其中一个声音的频率成分比另一个声音强烈得多的情况下；否则，掩蔽通常是部分的。掩蔽的程度取决于两个声音频率成分之间的距离及其相对强度。

2.2 两个声音同时播放