临界带宽

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【听力学名词释义（15）】临界带宽 临界频带

两问：

        临界频带与听觉系统的关系？

        临界频带在临床掩蔽有何应用？

 

临界频带

临界频带是一个广泛应用于声学现象中的概念，它可以指在音调测量、响度研究、掩蔽和衰弱信号的分析等测试或测量中，恰能使结果发生改变的频率通带（频段）。临界频带表征了人类最主要的听觉特性,是在研究窄带噪声对纯音掩蔽量的规律时被发现的，在加宽噪声带宽时，最初是掩蔽量（掩蔽效应量）增大，但带宽超过某一定值后，掩蔽量就不再增加，这一频带就称为临界频带（Critical band）。

听觉临界频带：当噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为中心频率的一定频带宽度内的噪声频率。或者说在这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率，即刚能掩蔽该纯音的窄带噪声则这频带（以纯音频率为中心频率的噪声频带宽度）就称为听觉临界频带。

 

临界带宽

临界带宽指临界频带的带宽，即恰能产生变化的频率通带（频段）的宽度值。如响度测试中指恰能使声音响度产生变化的带宽值：当声音由一定频带组成时，它的响度变化呈现出下图1所示的规律：带宽从很窄到越来越宽的过程中，声音整体响度开始时保持不变；当到达一个特定的带宽后，声音整体响度会随着带宽的变宽而变得更响。

图 1声音带宽增加与响度变化的关系图（图中声音的响度在带宽超过临界带宽时开始增加）

临界频带是听觉和心理声学的专业名词，它于19世纪40年代年被Harvey Fletcher提出。耳蜗是内耳中听觉的传感器官，临界频带指的是由于耳蜗构造产生的听觉滤波器的频率带宽。听觉系统中，耳蜗起着频谱分析的作用，基底膜上特定位置点是对某一特征频率（Characteristic Frequency, CF）的响应最大，当声波偏离CF时，该点的响应减少，因此基底膜上每一点可等效成具有特定中心频率（CF）的带通滤波器，整个听觉系统可等效成一系列具有连续CF的、相互交叠的带通滤波器，称为“听觉滤波器”。临界频带就是听觉系统带通滤波功能的反映，听觉滤波器的带宽即为临界带宽。

概况地说，临界频带是声音频率带，在临界频带中第一个单音感知度会被第二单音的听觉掩蔽所干扰。根据相关的心理声学的研究，由于人耳的特殊结构，在同一个临界频带内信号容易发生掩蔽效应，即：主要信号容易被能量大并且频率接近的掩蔽信号所掩蔽。因此我们可以认为Bark域越近的信号越容易产生掩蔽效应。

声学研究中，人们使用听觉滤波器来模拟不同的临界频带。后来研究者发现人耳结构大致会对24个频率点产生共振，根据这个结论Eberhard Zwicker在1961年针对人耳特殊结构提出：信号在频带上也呈现出24个临界频带，分别从1到24。这就是Bark域。Eberhanrd Zwicker提出可以粗略地使用听觉滤波器来模拟出听觉的24个临界频带，也即是用Bark域描述信号方法。

通常将人耳可听范围内的20Hz～16kHz分成24个临界频带，用临界频带级来表示临界频带的宽度，单位为巴克（Bark）： Bark=一个临界频带的宽度。当频率f＜500Hz时，1 Bark=f/100，临界带宽几乎恒定为100Hz；当频率f＞500Hz时，1 Bark=4log(f/100)， 临界带宽随中心频率的升高而增加，约为中心频率的20%。不同中心频率的临界带宽、频率边界、临界频带级，如下表1所示。

临界频带在听力学掩蔽中的应用

掩蔽声对被掩蔽声的掩蔽效应，取决于两者的频率与强度的关系。噪声掩蔽纯音时，只有以纯音频率为中心的，一定频带宽度内的噪声能量起掩蔽作用，超出该频带的噪声能量无掩蔽效应，称掩蔽的临界带宽。掩蔽说明了频率选择性的极限。

掩蔽纯音信号，理论上使用带宽范围等于其临界带宽1/3倍频程的窄带噪声。这是因为掩蔽的临界带宽稍窄，听起来接近于纯音，患者常常混淆纯音与掩蔽噪声，而以纯音频率为中心频率的1/3倍频程噪声，宽度略大于临界带宽，同样可以起到很好的掩蔽效果。但实际应用中根据IEC645规定，临床听力计上常使用约4/10倍频程的窄带噪声。

掩蔽言语声和短声等宽频谱信号，则常用白噪声。因此，在听觉诱发反应测试中，往往在健侧耳施加白噪声作为掩蔽噪声。

 

参考文献：

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