Der Maskierungseffekt und seine Auswirkungen auf unsere Klangwahrnehmung


Was wir hören, ist eine komplexe Kombination von Schallquellen und ihren jeweiligen Klangeigenschaften im Zusammenspiel mit der Umgebung (in einem Raum oder im Freien), die wir mit unseren Ohren und unserem Gehirn entschlüsseln. Auf ein paar Aspekte aus dem Themenbereich Lautsprecher und Raumakustik sind wir bereits in früheren Blogartikeln eingegangen („Wie Ihr Eure Lautsprecher optimal für Euer Heimstudio einrichtet', und 'So platziert ihr Subwoofer richtig im Raum“). Dieser Artikel behandelt einen spezifischen Aspekt des menschlichen Hörens und wie dieser unsere Klangwahrnehmung beeinflusst.

Was ist der Maskierungseffekt?

Unsere Ohren und unser Gehirn arbeiten gemeinsam, um die Töne zu erzeugen, die wir in unserem Kopf hören. Während bestimmte Phänomene direkt mit unserem Hörapparat zusammenhängen (Trommelfell, Knochen, Cochlea usw.), finden getrennte Vorgänge im Gehirn statt, wenn es die von den Hörnerven kommenden Informationen verarbeitet. Hierbei ist der sogenannte Maskierungseffekt von besonderem Interesse, weil er unsere Schall- und Tonwahrnehmung beeinflusst.

Der Maskierungseffekt tritt auf, wenn die Wahrnehmung eines Schallereignisses durch das Vorhandensein eines weiteren Tons oder Geräuschs beeinflusst und beeinträchtigt wird. Der frequenzbezogene Maskierungseffekt wird auch als simultane Verdeckung, Frequenz- oder spektrale Verdeckung bezeichnet. Ein zeitbezogener Maskierungseffekt wird als temporale bzw. nicht-simultane Verdeckung bezeichnet. In unserer Betrachtung beschränken wir uns auf die simultane Verdeckung, bei der die Wahrnehmung des Tons, den wir hören wollen, durch einen zeitgleich auftretenden Ton beeinträchtigt wird.

Mithörschwelle

Zum besseren Verständnis befassen wir uns zunächst mit dem Begriff der „maskierten Hörschwelle“ bzw. Mithörschwelle. Die Ruhehörschwelle definiert den niedrigsten Schalldruckpegel, bei dem das Gehör Töne oder Geräusche ohne anwesendes Störsignal wahrnimmt. Die Mithörschwelle ist der niedrigste wahrgenommene Pegel eines Signals, wenn dieses mit einem spezifischen Verdeckungssignal kombiniert wird.

Der Grad der Verdeckung ergibt sich aus der Differenz zwischen der Mithörschwelle und der Ruhehörschwelle. Liegt beispielsweise die Ruhehörschwelle bei 20 dB und die Mithörschwelle bei 36 dB, beträgt der Grad der Verdeckung 16 dB.

Zur einfachen Prüfung des Maskierungseffekts werden Ruhehörschwellen bei einer Versuchsperson gemessen. Dann wird das Verdeckungssignal mit einem festen Schalldruckpegel eingebracht, während gleichzeitig das ursprüngliche Signal präsentiert wird. Der Pegel des ursprünglichen Signals wird variiert, bis die neue Wahrnehmungsschwelle ermittelt ist; dies ist die Mithörschwelle.

Simultane Verdeckung ähnlicher Frequenzen

Simultane Verdeckung findet statt, wenn ein Ton durch ein Geräusch bzw. Störsignal gleicher Dauer unhörbar gemacht wird. Wie weit das Störsignal die Wahrnehmungsschwelle des ursprünglichen Tons anhebt, hängt von der Frequenz des ursprünglichen Tons und der des Störsignals ab.

Am stärksten ist die Verdeckung, wenn Störsignal und Ursprungston dieselbe Frequenz besitzen, während der Effekt sich abschwächt, je weiter sich die Frequenz des ursprünglichen Tons von der Störfrequenz entfernt. Wenn sich das Störsignal und der ursprüngliche Ton innerhalb derselben kritischen Freqenzbandbreite befinden, kann der Hörer sie nicht voneinander unterscheiden, weil sie als ein einziges Signal wahrgenommen werden.

Abb. 1 veranschaulicht die Auswirkungen der simultanen Verdeckung anhand eines Störsignals mit einer Mittenfrequenz von 410 Hz. Du kannst erkennen, dass sich das Verdeckungsmuster in Abhängigkeit von der Intensität des Störsignals ändert. Bei niedrigen Störsignal-Pegeln von ungefähr 20 bis 40 dB beeinflusst das Verdeckungsmuster unser Hörvermögen noch nicht sehr stark. Mit steigender Intensität des Störsignals (50 bis 80 dB) verbreitern sich die Maskierungskurven, insbesondere für Töne mit höherer Frequenz als das Störsignal. Aufgrund dieser „Aufwärtsstreuung“ der Maskierung verdeckt ein Störsignal höherfrequente Signale viel stärker als Signale tieferer Frequenz.

Abbildung 1 – Mithörschwellenaudiogramm eines schmalbandigen Störsignals mit einer Mittenfrequenz von 410 Hz bei verschiedenen Schallpegeln. Die in Blau dargestellten Dezibel-Werte geben die jeweilige Störsignalstärke für die verschiedenen Verdeckungskurven an [Quelle 1].

Verdeckung durch tiefere Frequenzen

Wird das Experiment nun mit einem Maskierungston von 150 Hz wiederholt, zeigt sich eine noch breitere Ausdehnung in Richtung der hohen Frequenzen. Das Phänomen der akustischen Verdeckung wird stärker und erstreckt sich über einen größeren Bereich des Schallspektrums.

Abbildung 2 – Mithörschwellenaudiogramm eines schmalbandigen Störsignals mit einer Mittenfrequenz von 150 Hz bei verschiedenen Schallpegeln. Die in Blau dargestellten Dezibel-Werte geben die jeweilige Störsignalstärke für die verschiedenen Verdeckungskurven an [Quelle 2].

Veränderte subjektive Klangwahrnehmung

Schauen wir uns nun an, wie Maskierungseffekte unsere Klangwahrnehmung im Kontext von Lautsprechern und Subwoofern beeinflussen. Anhand der obenstehenden Beispiele und Schaubilder können wir erwarten, dass bei zu hoch eingestellten Wiedergabepegeln im Tiefton- und Tiefmittenbereich Maskierungseffekte eintreten und dass diese vor allem unser Hörvermögen im Frequenzbereich oberhalb der Maskierungstöne beeinträchtigen werden.

Bei jeder PA, egal ob in einem Raum oder im Freien, wird ein Subwoofer mit übermäßig starker Tieftonwiedergabe den Tiefmittenbereich subjektiv verwaschen, ihn undefiniert, intransparent und weniger dynamisch erscheinen lassen. So wirkt der musikalische Inhalt einer gesamten Oktave in den unteren Mitten unscharf und verschwommen. Der Pegel bestimmter Instrumente erscheint zu niedrig, die Tonmischung ist nicht mehr ausgeglichen. Es tritt ein Maskierungseffekt ein, und zwar unabhängig von Konstruktionsweise und Qualität der Lautsprecher oder Subwoofer. Für Gehör und Gehirn geht dadurch ein Teil der Informationen im Tiefmittenbereich verloren.

Dieses Phänomen kann sich ebenso bei einem einzelnen Lautsprecher einstellen, wenn dieser beispielsweise in einer Ecke eines Raums in der Nähe zweier massiver Wände aufgestellt wird, ohne dass eine Absenkung des Bassbereichs vorgenommen wird. Diese Grenzflächen verändern den akustischen Abstrahlbereich des Lautsprechers, was eine Bassanhebung von bis zu 12 dB unterhalb von 200 Hz zur Folge hat. Diese nicht unerhebliche Pegelanhebung wirkt sich wiederum negativ auf die Klangwahrnehmung im Tiefmittenbereich aus.

Minimierung des Maskierungseffekts

Es gibt unzählige Szenarien, in denen eine übermäßige Tieftonwiedergabe zu einer Veränderung der subjektiven Klangwahrnehmung führt. Wie kann ich das aber vermeiden? Die Antwort ist relativ einfach.

Ein Absenken übermäßig hoher Basspegel im Mix oder direkt in der PA mag zunächst frustrierend erscheinen, da die Bässe tatsächlich nicht mehr so weit im Vordergrund stehen. Allerdings sind die Vorteile dieser Vorgehensweise unmittelbar zu spüren, da dadurch Transparenz und Klangtreue im Mitten- und Tiefmittenbereich wiederhergestellt werden. Wie bei allem besteht das Ziel darin, die richtige Balance zu finden.

Wie lassen sich übermäßige Basspegel in der Praxis reduzieren? Die Frequenzverhältnisse können zum Beispiel im Mischpult angepasst werden. Beim direkten Abspielen von Programmmaterial ist dies jedoch nicht möglich und macht ein Nachregulieren an der PA erforderlich. Alle K.2 Lautsprecher und KS Subwoofer von QSC verfügen über integrierte EQs, mit denen sich ganz einfach ein Kuhschwanzfilter z.B. unterhalb von 200 Hz einrichten lässt. Diese flexiblen und einfach zu bedienenden EQs kannst du im internen Speicher des Lautsprechers als Benutzer-Szene abspeichern und jederzeit wieder abrufen.

Darüber hinaus bieten die QSC TouchMix Mischpulte alle erforderlichen Funktionen, um die Main- oder Aux-Ausgänge anhand üblicher EQ-Parameter präzise einzustellen.

Fazit

Wenn übermäßige Tieftonanteile über eine PA wiedergegeben werden, treten sogenannte Maskierungseffekte auf und beeinträchtigen die Klangwahrnehmung. Zur Wiederherstellung von Klangtreue, Transparenz und tonaler Balance ist eine gewisse Pegelreduzierung der Bassfrequenzen erforderlich. Dadurch lassen sich alle Elemente der Mischung wieder in ein ausgeglichenes Verhältnis bringen und ein räumliches Klangbild herstellen. Was wir hören, ist die komplexe Kombination und Wechselwirkung von Schallquelle, räumlicher Umgebung und der Art und Weise, wie unsere Ohren und unser Gehirn Töne und Klänge verarbeiten. Daher ist es hilfreich, die Stärken und Schwächen der einzelnen Elemente in der Kette zu verstehen. Viel Spaß beim Hören!


Quellen

[1] Egan, J.P. and H.W. Hake, On the masking pattern of a simple auditory stimulus. The Journal of the Acoustical Society of America, 1950. 22(5): p. 622-630.

[2] Tobias, J.V., Lowfrequency masking patterns. The Journal of the Acoustical Society of America, 1977. 61(2): p. 571-575.

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