Analyse de l'Effet de Masquage Temporel

Comprendre le Masquage Temporel

Le masquage temporel est un phénomène psychoacoustique où un son est rendu inaudible par un autre son qui le précède (pré-masquage) ou qui le suit (post-masquage) de très près dans le temps. Même si le son masqué n'est pas simultané au son masquant, le système auditif a besoin d'un certain temps pour "récupérer" après un son fort, ou même pour "se préparer" à un son fort imminent. Le post-masquage est bien plus puissant et dure plus longtemps (jusqu'à 200 ms) que le pré-masquage (quelques millisecondes). Cet effet est, comme le masquage fréquentiel, exploité dans les algorithmes de compression audio.

Données de l'étude

On cherche à mesurer l'effet de masquage temporel produit par un bruit intense et bref sur un son pur très court.

Caractéristiques des sons et de l'expérience :

Son Masquant : Bruit de 80 dB SPL durant 200 ms.
Son Masqué (Signal) : Son pur de 10 ms.
Seuil d'audition absolu du signal (sans masquage), \(S_A\) : 15 dB SPL.
On mesure le seuil d'audition du signal (\(S_M\)) pour différents décalages temporels (\(\Delta t\)) entre la fin du son masquant et le début du son masqué.

Résultats expérimentaux :

Décalage \(\Delta t\) (ms)	Type de Masquage	Seuil Masqué \(S_M\) (dB SPL)
-10	Pré-masquage	25
20	Post-masquage	50
100	Post-masquage	30

Schéma : Masquage Temporel

Le son masquant (rouge) élève temporairement le seuil d'audition (vert), rendant les signaux faibles (bleu) inaudibles juste avant (pré) et surtout juste après (post) sa présentation.

Questions à traiter

Calculer l'effet de pré-masquage en dB pour le délai de -10 ms.
Calculer l'effet de post-masquage en dB pour le délai de +20 ms.
Calculer l'effet de post-masquage en dB pour le délai de +100 ms.
Comparer les effets de pré et post-masquage et commenter la durée et l'efficacité de chaque phénomène.

Correction : Analyse de l'Effet de Masquage Temporel

Question 1 : Effet de Pré-Masquage à -10 ms

Principe :

L'effet de masque est la différence, en décibels, entre le seuil d'audition en présence du son masquant (\(S_M\)) et le seuil d'audition en silence (seuil absolu, \(S_A\)). Il quantifie de combien de dB le seuil a été élevé.

Formule(s) utilisée(s) :

\text{Effet de masque (dB)} = S_M - S_A

Calcul :

\begin{aligned} \text{Effet}_{\text{pré}} &= S_M(-10\text{ms}) - S_A \\ &= 25 \, \text{dB} - 15 \, \text{dB} \\ &= 10 \, \text{dB} \end{aligned}

Résultat Question 1 : L'effet de pré-masquage à -10 ms est de \(10 \, \text{dB}\).

Question 2 : Effet de Post-Masquage à +20 ms

Principe :

On applique la même formule pour calculer l'effet de post-masquage, en utilisant le seuil masqué correspondant au délai de +20 ms après la fin du son masquant.

Calcul :

\begin{aligned} \text{Effet}_{\text{post, 20ms}} &= S_M(+20\text{ms}) - S_A \\ &= 50 \, \text{dB} - 15 \, \text{dB} \\ &= 35 \, \text{dB} \end{aligned}

Résultat Question 2 : L'effet de post-masquage à +20 ms est de \(35 \, \text{dB}\).

Question 3 : Effet de Post-Masquage à +100 ms

Principe :

On répète le calcul pour le délai plus long de +100 ms. On s'attend à ce que l'effet de masque ait diminué, car le système auditif a eu plus de temps pour "récupérer".

Calcul :

\begin{aligned} \text{Effet}_{\text{post, 100ms}} &= S_M(+100\text{ms}) - S_A \\ &= 30 \, \text{dB} - 15 \, \text{dB} \\ &= 15 \, \text{dB} \end{aligned}

Résultat Question 3 : L'effet de post-masquage à +100 ms est de \(15 \, \text{dB}\).

Question 4 : Comparaison des Effets

Analyse :

En comparant les résultats, plusieurs observations caractéristiques du masquage temporel apparaissent :

Post-masquage > Pré-masquage : L'effet de masque est beaucoup plus fort juste après le son masquant (35 dB à +20 ms) que juste avant (10 dB à -10 ms). C'est une caractéristique fondamentale : notre oreille est plus "aveuglée" par un son qui vient de se terminer que par un son qui va commencer.
Décroissance du post-masquage : L'effet de post-masquage diminue avec le temps. Il passe de 35 dB à 15 dB en l'espace de 80 ms (de +20 à +100 ms), mais il est toujours présent. Le post-masquage peut durer jusqu'à 200 ms.
Durée : Le pré-masquage est un phénomène très bref (typiquement moins de 20 ms), alors que le post-masquage a une durée bien plus significative.

Conclusion : Le post-masquage est un phénomène bien plus puissant et durable que le pré-masquage.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Lequel de ces phénomènes est le plus puissant ?

Le pré-masquage.
Le post-masquage.
Les deux sont d'égale importance.
L'effet Doppler.

2. Dans un fichier audio MP3, l'algorithme supprime préférentiellement les informations correspondant...

Aux sons faibles qui sont masqués temporellement ou fréquentiellement par des sons forts.
Aux sons les plus forts pour éviter la saturation.
Aux fréquences autour de 1000 Hz.
Aux silences entre les notes.

Glossaire

Masquage Temporel: Phénomène psychoacoustique par lequel le seuil d'audition d'un son est élevé par la présence d'un autre son survenant juste avant (pré-masquage) ou juste après (post-masquage).
Pré-masquage (Backward Masking): Le son masqué est rendu inaudible par un son masquant qui survient après lui. C'est un effet faible qui ne se produit que sur de très courtes durées (quelques millisecondes).
Post-masquage (Forward Masking): Le son masqué est rendu inaudible par un son masquant qui survient avant lui. C'est un effet puissant et plus durable (jusqu'à 200 ms), lié à la "saturation" et au temps de récupération du système auditif.
Seuil d'Audition Masqué (\(S_M\)): Le niveau sonore minimal qu'un son doit avoir pour être perçu en présence d'un son masquant. Ce seuil est plus élevé que le seuil d'audition absolu mesuré en silence.

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