Verdeckung (Maskierung) im Gehör

Verdeckung bedeutet, dass ein lauter Schall die Hörschwelle in seiner Umgebung anhebt und einen leiseren dadurch unhörbar macht — obwohl derselbe leise Schall allein deutlich zu hören wäre. Der Effekt wirkt in der Frequenz und in der Zeit, und er entsteht im Gehör und nicht in der Wiedergabekette.

Ausführliche Erklärung

Das Gehör wertet Schall nicht Frequenz für Frequenz aus. Es fasst benachbarte Anteile in Bändern begrenzter Breite zusammen, den Frequenzgruppen oder kritischen Bändern. Alles, was innerhalb einer solchen Gruppe liegt, wird gemeinsam bewertet, und der lauteste Anteil bestimmt, was von den übrigen übrig bleibt. Beschrieben hat diesen Zusammenhang zuerst Harvey Fletcher in den Bell Telephone Laboratories, der die Verdeckung eines Tons 1940 auf ein begrenztes Frequenzband um den Ton herum zurückführte. Eberhard Zwicker hat die Frequenzgruppen später an der TU München vermessen und in einer eigenen Skala geordnet; über den Hörbereich verteilt liegen rund zwei Dutzend davon.

Aus dieser Bandstruktur folgt die praktische Grundregel: Ob ein leiser Anteil hörbar bleibt, entscheidet sein Abstand zu dem, was gleichzeitig im selben Band liegt. Sein absoluter Pegel sagt darüber für sich genommen wenig.

Gleichzeitige Verdeckung und ihre Schieflage

Ein lauter Ton hebt die Schwelle auch in den Nachbarbändern an, und zwar ungleich nach beiden Seiten: nach oben deutlich weiter als nach unten. Ein tiefer Ton verdeckt höhere Anteile also wirksam, während ein hoher Ton einen tiefen kaum antastet. Mit steigendem Pegel des Verdeckers wird die Flanke nach oben zusätzlich flacher, die Verdeckung greift also immer weiter in den Hochton hinein.

Damit lassen sich Alltagsbeobachtungen erklären, die sonst rätselhaft bleiben. Ein Basslauf, eine Explosion oder das Rumpeln der Lüftungsanlage nimmt vor allem Anteile darüber weg — Zischlaute, Beckenanschläge, Raumhall. Umgekehrt bleibt ein Bassdetail neben einem lauten Hochtonereignis meist erhalten. Und ein Störgeräusch mit viel Tieftonenergie kostet mehr Detail, als sein bewerteter Zahlenwert vermuten lässt; wie diese Bewertung zustande kommt, steht bei der A-Bewertung.

Zeitliche Verdeckung: nach dem Ereignis, kaum davor

Verdeckung endet nicht mit dem Verdecker. Nach einem lauten Ereignis bleibt die Schwelle noch eine Weile angehoben — über Zehner- bis Hunderter-Millisekunden, mit abklingender Wirkung. Vor dem Ereignis gibt es denselben Effekt ebenfalls, aber er reicht nur wenige Millisekunden weit und fällt schon darin rasch ab.

Diese Schieflage ist der Grund, warum Fehler vor einem Impuls schwerer wiegen als dieselben Fehler dahinter. Filterentwürfe leben davon: Was ein Filter an Energie nachschwingen lässt, verschwindet häufig in der Nachverdeckung, während dieselbe Energie vor dem Ereignis auffällt. Der Zusammenhang steht ausgeführt bei Vorschwingen.

Wo die Verdeckung technisch ausgenutzt wird

Verlustbehaftete Verfahren wie MP3 und AAC rechnen die Verdeckung aus. Ein psychoakustisches Modell schätzt für jeden Zeitabschnitt, wo die Verdeckungsschwelle über der Ruhehörschwelle liegt, und der Coder verteilt seine Bits so, dass das unvermeidliche Quantisierungsrauschen darunter bleibt. Festgeschrieben ist dieses Vorgehen seit dem MPEG-1-Audiostandard ISO/IEC 11172-3. Was daraus für die Wahl zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Übertragung folgt, steht bei Verlustfreier Kompression.

Der wunde Punkt liegt in der Annahme: Das Modell rechnet mit einem typischen Gehör und dem Signal, wie es gerade vorliegt. Ändert sich der Hörzusammenhang — sehr leises Hören, ein sehr stiller Raum, ein Kopfhörer statt des Lautsprechers —, kann Rauschen über die Schwelle steigen, das beim Codieren sicher darunter lag.

Was daraus für Raum und Planung folgt

Im Wohnraum kommt der wichtigste Verdecker gar nicht aus der Anlage. Es ist das Dauergeräusch: Lüftung, Projektorlüfter, Kühlschrank, Verkehr. Es liegt meist im Tiefton und im unteren Mittelton und verdeckt wegen der Schieflage nach oben genau den Bereich darüber, in dem die feinen Anteile sitzen. Der Grundgeräuschpegel ist deshalb keine Nebengröße der Raumplanung, sondern die Obergrenze dessen, was von einer Anlage überhaupt ankommt.

Dasselbe gilt für Sprache: Konsonanten sind die leisesten und kürzesten Anteile und fallen als erste unter die Verdeckungsschwelle — sowohl durch Störgeräusch als auch durch den eigenen Nachhall des Raumes, der ein Wort über die Zeit hinweg verdeckt. Die Folgen dafür stehen bei Sprachverständlichkeit und Nachhallzeit.

Häufiges Missverständnis

„Mit einem besseren Gerät kommen die verdeckten Details zurück." Das ist die häufigste Erwartung, und sie zielt an der Ursache vorbei. Ein Wandler, ein Verstärker oder ein Lautsprecher können nur den Pegel des Nutzsignals liefern; das Zudecken passiert danach, im Ohr. Solange der Störschall gleich bleibt und der Hörpegel gleich bleibt, ändert die bessere Kette am Abstand zwischen beiden nichts — und genau dieser Abstand entscheidet. Wirksam sind der Weg über das Grundgeräusch, der Weg über den Nutzpegel und der Weg über den Hörabstand.

„Was verdeckt ist, wurde vom Codec gelöscht." Verlustbehaftete Verfahren löschen keine Frequenzbereiche pauschal. Sie codieren gröber, wo die Verdeckung Ungenauigkeit zulässt, und legen den Fehler unter die geschätzte Schwelle. Hörbar wird das erst, wenn die Schätzung nicht zum Hörzusammenhang passt oder die Datenrate so knapp ist, dass der Fehler nicht mehr unter die Schwelle passt.

Nicht zu verwechseln mit

• Maskierung der Bildfläche: Dasselbe Wort für etwas ganz anderes — die Abdeckung ungenutzter Leinwandränder im Heimkino. Wo beides nebeneinander vorkommt, hilft „Verdeckung" für das Gehör und „Maskierung" für die Leinwand.
• Grundgeräuschpegel: Der Störpegel selbst, gemessen in Dezibel. Er ist die Ursache, die Verdeckung ist die Wirkung im Gehör. Siehe Grundgeräuschpegel.
• Hörschwelle in Ruhe: Die untere Grenze der Wahrnehmung ohne jeden Störschall. Verdeckung hebt diese Grenze vorübergehend an; wie die Wahrnehmung darüber weitergeht, steht bei Phon und Sone und auf Menschliches Hören und Lautheit.
• Dynamikbegrenzung oder Nachtmodus: Ein Eingriff im Gerät, der laute Stellen absenkt und leise anhebt. Er verändert das Signal; Verdeckung verändert nur, was das Gehör davon aufnimmt. Siehe Dynamikumfang.
• Schalldämmung und Absorption: Bauliche Maßnahmen gegen den Störschall. Sie setzen an der Ursache an und sind damit der wirksame Hebel gegen Verdeckung — aber selbst kein Wahrnehmungseffekt.

In der Planung

Ein Heimkino im Untergeschoss, gute Geräte, und trotzdem die Klage: „In leisen Szenen fehlt die Feinzeichnung, im Konzertfilm verschwindet der Raumeindruck." Der Wunsch, der damit ankommt, lautet fast immer nach einem besseren Verstärker oder einem hochwertigeren Wandler.

Zu klären ist zuerst der Grundgeräuschpegel: Wie leise ist der Raum, wenn nichts läuft? Ein Projektor im Raum, eine Lüftungsanlage ohne Schalldämpfer und eine Rack-Belüftung ergeben zusammen einen Dauerpegel, der die leisesten Anteile schlicht zudeckt. Solange dieser Pegel unbekannt ist, lässt sich über Geräte nicht sinnvoll entscheiden.

Das Verfahren folgt daraus in drei Schritten. Erstens das Grundgeräusch messen und senken, wo es entsteht — Projektor und Technik aus dem Raum heraus, Luftgeschwindigkeit herunter, Schalldämpfer in die Kanäle. Zweitens den Nutzpegel und den Hörabstand prüfen: Wer dauerhaft weit unter dem Referenzpegel hört — dem Bezugspegel, auf den Filmton abgemischt wird —, verliert leise Anteile doppelt, weil das Gehör sie bei kleinem Pegel ohnehin schwächer bewertet; der Zusammenhang steht bei der Gehörrichtigen Lautstärke. Drittens erst die Gerätefrage, und dann die richtige: nach Tieftonreserve und Pegelfestigkeit, damit die Kette auch laute Spitzen unbegrenzt wiedergibt und der Abstand zu den leisen Anteilen erhalten bleibt.

Die Reihenfolge ist kein Formalismus. Ein Raum, dessen Grundgeräusch um zehn Dezibel sinkt, gibt in aller Regel mehr hörbares Detail frei als ein Gerätetausch innerhalb derselben Klasse — und er tut es für jede Quelle gleichzeitig. Wo die Geräte dagegen an ihrer Pegelgrenze arbeiten, ist zuerst dort etwas zu holen.

Verknüpfte Inhalte

Die Grundlagen der Wahrnehmung — Kurven gleicher Lautheit, Frequenz- und Pegelabhängigkeit — stehen auf Menschliches Hören und Lautheit und bei Phon und Sone. Die messbare Ursache im Raum ist der Grundgeräuschpegel, die hörbare Folge für Sprache steht bei Sprachverständlichkeit und Nachhallzeit. Die technische Auswertung des Effekts behandelt Verlustfreie Kompression, die zeitliche Seite Vorschwingen und Linearphasigkeit. Wie weit ein System zwischen leise und laut überhaupt reicht, steht bei Dynamikumfang.

Quellen

Die Zurückführung der Verdeckung auf ein begrenztes Frequenzband geht auf Harvey Fletchers Arbeit in den Bell Telephone Laboratories zurück; die Vermessung der Frequenzgruppen und die Größenordnungen der zeitlichen Verdeckung stammen aus der psychoakustischen Standardliteratur von Eberhard Zwicker und Hugo Fastl. Beide Belege waren aus der Laufumgebung nicht im Volltext abrufbar und sind über Nachweiseinträge und Sekundärdarstellungen erfasst; die Seite ist an den betroffenen Stellen markiert. Die Rolle des psychoakustischen Modells in der verlustbehafteten Codierung ist über den MPEG-1-Audiostandard ISO/IEC 11172-3 verankert, dessen Normtext hier nicht eingesehen wurde.