从爱迪生发明留声机开始|音频格式——mp3到底丢失了什么( 二 ) 从爱迪生发明留声机开始

心想tnnd你一个教授都做不出来，我小小一博士生怎么做的出来，但导师交待的任务又不能不完成，所以他就打算用几年的时间来证明这事儿不可能，然后论文一写，把博士学位混到手算球！而就在他证明“不可能发明一个比CD小12倍的音频文件”的过程中，他却发现，哎，这事还真是有可能的。
心理声学与MP3
让Brandenburg觉得这事儿有戏的关键，是一个极其冷门的学科，叫心理声学（Psychoacoustics）。
这是一门心理物理学的分支研究，最早源于人们对音乐和乐器的探索，后来成为了研究人的生理感官和客观声音世界之间关系的学科。听起来很复杂，其实很好理解，比如人耳的声音定位，听力范围这类研究，都属于心理声学的范畴。
在心理声学里有一个非常经典的研究，就是等响曲线。这个曲线告诉我们，人耳对于不同频率的声音，感知相差极大。人类的听觉范围在20-20000Hz之间，而在这个范围里的不同频率下，我们听到的响度是不一样的。

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低频的声音需要更大的声压才能和中频较小的声压，所形成的声音大小听起来相等。
就比如贝斯就需要更大的音量，才能跟吉他声听起来差不多大。这也是为什么贝斯这类低音乐器的音箱要比其他音箱的体积大得多。
而图中的最低点出现在3000Hz左右，所以说明人对这个频率的声音最敏感，只需要比较小的声压就能听到。比如我们听到的大部分的警报声，基频都在1000-3000Hz ，这样人耳才能更容易捕捉这些声音，从而避免危险。
有意思的是，随着年龄增大，我们对于声音的接收范围也在变小，大多数成年人听不到频率在16000Hz以上的声音。
沿着这个方向，等响曲线的发现者又研究出了一个更加神奇的事情，让我们意识到我们的感官和客观到底差距有多么巨大。
这个东西，就是“掩蔽”（Masking）。

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声音掩蔽SoundMasking
1958年的某天下午，一个叫Licklider的心理学家去看牙医，他跟医生说，我不需要打麻药。然后掏出了一副耳机，开始听震耳欲聋的音乐。在巨大的音乐声中，牙医帮他搞定了三颗龋齿，而他就像被打了麻醉剂一样，竟然没有感觉到疼。
Licklider把这项技术命名为Audiac ，之后他带着这玩意和牙医一起巡诊拔牙，还帮助了不少妇女缓解了分娩时的疼痛。
Audiac用了一种强烈的听觉刺激来抑制疼痛，这就是一种跨感官的掩蔽效果。
在听觉系统中，一种声音也会被另一种同时发出的声音所掩盖。比如在一个乐队里，往往是吉他声在C位，但如果突然有相似频率的乐器加入，比如小号。那吉他的声音就会被短暂的淹没。这一过程叫作同频掩蔽。
我们用一个动画来举例子，当一个频率从低到高的噪音经过一个正弦音的时候，这个声音会被噪音掩盖。
【从爱迪生发明留声机开始|音频格式——mp3到底丢失了什么】再比如你上课的时候，想用一声咳嗽来掩盖自己放屁的声音，那你最好要满足三个条件，一是咳嗽声的时长大于等于屁声，二是咳嗽声的响度要大于等于屁声。三是要保证二者的频率接近。这三个条件都满足，才是一次出色的掩蔽。
那这和MP3有什么关系呢？MP3的算法就是利用了人耳的这种特性，将歌曲中不同频率里被淹没的声音瞬间，给丢掉了。这样就可以在减少文件体积的条件下，最小程度的损失音质。