3D声场合成中近似个性头相关传递函数的主观选择方法

通过主观比较从大量的非个性头相关传递函数(HRTF)中选择出近似个性HRTF,以减小通用HRTF合成3D立体声时所产生的定位误差。经过水平面粗略选择、水平面细致选择、中垂面选择三个阶段,以两两比较的竞赛方式从候选的HRTF中筛选出定位性能最好的HRTF,作为近似个性HRTF来合成3D立体声。声学定位实验表明,近似个性HRTF的声音定位性能要明显优于通用HRTF,并且能大幅度减少前后混淆和仰角误差。因此,在个性HRTF难于获得的情况下,主观选择方法是有效的替代方法。

基于偏最小二乘回归的与头相关传递函数的个人化

该文提出了一种基于偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)的与头相关传递函数(Head Related Transfer Function,HRTF)的个人化方法。通过对HRTF进行预处理和主元分析,并对人体参数进行筛选,只要相对简单的人体参数测量,就可利用PLSR得到特定人的HRTF。客观误差分析和主观声音定位测试结果表明估计的HRTF与实际测量的HRTF之间不仅均方误差较小,而且感知区别不大;同时由PLSR估计的个人化HRTF在水平面上的主观测试定位准确率明显优于非个人化HRTF,也优于由最小二乘回归(Least Squares Regression,LSR)估计的个人化HRTF。

与头相关传递函数的双耳特征提取与分类

与头相关传递函数(HRTF)是研究三维声音合成及虚拟听觉空间仿真的基础。为分析利用相近方位HRTF的共性特征和区域间差异,本文提出一种HRTF的分类方法。通过对双耳HRTF作主元素分析提取方位特征,利用改进的K-均值聚类方法,迭代调整初始聚类中心对HRTF进行分类,得到局部区间的代表方位,然后用两种不同方案对整个空间的HRTF进行内插逼近。与以往的方法相比,本文的分类结果更接近人耳定位特性,并减少了重建误差。文中还分析了HRTF长度、分类集大小的影响以及不同数据库的分类相似性,仿真结果表明了方法的有效性和优越性。

基于与头相关传递函数的神经网络声源定位方法研究

机器定位要求对声源方位建立简便高效的判断模式。根据与头相关传递函数(HRTF)和方位之间的紧密联系,该文研究基于HRTF的神经网络定位方法,利用前馈神经网络来模拟HRTF和方位的对应关系,从中提取出方位信息并进行多种形式编码,然后提出一种有效的加权估计方法识别方位。仿真表明该方法对方位识别的精确度较高,网络简洁更具泛化性。最后并通过鲁棒性分析给出定位结果的验证和说明。

基于头相关传递函数的三维虚拟声的实验验证

作为虚拟现实系统的重要组成部分之一,三维虚拟声能够提高人在虚拟环境中的作业绩效。头相关传递函数(head-related transfer function,HRTF)是实现三维虚拟声的核心技术之一。基于公开的HRTF数据库实现了三维虚拟声的合成,并通过30名中国男性被试参与的实验来验证三维虚拟声的有效性。实验结果表明:被试在左右方位上的定位绩效较好,在前后和上下方向存在混淆现象,在正矢状面上,前后混淆的现象尤为严重。最后针对实验结果进行了定性的分析与解释。

基于遗传算法的零极点型与头相关传递函数优化逼近

基于与头相关传递函数HRTFs在不同频率区间上频谱特征重要性程度存在着差异的判断,结合空间听觉的研究成果,应用多种群并行进化、参数实数编码等改进措施的遗传算法GA进行了HRTFs的零极点模型逼近.实验结果表明,GA在适合人耳听觉感知特性的对数幅度谱误差准则下,逼近效果较传统的Prony和Yule-W alker方法分别获得了平均39%和46%的改善.

头相关传递函数的个人化方法

对双耳空间听觉模拟中的核心数据即头相关传递函数的定义、获取方法和个人化处理方法的研究情况进行了概述,着重分析了几种现有的头相关传递函数个人化方法,并指出这方面的关键技术问题和发展方向。

近场头相关传递函数的数值计算与特性分析

建立了近场头相关传递函数(HRTF)的边界元算法,针对刚性圆球人头简化模型,利用解析计算结果对其进行了验证,然后依据GB/T2428-1998建立了一个椭球人头模型,利用边界元算法计算了中低频多个空间方位的近场HRTF,并对其随方位和距离的变化特性进行了分析。

利用双扬声器的头相关传递函数动态测量

提出了一种利用双扬声器的头相关传递函数(HRTF)动态测量方法,在减轻测试条件要求的同时有效提高了测试效率。首先利用双扬声器阵列播放不相关信号,通过短时时延估计来实现人头尺寸的获取及头部运动姿态的实时跟踪;其次,在短时间内满足近似线性时不变系统的条件下,实现HRTF的多点同时测量及所需空间区域的连续测量。与FASTRAK头部跟踪系统的实验比较结果验证了本文方法的准确性和有效性。

中国人标准头模BHead210的头相关传递函数数值计算

针对基于中国人平均头部尺寸的BHead210标准头模,通过结构光扫描获取三维数据并利用边界元方法计算其头相关传递函数。将刚球模型的计算结果与解析结果进行对比,验证了计算方法的正确性,并将BHead210的计算结果与测量结果对比以观察误差。给出了由边界元计算数据导出的BHead210双耳时间差、双耳声级差曲线与不同声源距离某方位的头相关传递函数幅度谱。最后对比和分析了BHead210头模数据与CIPIC公布的KEMAR头模数据的差异。

头相关传递函数测试新方法

头相关传递函数（Head-related transfer function,HRTF）描述了自由声场的声波从声源发出传播到双耳的过程中由于人体反射和散射引起的信号频谱改变。HRTF在双耳定位、虚拟声像合成以及串音消除的研究中发挥着重要的作用。在有关HRTF的研究工作中,HRTF数据库的获取是一个重要的问题。

个性化头相关传递函数的研究进展

虚拟听觉技术用于再现与真实声像一样的听觉效果,甚至可以优化听觉体验。它涉及心理声学、信号测量、计算仿真等方面,在虚拟现实、通信导航、助听设备和心理康复等领域具有重要应用,受到了科研工作者的广泛重视。该技术的一个重要应用是虚拟听觉空间的构建,其基础是个性化头相关传递函数的获取。近些年,出现了大量获取个性化头相关传递函数的方法。为便于各个方法的总结和分析,将这些方法分成声学测量、数值计算、基于人体特征的近似估计3类,对每类方法的研究进程和重要成果进行了概况总结。随后,从实际应用的角度论述了各种方法的优缺点,针对各类问题的研究方向提出了建议,对技术未来发展进行了展望。

基于头相关传递函数实现三维声场多普勒效应仿真

为了能够更好地模拟双耳的多普勒音效,论文应用头相关传递函数(Head Related Transfer Function,HRTF)来实现三维声场多普勒效应仿真。论文首先研究了接收者接收的信号的频率频移以及接收者接收到的声压级的变化,在此基础上应用分帧处理及音频拼接技术实现双耳多普勒音效实时模拟。主观实验结果表明,该方法合成的三维多普勒音效具有良好的效果。

基于个体张量分解与模态的头相关传输函数重构

远场头相关传输函数(HRTF)随声源方向、频率以及个体变化。完整HRTF的数据量很大,且测量或计算每个人的高方向分辨率HRTF是很困难的。本文提出一种从少量方向的测量或计算重构高方向分辨率HRTF的方法。基于HRTF张量分解,远场HRTF可分解为方向模态、频率模态和少量个体模态的张量组合。通过对已有的基线HRTF数据库进行统计分析,可得到与个体无关的方向模态矩阵和频率模态矩阵。而对于任何新的个体,只要少量方向的测量或计算HRTF即可估计出个体模态的变化,并重构出高方向分辨率的HRTF数据。对两个HRTF数据库的计算表明,采用11个个体模态即可表示超过98%的个体相关的HRTF能量变化,并从大约30个方向的测量或计算HRTF重构出高方向分辨率的HRTF幅度。心理声学实验验证了提出的方法。该方法可用于简化个性化HRTF的测量或计算。

人工头近场头相关传输函数及其特性

采用球形正十二面体声源及其空间定位系统,测量并建立了KEMAR人工头的近场头相关传输函数(HRTF)数据库。基于数据库分析了近场HRTF在频域和时域随声源距离变化的规律;讨论了用近场HRTF算得的双耳声级差(TLD)和双耳时间差(ITD)所包含的声源距离定位信息。结果表明,测量系统和所得数据具有较好的重复性和准确性,保留了1 kHz以下的低频定位信息。并且,近场HRTF幅度谱和ILD随声源距离的变化明显;用相关法算得2 kHz以下频段的ITD随声源距离略有变化。本文数据库及其分析结果将为声源距离定位的应用提供基础。

头相关传输函数的研究进展(一)

综述了头相关传输函数(HRTF)的研究进展,主要包括HRTF的定义、获取方式以及各种分析、近似和评价方法。同时,还探讨了HRTF研究中存在的问题。

头相关传输函数幅度谱的听觉空间分辨阈值的分析

提出一种分析头相关传输函数(head-related transfer function,HRTF)幅度谱的听觉空间分辨阈值模型。采用数值计算得到的高空间分辨率HRTF数据,计算了声源空间位置变化引起的HRTF幅度谱的变化,进一步利用Moore响度模型分析双耳响度级差、双耳响度级谱和总响度级等三个听觉感知量的变化。根据现有的3个听觉感知量最小可察觉差异,模型利用双耳响度级差和双耳响度级谱的变化得到的估计结果与心理声学实验一致,因此是一种有效预测听觉空间分辨阈值的方法,可用于为简化虚拟听觉信号处理和数据储存。

头相关传输函数空间采样、插值与环绕声重放

从空间方向采样的角度对头相关传输函数(HRTF)空间插值、多通路环绕声重放进行了分析,证明了它们在数学上是完全等价的,不同的HRTF空间插值方法对应于不同的多通路环绕声信号馈给,并给出了多通路环绕声信号馈给以及立体声的正弦定理更严格的数学推导。分析指出企图用相邻线性插值的方法得到侧向的HRTF是错误的,并从保证声像定位的角度,对现有的HRTF相邻线性插值公式进行了修正。分析最后指出,HRTF以及虚拟声的许多分析方法可与多通路环绕声相互借鉴。

头相关传输函数的低频特性

提出了一种对测量得到头相关传输函数(HRTF)的低频特性进行修正的方法。通过头部的刚球模型对HRTF的低频特性进行分析,证明了无论对远场或近场HRTF,大约在400 Hz以下,其幅度趋于恒定,而相位接近线性。因而只要通过实验测量得到400 Hz以上的HRTF特性,即可采用理论的结果对其进行修正。理论计算和主观实验证明,所提出的方法是切实可行的。

近场结构化头相关传输函数的测量与分析

采用脉冲发生器作为点声源,通过控制水平角、仰角和距离等三维空间参数,测量了一种高空间分辨率的结构化头相关传递函数,其中包括头传递函数、头和耳廓传递函数以及头和躯干传递函数。基于测得的结构化头相关传递函数,分析了各结构对头相关传递函数的影响,并结合本研究测得的结构化头相关传递函数和2009年测得的完整头相关传递函数,基于两种加性法则计算分析了耳廓传递函数,分析结果表明两种方法得到的耳廓相关传递函数具有高相关度,验证了头相关传递函数是由头、躯干和耳廓的传递函数叠加而成的合理性。