基于相控阵与合成孔径聚焦方法的CMUT阵列虚拟声源成像技术

对电容式微机械超声换能器(CMUT)阵列成像中的相控阵(PA)和合成孔径聚焦技术(SAFT)的综合方法进行研究,使用CMUT子阵列形成虚拟声源,并利用虚拟声源的辐射能量进行超声成像。通过对比不同孔径的超声波声束发散程度,得到CMUT阵列最佳子孔径阵元数量为9,CMUT阵列实验通过将子孔径阵元数量从1到15依次增加,观察水中两个不同深度的钉子成像清晰度来验证最佳子孔径阵元数量。与传统全矩阵捕捉(FMC)成像技术相比,多阵元SAFT合成的虚拟声源辐射能力更强,所以有更好的探测深度,同时由于利用子阵列进行超声数据采集,因此减少了CMUT超声成像系统的硬件采集通道数。

两扬声器虚拟声重放的双耳声压控制与定位性能

在两扬声器虚拟声重放中,通过精确重构双耳声压而产生不同的空间听觉感知。其重放的定位性能应该是由双耳声压控制的代价和稳定性所共同决定的。过去研究主要对双耳声压控制的稳定性进行分析,并以此作为扬声器布置和信号处理的依据。该文研究表明仅对双耳声压的稳定性分析是不足以完全衡量扬声器虚拟声重放的定位性能的。进一步采用虚拟声信号处理滤波器响应平均功率对双耳声压控制的代价进行分析。结果表明,缩窄左右对称扬声器布置的张角或采用非对称扬声器布置会明显增加产生侧向目标虚拟源时的双耳声压控制代价。虚拟源(虚拟声像)定位实验表明,双耳声压控制代价增加会引起虚拟源定位缺陷。实际应用中,为了有效产生侧向虚拟源,应避免采用过窄张角(如立体声偶极)和非对称的扬声器布置。

头部尺寸对虚拟声像定位的影响

本文利用立体声像的相关理论分析方法;分析了用扬声器重发虚拟声时,倾听者的头部尺寸对声像定位的影响。结果表明,当实际倾听者的头部尺寸与虚拟声信号处理所用头部模型的尺寸有差别时,前方范围内的声像位置畸变较小,但侧向的声像位置畸变较大。因而本文特别指出,倾听者头部尺寸的不同是虚拟声重发时测向的声像位置畸变的重要原因。声像定位实验证实了理论分析。

基于动态机制的虚拟声环境构造系统的仿真

为了获得与临场相似的模拟实际声场的听觉感受,提出了一种基于动态机制的虚拟声环境构造系统实现方法.该方法通过频域插值,获取任意位置的房间脉冲响应,利用用户运动位置的前后相关性,实现运动预测机制.采用四叉树的层次数据结构来表示物体运动.结合与头相关的传递函数(HRTF)渐入渐出和神经网络,以多层前馈神经网络作为手段,求取了任意基于动态机制的室内声场HRTF数据.仿真结果表明,该方法较好地解决了运动声源HRTF数据的动态产生和前后声信号段平滑过渡问题,具有更好的真实性和精确度,实现了基于动态机制的室内声学仿真方法.

虚拟声音色均衡信号处理方法的主客观分析

对五种用于扬声器虚拟声重发的音色均衡信号处理方法进行主观对比实验,表明不同的均衡方法存在明显的主观音色差异,以功率均衡方法音色效果最好,而不适当的音色均衡方法可能会适得其反。从信号处理的角度对音色均衡方法进行了进一步的分析,指出音色主要由信号处理函数零、极点分布决定,有效的均衡应能抵消信号处理函数在接近Z平面单位园处的极点(以及零点)。

采用扬声器的虚拟声滤波器简化及其主观评价(英文)

对用扬声器的5.1通路环绕声虚拟重放系统的滤波器进行了简化,提出通过零极点的抵消可减少滤波器的脉冲响应长度。主观评价实验表明,在48kHz的采样频率下,采用128点(2.7ms)脉冲响应长度的滤波器进行处理可得到理想的主观听觉效果。采用64点(1.3ms)脉冲响应长度的滤波器会导致主观听觉效果略为下降,但实际中仍然可用。因而简化滤波器的脉冲响应长度较传统方法的5到10ms的量级要短,采用简单的FIR滤波器即可实现。

虚拟声技术及其应用(下)

4虚拟声的应用 4.1虚拟现实与多媒体 虚拟现实是一种逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术.利用虚拟声的方法可产生各种不同的声音空间听觉,包括对声源的定位和对环境的声学空间特性感觉,因而在虚拟声学环境中有重要应用[15].

虚拟声技术及其应用(上)

本文综述了虚拟声技术及其应用。在简单回顾了有关虚拟声的心理声学基础后,论述和分析 了耳机和扬声器重发虚拟声的基本原理和基本的缺陷,总结了近年所提出的虚拟声的改进方法,最 后探讨了虚拟声在科学研究、工程技术和消费电子领域的各种应用。

用跟踪器报告虚拟声源位置的精度分析与验证

虚拟声源定位实验是检验虚拟听觉重放的重要实验手段.文中设计和验证了一种利用跟踪器指示虚拟声源位置来报告其方向和距离的方法,并用计算机软件实现.经实验验证,该方法所测数据重复性好,15个位置6次重复测量结果对应的距离、水平角及仰角的标准差最大值分别为0.4cm、0.6°、0.5°;显著性水平设为0.05时的方差分析结果表明所测数据准确有效.将该方法用于实际的虚拟声源定位实验,结果表明:该方法与口头报告法相比更简便,结果离散性更小(特别是距离定位时),且效率高,每次判断时间(稳态与动态处理的平均结果)由19.8s降至7.2s,因而可降低虚拟声源定位实验难度,减少实验工作量.

利用虚拟声环境研究教室语言清晰度

教室室内语言清晰度是教室声学研究的重点,而语言清晰度试验是研究教室室内听闻环境最直接的方法.但要找到声环境按照一定规律变化的教室并完成语言清晰度试验,往往很困难.处理教室实测脉冲信号,采用指数衰减法可以构建混响时间按一定规律变化的声环境,而采用噪声混入法则可以获得信噪比不同的虚拟声环境.通过对虚拟声环境下的语言清晰度试验结果进行数据分析,可以获得教室室内最佳混响时间和信噪比的最佳取值,证明了通过构建虚拟声环境来研究教室语言清晰度是可行的.

虚拟声屏障代价函数的比较

研究虚拟声屏障(Virtual Sound Barrier,VSB)系统在采用不同代价函数时的性能表现。在三维声场分别以声势能密度和、声动能密度和、声能量密度和为代价函数进行数值模拟。结果表明,以声势能密度和为代价函数,降噪效果好,但声压降低量不均匀;以声动能密度和为代价函数,声压降低量最为均匀,但降噪效果不好;以声能量密度和为代价函数,降噪效果最好,声压降低量均匀程度在上述两者之间,是一个比较好的折衷。此外,将声动能密度和与声势能密度和按权重相加构成代价函数Je(w),针对不同的控制目标,可调整声动能密度和与声势能密度和的权重,得到适合控制目标的最优选择。

耳机虚拟声系统的外部化方法

在用声像法求双耳房间冲激响应的过程中融入了个人化与头相关传递函数,研究了基于个人化双耳房间冲激响应的外部化虚拟声系统.首先通过个人人体参数获取个人化与头相关传递函数,然后用声像法得到前4阶个人化的早期双耳反射声,最后截取前80m s早期反射声作为个人化双耳房间冲激响应加入到虚拟声系统.主观测听实验结果表明,使用假人双耳房间冲激响应可以改善头中效应而不降低定位精度,而使用个人化双耳房间冲激响应不仅可以改善头中效应,而且可以提高近13%的定位精度.

利用头相关函数实现虚拟声源和运动声源

在分析人耳对声音的音源的定位原理的基础之上,利用头相关函数实现了基于耳机的虚拟声源.进一步通过两种方法建立了运动声源的模型,并通过多人试听的方法对两种模型的效果进行了比较.

虚拟声屏障系统中虚拟传感器位置的优化研究

对于某一特定目标区域,虚拟声屏障系统的误差传感器阵列处于目标区域中某一最优位置,其降噪量最大.然而,误差传感器阵列处于目标区域中会妨碍人头的活动.使用虚拟传感器技术,将虚拟传感器布放于目标区域中,物理传感器布放于目标区域边界,可以解决此问题.前述最优位置即为虚拟传感器的理想最优位置.由于虚拟传感器处声压预测方法的限制,存在一个虚拟传感器的实际最优位置,虚拟传感器布放于实际最优位置时系统性能比布放于理想最优位置时好.控制声源与物理传感器距离较远时,即使虚拟传感器布放于实际最优位置,系统性能与误差传感器处于目标区域边界(不使用虚拟传感器)相比改进不大.然而,控制声源与物理传感器距离较小时,虚拟传感器布放于实际最优位置,与不使用虚拟传感器相比,系统性能提高明显,在550Hz以下低频,系统降噪效果有5dB以上的增加,取得10dB有效降噪静区的上限频率也大幅提高.

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。

虚拟声环境技术研究进展

论述了虚拟声环境实现的途径、原理、方法及存在的问题,着重阐述了用RCC方法实现“相似模拟”的可能性,并对虚拟声环境技术的应用前景作了简要的介绍。

头部转动与虚拟声像的稳定性

对虚拟声重发声像在头部转动下的稳定性进行了分析。声像定位理论和心理声学实验结果表明,头部转动对前方声像方向的影响较少,主要是影响侧向声像方向。并且对不同扬声器布置的结果是类似的。因而在实际选择虚拟声扬声器布置的时候,可不考虑头部转动的影响,而主要考虑头部(向左、右)偏离理想听音位置对声像的稳定性的影响。

虚拟声重发系统的声场分析及应用

对虚拟声系统的重发声场进行分析与实验 ,证明了采用三扬声器虚拟声重发系统可在一定程度上克服两扬声器系统的缺陷 ,其听音区域得到扩大 ,声像稳定性得到提高 .并且指出 ,三扬声器虚拟声重发的方法可用于 5.1通路环绕声的侧向声像重发、家庭影院的环绕声重发和室内声场可听化模拟 .

基于最小最大准则的虚拟声重放鲁棒算法

虚拟声在扬声器重放时需先通过串声消除系统(cross-talk cancellation system,CCS)来预校正;但该系统对倾听者头部位置的变化非常敏感。提出了一个基于最小最大准则的优化算法,通过在频域中自适应地调整相关参数,来达到全局的串声消除性能的最优。仿真结果表明相较常规的针对固定听音位置的CCS算法,提出的算法在头部移动时对重放声场控制具有更好的鲁棒性;尤其是在语音信号能量主要集中的低频和中频段时,具有更好的应用性。

求解水中加肋板声辐射特性的虚拟声源法

该文提出了一种利用虚拟声源离散声场的方法求解加肋板在水中的声振耦合问题。由波叠加原理和单元体积速度匹配的原则,根据离散的结构单元满足的动力方程和结构与介质的交界相容性条件,确定虚拟声源强度,计算结构的声辐射功率。该文以简支矩形加肋板为例,在不获得结构表面振速和声压的情况下,计算了结构在水中的声辐射功率,并与解析方法计算的结果进行了比较,表明了该方法具有较好的计算精度。