双通路立体声的三扬声器虚拟重发的实验研究

对现有的、将双通路立体声信号转换为前方三扬声器重发信号的虚拟声信号处理方法进行了改进,加入了音色均衡的信号处理。同时对该方法进行了主观和客观实验验证,结果表明,经虚拟声信号处理,三扬声器重发不但可得到和普通立体声重发一样的声像效果,而且可提高声像的稳定性,扩大听音区域。

多频声频率成分与感知倒谱距离的初步研究

通过理论计算和主观实验,研究了多频声频率成分在不同频响曲线下与感知倒谱距离和主观评价之间的关系。针对所选定的9种频响曲线和7种节目信号,当频率范围为1～10kHz之间时,感知倒谱距离与主观评价的相关系数最高仅为0.93,最低为0.80,7种信号中只有3种的主客观相关系数高于0.90。而当频率范围为50～15000Hz时,感知倒谱距离与主观评价的相关系数最大达到了0.96,最低为0.85,7种信号中有5种的主客观相关系数都高于0.90。从而得出了在频率成分个数较少的情况下,频率范围比频率间隔需要更优先考虑的结论。

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)。

衣服、耳廓对肩部反射及头相关传输函数的综合影响(英文)

通过对人工头/躯干系统和真人的头相关传输函数进行测量和分析,研究了衣服、耳廓对肩部反射及头相关传输函数的综合影响。实验结果表明,在3.0kHz以下肩部反射声几乎与衣服无关;而无耳廓时,不同的衣服对5.0kHz以上的肩部反射声以及头相关传输函数有一定的影响,但耳廓的存在会掩盖肩部反射的高频部分。因此,3.0kHz以下的肩部反射能够成为一个稳定的声源定位因素。

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。

头相关传输函数空间对称性的分析

提出了分析头相关传输函数空间对称性的方法。利用对KEMAR人工头/躯干系统和真人受试者进行测量得到的头相关传输函数,分析了生理结构对头相关传输函数空间对称性的影响。结果表明,在5 kHz至6 kHz以上的频率,耳廓破坏了头相关传输函数的前后对称性；而受耳道入口位置的影响,真人受试者的头相关传输函数在2．5 kHz以上的频率就开始出现前后不对称。另一方面,在中、低频的情况下,头相关传输函数近似左右对称,然而随着频率的升高,生理外形在细微结构上的左右差异将导致头相关传输函数的左右不对称。这种左右不对称的起始频率和程度存在个体差异。上述分析可以反映出头相关传输函数空间对称性的规律和现有双耳听觉模型的适用范围。

声源指向性对双耳可听化质量的影响

以两个厅堂为对象,通过测量指向性和无指向性声源的双耳房间脉冲响应来研究声源指向性对可听化质量的影响。客观和主观实验表明,不同指向性声源所得到的可听化质量在主观距离感、明晰度、语言清晰度等多个方面有明显的差异。文中着重指出,过去的许多可听化研究都是采用无指向性声源得到双耳房间脉冲响应的,这是影响可听化质量的一个重要原因。因此在可听化研究中,应采用与实际声源指向性较为接近的声源。

近场头相关传输函数及其应用

综述了近场头相关传输函数(HRTF)及其应用问题,讨论了近场HRTF的测量、理论计算及其物理特征。最后讨论了近场HRTF在双耳听觉和消费电子领域的应用。

采用无耳壳头相关传输函数的虚拟声信号处理

本文提出采用无耳壳、封闭耳道的头相关传输函数(HRTF)进行虚拟声信号处理的方法。理论分析表明,在包含功率均衡的扬声器虚拟声信号处理中,采用无耳壳、封闭耳道的头相关传输函数可有效地减少信号处理函数的谷点,从而减少声重发的音色改变．心理声学的实验结果表明,新处理方法的声像定位与传统的带耳壳、耳道的HRTF处理无显著区别,但音色较后者有所改善．因而新的方法更适合实际的虚拟声信号处理应用。

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。

一种新的双耳时间差模型的特性分析

双耳时间差（InterauralTimeDifference，简称ITD）是指声源发出的声波到双耳的传输时间差。ITD是低频声源定位的主要因素。它对双耳听觉的研究和虚拟听觉的应用有重要的意义。在远场（声源到头中心的距离大于1．0m～1．2m），ITD是声源空间方向（θ,φ，）（0≤θ〈2π，-π／2≤θ≤π／2）和头面部生理参数的函数，因此是一个个性化的物理量。个性化的ITD可以通过实验测量得到，但实际中不可能对每位倾听者进行测量，所以有研究采用一定的模型计算ITD。基于几何声学模型，R．S．Woodworth等推导出水平面上刚性球模型的ITD公式：

头相关传输函数相位特性及双耳时间差的意义

从头相关传输函数相位特性的角度,综述和讨论了双耳时间差的各种不同定义及它们的物理意义,指出对头相关传输函数相位特性的不同考虑对应不同的双耳时间差定义。以双耳时间差的一些实验数据和计算模型为例,讨论了几种双耳时间差的结果及它们的内在联系,并强调指出对双耳时间差进行比较时,只有计算方法和条件相同的情况下才有意义。

虚拟听觉在虚拟现实、通信及信息系统的应用

综述了虚拟听觉技术在虚拟现实、通信及信息系统的应用,着重指出虚拟听觉在众多领域具有广泛的应用价值,而家用声重放的应用只是虚拟听觉众多应用的一类。

双耳时间差上升沿算法中阈值的选择

上升沿法是计算双耳时间差的1种常用方法。采用3种不同对象的头相关脉冲响应数据,分别计算了不同判定阈值(5%,10%,15%,20%)下的双耳时间差,研究了上升沿算法中合理的判定阈值范围以及采用不同判定阈值时上升沿算法的稳定性。结果表明,判定阈值的选择与研究对象、头相关脉冲响应获取手段等因素有关;而稳定性主要取决于双耳头相关脉冲响应的上升斜率,复杂的、非对称的生理结构将使声源异侧耳的上升斜率减小,从而导致上升沿算法的不稳定,这在侧向表现得最明显;建议采用10%的判定阈值。

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。

非个性化耳机特性补偿的分析

分析了非个性化耳机特性补偿的有效性以及存在的问题。结果表明,在4kHz以下,非个性化补偿是有效的,而4kHz以上,由于由耳廓效应引起的耳机传输特性的个体差异,使得非个性化补偿不但失效而且还在8～10kHz处引入了严重影响听感的频谱峰误差。

改进的虚拟声四扬声器重放信号处理方法

分析了传统虚拟声2扬声器和现有4扬声器重放系统的缺陷,提出了一种改进的4扬声器重放信号处理的方法。实验结果表明,新方法可得到水平面360°内稳定的声像效果,特别是侧向声像效果有明显的改善,该方法可用于多媒体计算机和多通路环绕声的虚拟重放。

改进的5.1通路环绕声三扬声器虚拟重发系统

提出一种改进的5．1通路环绕声的三扬声器虚拟重发系统。本文首先指出,现有的两扬声器虚拟重发存在听音区域窄、声像稳定性差等缺陷。通过理论分析和心理声实验证明,采用一对布置在前方±30°的全频带扬声器和一个前方0°的高频中置扬声器组成5．1通路环绕声虚拟重发系统,不但可提高重发声像的稳定性,且扬声器布置实际可行,信号处理相对简单。因此所提出的虚拟系统及其扬声器布置是适合于电视和多媒体计算机的应用。

头相关传输函数数据库及其特性分析

对52名受试者(男、女各半)进行测量,建立了中国人样本的高空间分辨率的头相关传输函数(HRTF)以及受试者生理尺寸的数据库.基于此数据库,对与声源定位有关的因素(双耳时间差、双耳声级差、耳廓产生的谱特征等)进行了分析.结果表明,在统计意义上最大双耳时间差存在显著的性别差异,且与国外的数据也存在显著性差异,这是由头部尺寸的统计差异引起的;另外,耳廓引起的HRTF高频谱特征是非常个性化的物理量;在高频(f≥5.5kHz)HRTF的左、右对称性将受到破坏.此工作为今后有关双耳听觉的研究和虚拟听觉的应用提供了数据基础.