通信声学:过去、现在和未来

通信声学的定义：通信声学是面向人与人、人与机器之间的信息交互，研究一般声学环境中音频信号的产生、传播和接收的声学分支学科。基于现代声学、信息处理和通信技术的发展，通信声学已成为一个多学科交叉的研究领域。它融合了心理生理声学、房间声学、电声学、语音和音频信号处理、通信技术、计算机技术等不同领域的研究成果，在当今的科学与技术变革中具有显著的位置。

虚拟听觉技术中的心理声学基础——空间方位感知

介绍了虚拟听觉技术和头相关传输函数中包含的与空间方位有关的听觉定位因素,并指出了当前的研究热点。

听觉空间印象及其电声重放的心理声学问题

综述了与室内声场空间印象相关的基本概念、研究方法以及客观评价参数。讨论了电声重放声场空间信息的基本思路与方法。指出了室内声场空间印象和电声重放产生主观空间印象方法之间的关联与差别。

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。

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)。

高阶Ambisonics声重放系统的稳定性分析

0引言高阶Ambisonics声重放系统(High Order Ambisonics,HOA)采用空间球谐函数展开,逐级逼近理想声场的方法,记录原声场空间信息并重放一个与原声场相同或尽可能相似的三维声场[1]。重放声场的精度可以通过选择球谐展开级数来调节,重放时,可有多种不同的扬声器布置方案。因此,HOA声重放系统的效果不仅与球谐函数的阶数有关。

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。

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。

球谐函数展开的个性化双耳时间差模型

基于空间球谐函数展开,提出了一种空间方向连续的个性化双耳时间差(ITD)模型,并导出了ITD测量的空间采样理论。52名受试者的计算结果表明,本文模型所包含的前六阶球谐展开项可充分表征ITD的空间变化特性,包括左右对称和前后不对称。利用39个空间方向的ITD测量值可准确重构空间方向连续的个性化ITD函数,而利用头部和耳部的四个生理参数的测量值,也可近似预测空间方向连续的个性化ITD函数。本文模型的结构和精度均优于现有的同类模型,可应用于个性化ITD的简化测量以及生理参数定制。

空间声的研究与应用——历史、发展与现状

空间声的目的是通过电声的手段重放声音空间信息,给聆听者再现特定的空间听觉感知。它在文化生活、通信、多媒体和虚拟现实等方面以及航空、航天等领域都有重要的应用。国内对空间声的研究起步于1958年,五十多年来进行了大量的基础研究工作,是和国际上的发展前沿相接轨的。本文在回顾空间声的基本原理与分类、国际上空间声发展历史的基础上,侧重评述了国内空间声研究和应用的历史、发展与现状,并展望了今后的发展前景。

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。

个性化头相关传输函数的近似获取——现状和问题

虚拟听觉重放采用头相关传输函数(HRTF)合成双耳声信号,并用耳机重放,以产生所需的空间听觉事件。理想的虚拟听觉重放需要个性化HRTF。个性化HRTF可通过实验测量或数值计算相对地准确获得。然而,测量每个潜在使用者的高空间分辨率HRTF是困难的,而数值计算HRTF的频段往往受限于计算机性能。近年发展了多种HRTF的近似获取方法,并成为热门研究课题,但效果有待验证和提高。本文评述了个性化HRTF近似的研究进展,指出了存在的问题和今后的方向。

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。

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。

躯干散射对近场HRTF影响的微扰法分析

提出微扰与多极展开相结合的方法,近似计算雪人模型近场头相关传输函数(HRTF),并利用此方法定量分析躯干散(反)射声波对HRTF的影响.计算结果表明:躯干散射对HRTF的影响与微扰近似的阶数、频率、声源位置(包括方向和距离)等有关.在一级微扰近似下,躯干散射对HRTF的影响整体上随频率的升高、声源距离的减小、仰角的降低、或声源相对受声耳方向的偏离角度的增大而增大;随着微扰阶数的增加,高阶微扰项对计算结果的贡献迅速减少;声源距离不小于0.02m以及仰角不小于135°时,在20 kHz以下的频率范围内,采用三阶微扰近似的计算误差在±1.0 dB以内,四阶及以上的散射可以忽略.

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：

扬声器的特性不匹配对虚拟声像的影响

本文从理论和实验上探讨了扬声器的特性不匹配对重放虚拟声像的影响。结果表明,用两扬声器进行虚拟听觉重放时,在某些频率段和虚拟声像角度,两扬声器间很小的幅频特性差异或相频特性差异都足以对虚拟声像方向产生明显的影响。扬声器特性的差异对前方范围的声像影响较小,但对侧向范围的声像影响较大,因而两扬声器的特性不匹配也是导致虚拟听觉重放时侧向声像位置畸变的重要原因之一。而在实际应用中要特别注意两扬声器的特性匹配,或者要用信号处理的方法对两扬声器的特性进行校正。