Ambisonics是一種基于聲場(chǎng)空間諧波分解與逐級(jí)近似重構(gòu)的空間聲重放方法。雙耳Ambisonics是物理聲場(chǎng)重構(gòu)與雙耳聲壓重構(gòu)原理混合應(yīng)用的一種空間聲重放技術(shù)。它是將空間Ambisonics的揚(yáng)聲器信號(hào)分別用各自方向的一對(duì)頭相關(guān)傳輸函數(shù)(HRTF,左右耳各一)進(jìn)行濾波處理并疊加,模擬出揚(yáng)聲器重放所產(chǎn)生的雙耳聲信號(hào)并用耳機(jī)重放,產(chǎn)生類似于Ambisonics揚(yáng)聲器重放的聽覺感知。雙耳Ambisonics既可用于轉(zhuǎn)換揚(yáng)聲器Ambisonics信號(hào)到雙耳耳機(jī)重放,也可直接用于產(chǎn)生適合耳機(jī)重放的雙耳信號(hào)。雙耳Ambisonics是近年來空間聲的一個(gè)研究熱點(diǎn)。新一代空間聲標(biāo)準(zhǔn)MPEG-H 3D Audio也包含了雙耳Ambisonics的制式。國際上對(duì)雙耳Ambisonics聲已有一些研究,但總體上還處在發(fā)展階段,仍有許多不足之處。主要體現(xiàn)在:大多數(shù)研究都是理論分析與仿真研究,感知特性的實(shí)驗(yàn)研究也主要局限在穩(wěn)態(tài)雙耳Ambisonics,真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)雙耳Ambisonics聲重放的課題組不多。目前也缺少對(duì)該空間聲重放方法的一個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。此外,雙耳Ambisonics同樣受Shannon-Nyquist空間采樣理論的限制,需要非常高階的重放才能合成正確的雙耳聲壓高頻譜因素,這在實(shí)際的應(yīng)用中是有困難的。動(dòng)態(tài)因素有可能替代高頻譜因素而產(chǎn)生垂直定位感知,但動(dòng)態(tài)因素對(duì)垂直定位的作用還缺乏嚴(yán)格的證明。為此,本文開展了以下工作。開展了一系列的虛擬源定位實(shí)驗(yàn),研究動(dòng)態(tài)因素對(duì)聽覺垂直定位的作用。結(jié)果表明,動(dòng)態(tài)因素和譜因素都對(duì)垂直定位有貢獻(xiàn),但是兩者提供的定位信息存在冗余;當(dāng)缺少其中一種定位因素時(shí),依靠另一種因素依然可以進(jìn)行一定程度上的垂直定位;當(dāng)兩個(gè)因素都不存在時(shí),聽覺系統(tǒng)不能進(jìn)行垂直定位;兩個(gè)因素的協(xié)同作用將增強(qiáng)垂直定位;個(gè)性化的譜因素可以進(jìn)一步提高穩(wěn)垂直定位的準(zhǔn)確性。這些結(jié)論將直接影響雙耳Ambisonics聲重放的設(shè)計(jì)。構(gòu)建了國內(nèi)首個(gè),國際少數(shù)之一的實(shí)時(shí)的雙耳Ambisonics聲重放科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)的重放階數(shù)和虛擬揚(yáng)聲器的數(shù)目可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能滿足實(shí)驗(yàn)要求�；谠撈脚_(tái)可對(duì)雙耳Ambisonics聲重放的效果和其他與動(dòng)態(tài)Ambisonics相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)該平臺(tái)也可以為雙耳Ambisonics聲重放技術(shù)的應(yīng)用提供重要的參考。詳細(xì)分析了(虛擬)揚(yáng)聲器數(shù)目和重放階數(shù)對(duì)雙耳Ambisonics重放聲壓誤差的影響,并采用了心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。提出了雙耳Ambisonics的應(yīng)用和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:實(shí)際可應(yīng)用選擇(L-1)=3~5階的動(dòng)態(tài)雙耳Ambisonics,并采用略高于下限的(L+1)~2個(gè)虛擬揚(yáng)聲器,即可得到合理的定位效果。為了進(jìn)一步提高重放效果,可以增加動(dòng)態(tài)雙耳Ambisonics的階數(shù),但系統(tǒng)也會(huì)更復(fù)雜。提出了一種雙耳近場(chǎng)補(bǔ)償高階Ambisonics的方法,該方法混合應(yīng)用了揚(yáng)聲器重放的近場(chǎng)補(bǔ)償高階Ambisonics和雙耳虛擬聽覺重放的基本原理,僅利用遠(yuǎn)場(chǎng)HRTF數(shù)據(jù)即可在耳機(jī)重放中合成不同距離和方向的聽覺感知。并采用心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法證明,只需要5階雙耳近場(chǎng)補(bǔ)償Ambisonics就可以得到合理的近場(chǎng)距離和方向的重放效果。實(shí)現(xiàn)了球形傳聲器陣列撿拾與雙耳Ambisonics(動(dòng)態(tài))重放,詳細(xì)分析了重放階數(shù)和虛擬揚(yáng)聲器數(shù)目對(duì)球形傳聲器陣列撿拾與雙耳Ambisonics重放雙耳聲壓誤差,并采用了心理聲學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,盡管球形傳聲器陣列撿拾與雙耳Ambisonics額外增加了聲場(chǎng)撿拾產(chǎn)生的空間混疊誤差,但重放階數(shù)與揚(yáng)聲器數(shù)目對(duì)雙耳聲壓誤差的影響與通過信號(hào)處理合成Ambisonics信號(hào)的情況基本是一致的。本文工作是對(duì)雙耳Ambisonics聲重放的一個(gè)比較系統(tǒng)和全面的研究,能夠?yàn)榻窈蟮碾p耳Ambisonics聲重放的應(yīng)用提供重要的參考。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN643
【部分圖文】：

在 1.4.3 小節(jié)介紹。該動(dòng)態(tài) VAD 是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)，在 Windows 操作系統(tǒng)下采用 C+語言實(shí)施。頭蹤跡跟蹤器（Polhemus Fastrak，圖 2-2）通過固定在頭頂?shù)碾姶艂鞲衅鳈z測(cè)頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)，該傳感器能夠檢測(cè)頭部三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)（見圖 2-1），即繞左右軸轉(zhuǎn)動(dòng)（pitch），繞前后軸轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)，tilting），和繞上下軸轉(zhuǎn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)，rotation）。對(duì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的虛擬源，可將 VAD 平臺(tái)的頭蹤跡跟蹤器功能關(guān)閉，直接用一對(duì)目標(biāo)方向 HRTF 按（1-5）式對(duì)輸入信號(hào)濾波，得到雙耳聲信號(hào)。對(duì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的虛擬源，根據(jù)頭蹤跡跟蹤器檢測(cè)到的頭部的方向，計(jì)算出空間固定聲源相對(duì)于頭部的現(xiàn)時(shí)位置，斷刷新濾波用的 HRTF 數(shù)據(jù)，產(chǎn)生隨頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化的雙耳聲信號(hào)。本動(dòng)態(tài) VA的場(chǎng)景刷新率和系統(tǒng)延時(shí)分別為 120 Hz 和 25.4 ms，能夠很好地合成動(dòng)態(tài)雙耳信號(hào)，該系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)可以參考文獻(xiàn)[85]。得到的雙耳聲信號(hào)饋給入耳式耳機(jī)(Etymotic ResearER-2，圖 2-3)重放。該入耳式耳機(jī)的頻率響應(yīng)在 16 kHz 以下平直，并且 16 kHz 以上的信號(hào)成分對(duì)定位幾乎沒有作用，故在雙耳信號(hào)的處理過程中省略了耳機(jī)到耳道的傳輸均衡。

在 1.4.3 小節(jié)介紹。該動(dòng)態(tài) VAD 是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)，在 Windows 操作系統(tǒng)下采用 C+語言實(shí)施。頭蹤跡跟蹤器（Polhemus Fastrak，圖 2-2）通過固定在頭頂?shù)碾姶艂鞲衅鳈z測(cè)頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)，該傳感器能夠檢測(cè)頭部三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)（見圖 2-1），即繞左右軸轉(zhuǎn)動(dòng)（pitch），繞前后軸轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)，tilting），和繞上下軸轉(zhuǎn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)，rotation）。對(duì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的虛擬源，可將 VAD 平臺(tái)的頭蹤跡跟蹤器功能關(guān)閉，直接用一對(duì)目標(biāo)方向 HRTF 按（1-5）式對(duì)輸入信號(hào)濾波，得到雙耳聲信號(hào)。對(duì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的虛擬源，根據(jù)頭蹤跡跟蹤器檢測(cè)到的頭部的方向，計(jì)算出空間固定聲源相對(duì)于頭部的現(xiàn)時(shí)位置，斷刷新濾波用的 HRTF 數(shù)據(jù)，產(chǎn)生隨頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化的雙耳聲信號(hào)。本動(dòng)態(tài) VA的場(chǎng)景刷新率和系統(tǒng)延時(shí)分別為 120 Hz 和 25.4 ms，能夠很好地合成動(dòng)態(tài)雙耳信號(hào)，該系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)可以參考文獻(xiàn)[85]。得到的雙耳聲信號(hào)饋給入耳式耳機(jī)(Etymotic ResearER-2，圖 2-3)重放。該入耳式耳機(jī)的頻率響應(yīng)在 16 kHz 以下平直，并且 16 kHz 以上的信號(hào)成分對(duì)定位幾乎沒有作用，故在雙耳信號(hào)的處理過程中省略了耳機(jī)到耳道的傳輸均衡。

第二章 遠(yuǎn)場(chǎng)空間虛擬聲源的定位因素情況類似，但是使用非個(gè)性化和個(gè)性化的 HRTF 的極仰角感知要優(yōu)于使用無TF。因此，對(duì)于全頻帶粉紅噪聲，動(dòng)態(tài)重放能夠能夠在一定程度上產(chǎn)生垂直面的虛擬源感知。而垂直定位感知誤差的次序?yàn)椋簾o耳廓 HRTF，非個(gè)性化性化 HRTF。圖 2-7 是對(duì)圖 2-6 中存在定位混亂的數(shù)據(jù)反演后的結(jié)果。直面 Θ = 45o，總體上，其極方位角感知誤差比中垂面大，平均誤差在 6.8見表 2-1）。圖 2-8 至圖 2-11 給出了目標(biāo)虛擬源的極仰角定位散點(diǎn)圖，其結(jié)果垂面類似。穩(wěn)態(tài)重放 動(dòng)態(tài)重放
【參考文獻(xiàn)】

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2 余光正;謝菠蓀;饒丹;;人工頭近場(chǎng)頭相關(guān)傳輸函數(shù)及其特性[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

3 謝菠蓀;;頭相關(guān)傳輸函數(shù)空間采樣、插值與環(huán)繞聲重放[J];聲學(xué)學(xué)報(bào)(中文版);2007年01期

4 謝菠蓀,師勇,謝志文,管善群;5.1通路環(huán)繞聲的虛擬重放系統(tǒng)[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2005年03期

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3 張承云;虛擬聽覺環(huán)境實(shí)時(shí)繪制系統(tǒng)平臺(tái)研究[D];華南理工大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2888509