聽覺傳輸型音頻定位系統(tǒng)研究.pdf

1、音頻定位技術(shù)作為一門新興的邊緣交叉學(xué)科，涉及聽覺心理學(xué)、聽覺生理學(xué)、人工智能和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等多個(gè)研究領(lǐng)域，且具有廣泛的應(yīng)用前景，它可以幫助傳遞和識(shí)別可視信息，增強(qiáng)三維仿真環(huán)境的逼真度、想像力和沉浸感，在軍事和民用方面有廣泛的應(yīng)用。音頻定位技術(shù)是通過對(duì)一包含單個(gè)或者多個(gè)模擬聲源的聲場(chǎng)進(jìn)行建模，以達(dá)到對(duì)各聲源音頻定位的目的。這樣，人們可以獲得該聲場(chǎng)中任意位置的雙耳聽覺感受。 假頭(人工頭)型立體聲系統(tǒng)已有六、七十年的歷史，由于它

2、具有聲像逼真、自然，且只需要兩個(gè)獨(dú)立的傳輸信號(hào)等突出優(yōu)點(diǎn)，幾十年來(lái)研究工作者對(duì)其興趣經(jīng)久不衰，但由于它具有一定的局限性，以及一些技術(shù)上的困難，故未能在廣播、家用立體聲等方面得到廣泛的應(yīng)用。但近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等方面的發(fā)展，在假頭型立體聲系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了聽覺傳輸技術(shù)。它在電聲、室內(nèi)聲、噪聲、心理聲學(xué)、計(jì)算機(jī)多媒體和人工虛擬環(huán)境等許多方面有廣泛的應(yīng)用前景，其內(nèi)容已超過了假頭型立體聲這樣一種特殊的聲傳輸和重發(fā)系統(tǒng)的范

3、疇。本文的研究?jī)?nèi)容就是聽覺傳輸型的音頻定位系統(tǒng)。 對(duì)人類聽覺生理學(xué)和心理學(xué)的了解是研究仿真音頻技術(shù)的基礎(chǔ)。因此，本文首先介紹了人類的聽覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和聽覺特性，接著分析了優(yōu)先效應(yīng)、耳廓效應(yīng)等因素對(duì)音頻定位的影響，闡明了人類進(jìn)行音頻定位所必需的耳間時(shí)間差，耳間強(qiáng)度差以及頭部關(guān)聯(lián)傳遞函數(shù)的概念。在此基礎(chǔ)上提出了以頭部關(guān)聯(lián)傳遞函數(shù)為關(guān)鍵因素聽覺傳輸型的音頻定位系統(tǒng)的構(gòu)成。 這種系統(tǒng)存在一些固有的缺陷，尤其在耳機(jī)重發(fā)系統(tǒng)中，頭中定位

4、效應(yīng)和“混淆錐”現(xiàn)象會(huì)影響系統(tǒng)的定位效果。相關(guān)研究者在對(duì)頭中定位效應(yīng)的消除進(jìn)行了較多的研究，并且都認(rèn)為加入混響在使聲音“外部化”的過程中起著舉足輕重的作用。本文主要針對(duì)“混淆錐”現(xiàn)象引起的前后聲像位置倒置的問題進(jìn)行研究，并提出對(duì)原始HRTF數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域加權(quán)以及多聲道耳機(jī)重發(fā)的兩種解決方案，以提高系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確度。 本文還給出了定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)及多聲道耳機(jī)驅(qū)動(dòng)的硬件設(shè)計(jì)方案。并通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的定位效果進(jìn)行了模擬實(shí)