本文關(guān)鍵詞：球形傳聲器陣列撿拾與雙耳虛擬重放系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：球形傳聲器陣列撿拾與雙耳虛擬重放是一種新的聲場(chǎng)空間信息的撿拾和重放方法。它利用球形傳聲器陣列撿拾空間聲場(chǎng)信號(hào),然后通過相應(yīng)的信號(hào)處理,動(dòng)態(tài)合成雙耳聲信號(hào)并利用耳機(jī)(或揚(yáng)聲器)重放。這種重放方法不但能較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)空間信息的重放,且具有較大的靈活性和通用性,在聽覺相關(guān)的科學(xué)研究、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。目前國(guó)際上已有研究發(fā)展了球形傳聲器陣列撿拾與雙耳虛擬重放系統(tǒng),但總體而言,這方面的研究還處于起始階段,仍有許多有待完善的地方。主要體現(xiàn)為:真正完整實(shí)現(xiàn)從撿拾到重放的課題組非常少,特別是國(guó)內(nèi)還沒有這方面的系統(tǒng);雙耳聲信號(hào)處理有待優(yōu)化,目前還未見基于球形傳聲器陣列撿拾和雙耳重放系統(tǒng)的虛擬源定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估的報(bào)道等。為此,本文開展了以下的工作:系統(tǒng)分析了測(cè)量方法對(duì)測(cè)量球形傳聲器陣列空間脈沖響應(yīng)的影響,尤其研究了球形傳聲器陣列散射和非線性失真在脈沖響應(yīng)上測(cè)量的作用,解釋了不同測(cè)量方法在球形傳聲器陣列測(cè)量結(jié)果差異的原因。為了減少非線性失真引起的誤差,建議采用對(duì)數(shù)掃頻的方法進(jìn)行測(cè)量。并通過設(shè)計(jì)合理的測(cè)量系統(tǒng),獲取了全空間方位角間隔5°(0°至355°),仰角間隔10°(-50°至90°)的遠(yuǎn)場(chǎng)聲源空間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)將成為研究球形傳聲器陣列實(shí)際撿拾和重放性能的重要參考數(shù)據(jù)。在雙耳虛擬重放中引入了使用數(shù)值計(jì)算獲取的空間高分辨率HRTF。通過對(duì)頭部模型定標(biāo)方法的改進(jìn)和計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化,利用邊界元計(jì)算獲取了準(zhǔn)確的空間高分辨率的遠(yuǎn)場(chǎng)HRTF,其中頻率上限16000Hz,并且全空間采樣間隔達(dá)到1°。對(duì)雙耳重放中所需要的HRTF空間分辨率進(jìn)行了分析,提出了一種雙耳聽覺模型評(píng)價(jià)方法,并通過了心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這種方法能夠有效辨別由譜因素和ILD引起的角度差異感知,用于雙耳重放中幅度譜的空間閾值分辨,為合理設(shè)計(jì)雙耳重放提供了基礎(chǔ)。提出了一種聯(lián)合HRTF主成分分析與球型傳聲器陣列Beamforming輸出的高效動(dòng)態(tài)雙耳合成方法。首先利用近似均勻空間分布方法,使用M=900個(gè)虛擬揚(yáng)聲器重構(gòu)聲場(chǎng)。然后針對(duì)這種多虛擬聲源重放,采用主成分分析方法優(yōu)化信號(hào)處理,采用66個(gè)濾波器或時(shí)域卷積即可有效重構(gòu)信號(hào),結(jié)合有效的動(dòng)態(tài)插值方法,明顯提高了信號(hào)處理的效率。構(gòu)建了國(guó)內(nèi)第一個(gè)完整的基于球形傳聲器陣列撿拾和動(dòng)態(tài)雙耳重放系統(tǒng),利用64通路球形傳聲器陣列可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)6階球諧信號(hào)(空間諧波)的撿拾,并使用包含有頭蹤跡跟蹤器的動(dòng)態(tài)雙耳虛擬重放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同等階數(shù)的虛擬Ambisonics重放。并設(shè)計(jì)了主觀評(píng)價(jià)基于此系統(tǒng)的定位實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究了動(dòng)態(tài)因素、穩(wěn)態(tài)信號(hào)等不同信號(hào)對(duì)系統(tǒng)重放的影響,得到非常有參考價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文的工作不但驗(yàn)證和改善了球形陣列撿拾和雙耳重放系統(tǒng)的性能,且為今后相關(guān)的研究提供了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：球型傳聲器陣列 雙耳虛擬重放 高階Ambisonics 頭相關(guān)傳輸函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN912.3;TN641
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 空間聽覺機(jī)理概述13-14
• 1.3 聲場(chǎng)空間信息的撿拾14-16
• 1.4 聲場(chǎng)空間信息的重放16-19
• 1.4.1 基于心理聲學(xué)簡(jiǎn)化的聲場(chǎng)重放17
• 1.4.2 雙耳重放17-18
• 1.4.3 物理聲場(chǎng)的重放18-19
• 1.5 基于球形傳聲器陣列撿拾的雙耳（虛擬）重放系統(tǒng)19-20
• 1.6 本文工作20-24
• 1.6.1 研究意義20-21
• 1.6.2 主要工作內(nèi)容21-22
• 1.6.3 創(chuàng)新點(diǎn)22-24
• 第二章 球形傳聲器陣列撿拾與平面波分解24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 撿拾和平面波分解的基本理論24-27
• 2.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)定義24-25
• 2.2.2 球面聲壓的球諧函數(shù)分解和重構(gòu)25-26
• 2.2.3 基于球諧函數(shù)波束形成的平面波分解26-27
• 2.3 影響球形傳聲器陣列撿拾的因素27-30
• 2.3.1 空間采樣分布方式27-28
• 2.3.2 球形傳聲器陣列的球體設(shè)計(jì)28-30
• 2.3.3 球形傳聲器陣列撿拾誤差的討論30
• 2.4 64 通路球形傳聲器陣列撿拾性能仿真30-39
• 2.4.1 六十四通路球形傳聲器陣列參數(shù)31-33
• 2.4.2 球形傳聲器陣列撿拾性能仿真分析33-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 球形傳聲器陣列空間脈沖響應(yīng)的測(cè)量40-66
• 3.1 引言40-41
• 3.2 聲場(chǎng)空間脈沖響應(yīng)的測(cè)量原理41-44
• 3.2.1 最大長(zhǎng)度序列42-43
• 3.2.2 對(duì)數(shù)掃頻信號(hào)法43-44
• 3.3 球形傳聲器陣列空間脈沖響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-48
• 3.3.1 測(cè)量系統(tǒng)概述45-46
• 3.3.2 測(cè)量環(huán)境46
• 3.3.3 測(cè)量聲源46-47
• 3.3.4 測(cè)量系統(tǒng)的空間位置定標(biāo)47-48
• 3.3.5 傳聲器的校準(zhǔn)48
• 3.4 空間脈沖響應(yīng)的初步分析48-51
• 3.4.1 實(shí)際測(cè)量信號(hào)以及評(píng)價(jià)指標(biāo)48-49
• 3.4.2 測(cè)量結(jié)果分析49-51
• 3.5 測(cè)量系統(tǒng)的非線性失真分析51-57
• 3.5.1 仿真模型52-54
• 3.5.2 單傳聲器測(cè)量的仿真結(jié)果54-55
• 3.5.3 球形傳聲器陣列撿拾的非線性失真仿真55-57
• 3.5.4 討論57
• 3.6 測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證57-63
• 3.7 小結(jié)63-66
• 第四章 雙耳虛擬重放與聽覺模型分析66-88
• 4.1 引言66-68
• 4.2 HRTF的BEM計(jì)算獲取68-74
• 4.2.1 邊界元方法的計(jì)算原理68-70
• 4.2.2 頭部模型和邊界條件設(shè)定70-72
• 4.2.3 HRTF數(shù)據(jù)庫(kù)及有效性驗(yàn)證72-74
• 4.3 基于雙耳聽覺模型的HRTF空間分辨率評(píng)價(jià)方法74-78
• 4.3.1 Moore雙耳響度模型74-76
• 4.3.2 基于雙耳響度模型的聽覺判據(jù)76-78
• 4.4 HRTF幅度譜空間分辨閾值分析78-87
• 4.4.1 分析方法79
• 4.4.2 心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)方法79-81
• 4.4.3 分析結(jié)果和討論81-85
• 4.4.4 耳機(jī)頻響與個(gè)性化頭相關(guān)傳輸函數(shù)的影響85-87
• 4.5 本章小結(jié)87-88
• 第五章 球形傳聲器陣列撿拾信號(hào)的雙耳虛擬聽覺重放88-120
• 5.1 引言88
• 5.2 傳聲器陣列撿拾信號(hào)的雙耳虛擬重放原理88-89
• 5.3 撿拾信號(hào)的雙耳虛擬重放誤差分析89-97
• 5.3.1 虛擬揚(yáng)聲器的空間采樣分布90-92
• 5.3.2 重構(gòu)誤差分析92-97
• 5.4 多方向Beamforming信號(hào)雙耳虛擬重放的簡(jiǎn)化方法97-103
• 5.4.1 HRTF或HRIR主成分分析的方法98-99
• 5.4.2 HRTF的PCA分解分析99-102
• 5.4.3 雙耳虛擬重放信號(hào)處理的簡(jiǎn)化方法102-103
• 5.4.4 動(dòng)態(tài)雙耳信號(hào)處理103
• 5.5 動(dòng)態(tài)雙耳虛擬重放系統(tǒng)的構(gòu)建103-109
• 5.5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)104-106
• 5.5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)106-108
• 5.5.3 雙耳虛擬重放系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性108-109
• 5.6 動(dòng)態(tài)雙耳虛擬重放系統(tǒng)的主觀定位實(shí)驗(yàn)109-117
• 5.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c設(shè)計(jì)109-110
• 5.6.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法110-111
• 5.6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析111-117
• 5.7 本章小結(jié)117-120
• 結(jié)論與展望120-124
• 參考文獻(xiàn)124-132
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果132-133
• 致謝133-134
• 附件134

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：268629