2004全国博士生学术论坛材料科学分论坛会议论文-东南大学法学院.DOCVIP

用HRTF进行虚拟声源定位实验 杨飞然, 葛延增, 吴镇扬 （东南大学 信息科学与工程学院,南京 210096） 介绍了传统的音频定位理论及存在的缺陷，引出了HRTF的定义，分析了HRTF包含的方位信息，并用我们开发的虚拟听觉空间系统Vasaudio对虚拟声源定位进行了实际测试，最后对测试结果做了分析。 HRTF； ITD； IID； 虚拟声源定位 Virtual Sound Source Position of HRTF Yang Fei Ran, Ge Yan Zeng, Wu Zhen Yang (Department of of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096) We introduce the traditional theory of audio position and its limitations first , then we give the definition of HRTF,analyse the position information in HRTF,we also do experiment using Vasaudio system, at last we make a analysis of the experiment result. HRTF; ITD; IID; virtual sound source position 我们日常听到的立体声录音，虽然有左右声道之分。但希望的是一个在虚拟环境中能辨别声源精确位置的声音系统，而当您听到三维虚拟声音时，音乐声是来自围绕您的一个球形中的任何地方，即声音出现在您头的上方、后方或者在您的鼻子前方。把在虚拟场景中的能使用户准确地判断出声源精确位置、符合人们在真实境界中听觉方式的声音系统称为三维虚拟声音。），头部半径和声速的函数，在人类听觉定位中占有重要位置。 耳间强度差（IID）：由于声音的传播媒质对声波的衰减作用，声音的强度随距离而变化，再加上耳廓和头部的遮挡，最终到达两耳的声音所经过的路径是不同的，使得距离声源近的耳朵听到的声音要强一些，这就是耳间强度差。 在中、低频(f1.6 kHz)，ITD是定位的主要因素;在中频段(f在1.5-4.0 kHz), ITD和IID共同起作用；而在高频(f4 kHz), IID起主要作用[1]。 传统的音频定位理论的缺陷： （1）无法解释单耳条件下的定位机理。 （2）存在锥面模糊现象。ITD和IID对左右方位的定位效果非常明显，但对前后和上下方位存在模糊现象。如图1中同一垂直面内的X和Y到达两耳的路径是对称的，以及同一水平面内的A和B到达两耳的路径也是对称的，这就无法依赖ITD和IID来进行准确定位。 图1 混淆锥示意图 2 用HRTF进行虚拟声源定位 我们介绍一种更为完备的音频定位模型，这就是HRTF。 与头部关联的传递函数耳膜声信号与听者的头部、肩部以及躯干耳廓发生了反射、折射、衍射和散射等声学作用与头部关联的传递函数与之相对应的时域表示称为与头部相关联的冲激响应（Head-Related Impulse ResponseHRIR）。为原HRTF数据，为处理后的HRTF数据，则 权函数 HRTF反映了人体结构对声音信号的不同响应，因此HRTF有明显的个体差异，人们总是希望使用个性化的HRTF数据进行3D音效的合成，然而对每个人进行HRTF数据的测量是不现实的，有学者建议使用非个性化（non-individualized）的HRTF数据[4]。 2.2 虚拟听觉空间系统Vasaudio 将输入的音频信号分别与指定的方位和距离的左右耳HRTF数据进行卷积，然后通过耳机重发就可以得到具有方位信息的双通道音频信号，如式（1）。基于这个原理我们用VC++编程开发了虚拟听觉空间系统Vasaudio[5]可以实时播放wav格式的音频文件，图3是我们的实现框图。 (1) 式中表示乘法，表示卷积，表示输入的音频信号，和分别表示左右耳的HRIR数据，和分别表示左右耳的增益，和分别表示馈给耳机的左右声道信号。 图3 虚拟听觉空间系统实现框图 3 虚拟声源定位测试实验 测试设备为1台计算机、1个高质量声卡、1 幅高质量耳塞式耳机。被测试人员为我们实验室的5名听觉正常的同学。同时我们选择音频测试常用的粉红噪声作为测试音源。测试所用的软件系统为本文前面介绍的VasAudio。 我们实验的目的有两个：一是通过测试比较HRTF的个体化差异，二是我们希望找出几套对大多数人都相对比较适合的HRTF数据，已备我们以后的实验使用。 3.1 测试数据 为了比较HRTF数据的