用HRTF进行虚拟声源定位实验.pdf

2007东南大学校庆研究生学术报告会用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）摘要：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。关键词：HRTF；ITD；IID；虚拟声源定位VirtualSoundSourcePositionofHRTFYangFeiRan,GeYanZeng,WuZhenYang(DepartmentofofInformationScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096)Abstract:Weintroducethetraditionaltheoryofaudiopositionanditslimitationsfirst,thenwegivethedefinitionofHRTF,analysethepositioninformationinHRTF,wealsodoexperimentusingVasaudiosystem,atlastwemakeaanalysisoftheexperimentresult.keywords:HRTF;ITD;IID;virtualsoundsourceposition我们日常听到的立体声录音，虽然有左右声道之分，但就整体效果而言，立体声音乐来自听者面前1传统音频定位理论的某个平面。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耳间时间差（ITD）：从声源发出的声音到达人音时，音乐声是来自围绕您的一个球形中的任何地的左耳和右耳时，有一个先后的过程，这段时间差方，即声音出现在您头的上方、后方或者在您的鼻就是耳间时间差。耳间时间差与声音信号的频率有子前方。我们把在虚拟场景中的能使用户准确地判关，是声源角位置，头部半径r和声速c的函数，断出声源精确位置、符合人们在真实境界中听觉方在人类听觉定位中占有重要位置。式的声音系统称为三维虚拟声音。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基金项目：国家973计划资助项目（2002CB312102）路径是不同的，使得距离声源近的耳朵听到的声音作者简介：杨飞然,1982年，男，硕士研究生,[e-mail]；要强一些，这就是耳间强度差。葛延增，1982年，男，硕士研究生；吴镇扬（联系人），男，教授，博在中、低频(f<1.6kHz)，ITD是定位的主要因士生导师，[e-mail]。素;在中频段(f在1.5-4.0kHz),ITD和IID共同起作2007东南大学校庆研究生学术报告会2007东南大学校庆研究生学术报告会用；而在高频(f>4kHz),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进行虚拟声源定位图2方位角-45°,仰角0°时的左右耳HRIR及对应的HRTF我们介绍一种更为完备的音频定位模型，这就是HRTF。（1）耳间时间差（ITD）：由于声源靠近左耳，与头部关联的传递函数(Head-RelatedTransfer从图2可以看出右耳的HRIR比左耳的HRIR有明Function,HRTF)描述了声波从声源到双耳的传输过显的时间延迟，体现了耳间时间差。程。事实上从某一方位的声源发出的声信号在到达（2）耳间强度差（IID）：左耳的HRTF比右耳听者的耳膜之前经过了复杂的传输过程，声信号与的HRTF幅度要强一些，体现耳间强度差。听者的头部、肩部以及躯干，耳廓发生了反射、折（3）HRTF会出现明显的峰值点和谷值点，有射、衍射和散射等声学作用，人体的这些部位对声研究表明峰点频率、谷点频率对前后定位起关键作信号的调制作用可以统一的用一个函数来表示即用，且谷点频率是进行定位的主要依据。与头部关联的传递函数HRTF。与之相对应的时域（4）HRIR在某些时刻变化剧烈，这是由于耳表示称为与头部相关联的冲激响应（Head-Related廓对入射声波的反射作用，左耳的HRIR波形较右ImpulseResponse,HRIR）。耳的HRIR波形起伏变化更为剧烈。在频谱特性上国外很多科研机构和高等院校都进行了HRIR则表现为左