一种局部线性嵌入的空间听觉重建方法

空间听觉重建中,头相关传输函数(head-related transfer function,HRTF)庞大的数据量是影响虚拟声源合成效率的主要因素之一.为了减少HRTF的数据存储,提出一种局部线性嵌入(locally linear embedding,LLE)空间听觉重建方法.通过LLE对高维HRTF数据进行降维,在低维数据空间提取与方位感知相关的特征,然后利用聚类算法进行分类,得到特征HRTF,而其余非特征HRTF则可以利用特征HRTF通过改进插值算法进行重构.与现有的主成分分析法(principal component analysis,PCA)相比,利用LLE降维后的数据保留了更多的感知信息,利用HRTF数据间的内在关系,对插值后的数据进行修正,可减少重建误差.仿真结果表明,该方法能够有效地减少HRTF的存储数据量,有利于提高虚拟声源的合成效率.     

头相关传输函数与虚拟听觉重放

头相关传输函数（HRTF）是自由场情况下点声源到双耳的声学传输函数,包含有声源定位的主要物理信息,在双耳听觉物理的研究中是非常重要的.虚拟听觉重放是HRTF的一个重要应用,它采用HRTF信号处理的方法模拟声源到双耳声学传输过程,从而在声重放中产生相应的空间听觉事件.目前HRTF与虚拟听觉重放已成为物理学（声学）、信号处理、听觉生理等研究领域的热门与前沿课题,受到国内外多学科研究工作者的共同关注,并在众多的领域得到广泛的应用.该文综述HRTF与虚拟听觉重放的基本原理与国内外研究进展,并概述了虚拟听觉重放的一些重要应用.     

基于HRTF和主成分分析的声源定位研究

传统双麦克风阵列在进行声源定位时有误差大、范围小,易产生前后镜像声源的混淆等缺点,而人的双耳却可以较准确地判断三维空间的声源方向.根据双耳定位原理,本文提出了一种基于HRTF和主成分分析的声源定位方法.利用具有双耳特性的双麦克风接收声信号,采用相关法辨识不同方位双耳特性差异并和HRTF数据库计算得到的真实值比较完成声源定位.仿真实验证明,提出的方法能有效进行三维空间的声源定位,突破了传统双麦克风的声源定位限制,引入主成分分析节省了定位所用数据的存储空间,为方案的实时实现提供了依据.     

头相关传输函数数据库及其特性分析

对52名受试者(男、女各半)进行测量, 建立了中国人样本的高空间分辨率的头相关传输函数(HRTF)以及受试者生理尺寸的数据库. 基于此数据库, 对与声源定位有关的因素(双耳时间差、双耳声级差、耳廓产生的谱特征等)进行了分析. 结果表明, 在统计意义上最大双耳时间差存在显著的性别差异, 且与国外的数据也存在显著性差异, 这是由头部尺寸的统计差异引起的; 另外, 耳廓引起的HRTF高频谱特征是非常个性化的物理量; 在高频(f≥5.5 kHz)HRTF的左、右对称性将受到破坏. 此工作为今后有关双耳听觉的研究和虚拟听觉的应用提供了数据基础.     

球形正十二面体声源测量近场HRTF的误差

提出了球形正十二面体声源和球形头部的组合模型,利用球谐函数的多极展开和球基函数的旋转变换,得出该模型的双耳声压和近场头相关传输函数(HRTF).然后用HRTF的幅度谱误差分析球形正十二面体声源指向性和多重散射对近场HRTF测量的共同影响.结果表明:随着声源半径的减小和局部脉动单元半张角的增大,声源对近场HRTF测量的影...     

运动声源的双耳录音声像定位效果分析

分析了不同运动方式下双耳录音的声像定位效果,录音采用的声学头模是由中国传媒大学自行研制的,头部尺寸符合中国人的平均生理参数。共录制、评价了三种声源状态下的定位效果：静止、射线运动和横向运动。主观评价实验结果表明运动声源有助于将声像定位在头外,在一定程度上改善了头中定位效应,但声源运动并不能有效地减少声像前后混淆率和上下混淆率。此外,不同的声源运动方式也影响着声像定位的正确率,横向运动比射线运动的声像方向定位正确率高9%。     

躯干散射对近场HRTF影响的微扰法分析

提出微扰与多极展开相结合的方法,近似计算雪人模型近场头相关传输函数(HRTF),并利用此方法定量分析躯干散(反)射声波对HRTF的影响.计算结果表明:躯干散射对HRTF的影响与微扰近似的阶数、频率、声源位置(包括方向和距离)等有关.在一级微扰近似下,躯干散射对HRTF的影响整体上随频率的升高、声源距离的减小、仰角的降低、或声源相对受声耳方向的偏离角度的增大而增大;随着微扰阶数的增加,高阶微扰项对计算结果的贡献迅速减少;声源距离不小于0.02m以及仰角不小于135°时,在20 kHz以下的频率范围内,采用三阶微扰近似的计算误差在±1.0 dB以内,四阶及以上的散射可以忽略.     

微扰法分析躯干散射对近场头相关传输函数的影响

本文提出微扰与多极展开相结合的方法,近似计算雪人模型近场头相关传输函数（HRTF）,并利用此方法定量分析躯干散（反）射声波对HRTF的影响。计算结果表明,躯干散射对HRTF的影响与微扰近似的阶数、频率、声源位置（包括方向和距离）等有关。在一级微扰近似下,躯干散射对HRTF的影响整体上随频率的升高、或声源距离的减小、或仰角的降低、或声源相对受声耳方向的偏离角度的增大而增大。随着微扰级数的增加,高阶微扰项对计算结果的贡献迅速减少。在声源距离不小于0.02 m 以及仰角不小于135°的条件下,对 20 kHz 以下的频率范围,采用三阶微扰近似的计算误差在 ± 1.0dB 以内。 由于 n 阶微扰在物理上是和头部和躯干之间的 n 重散射相对应的,因而本文的结果表明,在雪人模型的条件下, 头部和躯干的前三阶多重散射对 HRTF 是重要的,四阶及以上散射可以忽略。     

基于虚拟传递路径分析的商用车加速通过噪声优化控制

为实现商用车加速通过噪声的精准降噪,需要确定各噪声源对通过噪声的贡献量及主要噪声源。针对传统商用车噪声源贡献量分析实验方法效率低、测量成本大等问题,提出一种商用车加速通过噪声虚拟传递路径分析方法。利用有限元仿真模型求解噪声源与响应点之间的传递函数,依据实测声源数据求解各噪声源在响应点处的贡献量。并采用麦克风阵列声源定位技术,定位主要噪声源,验证该方法的正确性。最后依据虚拟传递路径分析结果进行了降噪方案设计及仿真,可达到2~6 dB(A)的降噪效果。     

利用头相关函数实现虚拟声源和运动声源

在分析人耳对声音的音源的定位原理的基础之上,利用头相关函数实现了基于耳机的虚拟声源.进一步通过两种方法建立了运动声源的模型,并通过多人试听的方法对两种模型的效果进行了比较.     

双耳时间差和强度差与声源距离线索关系的研究

基于头传递相关函数库开展对双耳时间差和强度差与声源距离线索关联的研究。采用三组头相关传递函数库(基于KEMAR人工头的PKU&IOA HRTFs 库、基于 KEMAR 人工头但不包括耳廓的PKU&IOA HATFs 库和基于球模型的HRTF 库) , 研究了距离对双耳定位线索的影响( 包括 ITD 和 IID) 。分析结果表明, 距离在双耳定位中有非常重要的作用, 尤其在近场环境下, 距离对双耳线索的影响是明显的。     

利用角谱方法分析超声换能器声场

叙述了角谱 (angularspectrum)的基本概念和利用角谱方法 (angularspectrummethod ,下称ASM)分析超声换能器声场的基本原理和具体实现 ,对平面活塞换能器和聚焦换能器在均匀媒质中的声场应用ASM进行了计算 利用一套精密三维扫描系统和针状水听器对上述换能器的声场进行了实验测量 ,实验值与ASM计算的结果吻合得较好     

利用神经网络外推中垂面上低仰角HRTF的方法

为了构建关于仰角方向连续的头相关传输函数(HRTF),提出采用径向基函数神经网络外推中垂面上低仰角方向HRTF的方法.基于KEMAR人工头和真人的数据,对3种不同网络输入方式下外推方法的有效性进行了研究.结果表明:外推值和测量值的相关系数可达0.93;增大网络输入的数据量、减小外推方向和已知方向的空间距离可提高外推的准确性;外推的误差随频率的升高而增大.     

虚拟环绕立体声重放技术探讨

对人类听觉的空间三维声像定位机理做了深入的分析,探讨了三维立体声增强技术、虚拟杜比环绕声重放技术的实现原理,并对其应用前景做了分析.     

《城市迷阵》:“虚拟-现实”声空间的设计与塑造

以一部音乐剧场作品《城市迷阵》为例,从听觉角度研究了"虚拟-现实"的情境式剧场空间设计.通过对设计方法、编排过程、实施的细节等诸多方面的记录和研究,从声音设计的角度提出了驻场演出中3D声音展现的方式、设计方法和应用成果.     

高速列车空调风道的降噪研究

为降低高速列车空调机组运行时通过风道传递到客车室内的噪声,以VA ONE仿真软件为平台,以实测的空调机组噪声频谱数据为依据建立某型高速列车空调风道计算模型;并通过实验对仿真模型的有效性进行了验证。然后探讨了在风道模型内粘贴不同吸声材料的降噪效果;并对比了吸声材料的长度和厚度对风道降噪效果的影响。结果表明,在风道内粘贴吸声材料为2D聚酯纤维,厚度为25 mm,且其长度大于1.785 m时,降噪效果较为明显。     

仓储粮食中害虫活动声功率谱特征研究

通过建立粮食中害虫活动声的无规声源模型,对赤拟谷盗(Tribolium castaneum Herbst)成虫分别在小麦、大豆和玉米中的爬行声以及赤拟谷盗成虫、黑菌虫(Alphitobius diaperinus Panzer)成虫和米象(Sitophilus oryzae Linnaeus)成虫分别在小麦中的爬行声进行采集.研究了爬行声信号的功率谱特征.结果表明,害虫在粮食中的爬行声功率谱为离散谱,其特征不仅受害虫种类影响,而且与粮食种类有关.     

Observations on fluctuations of sound transmission and temperature field from the ASIAEX 2001 South China Sea experiment and inversion of the characterizations of internal tides (waves)

Two conclusions are obtained by analyzing the fluctuation data of the temperature field and the sound transmission in the South China Sea from ASIAEX 2001 volume interaction experiment. First of all, the peak-to-peak value of the particle vertical mean displacement due to the internal waves exceeds 40 m. Secondly, the peak-to-peak value of the sound transmission fluctuations represented by the pulse leading-edge fluctuations of the travel-time average exceeds 100 ms. Based on that, the major components of the internal waves are obtained by analyzing the spectrum of the temperature field fluctuations. The spectrum structures of the temperature field fluctuations in the across-shelf and the along-shore directions are compared respectively, and the spectrum structures of the sound transmission in such two different directions are also compared. The multi-path signals and the travel-time of the pulse are respectively used to capture the information of the sound transmission fluctuations, and their spectrum structures are compared also.     

各向异性固体层的声反射和透射谱

考虑到由流体斜入射到各向异性固体时超声波模式转换的一般情况 ,研究了浸没于流体中一般各向异性固体层状材料的声反射和透射问题 ,给出了问题的求解方法 ,得到各向异性固体层的声反射和透射系数是介质参数 ,固体层取向和厚度 ,入射角及入射波频率的函数 ,给出了从流体斜入射到正交复合材料板上的声反射和透射谱的数值解例