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。     

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。     

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.     

非晶态半导体硅的球辐模型

早期曾有人提出,非晶硅可能由硅原子组成的五边十二面体作为结构单元而形成,这种单元称为“非晶子”.但是这种十二面体不可能连续填充空间,而且其径向分布函数也与实验不符.比较成功的模型是Polk提出的无规网络模型.可是从能量考虑,非晶硅中存在非晶子是有利的.我们从一个非晶子出发制作了包含425个球的球辐模型.实验结果表明,非晶子与无规网络是相容的.模型的径向分布函数也与实验基本符合.     

个性化耳廓旋转角测量与头相关传输函数定制

耳廓旋转角的测量结果与头部初始位置有关,不同的耳廓旋转角测量方法可能影响个性化头相关传输函数(HRTF)的仰角分布特性.文中分别采用面部垂直参考面和法兰克福水平参考面测量并比较了60名受试者的耳廓旋转角,发现两种方法所得均值相差5°左右.为了分析耳廓旋转角对个性化HRTF空间分布的影响,将一个左耳廓在同一个椭球上按5°间隔旋转,得到耳廓旋转角分别为16°、11°和6°的3个计算模型.然后,用快速多极边界元方法(FM-BEM)计算分析了3个耦合模型的HRTF数据.结果表明:不同耳廓旋转角条件下,HRTF的耳廓高频谷点的频率差异可以达到约1.0 k Hz,某些角度的谷点幅度差异可达到约10 d B.最后,用空间坐标变换方法定制不同耳廓旋转角的个性化HRTF,结果表明,定制HRTF的耳廓谷点频率和幅度与直接通过数值计算的HRTF基本吻合,证明个性化耳廓旋转角定制方法有效.     

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.     

HRTF在虚拟3D立体声中的应用及实验

为了探讨虚拟 3D立体声技术在实践中的应用 ,依据人体头部相关传递函数 (HRTF)的原理 ,采用美国 MIT媒体实验室测得的 KEMAR假人头 HRTF数据 ,利用多媒体计算机合成了两通道虚拟 3D立体声。通过对 HRTF频谱的分析 ,提出了改善合成效果的相应措施。实验结果证实 ,改善后的 HRTF数据对提高声源前后定位有明显的效果 ,表明 HRTF频谱中的峰点和谷点在声源前后定位中起着关键的作用。     

扫描声强法测量四极子声源声功率时参数确定

以四极子声源为例,建立了以矩形测量面锯齿形为扫描路径扫描声强法测量机器声功率的误差函数的数学模型,分析了声功率测量时矩形测量面大小、扫描测量面到声源的距离、扫描线密度误差的影响.根据声功率测量误差仿真曲线,给出了测量机器声功率时矩形测量面尺寸、测量面距声源距离、扫描线密度的确定方法.依此方法确定矩形测量面几何参数,提高了测量效率,为快速准确地测量声源的声功率奠定了基础.     

基于麦克风阵列多声源定位的新方法

针对传统方法不能准确地测量远场多声源位置的问题,提出了在近场和远场都能用的多声源定位新方法.该方法采用两个L型麦克风阵列,在每个阵列通过多声源的频率及到达角的联合估计求得信号源的夹角,基于每个信号源的夹角对估计多声源的位置.通过仿真实验验证了该方法在近场、远场都能准确地测量多声源位置,通过调节两个L型麦克风阵列之间的距离能得到误差在5%以下的声源定位精度.     

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.     

基于RBF神经网络的头相关传输函数的个性化建模方法

采用主成分分析方法提取头相关传输函数(head-ralated transfer function,HRTF)的个性化系数,计算了影响HRTF的人体参数的拉普拉斯得分,并联合Pearson相关系数提取出对HRTF影响显著的关键人体参数;构建了径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络,学习关键人体参数到头相关传输函数个性化系数的非线性映射模型,利用简单的人体参数测量估计出待测者的个性化头相关传输函数.通过实验仿真与偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)法比较可知,RBF神经网络个性化学习方法的性能优于PLSR法     

基于两个L型阵列的远场多声源定位方法

针对传统方法不能准确地测量远场多声源位置的问题,提出了在近场和远场都能用的多声源3D定位新方法.该方法采用两个L型麦克风阵列,在每个阵列通过多声源的频率及到达角的联合估计求得信号源的夹角,基于每个信号源的夹角对估计多声源的位置.通过仿真实验验证了该方法在近场、远场都能准确地测量多声源位置,通过调节两个L型麦克风阵列之间的距离能得到误差在5%以下的声源定位精度.     

高速列车转向架舱对转向架区域流场与气动噪声影响

根据涡声理论和声比拟方法,数值模拟了高速列车转向架简化模型的流场与气动噪声特性,分析了转向架舱对转向架流动与气动噪声性能的影响.结果表明:在单独转向架与转向架位于转向架舱内2种工况下,几何体近壁流场内形成的体偶极子声源为近场四极子噪声的主要声源,转向架表面压力脉动产生的面偶极子声源为声辐射主要声源;与单独转向架相比,转向架舱改变了转向架流动特性与声辐射指向性,削弱了转向架所产生气动噪声的强度,但转向架舱后壁会产生较大气动噪声.     

正八边形活塞声源辐射声场的指向性研究

建立了正八边形活塞声源模型,求出了该声源的声压分布函数和指向性函数.利用Matlab对声源的指向性进行了三维和二维仿真,并与正四边形活塞声源指向性对比,得出了正八边形活塞声源辐射远声场的指向性特点.为正八边形活塞声源的应用和其他声源的指向性分析提供了一定的参考.     

球形传声器阵列脉冲响应测量的非线性失真分析

在球形传声器阵列的脉冲响应测量中,其几何结构对入射声波产生散射作用,使各传声器检拾信号中声源非线性失真的谐波比例发生变化.文中选取以最大长度序列以及正弦对数扫频为激励声源的两种脉冲响应测量方法,通过仿真和实际测量评估非线性失真对其测量结果的影响.仿真和测量结果表明,由于声波在球面散射的作用,谐波成分将随入射声波角度而产生变化;声源谐波失真阵列背对声源的传声器对输出影响较小,而面对声源的传声器对输出影响较大;总体上最大长度序列测量法对声源的非线性失真更为敏感,对数扫频方法更适于球形传声器阵列的脉冲响应测量.     

正二十面体正五角十二面体的几何参数及其在准晶格中的应用

本文推导出正二十面体和正五角十二面体的几何参数,探讨了平面理想准晶格模型[1][2]的两种空间结构,得到了一种以五角十二面体为特征的平面格子,利用所得到的几何参数,也可对以上两种多面体为基本单位的其它空间结构进行研究。     

多通道连续头相关传输函数的测量

头相关传输函数(HRTF)是虚拟声研究的重要参数,在沉浸式语音交互中有广泛的应用.在很多应用中常常需要高密度HRTF数据,而高密度HRTF的测量是一件十分费时繁琐的工作.采用自适应滤波器和连续转动方式测量高密度HRTF是一个有效途径.本文提出了基于广义多通道频域自适应滤波器的多通道连续HRTF测量方法,该方法适用于快速多通道系统辨识.实验表明,在不同的系统噪声、环境噪声以及不同转速情况下,本文方法比传统的归一化最小均方测量方法效果更好,测量误差显著降低.     

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.     

实时视频定位的麦克风阵列参数初始化算法

针对移动机器人近场声源定位中,需要实时获取声源目标与麦克风阵列中心相对位置和角度的问题,提出一种基于视频定位的室内声源位置测量算法,实时地为麦克风阵列提供初始化参数,为移动机器人快速建立室内近场声源环境认知实现辅助功能。该方法利用A4纸打印的位置定位板,通过摄像头采集视频数据,逐帧寻找角点后搜索定位板中心点和顶点,以此计算出麦克风阵列到声源的实际距离和方位角度。经仿真实验分析,该算法能够在室内环境中实时快速地测量声源目标位置,为机器人后续语音定位、识别与跟踪提供辅助与校准功能,具有较强的工程实用价值。