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声场合成(Sound Field Synthesis，SFS)和头相关传递函数(Head-RelatedTransfer Function，HRTF)分别是目前采用扬声器和耳机回放方式实现三维音频声效的最主要方法。由于测量工作复杂以及所得数据存储庞大，现有HRTF数据集主要是对特定距离上的声源点进行测量，并不包含距离信息。然而，MPEG组织于2012年提出三维音频应当包含方位角、仰角和距离信息。基于此，本文对基于高阶Ambisonics(Higher Order Ambisonics，HOA)的空间声场合成方法进行深入研究，实现了对空间任意声源的准确重建。在高阶Ambisonics声场合成的基础上，结合虚拟扬声器阵列的思想，提出了一种头相关传递函数距离信息扩展方法。扩展后的HRTF与实际测量结果能够较好的吻合，可以有效地减轻测量工作，可用于耳机回放方式的三维音频重现。 本文的研究工作主要体现在: (1)对基于高阶Ambisonics的空间声场合成方法进行深入研究，基于连续扬声器阵列假设理论，给出了扬声器激励信号的求导过程并给出了一般表达形式，实现了空间声场的准确重建。针对空间声场中存在多个独立声源的实际情况，在分析声波线性假设理论的基础上，结合基于高阶Ambisonics的单声源合成方法，提出了一种实现空间多源声场合成的方法。通过与高阶Ambisonics合成单声源的扬声器激励信号求解方法相结合，推导出了基于高阶Ambisonics的多源声场合成的扬声器激励信号的一般表达形式，实现了空间多源声场的有效重建。通过对激励信号的空间频率特性和合成声场的误差进行分析，给出了要有效地合成目标声场，扬声器个数与高阶Ambisonics展开阶数应当满足的约束条件。 (2)高阶Ambisonics能够准确有效地合成远场声源。然而在合成近场声源时高阶Ambisonics方法会产生很大失真，即近场失真。在对近场失真产生的原因进行深入分析的基础上，提出了一种改进的维纳滤波的正则化补偿方法。该方法可以有效地抑制在合成近场声源时高阶Ambisonics引入的失真，从而准确地合成空间近场声源。将提出的近场补偿方法应用于高阶Ambisonics，结合连续扬声器阵列假设理论，给出了合成近场声源的扬声器激励信号一般表达式，将扬声器激励信号给以相应的扬声器激励，实现了空间近场声源的有效重建。实现近场声源合成的方法本文记为改进的高阶Ambisonics(Improved HOA，IHOA)。 (3)在采用HOA和IHOA实现空间远场声源和近场声源有效合成的基础上，结合虚拟扬声器阵列理论，提出了一种基于高阶Ambisonics声场合成的头相关传递函数距离信息扩展方法。该方法将虚拟扬声器阵列与现有HRTF数据集匹配，通过HOA和IHOA计算得到的扬声器激励信号来激励虚拟扬声器阵列，从而得到扩展后的头相关传递函数。将扩展后的HRTF应用于三维虚拟重放，在保证方向感知准确性的基础上，实现了空间声像的距离感知。将扩展后的头相关传递函数应用于多声道系统的耳机虚拟重放，实现了扬声器阵列与头相关传递函数之间的精确配对，解决了现有方法存在的模糊匹配问题。 实验结果表明，本文提出的基于高阶Ambisonics的多源声场合成方法能够有效合成空间多源声场，性能优于参考方法。本文所提出的IHOA方法能够有效合成空间近场声源，性能优于参考方法。本文提出的HRTF扩展方法可以依据现有的数据集来扩展空间任意距离上的HRTF，扩展后的HRTF能够与测量数据很好地匹配，并且可用于实现三维虚拟重放。