随着多媒体技术的发展,数字音频在消费电子、网络音频、便携终端等领域得到了广泛应用。三维音频具有接近真实的空间感,可以为人们提供更好的听觉体验。三维音频技术可分为声场感知和声场重现两个过程。声场分布的感知是重建声场的前提,在声场感知过程中,需要引入传声器阵列,阵列中传声器分布越密集,感知到的声场分布越精确,但过多的传声器会影响声场分布,甚至明显改变声场的分布。为降低传声器阵列对声场分布的影响,希望传声器数目尽可能地少。本文对声场合成和高保真度立体声响复制(Ambisonics)这两种三维音频声场重现技术进行了研究,在借鉴声全息声场采集技术的基础上,重点研究了减少传声器数目的两种采集方案,并主要做了以下工作：(1)提出了基于高斯混合回归与声场合成的声场感知方法。该方法首先用平面上局部声压信息采集来代替全局声压信息的采集；然后将局部采集得到的数据作为训练库,建立声压与空间信息的GMM模型；最后对采集平面上任意位置的声场声压用此模型进行回归预测,从而获得平面上全局声压信息。(2)提出了基于压缩感知与高阶Ambisonics的声场感知方法。该方法用球形传声器阵列采集声场声压信息,根据球谐波函数的正交性对声场声压进行球谐波Fourier变换,在球谐波域中得到球谐波系数；然后分析球谐波系数特性,应用压缩感知和信号重建理论进行球谐波系数重建；最后再通过球谐波Fourier反变换,获得声源的声场分布信息。仿真实验表明,本文提出的两种方法在声场合成和高阶Ambisonics中,都能减少传声器使用数目,且重构声场精度逼近真实声场。这为高质量三维音频系统搭建提供了基础。