基于HRTF的虚拟听觉系统的关键技术研究

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近二十年来,虚拟听觉已成为涉及声学、听觉生理和心理学、信号处理等多个研究领域的热门与前沿课题。基于HRTF的虚拟听觉系统利用信号处理技术,可以产生具有三维空间效果的声音,只需一副耳机或一对扬声器就可实现声音空间信息的重放,设备简单,成本低,已广泛应用于多媒体、通信、导航、虚拟现实、医学研究等领域。但是目前的虚拟听觉系统大都是基于通用的HRTF来实现的,这样会产生头中效应、前后混淆等声音方向畸变。本文针对这些问题,对HRTF的个性化和耳机传输特性均衡这两个影响虚拟听觉系统效果的关键技术进行了一些研究。  本文首先研究了基于最小二乘多元线性回归的HRTF个性化,建立了几个重要的人体生理参数和HRTF主分量分析系数之间的关系模型。客观评价试验的结果表明,该模型估计出的个性化HRTF能大体上逼近测量的HRTF,两者之间具有相近的性能。其次研究了耳机传输特性的均衡,用最大长度序列测量了三款不同类型耳机的传输特性并进行了测量重复性分析,对测量重复性较好的sennheiserHD218型耳机进行了均衡处理。研究了三种均衡方法,基于最小平方误差准则的均衡和基于最小相位重构的均衡设计的均衡滤波器是FIR形式的,所需阶数较高,而基于WIIR滤波器的均衡设计的滤波器阶数低。仿真结果表明,三种方法都能达到较好的均衡效果。  为了检验HRTF的个性化和耳机传输特性均衡对虚拟听觉系统效果的影响,本文设计了一个虚拟听觉仿真测试系统,并进行了水平面内的主观听觉定位测试。结果表明,利用估计的个性化HRTF的定位效果比非个性化HRTF有较大的提高。而对耳机传输特性进行均衡后,定位效果改善不大,但是在一定程度上改善了头中效应。
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