一种普通环境中头相关传递函数的测量系统及测量方法

摘要

本发明涉及一种普通环境中头相关传递函数的测量系统及测量方法，该测量系统包括水平设置的两个或两个以上扬声器组成的扬声器阵列；所述的麦克风为双耳麦克风阵列，设置于扬声器阵列的声波发射方向上；测试信号首先经过声信号DA转换设备和功率放大器后馈给扬声器阵列，经由各个扬声器播放，各路测试信号互不相关；所述的双耳麦克风阵列捡拾声信号，经过声信号AD转换设备输出到数据处理终端；所述的数据处理终端利用相关分析法计算各扬声器播放信号与麦克风捡拾信号的互相关函数，处理后得到各扬声器到人头左右耳的头相关传递函数HRTF。本发明利用扬声器阵列和双耳麦克风阵列联合处理以快速获得倾听者头相关传递函数及其头型参数和姿态参数。

主权项

1.一种普通环境中头相关传递函数的测量系统，包括：扬声器、麦克风、声信号AD/DA转换设备、功率放大器、数据存储终端、数据处理终端和显示设备，其特征在于，所述的扬声器为包括两个或两个以上扬声器组成的扬声器阵列；所述的麦克风为双耳麦克风阵列，设置于扬声器阵列的声波发射方向上佩戴于人双耳位置；各路测试信号首先经过声信号DA转换设备和功率放大器后馈给扬声器阵列，经由各个扬声器同时播放，各路测试信号互不相关；所述的双耳麦克风阵列，用于捡拾声信号，经过声信号AD转换设备输出到数据处理终端；所述的数据处理终端，利用相关分析法计算各扬声器播放信号与麦克风捡拾信号的互相关函数，处理后得到各扬声器到人头左右耳的头相关传递函数HRTF；并由此计算得到各扬声器到人头左右耳的双耳时间差ITD，再利用时间差ITD及人头与扬声器之间的几何位置关系，计算得到人头半径参数a和每次测量位置的姿态数据；（31）设人头的头部近似为半径为a的球体，对于水平面θ方向入射的平面声波在头部弯曲的表面传输后，双耳时间差公式为：其中，c为声速，ITD＞0表示右耳超前，左耳落后；ITD＜0则相反；（32）两扬声器之间距离为d，令左扬声器到人的左耳、右耳的距离分别是x₁₁和x₂₁，右扬声器到人的左、右耳的距离分别是x₁₂和x₂₂，左、右扬声器到人头中心的距离分别为r₁和r₂，由于人头尺寸远小于人头到扬声器的距离，得到如下近似：$\begin{array}{c}{r}_1\approx \frac{1}{2}(x_{11}+x_{21})\\ r_2\approx \frac{1}{2}(x_{12}+x_{22})\end{array};$其中，各扬声器到左右耳的距离由设备播放信号和麦克风接收信号的时间差值Δt得到；（33）令人头面对某一扬声器，当人头的中垂线与该扬声器的声线重合时，测量应得到ITD₁＝0；此时，另一扬声器与人头水平中垂线的夹角为θ；由人头中心点S和左右扬声器构成的三角几何关系可得：ITD₂通过测量结果可得，由此得到人头半径a的计算关系式：$a=\frac{c\times {\mathrm{ITD}}_2}{\sin \left(\theta \right)+\theta };$（34）定义倾听者头部姿态参数α为人头中垂线与扬声器声线方向的夹角，在获得人头半径尺寸的基础上，α角由得到测量时刻人头角度α的表达式：$\alpha =g^{-1}(\frac{c}{a}\times \mathrm{ITD}\left(\alpha \right));$其中，g^-1是g(α)＝sinα+α的逆函数；（35）利用Chebyshev序列得到g^-1的一个多项式展开近似表达式：$\theta ={\tilde{g}}^{-1}\left(x\right)=\frac{x}{2}+\frac{x^3}{96}+\frac{x^5}{1280};$其中，$x=\frac{c}{a}\times \mathrm{ITD}\left(\alpha \right);$（36）将ITD结果代入上式，即可得此时人头与扬声器阵列中垂面的夹角α；所述的数据存储终端或显示设备，用于存储或显示每次测量位置的HRTF及姿态数据。