[發明專利]用于遠場和近場頭相關傳輸函數的多聲源自動測量系統

有效

• 申請號: 201310469761.7
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103731796A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 余光正;劉昱;謝菠蓀
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04S3/00
• 分類號: H04S3/00;H04S7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及聲學測量和電聲技術領域，具體涉及一種頭相關傳輸函數的快速自動測量系統。

背景技術

頭相關傳輸函數（HRTF）定義為自由場（沒有環境反射）條件下聲源到傾聽者（受試者）雙耳的聲學傳輸函數，它是受試者頭部、耳廓、軀干等生理結構對聲波散射（綜合濾波）的結果，包含有聲源的空間定位信息（方向和距離），并與受試者的生理結構和尺寸有關。當聲源到頭中心的距離大于1.0?m時，稱為遠場HRTF；而距離小于1.0?m時，稱為近場HRTF。

頭相關傳輸函數是雙耳聽覺定位、虛擬聽覺重放信號處理的重要基礎物理數據。它不但在雙耳聽覺的基礎研究中非常重要，而且是設計多媒體與虛擬實現、虛擬環繞聲、各種3D（三維）游戲等工程技術與消費電子產品的核心數據。

實驗測量獲取頭相關傳輸函數是最常用的方法。由于頭相關傳輸函數與聲源位置有關，因而需要對不同聲源位置的頭相關傳輸函數進行測量。在遠場情況下，只需要測量不同聲源方向的頭相關傳輸函數，但精確測量全空間方向的頭相關傳輸函數的工作量已經非常大和耗時。在近場的情況，還需要測量不同聲源距離的頭相關傳輸函數。不同聲源方向和距離的組合使得測量的工作量是遠場情況的數倍。因此，按其測量效率估計，傳統的單聲源測量技術是難以完成多名受試者的頭相關傳輸函數測量的，特別是對近場頭相關傳輸函數的測量幾乎是不可能的。

為了提高測量效率，簡化測量過程，有研究采用多聲源布置的測量系統和裝置。例如：?Begault等人用支架安裝了12個揚聲器單元，可同時測量12個仰角的頭相關傳輸函數?[D.R.?Begault?et?al.,?Design?and?verification?of?HeadZap,?a?semiautomated?HRIR?measurement?system,?the?120th?Convention,?2006?May?20–23?Paris,?France]。但是，已有的測量系統存在一定不足：

其一，現有測量系統大都是為遠場頭相關傳輸函數測量而設計的。個別的近場頭相關傳輸函數測量系統也只采用了單個聲源的傳統設計，效率不高，通常只適用人工頭（假人模型）的頭相關傳輸函數測量。目前還沒有支持真人受試者近場頭相關傳輸函數測量的多聲源測量系統；

其二，即使是多聲源頭相關傳輸函數測量系統，現有的硬件設計是基于多通路的聲卡和多通路的功放，每一個聲源對應一個通路。不同通路按一定次序播放同一個測量信號。這種多通路硬件方法一方面成本高，另一方面每次測量中不同通路增益的一致性需要仔細調節，應用中非常不方便。

其三，在現有的測量系統中，各個功能模塊之間的集成化程度不高，測量效率較低。

另外，也有研究同時采用兩通路的不相關最大長度序列（MLS）作為測試信號同時測試兩個方向的遠場頭相關傳輸函數數據[董秋潔等，一種普通環境中頭相關傳遞函數的測量系統及測量方法，國家發明專利，2010，申請號201010218048]。這種方法的效率較傳統的單聲源方法提高了一倍，但不如多聲源的方法高效，并且存在兩聲源的相互干擾引起的信噪比降低問題。當把這鐘方法推廣到多聲源的情況，信噪比將會進一步降低[N?Xiang?et?al.,?Simultaneous?acoustic?channel?measurement?via?maximal?length-related?sequences,?J.?Acoust.?Soc.?Am.,?2005,?117?(4),?Pt.?1:?1889-1894]。考慮到近場頭相關傳輸函數測量中，頭部陰影作用使異側方向聲源在受聲耳產生的聲壓有大的衰減，低的測量信噪比會帶來大的測量誤差。因此多通路不相關MLS應用到近場頭相關傳輸函數測量有較大的困難。

發明內容

本發明的目的是克服了現有技術的不足，提供用于遠場和近場頭相關傳輸函數的多聲源自動測量系統。本發明采用不同聲源距離和多仰角聲源布置，系統控制的集成化程度高，實現自動測量和實時檢測，提高了頭相關傳輸函數的測量效率和結果可靠性；繼電器開關陣列的引入，則進一步精簡了設計，降低了實驗測量所需的硬件設備成本。

本發明的目的能通過如下技術方案之一予以實現：