[发明专利]一种虚拟听觉环境实时绘制方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及电声技术领域，具体涉及一种虚拟听觉环境实时绘制方法。

背景技术

虚拟听觉环境是由人工产生或控制声学环境，使倾听者产生犹如置身于自然声学环境的听觉感知，在科学研究、虚拟现实、声学辅助设计、通信等方面有重要的应用。

在自然的声学环境中，声源辐射的声波通过直达声和各种环境边界反射、散射声的途径传输，形成空间声场，它包含有声源和环境的时间和空间声学信息。当倾听者进入声场后，双耳所接收到的是包括其自身生理结构反射和散射的声压。生理结构的反射和散射将声源和环境的声学信息转换成鼓膜处的双耳声(压)信号。双耳声信号经听觉系统(包括高层神经系统)处理后，形成相应的空间听觉事件，如声源定位、声学环境的听觉感知等。

当倾听者头部固定不动时，声波从声源到双耳的传输可看成是线性时不变过程，在自由场情况下从声源到双耳的频域声学传输函数可以用头相关传输函数(HRTF)来描述。设声源S相对倾听者头部中心的空间位置球坐标是(r，θ，φ)，其中r为声源距离：-90°≤φ≤90°和0°≤θ＜360°分别表示仰角和方位角：φ＝0°和+90°分别表示水平面和正上方：在水平面θ＝0°和90°分别表示正前和正右方。则头相关传输函数(HRTF)为：

HL(r,θ,φ,f)=PL(r,θ,φ,f)P0(f)]]>HR(r,θ,φ,f)=PR(r,θ,φ,f)P0(f)---(1)]]>

其中，P_L和P_R分别是位置为(r，θ，φ)的声源在双耳产生的频域声压：P₀是头部移开后头中心位置处的声压。一般情况下，HRTF与声源位置以及频率f有关，并且和个体有关。对声源距离r≥1.0m的远场，HRTF近似与距离无关。但对于r＜1.0m的近场，HRTF与距离有关，因而包含距离定位的因素。HRTF的时域表示是头相关脉冲响应(HRIR)，它们由傅立叶变换相联系。

在传统的信号处理中，为了合成空间位置为(r，θ，φ)的虚拟自由场点声源，可以将单路的时域信号e₀(t)作适当的延时处理和幅度标度后和一对相应HRIR卷积(或等价的HRTF滤波)，得到双耳声信号：