高空间分辨率头相关传输函数数据库的建立及分析

论文摘要

头相关传输函数（Head-related Transfer Function, HRTF）是关于声源方向（方位角和仰角）、距离、频率等参数的连续函数。实验测量是最准确和常用的HRTF获取方法,但只能获得有限个离散方向的HRTF数据,不可能对空间连续方向的HRTF进行测量。未测量方向的HRTF数据可通过空间插值的方法得到,但空间插值得出的数据与真实值之间总存在误差。提高测量HRTF数据的空间分辨率可以减小插值误差。在实际应用中,HRTF数据只需达到一定的空间分辨率就已经足够;但作为分析和检验HRTF数据精度的基准（就像所有科学计量的标准一样）,建立高空间分辨率的HRTF数据库则十分必要。但是,测量建立高空间分辨率的HRTF数据库对声源及其定位精度都有严格要求,现有的一些HRTF测量方案不一定完全适用。因此,本文首先设计出满足测量高空间分辨率HRTF的各项实验条件,包括:设计制作符合测量要求的声源,并通过理论计算和实验测量对声源的特性进行分析和验证;根据高空间分辨率HRTF测量的特点,设计实验测量方案并搭建可行的声源定位系统;使用FASTRAK电磁跟踪器对声源定位系统的精度进行评估和校准。利用该测量系统,测量建立了KEMAR人工头的高空间分辨率HRTF数据库,并分析数据库的重复性和实验误差。然后,分析测量数据的时域和频域特性,以及HRTF所包含的双耳时间差（ITD）和双耳声级差（ILD）等声源定位信息因素。最后,在现有的声源空间采样密度下,根据空间采样定理,分析了HRTF的空间方位角分辨率,对HRTF进行插值计算和误差分析,讨论插值区间内插值误差的分布,以及不同方位角采样间隔和不同纬度面条件下的插值误差的变化规律。结果表明,小声源的各项特性均符合实验测量要求;误差定位系统基本达到高空间分辨率测量所需的精度;新建立的高空间分辨率HRTF数据库的空间位置准确,测量数据的重复性好;不同仰角上对方位角的采样率足够,可作为其它HRTF数据库的检验基准,为相关的研究提供了重要的数据基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 HRTF 的定义及应用
• 1.2 HRTF 的获取方法
• 1.3 高空间分辨率HRTF 的研究现状
• 1.4 本文工作及创新点
• 第二章 高空间分辨率HRTF 测量所用声源
• 2.1 声源的设计
• 2.1.1 声源的总体要求
• 2.1.2 声源模型设计
• 2.2 声源的制作
• 2.2.1 扬声器单元
• 2.2.2 声源的设计制作
• 2.3 声源特性的分析及验证
• 2.4 本章小结
• 第三章 测量原理、方法及高空间分辨率库建立
• 3.1 实验测量方案
• 3.1.1 实验设备及方块图
• 3.1.2 实验原理及信号选择
• 3.1.3 声学环境处理
• 3.2 测量系统的精度校准
• 3.2.1 声源的定标系统
• 3.2.2 FASTRAK 的工作原理
• 3.2.3 精度校准及结果分析
• 3.3 高空间分辨率HRTF 数据库的建立
• 3.4 实验误差分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 高空间分辨率HRTF 数据库的特性分析
• 4.1 高空间分辨率HRTF 的低频补偿
• 4.2 与MIT 数据物理特性的比较
• 4.3 高空间分辨率HRTF 的特性分析
• 4.3.1 时域特性
• 4.3.2 频域特性
• 4.3.3 ITD 特性
• 4.3.4 ILD 特性
• 4.4 测量HRTF 的方位角分辨率的分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 高空间分辨率库的插值计算及误差分析
• 5.1 插值计算公式
• 5.1.1 HRTF 的常用插值方法
• 5.1.2 误差评估
• 5.2 与现有数据库的插值比较分析
• 5.3 插值误差分析
• 5.3.1 插值区间内的误差分布
• 5.3.2 不同间隔的插值误差
• 5.3.3 不同纬度面的插值误差
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件