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简化头—颈—躯干模型的头相关传输函数计算

陈泽为  
【摘要】:近场头相关传输函数(Head-related Transfer Function,HRTF)在双耳听觉和虚拟听觉重放的研究中具有重要价值。实验测量是准确获取HRTF的主要方法,但复杂费时,并且也很难研究不同生理结构对HRTF的贡献。所以有研究通过理论计算来获取近场HRTF。通过计算获取并分析简化模型的近场HRTF,也可了解近场HRTF的一些基本变化规律。现有的HRTF计算模型有头部球体模型,雪人模型和头-颈模型。但上述的计算模型都没有同时包括头部、颈部和躯干,所以不可能用于研究头部、颈部和躯干的综合作用。事实上,当声源靠近头部时,颈部和躯干的作用都可能变得很重要。 因此,为了综合考虑头部、颈部和躯干对近场HRTF的影响,本文在雪人模型的基础上提出头-颈-躯干(Head-neck-torso,HNT)简化计算模型,并使用边界元法(BEM)计算了HNT模型的近场HRTF,使用球谐函数多极展开方法计算了雪人模型的近场HRTF。为了分析BEM的计算误差,保证BEM的计算精度,分别使用BEM与球谐函数多极展开方法计算了雪人模型的近场HRTF,并将两种方法得到的HRTF进行了比较。 为了分析颈部对近场HRTF的影响,计算并分析了声源位于水平面和侧垂面上时,HNT模型和雪人模型的HRTF对数幅度谱差,进一步求出并分析了两个模型的ILD差。还设计并制作了用于实际测量的HNT模型和雪人模型,以及用于近场HRTF测量的球形正十二面体声源。先通过计算分析了球形正十二面体声源对近场HRTF测量的影响,而后测量得到两个模型水平面的近场HRTF,验证了本文的计算结果。最后,通过心理声学实验(声源仰角定位实验和声源距离辨别实验)分析了颈部对近场HRTF定位信息的影响。 结果表明,BEM的计算误差基本小于1.3dB,在可接受的范围内;异侧耳的HRTF幅度受颈部影响明显,导致两个模型的近场ILD差异明显,当声源距离等于0.2m时,在5kHz以下频段,ILD差最大可以达到约±10dB,因此在近场HRTF的计算中,有必要考虑颈部的作用;实验测量进一步验证了计算的合理性;颈部的引入丰富了近场HRTF的定位信息,有助于声源的定位。


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