Page 22 - 《应用声学》2020年第2期
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                                                                                    
             域,在方向辨别准确的区域内,测试分析近场虚拟声
                                                                            H 0L  0
             像的距离辨别效果。实验结果表明,在方向角判断                            其中,H 0 =              ,H 0L 和 H 0R 分别表示左
                                                                              0  H 0R
             准确的区域,受试者能够较准确地分辨声源的不同
                                                               右扬声器系统的频率响应。
             距离,同时声源在侧方时受试者的距离判定结果更
                                                                   扬声器重放信号 Y 经空间传播后到达受试者
             准确。
                                                               双耳,形成双耳信号E。则数学形式可表示为
             1 虚拟声源的重放模型                                                         E = HY ,                 (3)

                                                                                    
             1.1 模型建立                                                       H LL H RL
                                                               其中,H =                ,表示扬声器到受试者双
                 基于串声消除的双扬声器重放系统,其实质是
                                                                           H LR H RR
             改变扬声器的信号输入,使得扬声器重放时的双耳                            耳的系统传递矩阵,H LL 、H LR 、H RR 和H RL 分别表
             声压等于单声源的情况,也称这种方法为听觉传输                            示从左右扬声器位置到受试者左右耳的传递函数。
             方法  [26] 。因此,双扬声器系统近场声源的重放是通                          另一方面,假设空间中某一单声源位于图中虚
             过调节两路扬声器信号的馈给,使得扬声器重放的                            拟声源 V 的位置,产生信号 S 经空间传播后到达受
             双耳声压等于距离受试者 1 m 范围以内的单声源                          试者双耳,形成双耳信号E 。则数学形式可表示为
                                                                                       ′
             的情况。图 1 给出了双扬声器系统的近场声源重放
                                                                                   ′
             的示意图,声源信号 S 经过两个单输入单输出的系                                            E = H V S,               (4)
             统,将幅度和相位调节后的信号输入到左右两扬声                                             
                                                                            H VL
             器播放,最后信号到达受试者双耳产生与声源信号                            其中,H V =          ,表示虚拟声源 V到受试者双
                                                                            H VR
             S 在近场情况下相同的效果。假设声源信号 S 经过
                                                               耳的系统传递矩阵,H VL 、H VR 分别表示虚拟声源
             预滤波器H pre 处理后形成两扬声器的输入信号X,
                                                               位置到受试者左右耳的传递函数。
             可表示为
                                                                   要使得扬声器系统重放的声像与单声源产生
                                       jω
                                             jω
                           jω
                       X( e ) = H pre ( e )S( e ),      (1)    相同的听觉效果,则需满足条件 E = E。根据上
                                                                                               ′
                                           
                                         jω
                                    H L ( e )                  述条件,将式 (1)、式 (2) 代入式 (3),并结合式 (4) 可
                                                     jω
                           jω
             其 中, H pre ( e ) =             , H L ( e ) 和    以得到
                                         jω
                                    H R ( e )
                  jω
             H R ( e ) 分别表示左右预滤波器。为了公式简洁,                                   HH 0 H pre S = H V S.         (5)
             后面的推导省略式中( e )。
                                  jω
                                                                   在实际应用中,扬声器系统的频率响应通常会
                  S                                 S          做均衡处理,从而实现两扬声器系统的理想匹配。
                    H L                         H R
                                                               因此,在本文的研究中扬声器系统的频率响应 H 0
                      L                         R
                                                               可以忽略,则式(5)可简化为
                                       H RL
                             H LR
                                   V
                          H LL            H RR
                                                                              HH pre S = H V S.           (6)
                                 H VL
                                     H VR
                                                                   此时,预滤波器H pre 可以表示为
                                ੴܦ٨       ᘿલܦູ
                                                                              H pre = H −1 H V ,          (7)
                    图 1  双扬声器系统近场声源重放示意图                               −1
                                                               其中,H      表示扬声器到受试者双耳的系统传递矩
               Fig. 1 Diagram of near field source reproduction
                                                               阵的逆矩阵。
               with dual speaker system
                                                                   实际中布放的扬声器离受试者的距离一般在
                 信号 X 经过扬声器系统 (系统包括声卡、音箱)
                                                               1.5 m以上(满足远场条件),因此需要选择远场的传
             形成重放信号 Y ,假设扬声器系统的频率响应为
                                                               递函数H LL 、H LR 、H RR 和H RL 。根据重放虚拟声源
             H 0 ,则此过程可以表示为
                                                               的位置信息,选择近场的传递函数 H VL 和H VR 。根
                              Y = H 0 X,                (2)    据式(7)可以得到预滤波器H pre 。
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