Page 23 - 《应用声学》2020年第2期
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第 39 卷 第 2 期                  魏彤等: 双扬声器近场声源重放实验研究                                           181


             1.2 模型求解                                          的传递函数,来代表传递函数 H LL 、H LR 、H RR 和
                 预滤波器H pre 的求解,核心问题是对系统传递                      H RL ;选择 IOA-PKU数据库       [13]  中的 HRTF 来代表
             矩阵 H 进行求逆,一般采用伪逆法。即使使用伪逆                          虚拟声源到受试者双耳的传递函数 H VL 、H VR ,最
             法,在某些频率范围也会出现病态问题,通常在求逆                           后根据式 (9) 求得预滤波器。将 click 信号通过预
             过程中加入归一化代价函数(Tikhonov 正则化),使                      滤波器的处理,可以得到左右扬声器的输入信号
             得逆矩阵逼近真实的系统传递矩阵的逆。那么,系                            X。两数据库在测量HRTF时都是在全消声室采用
             统传递矩阵H 的逆矩阵可以表示为                [22,27]           kemar 人工头进行测量,头部的衍射和耳廓耳道的
                                                               声滤波特性近似一致,可以避免近远场数据库由于
                                         ] −1
                             [
                                               H
                                 H
                      H −1  = H H + βI       H ,        (8)
                                                               测量条件的较大差异带来的负面影响。但由于两数
             其中,H 表示系统传递矩阵 H 的转置矩阵,β 表                         据库测量环境、测量条件和测量方法存在一定差异,
                     H
             示正则化代价因子,用于限制滤波器增益和补偿奇                            而且没有采用个性化的 HRTF,近远场数据库代入
             异值以保证该矩阵可逆,该参数可为常数或与频率                            公式(9)后仍然会带来一定的感知误差。
             相关。如果 β 取值太小,式 (8) 的结果 H            −1  在某些
             频点上出现尖锐的峰值;反之,式(8) 的结果相比于
             理想结果存在较大误差。在实际的求逆过程中,一
             个精确的β 值不是至关重要            [22] ,但是 β 要保证足够
             的通道分离度,即串声与直达声之间的幅度比足够
             小  [27] 。
                 本文取 β = 0.005 作为求解逆矩阵过程中的正
             则化因子,客观结果表明通道分离度足够,虽然引入
             β 值会带来信号音色的轻微改变,但能满足受试者
             测听定位实验的要求。接着将式(9)代入式(7)可求                                     图 2  音频声学测听实验室
             得预滤波器的形式为                                               Fig. 2 Audio acoustic listening test room
                            [  H        ] −1  H
                     H pre = H H + βI      H H V .      (9)
                                                                    20
                                                                                                       -10
             将式 (9) 得到的结果 H pre 代入式 (1) 可求得声源信                                                         -20
                                                                    15
             号S 经过预滤波器之后的信号 X,即为扬声器的输                                                                  -30
                                                                   ᮠဋ/kHz  10                          -40
             入信号。
                                                                                                       -50
             2 测听实验                                                  5                                 -60
                                                                     0                                 -70
             2.1 实验配置                                                 0    0.5    1.0   1.5   2.0
                                                                                    ௑ᫎ/s
                 实验在中国科学院声学研究所的音频声学测
             听室中完成,室内装饰吸声材料和吸声板,尺寸为                                     图 3  click 信号的短时傅里叶功率谱
             4.22 m×4.05 m×3.28 m,混响时间约为0.16 s,本底                       Fig. 3 Spectrogram of click signal
             噪声平均值为 14.8 dB(A)。如图 2 所示,实验使用                    2.2  实验设计
             的扬声器为两只 Genelec 8030B 有源音箱,声卡选                        测听实验使用上文描述的测听环境和实验器
             用Antelope Orion 32,其中扬声器离受试者的距离                   材。听力正常的6位受试者(3男3女)参加了测听实
             为 1.5 m,且声卡与扬声器之间使用专业 Canare 音                    验。根据双扬声器的夹角大小展开了不同的扬声器
             频线连接。实验中模拟声源的信号为单通道click信                         配置模式下的测听实验:
             号 (图 3 为信号片段的短时傅里叶功率谱),信号频                            (1)扬声器夹角为10 (声偶极子);
                                                                                     ◦
             率主要在2 kHz,采样率为44.1 kHz。                               (2)扬声器夹角为60 (标准立体声);
                                                                                     ◦
                 在双耳处输入信号的计算中,选择 MIT 数据                            (3) 扬声器夹角为 180 (扬声器与中垂面的夹
                                                                                       ◦
             库  [8]  中的 HRTF 作为左右两扬声器到受试者双耳                    角为直角);
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