Page 23 - 《应用声学》2020年第2期

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)；