Ambisonics声重放系统的稳定性与音色的研究

发布时间：2019-09-13 12:39

【摘要】：Ambisonics是一类基于物理声场重构的空间声捡拾与重放系统，是有关空间声领域的研究热点，且在科学研究、工程技术、家用和多媒体领域有潜在的应用价值。Ambisonics将声场的方向信息用各阶空间谐波表示，并以此作为系统的独立编码信号，重放中将独立编码信号译码(线性组合)成扬声器信号，从而在一定的空间区域和频率范围内实现目标声场准确重放。重构声场的精度可以通过选择空间谐波的阶数来调节，不同的近似阶数对应不同的独立编码(传输)信号的数目，且重放时，可有多种不同的、灵活的扬声器布置方案。有关Ambisonics系统的分析、设计、实现，以及感知特性的分析是有意义的课题。本学位论文针对远场Ambisonics及其重放音色进行了研究，包括了以下几个方面的工作。论文的第一项工作是研究了扬声器布置对Ambisonics声重放系统稳定性的影响。以扬声器传输矩阵的条件数作为判据，分析和对比不同扬声器的布置下，Ambisonics声重放系统对于误差的敏感程度。研究表明：通过补充仰角信息可以提高重放精度并改善重放稳定性。综合重放效果的优劣和系统构建难度考虑，推荐采用28+1个扬声器、三层分布的方式来搭建Ambisoncs声重放系统。论文的第二项工作是分析和对比了不同多通路声信号馈给方式(包括分立—对和声场信号(Ambisonics))的稳定性。证明了采用Ambisonics的信号馈给方式，可以在多通路声重放中得到较为稳定的虚拟源。并且，在1.5kHz以下的频率范围，水平面8或12扬声器作3或5阶Ambisonics重放时合成的双耳声压对头部微小运动的稳定性要较分立—对信号馈给为佳。论文的第三项工作是在理论分析的基础上，搭建起了28+1个扬声器构成的Ambisonics声重放系统。扬声器的支架结构简易、灵活性高；系统硬件各组成部分(声卡、功率放大器和扬声器)的性能较好，系统可用于重放1至5阶的水平Ambisonics和1至3阶的空间Ambisonics。论文的第四项工作是对所搭建的Ambisonics重放系统进行了虚拟源定位实验验证。结果表明：所搭建的系统适用于1至5阶的水平Ambisonics和1至3阶的空间Ambisonics声重放，定位效果较为理想；并且高阶的Ambisonics声重放可产生更加明确的稳定的虚拟源；而频率1.5kHz以上的重构声场误差对虚拟源定位的影响很小。论文的第五项工作是采用改进的Moore响度模型对理想独立编码信号的水平面和空间Ambisoncs声重放系统的音色进行了评价，结果表明：当倾听者偏离中心倾听位置或者重放声音的频率超过一定的上限时，就会在重放中产生可感知的音色的改变。增加Ambisonics的近似阶数可增加感知无音色改变的的上限频率和听音区域，，改善重放效果。另外，还设计了实际测量与心理声学实验结合的方法对重放音色进行主观评价，进一步证实双耳听觉模型分析空间声重放音色特性的有效性。该方法在音色的分析中具有普遍的适用性。论文的第六项工作是分析了用刚性的环形和球形的传声器阵列捡拾得到独立编码信号的水平面或者空间Ambisonics重放的音色；结果表明：如果传声器阵列提供的高频上限超过了重放声场的高频上限，阵列捡拾对双耳响度级谱和重放的音色几乎没有影响。并在音色分析的基础上，提出了一种综合考虑捡拾与重放性能的Ambisonics系统优化设计方法。文中最后对今后的工作进行了展望，并指出本文的思路和方法可推广至5.1通路、WFS或者更近场或混合阶Ambisonics等多通路声重放系统的研究。
【图文】：

顺时针,双耳声

TF)信号处理得到双耳声信号，并用耳机重放。该方法所需要的硬件结的双耳声信号已包含了声场的主要时间和空间信息，可应用于室内声学研究以及多媒体等场合。然而，由于电声重放双耳声信号及其信息耳重放存在着重放虚拟源方向畸变、头中定位、音色改变等若干问题有显著的个性化特征。该方法不适合大范围声场的物理重放。本文中虚拟听觉实验，并不做进一步的研究。bisonics 声重放的基本原理bisonics 是 1970 年代开始发展的空间声系统和信号馈给法[13-15]，y。四十多年来，不同的作者从不同的方面不断地对其进行了研究和发是国际上空间声领域研究的的热门课题。Ambisonics 的物理本质是声、展开与逐级逼近，包括水平面 Ambisonics 声重放和三维空间 Amb情况。

球谐函数,实数形式,勒让德函数,谐函数

第一章绪论谐函数，可作为声场分解的正交空间基函数，其中 0 至 3 阶球谐函数的三维级指向如图 1-2 所示，第 m 阶实数形式的归一化球谐函数可由下式得到：21[cos(90)]sin()[cos(90)]cos()()()()== ° ° =σσφθφθσσσNPmNPmYmlmlmlmllm(1-[cos(9 0° φ)]ml 是关联勒让德函数，归一化因子为： ≠= =+ +=1020()!2()!(21)()mmlmlmlNmmlmπσ(1-
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN643;TN912.2

【参考文献】