處的聲壓值，其中距離為0. 1米時聲 壓值為Pn，距離為1米時為Pf:
[0055]
[0056] 公式 1
[0057] 其中，k為波數(shù)，可由聲源信號的頻率和聲速得到，e為自然底數(shù)，i為虛數(shù)單位，1 為聲源到硬質(zhì)球體中心的距離，針對近場聲源距離和遠場聲源距離計算時分別取I = r，1 =R ;a為聲源到硬質(zhì)球體上某點（本發(fā)明取用來表征耳朵的點，分別有左耳和右耳）的距 離，ω為聲源信號的頻率（角頻率），Θ為聲源到球體中心的連線和球體中心到球體上某 點間的連線的夾角；kC)是m階的第一類漢克爾函數(shù)，h'J.)是它的一階導數(shù)，P ni為m度 的納然德多項式。
[0058] 左右耳分別相應的距離a和夾角Θ不同，將分別進行相應計算所得近場聲源距離 r條件下左耳聲壓值和右耳聲壓值記為Pl\ p/，聲源距離R條件下左耳聲壓值和右耳聲壓 值記為ρΛρΛ
[0059] 步驟2、計算左右耳對應硬質(zhì)球體上位置的距離變量函數(shù)值：
[0060] 利用步驟1的計算結(jié)果來計算距離變量函數(shù)的值，通過近點聲源在聽音點處的聲 壓值與遠點聲源在聽音點的聲壓值的比值就可以確定用于合成適用于某距離的頭相關(guān)傳 遞函數(shù)的距離變量函數(shù)的值，針對左右耳位于人頭兩側(cè)，對應于硬質(zhì)球體上兩不同點，分別 得到兩個點處的距離變量函數(shù)值。
[0061] 實施例利用公式2得到相應的距離變量函數(shù)值DVF :
[0062]
[0063] 公式 2
[0064] 其中，p(a，ω，0，r)為近場聲源距離r相應聲壓值， p(a，ω，0，R)為近場聲源距 離R相應聲壓值。
[0065] 具體地，左耳相應的距離變量函數(shù)值記為DVF1，'
：，右耳相應的距離變量 函數(shù)值記為DVF2,
[0066] 步驟3、在遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫中任意挑選一個遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)：
[0067] 遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫是用來存儲已有的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)的，一般情況下該 庫包含有不同人體參數(shù)的測試者的頭相關(guān)傳遞函數(shù)的數(shù)據(jù)，可從中提取同一個測試者的左 右耳頭相關(guān)傳遞函數(shù)。
[0068] 實施例在遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫中任意選取一個測試者的頭相關(guān)傳遞函數(shù)，記為 HRTFr，此時實施例從CIPIC HRTF庫中任意選擇一個對象作為實施例合成近場頭相關(guān)傳遞 函數(shù)時使用的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)，需要注意的是由于CIPIC HRTF庫實際存儲的是頭相關(guān) 傳遞響應，即HRIR，故實施例需要先對頭相關(guān)傳遞響應HRIR做一步時頻變換得到對應的遠 場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF r;設左耳對應的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF R記為HRTF Λ右耳對應 的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTFr記為HRTF R2。
[0069] 步驟4、將步驟3所得左右耳分別對應的頭相關(guān)傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)與對應距離變量函 數(shù)值進行計算，得到對應的左右耳近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)：
[0070] 計算單耳的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)，是通過將該耳對應的硬質(zhì)球體上一點的距離變 量函數(shù)的值與的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)做乘，即可得到對應耳的對應于人工給定的聲源到硬 質(zhì)球體中心的距離的頭相關(guān)傳遞函數(shù)。
[0071] 實施例利用公式3,計算相應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)記為HRTFp注意在進行近場 頭相關(guān)傳遞函數(shù)合成時，應對左右耳分別進行處理，分別得到相應的HRTF 1^;
[0072] HRTFr= Dvfxhrtfr
[0073] 公式 3
[0074] 具體的，根據(jù)左耳的距離變量函數(shù)值DVF1，和對應的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF r1, 計算HRTF1/= DVF i XHRTFr1得到左耳相應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF Λ根據(jù)右耳的距離 變量函數(shù)值DVF2，和對應的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTFr 2,計算HRTF12= DVF 2 X HRTFr2得到右 耳相應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF/。
[0075] 步驟5、記錄步驟4所得左右耳的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF11和HRTF Λ
[0076] 具體實施時，可將步驟4合成的左右耳的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)按照預設的存儲格 式進行封裝。
[0077] -般不同的頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫有不同的存儲格式，不同格式合成3D音頻時的具 體過程不完全相同，因此建議合成后與原有的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫的存儲格式保存一 致。即根據(jù)遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫預設存儲格式，最終將左右耳分別的近場頭相關(guān)傳遞函 數(shù)HRTF 1^ HRTF12合成為滿足選取的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫存儲格式的文件，從而得到完整 的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)。
[0078] 步驟6、進行3D音頻的合成，包括將輸入的音頻信號與記錄的近場頭相關(guān)傳遞函 數(shù)對應的時域的左右耳近場頭相關(guān)傳遞沖激響應分別進行卷積，得到用于雙聲道系統(tǒng)中左 右聲道播放的3D音頻：
[0079] 具體實施時，金額將步驟5記錄近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)讀取出來，進行時頻變換得 到對應的近場頭相關(guān)傳遞沖激響應，與輸入的音頻信號進行卷積，得到最終播放的3D音 頻。
[0080] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種雙聲道3D音頻生成裝置，其特征在于，包括以下模塊： 左右耳聲壓模擬模塊，用于設待合成的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)的適用距離為近場聲源距 離r，設已有的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫相應測量時聲源與測試者的距離記為遠場聲源距離 R，利用硬質(zhì)球體模擬人頭，并將左耳和右耳模擬為硬質(zhì)球體上的兩點，計算近場聲源距離r 下聲源到硬質(zhì)球體上左耳相應點的聲壓和右耳相應點的聲壓P/，計算遠場聲源距離R 下聲源到硬質(zhì)球體上左耳相應點的聲壓PlR和右耳相應點的聲壓P/; 距離變量函數(shù)確定模塊，用于計算左耳對應的距離變量函數(shù)值DVh和右耳對應的距離 變量函數(shù)值DVF2如下，遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)提取模塊，用于在遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫中任意挑選一個遠場頭 相關(guān)傳遞函數(shù)，設左耳對應的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)記為HRTF^，右耳對應的遠場頭相關(guān)傳遞 函數(shù)記為HRTFr2; 左右耳近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)生成模塊，用于基于左右耳分別對應的遠場頭相關(guān)傳遞函 數(shù)與對應距離變量函數(shù)值，得到對應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)， HRTFri=DVFiXHRTFR1 HRTFr2=DVF2XHRTFr2 其中，HRTF/為左耳相應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)，HRTF/為右耳相應的近場頭相關(guān)傳遞 函數(shù)； 近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)記錄模塊，用于記錄左右耳近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)生成模塊所得左 右耳的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF1/和HRTF 卷積模塊，用于進行3D音頻的合成，包括將輸入的音頻信號與記錄的近場頭相關(guān)傳遞 函數(shù)對應的時域的左右耳近場頭相關(guān)傳遞沖激響應分別進行卷積，得到用于雙聲道系統(tǒng)中 左右聲道播放的3D音頻。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙聲道3D音頻生成裝置，其特征在于：左右耳聲壓模擬模塊 中，計算不同聲源距離下到硬質(zhì)球體某點的聲壓P(a，《，0，1)采用下式，其中，k為波數(shù)，e為自然底數(shù)，i為虛數(shù)單位，1為聲源到硬質(zhì)球體中心的距離；a為聲 源到硬質(zhì)球體上某點的距離，《為聲源信號的頻率，9為聲源到球體中心的連線和球體中 心到球體上某點間的連線的夾角；hj.)是m階的第一類漢克爾函數(shù)，h'J.)是它的一階導 數(shù)，PnSm度的納然德多項式。3. -種雙聲道3D音頻生成方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，設待合成的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)的適用距離為近場聲源距離r，設已有的遠場 頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫相應測量時聲源與測試者的距離記為遠場聲源距離R，利用硬質(zhì)球體模 擬人頭，并將左耳和右耳模擬為硬質(zhì)球體上的兩點，計算近場聲源距離r下聲源到硬質(zhì)球 體上左耳相應點的聲壓和右耳相應點的聲壓P/，計算遠場聲源距離R下聲源到硬質(zhì)球 體上左耳相應點的聲壓PlR和右耳相應點的聲壓p 步驟2,計算左耳對應的距離變量函數(shù)值DVFJP右耳對應的距離變量函數(shù)值DVF2如下，步驟3,在遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)庫中任意挑選一個遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)，設左耳對應的 遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)記為HRTF;，右耳對應的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)記為HRTFr2; 步驟4,基于步驟3所得左右耳分別對應的遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)與步驟2所得對應距離 變量函數(shù)值，得到對應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)， HRTFri=DVFiXHRTFR1 HRTFr2=DVF2XHRTFr2 其中，HRTF/為左耳相應的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)，HRTF/為右耳相應的近場頭相關(guān)傳遞 函數(shù)； 步驟5、記錄步驟4所得左右耳的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF1/和HRTF 步驟6、進行3D音頻的合成，包括將輸入的音頻信號與記錄的近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)對 應的時域的左右耳近場頭相關(guān)傳遞沖激響應分別進行卷積，得到用于雙聲道系統(tǒng)中左右聲 道播放的3D音頻。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述雙聲道3D音頻生成方法，其特征在于：步驟1中，計算不同聲 源距離下到硬質(zhì)球體某點的聲壓P(a，co, 0，1)采用下式，其中，k為波數(shù)，e為自然底數(shù)，i為虛數(shù)單位，1為聲源到硬質(zhì)球體中心的距離；a為聲 源到硬質(zhì)球體上某點的距離，《為聲源信號的頻率，9為聲源到球體中心的連線和球體中 心到球體上某點間的連線的夾角；hj.)是m階的第一類漢克爾函數(shù)，h'J.)是它的一階導 數(shù)，PnSm度的納然德多項式。
【專利摘要】本發(fā)明提供雙聲道3D音頻生成裝置及方法，裝置包括左右耳聲壓模擬模塊、距離變量函數(shù)確定模塊、遠場頭相關(guān)傳遞函數(shù)提取模塊、近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)記錄模塊、卷積模塊，首先計算距離不同的聲源在硬質(zhì)球體的某點上產(chǎn)生的聲壓，然后將不同距離下聲源在該點處的聲壓比較得到距離變量函數(shù)值，再根據(jù)距離變量函數(shù)值與已有的遠程頭相關(guān)傳遞函數(shù)得到近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)，再利用該頭相關(guān)傳遞函數(shù)進行時頻變換得到頭相關(guān)傳遞沖激響應與音頻信號進行卷積，最終得到3D音頻。利用本發(fā)明技術(shù)方案基于近場頭相關(guān)傳遞函數(shù)合成的3D音頻信號，具有更好的距離感知效果、更明確的方位感和更少的前后混淆效應。
【IPC分類】H04S1/00
【公開號】CN105120418
【申請?zhí)枴緾N201510422527
【發(fā)明人】胡瑞敏, 徐家望, 張茂勝, 王曉晨, 姚雪春, 楊玉紅, 涂衛(wèi)平
【申請人】武漢大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月17日