混响环境下双耳声源定位的研究及应用

As a very important research topic in acoustical field, binaural sound source localization is not only of important theoretical research value, but also of the wide potential applications. Binaural sound source localization includes sound source direction localization and sound source distance localization. In most of traditional researches, sound source direction localization and sound source distance localization were usually examined in an independent way. However, reverberation exists in real conditions and affects both sound source direction localization and sound source distance localization in a combined way. Therefore, this project will investigate the effect of reverberation on both sound source direction localization and sound source distance localization and the mutual influences between them, through the approaches of psychoacoustic experiment, signal processing and statistical analysis. It is aimed to find out the best reverberation control and synthesis approach for high-definition sound source localization, which can solve the key problems in virtual auditory display. Research results can be widely applied to a variety of applications, such as scientific research, virtual reality and consumer electronics.

双耳声源定位是声学领域的一个重要研究课题，不仅对探索人的空间定位感知机理具有重要理论研究价值，同时具有广泛的应用前景。双耳声源定位包括声源方向定位和声源距离定位。传统大部分相关研究工作主要集中于消声环境下对声源方向定位和声源距离定位分别独立进行研究；实际环境中不可避免地存在混响，而且影响双耳声源方向定位和距离定位的因素是相互作用的。本项目拟采用心理声学实验、信号处理和统计分析等方法，系统地研究真实环境下混响对双耳声源方向定位和距离定位的影响及两者之间的相互作用，探寻面向高精度声源定位的最佳混响控制与合成方法，解决虚拟听觉重放应用中的关键问题。研究成果可以广泛应用于科学研究、虚拟现实以及消费电子等多个领域。

随着音频技术的迭代更新，人们对音频体验的追求逐渐变高。相比于传统的单声道声、立体声以及多通道环绕声，三维音频技术能对声场信息进行更加完整地呈现，让听者更好地感知并获取外界的听觉事件，从而获得逼真和沉浸式的聆听体验。本项目采用心理声学实验、信号处理和统计分析等方法，系统地研究真实环境下混响对双耳声源方向定位和距离定位的影响及两者之间的相互作用，研究面向声像高度角感知与重放的关键问题，探寻面向高精度声源定位的最佳混响控制与合成方法，解决虚拟听觉重放应用中的关键问题。项目执行期间共发表学术论文11篇，包括2篇IEEE/ACM TASLP、4篇Applied Acoustics、2篇ICASSP。重要的科学结果列举如下：.1）开展了双耳房间传递函数的模拟及影响声源定位关键因素的研究，利用大量的主观听觉感知实验来测量面向声源定位的最优感知混合时间，分析不同物理混合时间估计方法得到的混合时间和基于主观听觉感知实验得到的定位最优感知混合时间的关系，实现利用物理混合时间对声源定位感知混合时间的估计。.2）充分探究人工混响的合成方法，提出一种基于物理特性和感知特性的混响模拟方法，使模拟的早期反射和后期混响很好地结合起来。.3）围绕中垂面声源定位误差较大的问题，从谱因素出发，提出一种面向声像高度角感知的频带权重函数，实现一种简洁、高效的声像高度角控制方法。.4）针对双耳房间冲激响应缺乏高度角信息的问题，根据混响环境下的优先效应，利用头相关传输函数频谱中峰值、谷点的特征，来对双耳房间冲激响应的直达声进行修正，实现一种增强声源方向定位的方法。