基于双耳感知响度衰变的混响感评价研究

Reverberation is the phenomena of sound energy decay in sound field. The subjective perceived loudness varies in the sound energy decay process. It was shown that objective influencing factors of perceived reverberation, including the temporal characteristics of the sound energy decay, the spatial characteristic of the reflections during the decay process, the sound frequency, and the listening sound level should be combined to evaluate reverberance. Deponding on the substantial improvement of loudness study, the project aims to research on the auditory and mental process of perceived reverberation using binaural loudness models which can combine the reverberance influencing factors. Binaural loudness decay function will be modeled for binaural room impulse response having determined listening level, and the temporal characteristics of loudness decay will be used to characterise the perceived reverberation. The correspondence between the centre time of loudness decay and reverberance will be studied and new evaluating method and indicator of reverberance will be suggested. It is a basic and scholarly research on the subjective listening impression of room acoustics. The findings will give rise to the improvement of other subjective evaluation parameter in room acoustics based on the binaural perception.

混响是声场中声能由大到小衰变的现象，在这一过程中，听音者的主观感知响度是随时间衰变的。研究表明，混响感评价参量应考虑到声能衰变的时间特性、空间特性、频率特性以及听音信号的强度等客观影响因素。本项目将以双耳感知响度为依据，依托相对成熟的响度研究工作基础，综合考虑混响感的各种客观影响因素，对混响感的听觉心理进行深入的研究。针对给定听音声级的双耳房间脉冲响应BRIR，建立双耳感知响度衰变模型，用响度随时间的衰变特性来表征混响感的听觉心理变化。研究结果将建立响度衰变时间重心与混响感之间的对应关系，提出混响感的新评价方法与评价指标。本项目是深入分析厅堂音质主观感知过程的基础性研究，具有显著的学术价值。研究结果对采用双耳感知评价厅堂音质的其它主观感觉也有重要的参考意义。

本项目重点针对声能衰变中的频率特性和空间特性，研究了声能衰变的客观变化与主观响度的变化规律以及响度评价混响感的适用性。. 提出了针对脉冲响应的开时间窗积分法来计算窄带声能衰变函数，避免了滤波过程对Schroeder脉冲响应反向积分法的影响，提高了各频带混响时间估值的准确性。分析了信号频率带宽对双耳异响条件下响度叠加的影响，得到了总响度随带宽和声级差变化的特征函数，并将信号带宽引入Moore和Glasberg的稳态响度模型，对模型中影响双耳响度叠加的参量进行修正，提出了改进的模型。以1000Hz的1/3倍频程混响时间为参考值，分别针对单指数衰变的1.8s、1.4s和1s的混响时间，通过主观评价实验测量了中心频率从100Hz至10000Hz的21个1/3倍频程上等混响感的混响时间-频率特性曲线。通过对比ISO226的纯音等响曲线，发现Moore的时变响度模型存在较大偏差，且目前国际上对双耳总响度、时变响度尚存争议，因此，提出了基于ISO等响曲线的等效混响时间更适合评价混响感的频率特性。通过主观评价实验发现受试者在判断整体混响感时会混入空间感，两种音质感觉成明显正相关，因此，项目前期研究所提出的空间特性影响混响感的结论并不准确。空间特性影响的是听音信号的初始响度，但对给定的初始响度来说，其对响度衰变速率并无影响。提出在评价混响感时应主要考虑声能随时间的衰变，在听音实验中采用双耳同音的信号，以避免空间感的混入。对调制传递函数MTF和语音传输指数STI的测量方法进行了研究以用于混响感评价，并提出了修正的Schroeder公式。为提高主观评价实验听音的真实性，还提出了一种基于主动界面的虚拟声场回放系统来模拟声波在室内的自然反射传播过程。. 本项目的研究工作，提高了声能衰变过程的客观测量准确性，限定了混响感评价中的影响因素，明确了现有响度衰变模型评价混响感的局限性，并为将来的研究提供了新思路。