头相关传输函数和虚拟听觉的简化和定制

虚拟听觉的核心是头相关传输函数。本项目拟采用心理声学和信号处理相结合的方法，从时间域、频率域和空间域相结合的角度，系统地研究虚拟听觉中头相关传输函数的多变量联合简化模型，以及适合中国人生理特性的个性化头相关传输函数的近似定制方法。在此基础上，可发展出相应的个性化虚拟听觉系统，使其听觉意义上的特性较现有系统有明显的提高。项目的研究不但对双耳听觉机制的基础研究具有重要的意义，并且可在虚拟听觉方面发展出具有自主知识产权的前沿技术，还可应用到建筑声学辅助设计、多媒体、通信、虚拟现实和家用声重放等多个领域，具有较大的潜在经济和社会效益。

系统地研究了头相关传输函数HRTF和虚拟听觉重放VAD在时间域、频率域和空间域的简化问题，以及适合中国人生理特性的个性化头相关传输函数的近似定制方法。目前已全部完成项目的计划工作。此外，在实际研究中发现了和原计划工作相关的、值得探究的新创新点。为了使研究具有更好的外延性，在确保计划工作如期开展的同时，也对新发现的创新点进行了深入研究。总体而言，本项目已全部完成计划工作，在个别研究方面较原计划有一定程度的拓展和深入。目前，已发表论文17篇，录用2篇（其中SCI索引2篇、EI索引4篇）；英文译著1部，参编英文书1篇章节(出版中)；申请专利1项。主要成果包括:.（1）自由场情况下头相关传输函数HRTF的简化.提出了自由场均衡的方法，为实现多个HRTF数据库的联用提供了评价方法和数学手段。提出了基于相关系数的HRTF空间对称性判据，确定了水平面和中垂面上HRTF左右近似对称的频率范围。对于HRTF的空间主成份分解，提出了舍弃共轭对称部分的算法。该算法可减少主成份分解的基矢量数目，节省存储空间。改进了基于神经网络的HRTF空间插值方法。.（2）复杂VAD中（即包含反射声情况下）头相关传输函数HRTF的简化。.确定了早期反射声模拟中所需HRIR（HRTF的时间域等价表示）的最小长度。确定了早期反射声模拟中HRIR的空间分辨率。提出了虚拟听觉重放中个性化耳机均衡函数的最小相位近似的简化算法。.（3）头相关传输函数HRTF中个性化信息的定制和信号处理.提出了基于空间球谐函数展开的双耳时间差ITD模型。在此基础上，提出了通过少量空间方向测量或少量生理参数测量的方法预测个性化ITD的定制方法。提出了基于激光扫描三维头模的HRTF相关生理参数的提取法。在此基础上，改进了现有的基于生理参数匹配的HRTF定制方法。提出了基于聚类分析和听音实验相结合的个性化HRTF的定制方法，并已应用到5.1通路环绕声的个性化虚拟耳机重放中。.上述结果不仅加深了人类对双耳听觉机制的理解，同时可直接用于HRTF以及VAD的信号处理和算法设计，具有较大的理论和应用价值。