前后和垂直方向听觉定位中关键问题的研究与应用

Front-back and vertical localization is an important auditory perception phenomenon, and it results from the combination effect of multiple localization information. Using psychoacoustic experiments with a combination of auditory model analysis, this project plans to systematically investigate the relative contributions of different localization information to front-back and vertical localization as well as the localization with some information partially wrong. This project aims to achieve some localization rules and in-depth understanding of the front-back and vertical localization, based on which some reasonable optimization and simplification algorithms and models can be developed to resolve existing problems in the applications of virtual auditory displays. This work is of importance to the basic research of human localization mechanism, not only filling the blank of the domestic research but also laying the foundation for exploring the information processing mechanism of high-level neural system as well as constructing auditory information processing models. Moreover, this work allows developing some independent intellectual property rights at the forefront of virtual auditory display technology which can be applied to the virtual auditory training and navigation, aided design of architectural acoustics, multi-media technology, communication and virtual reality etc, yielding great economic and social benefits.

前后和垂直方向的听觉定位是一种重要的听觉感知现象，是多种定位信息综合作用的结果。本项目拟采用心理声学实验和听觉模型分析相结合的方法，系统地研究不同信息对声源前后和垂直方向定位的相对贡献以及部分信息错误情况下的听觉定位问题，探讨相应的规律与机理，并用于解决虚拟听觉重放技术实际应用中所存在的问题，发展合理优化和简化的信号处理算法和模型。项目的研究对人类听觉定位机理的基础研究具有重要的意义，可为探讨高层神经系统的听觉信息处理机制和进一步建立听觉空间信息处理模型提供良好的基础，填补国内的研究空白；还可在虚拟听觉重放方面发展出具有自主知识产权的前沿技术，相应成果可广泛应用于虚拟听觉训练和导航、建筑声学辅助设计、多媒体技术、通信和虚拟现实等多个领域，具有较大的经济和社会效益。

双耳听觉定位是人类感知外界声源信息的重要途径，在人类进化和社会发展等方面具有重要作用。相关的研究涉及物理、神经生理、心理认知以及信息科学等多个交叉学科，一直是声学领域的重要研究课题。本项目采用听觉实验、双耳模型和脑波ERP测量相结合的研究手段，从三个主要方面（谱信息、动态信息、视觉信息）系统地研究了前后和垂直定位中的关键问题，获得了一系列科学结果，提出了一系列的简化和优化算法。主要成果包括：（1）在研究数据和平台建设方面，提出了多个HRTF数据库的有效整合方法，搭建了一套视听交互的虚拟声校正平台；（2）从谷特征、空间变化特征、个性化特征、响度特征、距离特征、脑波特征、反射声情况下分辨率特征共七个方面对前后和垂直定位中的谱信息进行了全面研究，提出了基于听者感知调节和基于听者生理参数的HRTF个性化定制方法，发现了虚拟声像方位改变和诱发脑波ERP参数之间的关系；（3）基于前后和垂直定位中动态信息的研究，提出了两种侧垂面声像合成的简化方法；（4）前后和垂直定位中视觉信息的研究发现，短期视听交互训练可以有效改善水平前后方向的定位效果，而垂直方向定位效果的改善需要长期的视听交互训练；同时，和听觉信息一致的视觉信息主要对晚期的大脑认知产生影响。上述研究成果不仅有助于深入理解人类的空间定位机理，相应的发明成果可直接应用于现有虚拟听觉系统及其相关产品的技术改良。