一種hrtf數(shù)據(jù)庫測量裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，包括，一聲源結(jié)構(gòu)架；一轉(zhuǎn)動座椅；一計算機；一數(shù)據(jù)采集卡；一音頻功放；一多路輸出選擇器；以及，一前置放大器。本發(fā)明的優(yōu)點：裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量方便，能夠準確的測量HRTF數(shù)據(jù)，以達到高分辨率的目的，為信號處理后再現(xiàn)聲像在全空間中的任意位置提供數(shù)據(jù)庫支持。
【專利說明】一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置及其使用方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及HRTF數(shù)據(jù)庫的測量裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]HRTF即頭相關(guān)傳輸函數(shù)，它描述了自由場聲波從聲源到雙耳的傳輸過程。它反映了頭部、耳廓和軀干等構(gòu)成的生理系統(tǒng)對聲波反射和散射(綜合濾波)的結(jié)果，為得到全空間聲源相對于雙耳的定位信息，需要建立全空間范圍內(nèi)的HRTF數(shù)據(jù)，這些HRTF數(shù)據(jù)形成了一個完整的HRTF數(shù)據(jù)庫。
[0003]在時域中HRTF 的等價表達為 HRIR (Head-Related Impulse Response)。在自由場中(隔音室環(huán)境)人雙耳的HRTF被定義為:左耳HL=HL Cr, Θ，(Kf)，右耳HR=HR Cr, Θ，Φ，?.)。其中r為聲源到頭部中心點的距離，Θ為聲源的方位角，Φ為聲源的仰角，f為聲波的頻率。
[0004]系統(tǒng)測量原理為將r定義為常量，將Θ和φ定義為常量數(shù)組，通過計算機D/A以一定的輸出率，產(chǎn)生一定長度的MLS (Maximum-Length Sequence)偽隨機噪聲信號,該信號經(jīng)過放大、變換，通過點聲源輸出聲波激勵信號。通過采集人雙耳處的聲波數(shù)據(jù)，即得到了聲波激勵信號在經(jīng)過頭部HRTF未知系統(tǒng)環(huán)節(jié)后的響應輸出信號。利用相關(guān)法，對輸入激勵信號和輸出響應信號進 行互相關(guān)運算，即可得到在雙耳處的時域脈沖響應，即為原始的時域HRIR。對原始的HRIR進行截取處理，去除序列前面部分的聲波傳播延時產(chǎn)生的近零無效值，以及序列后面部分的房間及測量機構(gòu)反射聲波產(chǎn)生的反射聲脈沖。再利用事先測定好的電聲測量系統(tǒng)本身的傳輸函數(shù)，根據(jù)測量均衡原理，對截取好的HRIR進行均衡后，即得到了相應聲源方向的頭部相關(guān)脈沖響應HRIR。對它進行離散傅立葉變換，即可得到在頻域內(nèi)HRTF的描述表達式，測量原理見圖1。通過索引Θ和φ常量數(shù)組中的不同常量值加以組合，重復上述原理過程，即可得到以r為半徑，聲源球面上各個方位角與仰角的HRTF。
[0005]目前，試驗測量是獲得HRTF最重要且最準確的手段。由于每個人的人體生理結(jié)構(gòu)不同，故相對于每個人的HRTF也會不同，所以，為了能得到精確的測量數(shù)據(jù)，需反復測量。但現(xiàn)有的測量裝置要么結(jié)構(gòu)過于復雜，要么就是測量不方便，鑒于上述情況，亟待對HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置進行改進。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種新型的HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，包括，
一聲源結(jié)構(gòu)架，呈圓弧形，其上分布有多個揚聲器且每個揚聲器的出聲方向都指向該聲源結(jié)構(gòu)架的圓心位置；
一轉(zhuǎn)動座椅，其位于所述聲源結(jié)構(gòu)架的圓心位置，參試人員佩戴左、右耳傳聲器坐在該轉(zhuǎn)動座椅上；一計算機，其主板上具有至少兩根PCI插槽；
一數(shù)據(jù)采集卡，其位于所述PCI插槽中的一根內(nèi)，該數(shù)據(jù)采集卡具有一第一 D/A轉(zhuǎn)換器，一第一 A/D轉(zhuǎn)換器,及一第二 A/D轉(zhuǎn)換器；
一音頻功放，其具有一輸入端，其與第一 D/A轉(zhuǎn)換器連接；及一輸出端；
一多路輸出選擇器，具有一輸入端，其與所述音頻功放的輸出端連接；及復數(shù)個輸出端，每個輸出端都對應連接有一所述揚聲器；以及，
一前置放大器，具有一第一輸入端，其與所述左耳傳聲器連接；及一第一輸出端，其與所述第一A/D轉(zhuǎn)換器連接，使左耳傳聲器的信號經(jīng)放大后傳入第一A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)；一第二輸入端，其與所述右耳傳聲器連接；及一第二輸入端，其與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器連接，使右耳傳聲器的信號經(jīng)放大后傳入第二 A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為HRTF測量的原理圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。 [0011]請參見圖2，圖2所示的是一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，包括，
一聲源結(jié)構(gòu)架1，用于固定揚聲器及電纜，呈半圓形弧段，其上均勻分布有19個揚聲器
2且每個揚聲器的出聲方向都指向該聲源結(jié)構(gòu)架的圓心位置；
一轉(zhuǎn)動座椅6，用于調(diào)節(jié)參試人員的高度，其位于所述聲源結(jié)構(gòu)架的圓心位置，參試人員佩戴左、右耳傳聲器坐在該轉(zhuǎn)動座椅上；
一計算機13，用于記錄、處理信息，其主板上具有4根PCI插槽12 ；
一數(shù)據(jù)采集卡3，用于聲音數(shù)據(jù)的采集，其位于所述PCI插槽中的一根內(nèi)，該數(shù)據(jù)采集卡具有一第一 D/A轉(zhuǎn)換器31, —第一 A/D轉(zhuǎn)換器,及一第二 A/D轉(zhuǎn)換器32 ；
一音頻功放4,用于推動揚聲器發(fā)聲，其具有一輸入端，其與第一 D/A轉(zhuǎn)換器連接 '及一輸出端；
一多路輸出選擇器5,用于切換不同揚聲器通道,具有一輸入端，其與所述音頻功放的輸出端連接；及復數(shù)個輸出端，每個輸出端都對應連接有一所述揚聲器；
一前置放大器15,具有一第一輸入端,其與所述左耳傳聲器連接；及一第一輸出端，其與所述第一A/D轉(zhuǎn)換器連接，使左耳傳聲器的信號經(jīng)放大后傳入第一A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)；一第二輸入端，其與所述右耳傳聲器連接；及一第二輸入端，其與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器連接，使右耳傳聲器的信號經(jīng)放大后傳入第二 A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
[0012]一運動控制卡10，位于所述PCI插槽中的另一根內(nèi)，其具有一數(shù)字I/O單元101及一脈沖輸出單元102 ；
一減速器7，具有一輸出端，其與所述轉(zhuǎn)動座椅的轉(zhuǎn)軸連接；及一輸入端；
一伺服電機8，其電機軸與所述減速器的輸入端連接；以及，
一電機驅(qū)動器9,具有一第一輸入端,其與所述數(shù)字I/O單兀連接；一第二輸入端，其與所述脈沖輸出單元連接；一第三輸入端，其與伺服電機的編碼器連接，用于接受電機軸轉(zhuǎn)動角度的反饋信息；一輸出端，其與所述伺服電機的控制端連接。電機驅(qū)動器還包括一信息輸出端，該信息輸出端通過RS-232接口 11與所述計算機連接。
[0013]使用時，按照以下步驟，依次執(zhí)行:
a)選定參試人員:選取聽力正常，年齡在20-40歲，男女各10名；
b)參試人員佩戴左、右傳聲器，正坐在轉(zhuǎn)動座椅上，并保證其不能轉(zhuǎn)動或移動頭部及身體，由于測試對象耳道長度會有所不同，不同位置測量結(jié)果可能有較大的差別。為消除差別采用封閉耳道測量方法，用吸音棉封堵耳道后，再將雙耳傳聲器插入測試對象的耳道使傳聲器與耳道入口齊平；
c)調(diào)整測量環(huán)境:在左、右耳傳聲器的位置上，保證背景噪聲的聲壓級至少比被測聲音的聲壓級低12dB ；
d)測試準備:
(1)測試信號的選取:采用5s的MLS(Maximum-Length Sequence)偽隨機噪聲信號，經(jīng)放大、變換，通過揚聲器輸出聲波激勵信號，重復播放3次，間隔0.5s ；
(2)測試方位選取:按照水平角每5°，仰俯角每10°取點；
(3)校準:按照GB/T4854的規(guī)定校準左、右傳聲器的基準零級； e)測試安排:
(1)確定參試人員的初始的θ、Φ、Y，其中，r為聲源到頭部中心點的距離，Θ為聲源的方位角，Φ為聲源的仰角；
(2)揚聲器輸出頻率為f的聲波激勵信號；
(3)左、右耳傳聲器接收到聲波激勵信號，該信號經(jīng)前置放大器放大后，通過數(shù)據(jù)采集卡模數(shù)轉(zhuǎn)換送入計算機；
(4)計算機將收集到的信息進行算法處理，生成HRTF數(shù)據(jù)；
(5)改變Φ，5°一增加，重復步驟(2)、(3)、(4)，直至該Θ下所有φ的信息測試完
畢；
(6)改變Θ，10°一增加，重復步驟(5)，以90° —組，每測一組，休息5分鐘，再進行下一組，直到所有Θ的信息測試完畢；
(7)生成HRTF數(shù)據(jù)庫；
f)數(shù)據(jù)處理:將存儲的所有數(shù)據(jù)對其取有效范圍:以聲強達到第一個峰值的20%作為有效起始點，以自起點開始的后7ms作為有效數(shù)據(jù)段，取出該段有效數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)保存在另外一個目錄中待再次處理。
[0014]以上僅表達了本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
【權(quán)利要求】
1.一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，包括， 一聲源結(jié)構(gòu)架，呈圓弧形，其上分布有多個揚聲器且每個揚聲器的出聲方向都指向該聲源結(jié)構(gòu)架的圓心位置； 一轉(zhuǎn)動座椅，其位于所述聲源結(jié)構(gòu)架的圓心位置，參試人員佩戴左、右耳傳聲器坐在該轉(zhuǎn)動座椅上； 一計算機，其主板上具有至少兩根PCI插槽； 一數(shù)據(jù)采集卡，其位于所述PCI插槽中的一根內(nèi)，該數(shù)據(jù)采集卡具有一第一 D/A轉(zhuǎn)換器，一第一 A/D轉(zhuǎn)換器,及一第二 A/D轉(zhuǎn)換器； 一音頻功放，其具有一輸入端，其與第一 D/A轉(zhuǎn)換器連接；及一輸出端； 一多路輸出選擇器，具有一輸入端，其與所述音頻功放的輸出端連接；及復數(shù)個輸出端，每個輸出端都對應連接有一所述揚聲器；以及， 一前置放大器，具有一第一輸入端，其與所述左耳傳聲器連接；及一第一輸出端，其與所述第一A/D轉(zhuǎn)換器連接，使左耳傳聲器的信號經(jīng)放大后傳入第一A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)；一第二輸入端，其與所述右耳傳聲器連接；及一第二輸入端，其與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器連接，使右耳傳聲器的信號經(jīng)放大后傳入第二 A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，還包括 一運動控制卡，位于所述PCI插槽中的另一根內(nèi)，其具有一數(shù)字I/O單元及一脈沖輸出單元； 一減速器，具有一輸出端，其與所述轉(zhuǎn)動座椅的轉(zhuǎn)軸連接；及一輸入端； 一伺服電機，其電機軸與所述減速器的輸入端連接；以及， 一電機驅(qū)動器，具有一第一輸入端，其與所述數(shù)字I/o單兀連接；一第二輸入端，其與所述脈沖輸出單元連接；一第三輸入端，其與伺服電機的編碼器連接，用于接受電機軸轉(zhuǎn)動角度的反饋信息；一輸出端，其與所述伺服電機的控制端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，所述電機驅(qū)動器還包括一信息輸出端，該信息輸出端通過RS-232與所述計算機連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置，其特征在于，所述聲源結(jié)構(gòu)架為半圓形弧，且所述揚聲器均勻分布在該聲源結(jié)構(gòu)架上。
5.一種權(quán)利要求1中HRTF數(shù)據(jù)庫測量裝置的使用方法，其特征在于， a)選定參試人員:選取聽力正常，年齡在20-40歲，男或女； b)參試人員佩戴左、右傳聲器，正坐在轉(zhuǎn)動座椅上，并保證其不能轉(zhuǎn)動或移動頭部及身體； c)調(diào)整測量環(huán)境:在左、右耳傳聲器的位置上，保證背景噪聲的聲壓級至少比被測聲音的聲壓級低6dB，優(yōu)選12dB ； d)測試準備: (1)測試信號的選取:米用一定長度(大概多長？)的MLS(Maximum-Length Sequence)偽隨機噪聲信號，經(jīng)放大、變換，通過揚聲器輸出聲波激勵信號，重復播放3次,間隔0.5s ； (2)校準:按照GB/T4854的規(guī)定校準左、右傳聲器的基準零級； e)測試安排: (I)確定參試人員的初始的θ、Φ、Y，其中，r為聲源到頭部中心點的距離，Θ為聲源的方位角，Φ為聲源的仰角； (2)揚聲器輸出頻率為f的聲波激勵信號； (3)左、右耳傳聲器接收到聲波激勵信號，該信號經(jīng)前置放大器放大后，通過數(shù)據(jù)采集卡模數(shù)轉(zhuǎn)換送入計算機； (4)計算機將收集到的信息進行算法處理，生成HRTF數(shù)據(jù)； (5)改變Φ，重復步驟(2)、(3)、(4)，直至該Θ下所有φ的信息測試完畢； (6)改變Θ，重復步 驟(5)，直到所有Θ的信息測試完畢； (7)生成HRTF數(shù)據(jù)庫； f)數(shù)據(jù)處理:將存儲的所有數(shù)據(jù)對其取有效范圍:以聲強達到第一個峰值的20%作為有效起始點，以自起點開始的后7ms作為有效數(shù)據(jù)段，取出該段有效數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)保存在另外一個目錄中待再次處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用方法，其特征在于，b)中，還包括左、右耳傳聲器的布置:用吸音棉封堵耳道后，再將左、右耳傳聲器插入?yún)⒃嚾藛T的耳道內(nèi)，并使左、右傳聲器與耳道入口齊平。
【文檔編號】A61B5/12GK103989481SQ201310051260
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年2月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月16日
【發(fā)明者】馬立超, 劉長亮, 王文娟, 溫泉, 陳慧 申請人:上海航空電器有限公司