耳机到耳道传输函数最小相位近似的分析与验证.pdf

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第41卷第12期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVo1．41No．122013年12月(NaturalScienceEdition)December2013文章编号：1000．565X(2013)12—0120—05耳机到耳道传输函数最小相位近似的分析与验证术钟小丽，。明芳谢菠荪(1，华南理工大学物理系，广东广州510640；2．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510640)摘要：为了简化虚拟听觉重放中耳机均衡的信号处理，对

2、耳机到耳道传输函数(HpTF)的最小相位近似特性进行了分析和验证．首先，采用封闭耳道法对2O名受试者、3款耳机的HpTF进行了重复测量；然后，采用相关性分析和心理声学实验分别从物理和听觉的角度研究了HpTF最小相位近似的合理性．分析结果表明，在O～12kHz的频率范围，测量HpTF和最小相位近似HpTF的平均相关系数达0．95，因此从物理上可以认为HpTF的最小相位近似是合理的．心理声学实验结果进一步表明，在0～12kHz的频段中，HpTF的最小相位近似不会引起可感知的听觉变化．关键词：虚拟听觉重放；传输函数；耳机；耳道

3、；耳机均衡；最小相位近似中图分类号：0423；TN912．12doi：10．3969／j．issn．1000．565X．2013．12．020虚拟听觉技术采用头相关传输函数(HRTF)合明，由于耳道内的一维声学传输特性，可以采用耳机成双耳声信号，并通过耳机重放，在倾听者双耳处重到耳道内任意一点(从封闭或开放耳道入口到鼓构出与真实声源情况一致的双耳声压，从而使倾听膜)的传输函数的逆进行耳机均衡处理．该传输函者产生相应的空间听觉感知J．近20多年，随着数称为耳机到耳道传输函数(HpTF)．其中，当测量计算机软硬件技术以及数字

4、信号处理技术的迅猛发点选在封闭耳道入口时，HpTF比较容易测量．虽然展，虚拟听觉技术在科学研究(例如听觉机理研封闭耳道入口测得的HpTF不包含耳道传输的特究)、工程技术(例如通信、虚拟现实等)以及消费电性，但不影响耳机均衡的效果．耳机均衡已被广子等领域得到了广泛的应用．泛应用于虚拟听觉重放实验．在实际的均衡信在虚拟听觉的耳机重放过程中，合成的双耳声号处理和滤波器设计中，通常将HpTF近似为最小信号通过耳机重放，并经由外耳(包括耳廓和耳道)相位函数和一个纯延时，以确保其逆函数均衡处理传输到达鼓膜．由于耳机本身的非理想频响特

5、性以是满足因果性、稳定性和可准确实现的．虽然及耳机和外耳的耦合作用，耳机到鼓膜的传输并不HpTF的最／I,~H位近似已被广泛采用，但目前尚无理想，从而影响了虚拟听觉重放中双耳声压的准确文献对HpTF的最小相位特性进行系统的分析和验重构．根据信号处理理论，耳机到鼓膜的声传输可视证．此外，在较高的声波频率，生理结构(主要是耳为一个线性时不变的过程，其特性由耳机到鼓膜传廓)对声波的聚焦反射作用使得HpTF经常含有非输函数完全描述．为了消除耳机重放阶段非理想传最小相位的零点．因此，HpTF最小相位特性理应与输的影响，确保双耳声信

6、号的准确重构，需要采用耳频率有关，然而现有的文献缺乏相关的研究工作．机到鼓膜的逆传输函数对双耳声信号进行均衡处HpTF是耳机与外耳耦合的综合结果．耳机的理，即耳机均衡．但对于真人受试者，耳机到鼓膜传整体电声性能和受试者的外耳结构都对HpTF有影输函数的测量比较困难且危险．Moiler等4已经证响，任何一个因素都有可能影响HpTF的最小相位收稿日期：2013—04．01基金项目：国家自然科学基金资助项目(11004064)；华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题(2013KB23)作者简介：钟小丽(1975一)，

7、女，博士，副教授，主要从事心理声学、声信号处理等的研究．E—mail：xlzhong@scut．edu．en第12期钟小丽等：耳机到耳道传输函数最小相位近似的分析与验证121特性．文中主要研究科研实验所用耳机HpTF的最的平均标准差都小于0．5dB；在5—12kHz频段，大小特性问题．首先，挑选科研实验常用的3款典型的部分受试者平均标准差在1dB左右；在12～20kHz耳罩式耳机，通过测量得到了20名受试者的HpTF频段，大部分受试者的平均标准差在l一2dB之间．数据；然后，采用相关系数为物理判据，系统研究了因此，测量的

8、重复性比较好，测量数据可靠有效．HpTF的最小相位特性，得到了HpTF最小相位近似假设成立的频率范围；最后，采用标准的心理声学实验进行了听觉验证．1HpTF最小相位近似的原理图1HpTF测量原理的方框图按照信号处理的理论，HpTF可在频率域分解为Fig．1BlockdiagramofprincipleofHpTFme