一種hrtf數據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數據庫測量裝置，其特征在于，包括，一聲源結構架；一轉動座椅；一計算機；一數據采集卡；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：裝置結構簡單，測量方便，能夠準確的測量HRTF數據，以達到高分辨率的目的，為信號處理后再現聲像在全空間中的任意位置提供數據庫支持。
【專利說明】一種HRTF數據庫測量裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及HRTF數據庫的測量裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]HRTF即頭相關傳輸函數，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、耳廓和軀干等構成的生理系統(tǒng)對聲波反射和散射(綜合濾波)的結果，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的HRTF數據，這些HRTF數據形成了一個完整的HRTF數據庫。
[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定義為常量數組，通過計算機D/A以一定的輸出率，產生一定長度的MLS (Maximum-Length Sequence)偽隨機噪聲信號,該信號經過放大、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據，即得到了聲波激勵信號在經過頭部HRTF未知系統(tǒng)環(huán)節(jié)后的響應輸出信號。利用相關法，對輸入激勵信號和輸出響應信號進 行互相關運算，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生的近零無效值，以及序列后面部分的房間及測量機構反射聲波產生的反射聲脈沖。再利用事先測定好的電聲測量系統(tǒng)本身的傳輸函數，根據測量均衡原理，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脈沖響應HRIR。對它進行離散傅立葉變換，即可得到在頻域內HRTF的描述表達式，測量原理見圖1。通過索引Θ和φ常量數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構不同，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據，需反復測量。但現有的測量裝置要么結構過于復雜，要么就是測量不方便，鑒于上述情況，亟待對HRTF數據庫測量裝置進行改進。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明目的是解決現有技術中的問題，提出一種新型的HRTF數據庫測量裝置。
[0007]為了實現上述目的，本發(fā)明是這樣實現的:一種HRTF數據庫測量裝置，其特征在于，包括，
一聲源結構架，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構架的圓心位置；
一轉動座椅，其位于所述聲源結構架的圓心位置，參試人員佩戴左、右耳傳聲器坐在該轉動座椅上；一計算機，其主板上具有至少兩根PCI插槽；
一數據采集卡，其位于所述PCI插槽中的一根內，該數據采集卡具有一第一 D/A轉換器，一第一 A/D轉換器,及一第二 A/D轉換器；
一音頻功放，其具有一輸入端，其與第一 D/A轉換器連接；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轉換器連接，使左耳傳聲器的信號經放大后傳入第一A/D轉換器內；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轉換器連接，使右耳傳聲器的信號經放大后傳入第二 A/D轉換器內。
【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)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結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數據庫測量裝置，其特征在于，包括，
一聲源結構架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構架的圓心位置；
一轉動座椅6，用于調節(jié)參試人員的高度，其位于所述聲源結構架的圓心位置，參試人員佩戴左、右耳傳聲器坐在該轉動座椅上；
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 ；
一數據采集卡3，用于聲音數據的采集，其位于所述PCI插槽中的一根內，該數據采集卡具有一第一 D/A轉換器31, —第一 A/D轉換器,及一第二 A/D轉換器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轉換器連接，使左耳傳聲器的信號經放大后傳入第一A/D轉換器內；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轉換器連接，使右耳傳聲器的信號經放大后傳入第二 A/D轉換器內。
[0012]一運動控制卡10，位于所述PCI插槽中的另一根內，其具有一數字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，其與所述轉動座椅的轉軸連接；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，
一電機驅動器9,具有一第一輸入端,其與所述數字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，正坐在轉動座椅上，并保證其不能轉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，該信號經前置放大器放大后，通過數據采集卡模數轉換送入計算機；
(4)計算機將收集到的信息進行算法處理，生成HRTF數據；
(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數據庫；
f)數據處理:將存儲的所有數據對其取有效范圍: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作為有效數據段，取出該段有效數據，將有效數據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人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，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利要求為準。
【權利要求】
1.一種HRTF數據庫測量裝置，其特征在于，包括， 一聲源結構架，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構架的圓心位置； 一轉動座椅，其位于所述聲源結構架的圓心位置，參試人員佩戴左、右耳傳聲器坐在該轉動座椅上； 一計算機，其主板上具有至少兩根PCI插槽； 一數據采集卡，其位于所述PCI插槽中的一根內，該數據采集卡具有一第一 D/A轉換器，一第一 A/D轉換器,及一第二 A/D轉換器； 一音頻功放，其具有一輸入端，其與第一 D/A轉換器連接；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轉換器連接，使左耳傳聲器的信號經放大后傳入第一A/D轉換器內；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轉換器連接，使右耳傳聲器的信號經放大后傳入第二 A/D轉換器內。
2.根據權利要求1所述的一種HRTF數據庫測量裝置，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，其具有一數字I/O單元及一脈沖輸出單元； 一減速器，具有一輸出端，其與所述轉動座椅的轉軸連接；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， 一電機驅動器，具有一第一輸入端，其與所述數字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.根據權利要求1所述的一種HRTF數據庫測量裝置，其特征在于，所述電機驅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.根據權利要求1所述的一種HRTF數據庫測量裝置，其特征在于，所述聲源結構架為半圓形弧，且所述揚聲器均勻分布在該聲源結構架上。
5.一種權利要求1中HRTF數據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，正坐在轉動座椅上，并保證其不能轉動或移動頭部及身體； c)調整測量環(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，該信號經前置放大器放大后，通過數據采集卡模數轉換送入計算機； (4)計算機將收集到的信息進行算法處理，生成HRTF數據； (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數據庫； f)數據處理:將存儲的所有數據對其取有效范圍: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作為有效數據段，取出該段有效數據，將有效數據保存在另外一個目錄中待再次處理。
6.根據權利要求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、右耳傳聲器插入參試人員的耳道內，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