【正文】 第一篇：課程論文淺析農(nóng)業(yè)機械化在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中的作用 、程序和方法。 15 農(nóng)業(yè)機械化管理體系組成 農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量的措施 22農(nóng)機作業(yè)成本核算第二篇：課程論文樣本用HRTF進行虛擬聲源定位實驗楊飛然, 葛延增, 吳鎮(zhèn)揚（東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,南京 210096）摘要： 介紹了傳統(tǒng)的音頻定位理論及存在的缺陷，引出了HRTF的定義，分析了HRTF包含的方位信息，并用我們開發(fā)的虛擬聽覺空間系統(tǒng)Vasaudio對虛擬聲源定位進行了實際測試，最后對測試結(jié)果做了分析。關(guān)鍵詞： HRTF； ITD； IID；虛擬聲源定位Virtual Sound Source Position of HRTF Yang Fei Ran, Ge Yan Zeng, Wu Zhen Yang(Department of of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096)Abstract: We introduce the traditional theory of audio position and its limitations first , then we give the definition of HRTF,analyse the position information in HRTF,we also do experiment using Vasaudio system, at last we make a analysis of the experiment words: HRTF。ITD。IID。virtual sound source position 我們?nèi)粘Ｂ牭降牧Ⅲw聲錄音，雖然有左右聲道之分，但就整體效果而言，立體聲音樂來自聽者面前的某個平面。但希望的是一個在虛擬環(huán)境中能辨別聲源精確位置的聲音系統(tǒng)，而當(dāng)您聽到三維虛擬聲音時，音樂聲是來自圍繞您的一個球形中的任何地方，即聲音出現(xiàn)在您頭的上方、后方或者在您的鼻子前方。我們把在虛擬場景中的能使用戶準確地判斷出聲源精確位置、符合人們在真實境界中聽覺方式的聲音系統(tǒng)稱為三維虛擬聲音。傳統(tǒng)音頻定位理論耳間時間差（ITD）：從聲源發(fā)出的聲音到達人的左耳和右耳時，有一個先后的過程，這段時間差就是耳間時間差。耳間時間差與聲音信號的頻率有關(guān)，是聲源角位置q，頭部半徑r和聲速c的函數(shù)，在人類聽覺定位中占有重要位置。耳間強度差（IID）：由于聲音的傳播媒質(zhì)對聲波的衰減作用，聲音的強度隨距離而變化，再加上耳廓和頭部的遮擋，最終到達兩耳的聲音所經(jīng)過的路徑是不同的，使得距離聲源近的耳朵聽到的聲音要強一些，這就是耳間強度差。在中、低頻(f4 kHz), IID起主要作用[1]。傳統(tǒng)的音頻定位理論的缺陷：（1）無法解釋單耳條件下的定位機理。（2）存在錐面模糊現(xiàn)象。ITD和IID對左右方位的定位效果非常明顯，但對前后和上下方位存在模糊現(xiàn)象。如圖1中同一垂直面內(nèi)的X和Y到達兩耳的路徑是對稱的，以及同一水平面內(nèi)的A和B到達兩耳的路徑也是對稱的，這就無法依賴ITD和IID來進行準確定位。圖1 混淆錐示意圖 用HRTF進行虛擬聲源定位我們介紹一種更為完備的音頻定位模型，這就是HRTF。與頭部關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)(HeadRelated Transfer Function, HRTF)描述了聲波從聲源到雙耳的傳輸過程。事實上從某一方位的聲源發(fā)出的聲信號在到達聽者的耳膜之前經(jīng)過了復(fù)雜的傳輸過程，聲信號與聽者的頭部、肩部以及軀干，耳廓發(fā)生了反射、折射、衍射和散射等聲學(xué)作用，人體的這些部位對聲信號的調(diào)制作用可以統(tǒng)一的用一個函數(shù)來表示即與頭部關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)HRTF。與之相對應(yīng)的時域表示稱為與頭部相關(guān)聯(lián)的沖激響應(yīng)（HeadRelated Impulse Response,HRIR）。國外很多科研機構(gòu)和高等院校都進行了HRIR的測量工作，我們在本文中使用的數(shù)據(jù)來源于加州大學(xué)戴維斯分校圖像處理和集成計算中心（CIPIC）[2]，HRIR數(shù)據(jù)長度為200點。 HRTF數(shù)據(jù)中包含的方位信息我們在圖2畫出方位角45176。,仰角0176。時的左右耳HRIR波形及對應(yīng)的頻譜圖。圖2 方位角45176。,仰角0176。時的左右耳HRIR及對應(yīng)的HRTF（1）耳間時間差（ITD）：由于聲源靠近左耳，從圖2可以看出右耳的HRIR比左耳的HRIR有明顯的時間延遲，體現(xiàn)了耳間時間差。（2）耳間強度差（IID）：左耳的HRTF比右耳的HRTF幅度要強一些，體現(xiàn)耳間強度差。（3）HRTF會出現(xiàn)明顯的峰值點和谷值點，有研究表明峰點頻率、谷點頻率對前后定位起關(guān)鍵作用，且谷點頻率是進行定位的主要依據(jù)。（4）HRIR在某些時刻變化劇烈，這是由于耳廓對入射聲波的反射作用，左耳的HRIR波形較右耳的HRIR波形起伏變化更為劇烈。在頻譜特性上則表現(xiàn)為左耳的HRTF高頻分量要充足些。為了更加突出HRTF中的峰值點和谷值點，人們使用了一些方法對HRTF數(shù)據(jù)進行處理。文獻[3]中對不同頻率的HRTF數(shù)據(jù)加權(quán)，來放大原HRTF數(shù)據(jù)頻率間的差異，設(shè)H(x)為原HRTF數(shù)據(jù)，H39。(x)為處理后的HRTF數(shù)據(jù)，則H39。(x)=W(x)H(x)權(quán)函數(shù)W(x)=H(x)max{H(xi)}HRTF反映了人體結(jié)構(gòu)對聲音信號的不同響應(yīng)，因此HRTF有明顯的個體差異，人們總是希望使用個性化的HRTF數(shù)據(jù)進行3D音效的合成，然而對每個人進行HRTF數(shù)據(jù)的測量是不現(xiàn)實的，有學(xué)者建議使用非個性化（nonindividualized）的HRTF數(shù)據(jù)[4]。 虛擬聽覺空間系統(tǒng)Vasaudio 將輸入的音頻信號分別與指定的方位和距離的左右耳HRTF數(shù)據(jù)進行卷積，然后通過耳機重發(fā)就可以得到具有方位信息的雙通道音頻信號，如式（1）?；谶@個原理我們用VC++編程開發(fā)了虛擬聽覺空間系統(tǒng)Vasaudio[5]可以實時播放wav格式的音頻文件，圖3是我們的實現(xiàn)框圖。yL(n)=GLgx(n)*hL(n)yR(n)=GRgx(n)*hR(n)(1)式中g(shù)表示乘法，*表示卷積，x(n)表示輸入的音頻信號，hL(n)和hR(n)分別表示左右耳的HRIR數(shù)據(jù)，GL和GR分別表示左右耳的增益，yL(n)和yR(n)分別表示饋給耳機的左右聲道信號。圖3 虛擬聽覺空間系統(tǒng)實現(xiàn)框圖 虛擬聲源定位測試實驗測試設(shè)備為1臺計算機、1個高質(zhì)量聲卡、1 幅高質(zhì)量耳塞式耳機。被測試人員為我們實驗室的5名聽覺正常的同學(xué)。同時我們選擇音頻測試常用的粉紅噪聲作為測試音源。測試所用的軟件系統(tǒng)為本文前面介紹的VasAudio。我們實驗的目的有兩個：一是通過測試比較HRTF的個體化差異，二是我們希望找出幾套對大多數(shù)人都相對比較適合的HRTF數(shù)據(jù)，已備我們以后的實驗使用。 測試數(shù)據(jù)為了比較HRTF數(shù)據(jù)的個體差異，我們使用了12套數(shù)據(jù)進行測量，分別為（1）CIPIC數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)：hrir_final_003, hrir_final_162, hrir_final_163, hrir_final_165；（2）做回歸分析得到的數(shù)據(jù)：hrir_final_h_003, hrir_final_h_162, hrir_final_h_163, hrir_final_h_165；（3）在時域做平均得到的數(shù)據(jù)：hrir_final_avg；（4）用PCA分析綜合出來的數(shù)據(jù)：hrir_final_large_6, hrir_final_middle_6, hrir_final_small_6。 測試步驟和結(jié)果為減小辨別難度，只對水平面和中垂面上的角度進行定位測試，其中方位角是15176。的倍數(shù)，角度從－180176。到180176。，共有24個方位。垂直方位角為90176。（正上方）、60176。、30176。、0176。、－45176。共有5個方位。（1）水平方位角具體測試步驟：步驟1：先給測試者聽分布在前、后、左、右四個方向的聲音信號，并告知實際方向； 步驟2：然后分別在這四個聲源的附近位置選擇一個方位，要求聽者進行判斷，并給出四個聲源的位置（要求說出具體的方位角度）；步驟3：重新隨機選擇分布在前、后、左、右四個方向的聲音信號，重復(fù)步驟1，步驟2。（2）垂直方位角具體測試步驟：步驟1：對給定的一組數(shù)據(jù)先給測試者聽垂方位90176。、60176。、30176。、0176。、－45176。五個方向聲音信號；步驟2：從上述五個方向隨機給出一個方向的聲音信號，要求聽者指出其具體方向角度。重復(fù)該步驟五次直至測完一組數(shù)據(jù)；步驟3：重復(fù)步驟 1，步驟2，直至測完全部數(shù)據(jù)。我們給出了數(shù)據(jù)標號為hrir_final_162和hrir_final_163的測試結(jié)果散點圖，見圖4和圖5。圖4 hrir_final_162測試結(jié)果散點圖圖5 hrir_final_163測試結(jié)果散點圖我們給出水平方位最終的測試統(tǒng)計結(jié)果，見表1。同時我們給出垂直方位最終的測試統(tǒng)計結(jié)果，見表2。表1水平方位測試結(jié)果統(tǒng)計表表2 垂直方位測試結(jié)果統(tǒng)計表 測試結(jié)果分析（1）HRTF數(shù)據(jù)包含了大量的方位信息，用HRTF對聲源進行定位可以提高定位的準確性，克服傳統(tǒng)定位理論的不足。我們在測試中使用的HRTF數(shù)據(jù)是非個性化的，因