特征分析实验系统的设计与优化

1995年哥伦比亚大学的Dan Ellis教授对三维空间听觉给出了这样的示意［84］:声源的定位包括声源的方位角(Azimuth)、高度角(Elevation)和距离(Range)，如图2-2所示。根据空间线索与声源空间位置的关系，可将空间线索分为三类:方位角线索、高度角线索和距离线索。此外，人的空间听觉感受还包括声像本身的稳定度和宽度等特性，此类线索被称为声像特性线索［73］。对于详细的关于空间听觉中各个空间线索的分类可参看文献［85］。

图2-2　空间听觉坐标示意图［45］

本章实验系统分析上述方位角线索中的ILD和ITD，以及声像特性线索中的IC，通常称ILD、ITD和IC为双耳线索。立体声音场中的人耳空间听觉映射关系，仅以双耳线索作为分析对象，即仅考虑声像方位线索和声像宽度线索，将ILD和ITD映射成声像方位，将IC映射成声像宽度，如图2-3所示。

定义声像方位与ILD和ITD的函数关系:

式中:θ表示方位;s表示耳间强度差;t表示耳间时间差。取它的一阶近似，即声像方位的一阶模型，有

图2-3　立体声场的听觉系统方位和宽度映射关系

从式(2.2)的一阶模型中可以看到，θ0是无强度差和时间差时的声像方位，如果将正前方定义为x的正方向，那么θ0=0，λ和κ则可以分别看做ILD和ITD的恰可感知差异JND的倒数。因此对本章实验系统设计，有:

原则1:在声像方位的频率感知特性实验中，测试不同频率下ILD/ITD的JND值，以人左右对称的中央平面(声像的中心平面)作为标准参考音，即标准参考音的ILD=0且ITD=0。(www.xing528.com)

定义声像宽度与IC的函数关系:

式中:φ表示声像宽度，角度量纲;c为相关度。取它的一阶模型，有

从上式的一阶模型中可以看到，φ1为IC=1时的声像宽度，μ为IC的JND倒数。因此对本章实验系统设计，有

原则2:在声像宽度的频率感知特性实验中，测试不同频率下IC的JND值，以人左右对称的中央平面(声像的中心平面)作为标准参考音，即标准参考音的IC=1。

定义变量ρ、τ和γ分别为ILD、ITD和IC的JND倒数，即

式中:sJ，tJ和cJ分别表示ILD、ITD和IC的JND值。代入公式(2.2)(2.4)，有立体声场听觉系统方位宽度映射关系模型为:

式中:sJ、tJ和cJ为模型参数。为获取声像的方位线索θ和宽度线索φ，需确定各模型参数，即ILD、ITD和IC的JND值。