[发明专利]一种基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法及其应用

说明书

本发明适用于耳机技术领域，提供了一种基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法，包括以下步骤：(1)从耳机的音频信号接口处接收音频输入信号；(2)从耳机上的角度测定组件接收指示头部旋转角度的输入；(3)采用大角度范围的离散工程测量与小角度范围插值平滑过渡相结合的算法，获得多项式拟合输出的系数组；(4)对于多项式拟合输出的系数组，采用全零极点的IIR型滤波器算法，利用差分方程实时变换到时域，实现基于系数拟合的音效切换，实现高仿真声场重现音频信号输出；解决了目前高仿真音频效果与环绕声效果的重现度不高、以及现有耳机在仿真时适用角度幅度较小的问题。

技术领域

本发明属于耳机技术领域，尤其涉及一种基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法及其应用。

背景技术

HRTF(Head Related Transfer Function，头部相关传递函数)，是一种音效定位算法，目前已初步应用到头戴耳机领域。

围绕如何更准确的获得头部相关传递函数(HRTF)，采取的一些测量或仿真方法。目前SONY公司的专利公开了一种HRTF测量方法、HRTF测量装置和程序专利(申请号201780075539.5)，该专利可以实现HRTF测量装置显示表示用户应面对的目标方向的图像。在用户的正面方向与目标方向匹配的情况下，HRTF测量装置通过扬声器输出测量声音并且基于由佩戴在用户耳朵上的麦克风获取的测量声音的结果来测量HRTF。该专利技术的重点是基于参考图像的方法，可以获得具有个体差异的头部相关传递函数；本技术可以应用于例如测量头部相关传递函数等的装置，针对个体差异的HRTF测量技术，旨在针对每个人的个体声学结构差异引起的频响差异，进行个性化测量，使声场回放更逼真。但因为批量采集信息难以实现，所以很难大规模的应用在相关产品上。

关于基于HRTF技术的应用，目前应用集中在两个方面：一为录音重放；一为以头戴式耳机为载体的环绕音效重现技术。目前哈曼公司公开了一种具有头部跟踪的双耳头戴式耳机呈现(申请号201611243763.4)，该发明公开一种可增强由头戴式耳机和其他声音系统发出的声音的再现的声音增强系统(SES)。所述SES通过模拟期望的声音系统而不包括通常与声音系统模拟相关联的不想要的伪像来改进声音再现。所述SES借助于通过从直接和间接头部相关传递函数(HRTF)导出的一组一个或多个双耳呈现滤波器变换声音系统输出来促进此类改进。所述双耳呈现滤波器的参数基于佩戴所述头戴式耳机的用户的头部跟踪角度来更新，以便呈现稳定的立体声像。所述头部跟踪角度可根据从安装在头戴式耳机组件中的数字陀螺仪获得的传感器数据来确定。该技术方案在-45度～+45度范围内，采用限定坡型滤波器(shelf filter)和陷波滤波器(notch filter)两种拓扑结构类型和数量，根据陀螺仪采集的角度信息，固定中心频率不变，只更新增益和延时2个参数，以此提高滤波器切换的平滑性，避免听觉上的“咔哒”声，算法实现简单，容易实现滤波器的平滑切换，计算量小，在计算资源有限的情况下，工程上也容易实现。但是其缺点是这一切换算法和策略与实际声音的传播特性相差较大，听感上与实际的声场特性会有一定差别；主要原因是声源传播到人耳(或仿真人头，实际测量HRTF时多用仿真耳)的传播特性，其频响曲线是较复杂的，要用10几段级联的滤波器才能逼近。y为准确描述滤波器的波形特征，其相关参数，除前文提到的中心频率和增益外，通常还包括滤波器的拓扑类型、抬升增益、品质因数等多个参数。这些参数在声源发生角度或位置变化时，通常都会跟随变化，特别是大角度变化时，这些参数变化会很剧烈，呈现非线性变化特点，在实际中会出现若干“奇异点”，是不连续和非线性的，上述两种滤波器的拓扑结构在克服“奇异点”方面效果并不理想。例如滤波器拓扑类型，由一种类型衍化到另一种类型，这些非线性变化特点，是影响听感的重要因素。并且该专利记述的技术方案主要应用于-45度～+45度范围内，而在用户实际佩戴使用双耳头戴式耳机过程中，头部及其上半身配合的转动幅度经常在-45度～+45度范围以外，该专利(201611243763.4)所技术的方案在这个范围以外无法解决听觉上的“咔哒”声，所以上述专利公开的音效切换方案在重现声场音效的真实感受上是有较大局限的。