头相关传输函数与虚拟听觉

头相关传输函数(HRTF)是自由场情况下点声源到双耳的声学传输函数,它包含了有关声源的主要空间信息,因而在双耳空间听觉的研究方面有非常重要的意义.作为HRTF的一个重要的应用,虚拟听觉则是近二十年发展起来的新技术,它利用HRTF进行信号处理,模拟出声波从声源到双耳的传输,从而在耳机或扬声器重放中虚拟出相应的空间听觉.虚拟听觉技术在有关听觉的科学实验、通信、多媒体与虚拟现实、家用声重放、室内声学设计等科学研究、工程技术、消费电子领域都有重要的应用价值.近十多年来,国际上有关HRTF和虚拟听觉技术的研究发展很快,已成为声学、信号处理、听觉等研究领域的热门与前沿课题,并已在众多的领域得到应用.     

基于手机的多通路环绕声动态双耳重放*

随着VR眼镜技术的发展,普通的智能手机已可以作为虚拟现实和动态声、视频重放的平台。该文提出了一种基于手机的多通路环绕声动态双耳重放技术及其信号处理的高效实现方法。利用手机内的加速度传感器、电子罗盘、陀螺仪组成头踪迹跟踪器,实时检测倾听者头部的方向,并利用手机的信号处理芯片实现动态双耳合成。采用头相关脉冲响应的最小相位近似和主成分分解的方法简化双耳合成处理,提高了信号处理的效率。文中给出了系统的结构和软、硬件设计方法,并给出了实现22.2通路空间环绕声动态双耳重放的例子。客观测量和心理声学实验验证了所提出的方法。     

个性化头相关传输函数的近似获取——现状和问题

虚拟听觉重放采用头相关传输函数(HRTF)合成双耳声信号,并用耳机重放,以产生所需的空间听觉事件。理想的虚拟听觉重放需要个性化HRTF。个性化HRTF可通过实验测量或数值计算相对地准确获得。然而,测量每个潜在使用者的高空间分辨率HRTF是困难的,而数值计算HRTF的频段往往受限于计算机性能。近年发展了多种HRTF的近似获取方法,并成为热门研究课题,但效果有待验证和提高。本文评述了个性化HRTF近似的研究进展,指出了存在的问题和今后的方向。     

重放自由场虚拟源距离信息的动态双耳Ambisonics方法

双耳重放的目标之一是在耳机重放中产生不同方向和距离的虚拟源感知。本文研究了动态双耳Ambisonics重放自由场虚拟源方向和距离信息的简化信号处理方法。该信号处理方法包括两步:第1步是基于目标声场的球谐函数分解,合成采用扬声器的近场Ambisonics重放中逐级重构目标声场的信号;第2步是采用虚拟扬声器重放的方法,用动态头相关函数滤波处理将Ambisonics的扬声器重放信号转换为双耳重放信号并用耳机重放。进一步研究了动态双耳Ambisonics的阶数对定位效果的影响,为简化信号处理提供依据。对重放产生的双耳声压分析表明,5阶动态双耳Ambisonics重放足以提供听觉方向定位和距离感知的重要信息。同时心理声学的实验结果表明,结合声源距离相关的响度因素,5阶动态双耳Ambisonics重放可产生不同方向和1.0 m以下不同近场距离的自由场虚拟源的听觉感知。本文的方法仅需要固定距离的48个均匀空间方向的远场非个性化HRTF处理,实现了信号处理的简化。      

前方空间环绕声的四扬声器虚拟重放

考虑头部转动带来的动态因素对听觉垂直定位的贡献,提出了前方空间环绕声的四扬声器虚拟重放方法。4个扬声器分别布置在水平面左前、右前以及高仰角的左前上、右前上方向,并采用听觉传输信号处理的方法将多通路空间环绕声信号转换为4个扬声器的重放信号。以9.1通路空间环绕声虚拟重放为例,采用头相关传输函数对双耳声压及其包含的定位因素进行分析表明,该方法可以产生正确的双耳时间差及其随头部转动的变化,从而产生合适的侧向定位双耳因素和垂直定位的动态因素。而心理声学实验结果表明,该方法可以重放稳定的前方空间的水平和垂直虚拟源。因此,四扬声器布置结合听觉传输处理足以重放前方空间环绕声的垂直定位信息,实现多通路空间环绕声的向下混合与简化。      

一种5.1通路环绕声的动态双耳重放方法

为改善5.1通路环绕声的双耳重放性能,提出一种基于低价头踪迹跟踪模块的动态双耳重放方法。头踪迹跟踪模块通过单片机采集磁传感器、加速度传感器的输出数据,计算出倾听者头部水平方向信息,并将其经USB接口传给计算机进行动态双耳声信号合成。心理声学实验表明,本文提出的方法可以消除虚拟声源前后混乱和头中定位现象,提升5.1通路环绕声双耳重放的虚拟声源定位性能。     

近场头相关传输函数的多声源快速测量系统设计与验证

近场头相关传输函数(HRTF)是双耳听觉科学研究和虚拟听觉重放应用的重要基础数据。近场HRTF测量系统要求具有高的测量效率、精度和重复性,以至于目前未见文献解决真人受试者的近场HRTF测量困难。本文研究并实现了一种计算机控制的近场HRTF的高效测量系统,并提出系统的快速校准方法,首先实现了真人受试者的近场HRTF测量。通过声学、机械与电子硬件和软件的综合设计,提高了测量效率。通过准确校准声源、受试者和双耳传声器的位置,提高了测量精确度和重复性。系统可用于1.0 m范围内不同声源距离的真人受试者以及人工头的近场HRTF测量,单个声源距离的全空间近场HRTF测量时间减少至20 min以内。测量结果表明,系统测量精度满足实际需求,可用于科学研究和个性化近场HRTF测量及数据库建立。      

两扬声器虚拟声重放的双耳声压控制与定位性能

在两扬声器虚拟声重放中,通过精确重构双耳声压而产生不同的空间听觉感知。其重放的定位性能应该是由双耳声压控制的代价和稳定性所共同决定的。过去研究主要对双耳声压控制的稳定性进行分析,并以此作为扬声器布置和信号处理的依据。该文研究表明仅对双耳声压的稳定性分析是不足以完全衡量扬声器虚拟声重放的定位性能的。进一步采用虚拟声信号处理滤波器响应平均功率对双耳声压控制的代价进行分析。结果表明,缩窄左右对称扬声器布置的张角或采用非对称扬声器布置会明显增加产生侧向目标虚拟源时的双耳声压控制代价。虚拟源(虚拟声像)定位实验表明,双耳声压控制代价增加会引起虚拟源定位缺陷。实际应用中,为了有效产生侧向虚拟源,应避免采用过窄张角(如立体声偶极)和非对称的扬声器布置。     

Ambisonics声捡拾与重放音色的双耳听觉模型分析与实验

提出用双耳听觉模型对空间声音色进行分析的普遍方法,并以Ambisonics为例进行了分析。Ambisonics是基于物理声场重构的空间声系统,其最终重构声场误差以及音色改变是由传声器捡拾和重放空间混叠误差共同引起的。采用修正的Moore双耳响度模型计算了Ambisonics重构声场的双耳响度级谱并和目标声场的情况比较,从而定量评价重构声场的音色改变。结果表明,在理想捡拾信号的情况下,无音色改变重放的上限频率和区域大小随Ambisonics的阶数而增加。而对于传声器阵列捡拾的情况,只要阵列的上限频率大于Ambisonics重放的上限频率,在重放的上限频率以下,传声器阵列空间混叠误差对最终重构声场及其感知音色的影响就可以忽略。在此基础上,提出了一种综合考虑捡拾与重放性能的Ambisonics系统优化设计方法。心理声学实验得到了和双耳听觉模型一致的结果,从而也验证了模型分析的有效性。      

Ambisonics声捡拾与重放音色的双耳听觉模型分析与实验

提出用双耳听觉模型对空间声音色进行分析的普遍方法,并以Ambisonics为例进行了分析。Ambisonics是基于物理声场重构的空间声系统,其最终重构声场误差以及音色改变是由传声器捡拾和重放空间混叠误差共同引起的。采用修正的Moore双耳响度模型计算了Ambisonics重构声场的双耳响度级谱并和目标声场的情况比较,从而定量评价重构声场的音色改变。结果表明,在理想捡拾信号的情况下,无音色改变重放的上限频率和区域大小随Ambisonics的阶数而增加。而对于传声器阵列捡拾的情况,只要阵列的上限频率大于Ambisonics重放的上限频率,在重放的上限频率以下,传声器阵列空间混叠误差对最终重构声场及其感知音色的影响就可以忽略。在此基础上,提出了一种综合考虑捡拾与重放性能的Ambisonics系统优化设计方法。心理声学实验得到了和双耳听觉模型一致的结果,从而也验证了模型分析的有效性。     

带落角约束的导弹滑模制导控制一体化设计

为了提高导弹的制导精度和毁伤效果,研究了带有落角约束的空地导弹制导控制一体化设计问题。在俯仰平面内,将弹—目相对运动方程和导弹力学方程相结合,建立了导弹一体化模型。在此基础上,采用反演递推方法,设计了带有落角约束的导弹自适应滑模制导控制一体化算法,并对其进行了稳定性分析。针对所设计的控制律,在不同的机动目标下进行了仿真和对比分析。结果表明,导弹的脱靶量均小于1m,落角接近-90°,满足制导精度和末端落角约束条件。     

汉语降频助听算法的实验分析与改进

降频助听算法是改善听障患者声音辨识能力的最安全有效的方法. 本文以主观测试实验为手段, 通过分析当前算法的声音识别能力的不足, 提出一种自适应慢放降频算法. 算法结合慢放算法和频移算法的优点, 并能根据信号的频谱结构, 自适应调整慢放因子, 降低时域不同步性. 并且, 通过分析含噪信号和噪声信号的频谱关系, 提出一种噪声下的慢放因子评估方法. 实验结果显示, 同其他降频算法相比, 该算法可以提高15%到20%的识别率. 在对听障患者的测试中, 同传统的助听设备相比, 平均识别率也获得显著改善.     

Chalcogenide Fibers: An Overview of Selected Applications

Chalcogenide glass fibers have many unique properties that make them attractive for applications that are not possible with silica fibers. Selected applications of chalcogenide fibers in research, commerce, and the military are reviewed.     

Some mathematical aspects of Anderson localization: boundary effect,multimodality, and bifurcation

Anderson localization is a famous wave phenomenon that describes the absence of diffusion of waves in a disordered medium. Here we generalize the landscape theory of Anderson localization to general elliptic operators and complex boundary conditions using a probabilistic approach, and further investigate some mathematical aspects of Anderson localization that are rarely discussed before. First, we observe that under the Neumann boundary condition, the low energy quantum states are localized on the boundary of the domain with high probability. We provide a detailed explanation of this phenomenon using the concept of extended subregions and obtain an analytical expression of this probability in the one-dimensional case. Second, we find that the quantum states may be localized in multiple different subregions with high probability in the one-dimensional case and we derive an explicit expression of this probability for various boundary conditions. Finally, we examine a bifurcation phenomenon of the localization subregion as the strength of disorder varies. The critical threshold of bifurcation is analytically computed based on a toy model and the dependence of the critical threshold on model parameters is analyzed.     

辣椒碱与β-环糊精包合物的核磁共振研究

利用核磁共振方法研究了辣椒碱β-环糊精包合物的化学计量比、空间结构信息及其在水溶液中的自扩散系数. 通过测定不同浓度比的辣椒碱和β-环糊精混合溶液的 ¹H NMR数据,绘制Job's曲线,辣椒碱和β-环糊精的Job's曲线均在r=0.5处出现拐点. 同时测定了该包合物的2D ROESY和DOSY谱图,ROESY谱图中NOE交叉信号出现在辣椒碱的H-1~H-8和β-环糊精的H-3′、H-5′、H-6′之间,DOSY测得β-环糊精和辣椒碱形成包合物前后的表观自扩散系数. 结果表明,辣椒碱β-环糊精包合物的主客体分子的化学计量比为1∶1,辣椒碱分子的异丙基端从β-环糊精的宽口端进入疏水腔,其中H-1~H-8部分在空腔内部,包合物的自扩散系数为2.95×10^-10m²/s.     

The ρ-π Puzzle of J/φ and φ′ Decays

The recent BES Collaboration data on φ →PV, particularly the isospin violating mode φ′ → π^oω^o and finding of a finite number for B(φ′ → K^*OK^O), enable us now to deal more precisely about the challenges to theory concerning this extraordinary and remarkableso-called ρ-π puzzle of J/φ and φ′ decays. In terms of the existing data and deploying the simplest phenomenology, measurement of φ′ → π⁺π^- and whether a finite number for the K^*+K^- mode might require a significantly large accumulation of data remain interesting questions.     

Interaction of Wave Trains with Defects

The evolution and transition of planar wave trains propagating through defects(obstacles) in an excitable medium are studied. When the frequency of the planar wave trains is increased, three different dynamical regimes,namely fusion, "V" waves, and spiral waves, are observed in turn and the underlying mechanism is discussed. The dynamics is concerned with the shapes of the defects. Circle, triangle, and rectangle defects with different sizes are considered. The increase of pacing frequency broadens the fan-shaped broken region in the behind of a rectangle defect.The increase of width of a triangle defect leads to breakup of wave trains easier while the change of height shows opposite effect, which is presented in a phase diagram. Dynamical comparison on defects with different shapes indicates that the decrease of the defect width along the propagation of wave trains makes the fan-shaped region and the minimal frequency for breakup of spiral both increased.     

环位形下鱼骨模驱动快离子输运的数值模拟研究

考虑包含动理学效应的鱼骨模结构,使用导心轨道程序 ORBIT,在磁面坐标下研究了不同的扰动模 幅度、频率对快离子再分布的影响,并分析了粒子与扰动发生共振的条件。模拟得出,鱼骨模扰动会使快离子在 实空间、相空间中发生再分布,芯部( ψ_p/ψ _w≤0.2 ,ψ_p 为极向磁通,ψ_w 为最后一个闭合磁面的磁通)快离子密 度下降约 20%,中间磁面位置上( ψ_p/ψ _w≥0.2,ψ_p/ψ _w≤ 0.6)的快离子密度增加约 7%;通过扫描频率发现,相空间中快 离子的再分布对模式频率敏感,并分析了快离子与鱼骨模扰动共振的条件。     

HL-2M 装置时序控制与数据采集系统设计

基于 FPGA 和 IEEE1588PTPv2 协议设计了 HL-2M 装置时序控制系统,用于在精准时刻为测控系统 提供触发。数据采集系统采用客户端/服务端双模式管理。在 HL-2M 装置初始等离子体放电实验中测试结果表明, 时序控制和采集系统具有纳秒级精度触发,实时性强,数据传输速度快,稳定可靠,方便部署和管理的特点,满 足 HL-2M 等离子体放电实验的应用需求。     

Darboux Transformation and N-soliton Solution for Extended Form of Modified Kadomtsev-Petviashvili Equation with Variable-Coefficient

The extended form of modified Kadomtsev-Petviashvili equation with variable-coefficient is investigated in the framework of Painlevé analysis. The Lax pairs are obtained by analysing two Painlevé branches of this equation. Starting with the Lax pair, the N-times Darboux transformation is constructed and the N-soliton solution formula is given, which contains 2n free parameters and two arbitrary functions. Furthermore, with different combinations of the parameters, several types of soliton solutions are calculated from the first order to the third order. The regularity conditions are discussed in order to avoid the singularity of the solutions. Moreover, we construct the generalized Darboux transformation matrix by considering a special limiting process and find a rational-type solution for this equation.