半三维空间立体声重发系统

文中应用三维(立体)声场中,声像位置φ_I、θ_I与各扬声器位置φ_n~ψ、θ_n~ψ及其发出声音振幅An之间的关系,分析计算了一种六输出通路、一种四输出通路和普遍的多输出通路半三维空间立体声系统。从其分析的结果得知,声像在水平平面内没有位置畸变现象发生,而在竖直方向上却有位置不定或模糊的感觉。但是,各种声场的畸变情况却是等效的,并不因为系统不同而有本质上的区别。 文中也确定了,任何一个无声像位置畸变的立体声系统所须的独立信号m等于其声音的重发维数k加1,即 m=k+1     

平面环绕声场的研究

本文应用了环绕声场重发中的声像定位公式,普遍地探讨了(包括左、右对称和不对称)二个传输通路的矩阵型立体声系统。证明了它们重发时都不可能获得一个无声像位置畸变的平面环绕声场,因而肯定了一切4-2-4矩阵型立体声系统都不是完美的平面环绕声系统。
文中也指出采用三个传输通路的立体声系统能够在重发时产生无声像位置畸变的平面环绕声场,着重指出,三个独立传输信号的形式不是唯一的,给出了任意两组独立传输信号和所对应的两个不同的译码矩阵的变换关系。文中最后指出了选择独立传输信号形式时所应注意的问题。     

三维(立体)声场的数学分析

人们的听觉器官结构近似地具有以左、右两耳联线为轴的旋转对称性出发,推证了在重发声场中,当倾听者的头部固定不动和沿水平平面或竖直平面内作微小摆动时的声像定位公式。这组公式可用以计算一个重发立体声场的声像位置畸变;也可用以导出具有最少独立信号而无声像位置畸变的许多不同的三维(立体)声系统和全景(立体)声系统。文中导出了正方排列和正三角梭锥(正四面体)排列两种型式的三维(立体)声系统作为这组公式应用之例。     

5.1通路环绕声的虚拟重放系统

提出了一种改进的5.1通路环绕声虚拟重放系统及其信号处理方法。首先对5.1通路环绕声的虚拟重放声场进行了分析,指出现有的系统存在听音区域窄、声像位置畸变、重放音色改变等缺陷。在此基础上,通过理论分析提出将一对前方重放扬声器布置缩窄到士±15°、音色均衡的信号处理等措施,可较好地克服现有系统的缺陷,且信号处理也相对简单。心理声学实验验证了理论分析,证明系统可重放出整个前半平面(约±90°)的立体声像。因此所提出的系统及其扬声器布置是适合于电视和多媒体计算机的应用。     

通路相位差与立体声声像定位

考虑双耳根位差的高级近似,得到了具有更普遍意义的、重发通路间存在相位差时的立体声声像定位公式.在极低频或通路间相位差较小的情况下,它将简化为Makita理论的结果.但一般情况下声像位置将明显与频率有关.着重指出,在通路间存在相位差的立体声重发中,声像位置随频率而变化是导致声像展宽的主要原因.同时通路间相位差引起的附加低频对耳声级差是导致声像自然度降低的重要原因.在实际应用中,应尽量减少通路间的相位差,至少应减少到60°以下.     

通路时间差与立体声声像定位

通过对双耳声压进行相关分析,探讨了立体声重发时通路时间差对声像定位的影响,并进行了声像定位实验。结果表明,在低频f≤0.6kHz时,通路时间差不能有效地产生声像移动。只有f>0.7kHz时,通路时间差的影响才逐渐明显。并且通路时间差所产生的声像位置明显与频率有关,声像的明晰度、自然度都较差,因而在实际应用中应尽量避免单独利用通路时间差产生立体声声像。     

多通路三维空间环绕声系统

提出了一种与5.1通路平面环绕声兼容的三维空间环绕声系统。声像定位分析与实验结果表明该系统可重发上半空间范围的声像。系统不但前后区域声像稳定,还改善了5.1通路系统侧向声像不稳定的问题,并且听音区域也较宽。该系统可以用于产生特殊声效和重现音乐厅的空间感效果。     

波场合成中声像感知距离重建

声像距离是声像位置的重要信息,为了完整地描述重建声场中感知声像位置,需在虚拟声场中重建出声像距离。本文基于人耳对距离的感知机理,将镜像法引入波场合成技术中,通过模拟反射声来控制感知声像距离。基于\     

5.1通路(3/2)环绕声系统的改进

本文利用环绕声重发的声像定位理论,探讨了对５．１通路（３／２０环绕声系统的改进方法。理论和实验结果表明,通过改变系统现有的分立－对信号馈给方法,而采用文中所提出的新的信号馈给方法,就可以在一定的程度上克服现有方法的缺陷,使系统不但可重发稳定、明晰的前方声像,而且可重发稳定的侧向声像,并且听音区域有所扩大,因而改进后的系统既可用于伴随图像的声音重发,又可作为通用系统（兼容地）用于不伴随图像伯声音重发     

非中心倾听位置的立体声像分析

对非中心倾听位置的立体声像进行了理论和实验分析。结果表明,非中心倾听位置的声像定位结果和信号的频率有关。当倾听者偏离中心位置超过一定距离x_max或信号频率超过某一上限f_max时,就有可能出现声像位置超出扬声器布置之外,从而破坏立体声的空间信息的情况。而x_max和f_max是互成反比关系。缩小左右扬声器之间的张角或增加中置扬声器(如5.1通路系统)可扩大听音区域,提高声像的稳定性。     

对5通路3/2环绕声系统缺陷的分析

本文利用环绕声重发的声像定位理论，对一种受到重视、很可能将被国际上广泛应用的通用环绕声系统—5通路3／2系统的声像特性进行了分析，并对系统进行了声像定位实验．理论和实验结果表明，按目前的信号馈给方式，系统可在倾听者前方产生稳定而明晰的声像；但在侧向和后方只能产生模糊和不稳定的声像（扬声器方向除外）；将别是在侧向，存在着一个声像的死区，并且对侧向和后方声像来说，听音区域片不宽阔，因而作为一种通用的系统，虽然将其用作伴随图像的重发时，可获得较好的效果；但用作不伴随图像的重发时，系统并不能很好地再观原声场的空间感。由于系统存在这种不容忽视的缺陷，文中着重强调应设法在这方面对系统加以改进     

人工头制式录声用扬声器重发

人工头制式录声技术的概念是众所周知的。但技术上必须用耳机重放。如果用扬声器重发,由于串扰使立体声效果损坏。串扰是指右耳听右扬声器的声音时也听到左扬声器的声音,反之左耳也如此。数字信号处理技术提供了可以加入人工串扰以抵消自然串扰的前景,从而保存用耳机重放所具有的立体声效果,如图1所示,其中X_l和X_r表示在两耳鼓膜处重发声压的两通路信号,下标l和r分别相应于左、右耳;Y_l和Y_4是输入扬声器的信号;Z_l和Z_r为用扬声器重发时耳膜处声压。H表示由Z到Z的转移函数。因此     

一种基于模态提取的深度和距离可变的时反聚焦方法

提出了一种基于模态提取的深度和距离同时可变的时反聚焦方法。首先,通过模态提取方法从时反阵列接收的探测信号中提取出波导中传播的模态函数信息,并且进一步地从中获得一个包含探测声源深度信息的对角阵以及一个包含探测声源距离信息的向量;然后,利用模态提取获得的信息对探测声源深度信息矩阵和距离信息向量进行调整,重新构造出时反阵列的一个接收声场向量信息,使得时反发射声场聚焦的深度和距离发生变化。这种方法克服了传统时反处理只能在探测声源位置聚焦的局限性,通过对探测声源深度信息矩阵和探测声源距离向量信息进行适当的调整,可以将时反发射的声场聚焦到探测声源以外的某个期望位置上。针对典型浅海波导环境,通过计算机仿真试验验证了该方法的有效性。     

斜入射激光超声体波声场的实验研究

为研究微烧蚀状态下圆形光斑斜入射时激光超声声场的指向性,使用脉冲激光辐照半圆柱形铝质工件表面,并使用压电探头和电磁超声探头分别接收纵波和横波信号。根据速度参数确定了超声信号的类型,提取了信号的峰-峰值,并绘制出声场指向性曲线。通过分析获得以下结论：激光斜入射角度在0~60范围内变化时,纵波声场的声束轴线方向保持不变,且与工件内法线平行;另外,横波声场的峰-峰值仍然在35的方向上取最大值,但是横波指向图形的主瓣易受激光入射方向的影响,当倾斜角度大于等于45时,横波主瓣的范围变得较宽。     

圆环形聚焦声场的构建与调控

提出了一种由径向振动模式的圆环形压电换能器晶片组成的圆柱形阵列换能器结构, 依据阵元激励信号的相位调控机理, 推导了圆环形聚焦声场的调控公式, 在三维空间中构建了圆环形聚焦声场, 实现了对其聚焦区域大小、聚焦圆环半径以及轴向位置移动的调控. 理论分析和仿真研究表明, 所提出的圆柱形阵列换能器实现了对圆环形聚焦声场的调控. 为检测超声、功率超声、医学超声等应用领域提供了一种可实现的新型圆环形可调控聚焦声场.     

三维磁针

传统磁针只能在水平方向上转动,很难表示三维空间中磁场的方向.增加一个水平转动轴,磁针就可以在三维空间转动.多个这样的磁针,可以演示三维空间中磁感线的方向.三位磁针的具体做法如图1所示.     

多声源的自由场有源声吸收

本文利用声源辐射阻抗讨论了三维空间有源声吸收问题.推导出适用于任意初级声场条件下的多次级源最优复强度的一般表达式,并通过分析声源辐射阻抗的变化规律阐明了声吸收的机理.在此基础上,以两个点源在平面波声场中的声吸收为例,详细讨论了次级源吸收功率与两源位置的变化关系,并给出消声区域分布规律.最后在半消声室中获得了良好的实验效果,验证了所得结论.     

一种实用的傅里叶变换轮廓术系统校准方法

在傅里叶变换轮廓术(FTP)中,根据针孔模型透镜成像理论,在考虑摄像机的径向畸变和切向畸变的情况下,利用畸变量较小的图像中心信息,对测量系统放置位置进行调整。采用相位——高度映射并结合最小二乘法及曲线拟合对高度和畸变分别校准。该方法能够简单、快速的对摄像机系统进行标定和修正,提高了FTP测量的精度,特别是在横向坐标方向上的精度。实验验证了所提方法的正确性。     

扬声器的特性不匹配对虚拟声像的影响

本文从理论和实验上探讨了扬声器的特性不匹配对重放虚拟声像的影响。结果表明,用两扬声器进行虚拟听觉重放时,在某些频率段和虚拟声像角度,两扬声器间很小的幅频特性差异或相频特性差异都足以对虚拟声像方向产生明显的影响。扬声器特性的差异对前方范围的声像影响较小,但对侧向范围的声像影响较大,因而两扬声器的特性不匹配也是导致虚拟听觉重放时侧向声像位置畸变的重要原因之一。而在实际应用中要特别注意两扬声器的特性匹配,或者要用信号处理的方法对两扬声器的特性进行校正。     

斜入射激光超声体波声场的实验研究

为研究微烧蚀状态下圆形光斑斜入射时激光超声声场的指向性,使用脉冲激光辐照半圆柱形铝质工件表面,并使用压电探头和电磁超声探头分别接收纵波和横波信号。根据速度参数确定了超声信号的类型,提取了信号的峰-峰值,并绘制出声场指向性曲线。通过分析获得以下结论:激光斜入射角度在0~60°范围内变化时,纵波声场的声束轴线方向保持不变,且与工件内法线平行;另外,横波声场的峰-峰值仍然在±35°的方向上取最大值,但是横波指向图形的主瓣易受激光入射方向的影响,当倾斜角度大于等于45°时,横波主瓣的范围变得较宽。