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     

频率对环绕声声像定位的影响

本文考虑双耳相位差的高级近似，导出了中频情况下适用的具有更普遍意义的平面环绕声声像定位公式。在低频时该式将化为通常的环绕声声像定位公式，而随着声音频率的增加，声像位置将与频率有关。将新的公式用到方型排列和棱型排列的４－４－４环绕声系统，得到了同实验相一致的结果。文中着重指出，声像随频率而变化是导致环绕声重发中侧向声像不稳定的重要在而为今后改进环绕声系统提供了理论基础。     

6.1通路通用平面环绕声系统的研究

提出了一种新的6.1通路环绕声系统及系统的两种不同的信号馈给法。通过理论和实验证明了系统可重发水平面内360°的声像,特别是侧向和后方的声像效果较现有的5.1通路系统有明显的改善,因而适合作为通用的环绕声系统。文中同时证明了新系统与5.1通路系统完全兼容,利用现有的方法即可实现信号的兼容记录与重发。     

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。     

多通路平面环绕声系统的分析及声像定位实验研究

本文通过对一种完全理想的平面环绕声系统进行逐级近似,得到了一系列新的其性能逐级提高的平面环绕声系统.文中首先分析了完全理想系统的重发信号及系统在各级近似下的重发特性,给出了相应的独立传输信号和重发方程,探讨了各级近似重发间的兼容性问题。分析了系统重发时输出通路的简化条件,探讨了信号的检拾,记录,传输等问题和将系统付诸应用的可能性。
文中对上述多通路平面环绕声系统(包括4-3-N系统)进行了声像定位实验,探讨了环绕声重发中声像定位与独立传输信号,重发扬声器数目的关系,得到了同理论分析相一致的结果,同时也为实际应用提供了实验基础。     

头部尺寸对虚拟声像定位的影响

本利用立体声像的相关理论分析方法，分析了用扬声器重发虚拟声时，倾听的头部尺寸对声像定位的影响。结果表明,当实际倾听的头部尺寸与虚拟声信号处理所用头部模型的尺寸有差别时，前方范围内的声像位置畸变较小，但侧向的声像位置畸变较大，因而本特别指出，倾听头部尺寸的不同是虚拟声重发时侧向的声像位置畸变的重要原因，声像定位实验证实了理论分析。     

改进的5.1通路环绕声三扬声器虚拟重发系统

提出一种改进的5．1通路环绕声的三扬声器虚拟重发系统。本文首先指出,现有的两扬声器虚拟重发存在听音区域窄、声像稳定性差等缺陷。通过理论分析和心理声实验证明,采用一对布置在前方±30°的全频带扬声器和一个前方0°的高频中置扬声器组成5．1通路环绕声虚拟重发系统,不但可提高重发声像的稳定性,且扬声器布置实际可行,信号处理相对简单。因此所提出的虚拟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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Study of vertical sound image control with parametric loudspeakers

A parametric loudspeaker utilizes nonlinearity of a medium and is known as a super-directive loudspeaker. In this paper, the sound localization in the vertical direction using the upper and lower parametric loudspeakers is confirmed by listening tests and physical measurements. The differences in levels between the upper and lower parametric loudspeakers are varied as a parameter. The direction of sound localization in the vertical plane can be controlled not only when the acoustical axis is set to the right ear but also when it is set to at 5 deg to the right of the right ear. The effect of the level difference between the upper and lower loudspeakers is weaker than the differences observed when using ordinary loudspeakers. We obtained interesting characteristics of the left-right sound localization in the horizontal plane with the upper and lower parametric loudspeakers in the vertical plane. It is found that by setting the parametric loudspeaker at the right ear (that is, the horizontal angle of a listener to it is only 3 deg to the right), the direction of sound localization in the horizontal plane moved approximately 10 deg to the right. Moreover, by setting the parametric loudspeaker 5 deg to the right, the direction of sound localization moves approximately 20 deg to the right. The ILD (Interaural Level Difference) using a dummy head is calculated from the measured left and right sound signals. It is determined that ILDs of the parametric loudspeaker are larger than those of the ordinary loudspeaker. A simple geometrical acoustic model is introduced and analyzed. The analysis helps to explain the measured characteristics.     

Three-dimensional acoustic sound field reproduction based on hybrid combination of multiple parametric loudspeakers and electrodynamic subwoofer

Auditory Mixed Reality (MR) systems that reproduce Three-Dimensional (3-D) acoustic sound fields have recently become a research focus because the combination of visual and auditory MR systems can achieve a greater sense of presence than conventional visual MR systems. General auditory MR systems usually use a headphone-based system with a Head-Related Transfer Function (HRTF), which is a major system for reproducing 3-D acoustic sound fields. However, the localization accuracy of sound images with a HRTF depends on the individual. On the other hand, we have already proposed a system for reproducing a 3-D acoustic sound field with parametric loudspeakers instead of headphones. The 3-D acoustic sound field reproduced by this system has achieved a highly accurate localization of sound images. However, one problem is that it is difficult to reproduce lower frequency sounds using parametric loudspeakers, which causes a poorer sound quality. We tried to accomplish a greater sense of presence for 3-D acoustic sound fields based on a hybrid combination of an electrodynamic subwoofer and the parametric loudspeakers by improving the sound quality. Sound images were formed at the target location using the parametric loudspeakers, and a lower frequency sound was compensated for by using the electrodynamic subwoofer. Subjective evaluation experiments were conducted to verify the effectiveness of the proposed system. We confirmed the improved sound quality while maintaining a higher accuracy of sound image localization by using the proposed system. We also confirmed the optimum parameters of the proposed system to achieve a greater sense of presence.