[发明专利]一种基于耳机的虚拟3D重放方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D语音重构领域，具体涉及到一种基于耳机的虚拟3D重放方法。

背景技术

基于耳机的虚拟3D重放技术是通过模拟空间某点声源在两耳产生的声场，使听者感觉到虚拟声源是从空间对应位置发出。该种技术主要采用的是头相关传递函数(Head-Related Transfer Function，HRTF)及模拟房间混响的方法来虚拟空间某点声源。

头相关传递函数HRTF是一种声音定位的处理技术，在自由场条件下声源到耳膜之间的传递函数，其包括头、耳廓、肩等对声音传输的影响。而房间混响的合成常采用映像image方法，它是将原声源经墙面反射后的点用原声源的映像来表示，而映像后的点又作为新的声源。在某一时刻听者双耳的声压是包括映像点的所有声源在该时刻的声压之和。

传统的映像image方法在实现过程中未详细考察声音在真实环境中传输的特性，例如声音在空气中传输时不同频率的衰减差异问题、墙面材料对声源不用频率成分吸收的程度变化问题等。因此，在合成虚拟3D效果时存在“头外”不明显、距离感不强、及空间感知不自然等问题。“头外”通常是指听者感觉到的音像位置在头的外部。

那么，如何克服以上的问题，实现“头外”效果明显，实现准确的虚拟3D效果，是本发明所要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于耳机的虚拟3D重放方法，以解决现有技术的虚拟3D重放方法中存在的虚拟效果距离感不强。空间感知不自然以及“头外”效果不明显的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于耳机的虚拟3D重放方法，该方法包括：

设定虚拟3D声源的参数；

计算空气对声音的吸收值，据以计算声音的声压衰减因子；

计算房间脉冲响应RIR；

计算RIR每样点与接收点位置距离，据以计算原声源经传输该距离后的声压；

以插值法处理墙面频率点的吸收系数，以获得增加空气衰减及墙面吸收后的房间脉冲响应；

计算声源点和头位置之间的水平角度和仰角，以选择最接近的头相关传输函数HRTF；

将HRTF与增加空气衰减及墙面吸收后的房间脉冲响应卷积，以获得双耳房间脉冲响应BRIR；

将BRIR与输入声信号卷积，以实现基于耳机的虚拟3D声信号。

本发明的一实施例依照用耳机播放与扬声器播放的差异，增加声音在空气中传输的特性、墙面对声音吸收特性及HRTF与image方法的联合实现技术，解决耳机重放时的“头内”问题、距离方位感、房间特性等问题，从而实现基于耳机的虚拟3D效果。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的基于耳机的虚拟3D重放方法的实现原理图；

图2为依据本发明一实施例的基于耳机的虚拟3D重放方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

当声源经过扬声器播放时，人能比较准确的感知到头外声源的方位，距离感以及房间特性。本发明就是依照耳机播放与扬声器播放的差异，来补偿用耳机重放时导致3D效果不明显的问题。具体地说，增加声音在空气中传输的特性、墙面对声音吸收特性及HRTF与image方法的联合实现等技术，来解决耳机重放时的听者感觉到的音像位置位于头的内部的“头内”问题、距离方位感、房间特性等问题，从而实现基于耳机的虚拟3D效果。

如图1所示，其为依据本发明一实施例的基于耳机的虚拟3D重放方法的实现原理图。为解决基于耳机的虚拟3D中的“头外”、距离感以及对房间特性感知等问题，本发明在传统image方法的基础上模拟声音在房间中真实的传输特性，如考虑空气对不同频率成分的衰减、墙面对声音吸收以及对每个映像点作HRTF方向定位。

其中，改进房间模型模块除包括映像image方法生成的冲击响应外，还将声音在空气中传输的真实特性集成，并且模拟真实特定的墙面对声音的吸收以及对每个声源点(包括image映像点)对冲击响应的影响。

基于HRTF的双耳合成模块首先根据所需虚拟的3D位置，如与头中心相应的角度及距离，在MIT KEMAR数据库中获取对应的HRTF函数；然后将HRTF与房间冲击响应作卷积模拟出双耳房间脉冲响应(Binaural Room Impulse Response，BRIR)，最后将模拟出的BRIR与输入的声源作卷积，即实现耳机虚拟3D效果。