[发明专利]基于手机的多通路环绕声动态双耳重放系统的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及电声技术领域，尤其涉及一种基于手机的多通路环绕声动态双耳重放系统的实现方法。

背景技术

多通路环绕声采用多个环绕倾听者的扬声器布置及相应的信号通路，产生声音的空间听觉效果。例如日本放送协会(NHK)提出的22.2通路环绕声系统，22个全频带通路扬声器在空间分为三层分布，顶层通路仰角φ＝45°有8个扬声器(另加1个正上方扬声器)，中层通路仰角φ＝0°有10个扬声器，底层通路仰角φ＝-30°有3个扬声器，以及2个次低音扬声器，共同提供三维空间环绕声的听觉效果。国际上也有其他的多通路环绕声系统，包括传统的5.1通路、7.1通路水平面环绕声系统，近年发展的9.1通路、10.2通路、11.1通路、Dolby Atmos等三维空间环绕声系统等。这些环绕声系统是为扬声器重放而设计的，主要用在家庭或影院的声重放。但在一些应用中，如各种手持播放设备等，需要通过耳机来重放多通路环绕声信号。但多通路环绕声直接向下混合成两通路信号使用耳机重放，会破坏其中声音的空间信息，不能获得正确的立体声虚拟声源。

为改善耳机重放多通路环绕声的效果，可采用各扬声器方向的头相关脉冲响应对信号进行卷积(或头相关传输函数滤波)，合成双耳声信号并用耳机重放。国内外已经有多个这方面的专利技术，如Dolby耳机技术和华南理工大学的耳机虚拟5.1通路环绕声技术(中华人民共和国国家发明专利授权，ZL02134415.9)。这相当于用信号处理的方法虚拟出多通路环绕声的多个扬声器。虽然这类耳机虚拟重放技术可以改善声音空间信息的重放，但还是存在一定缺陷，例如虚拟声源前后混乱与上下混乱、感知的虚拟声源方向与期望值有偏差等。通过采用个性化或者定制的头相关脉冲响应进行信号处理以及个性化的耳机—外耳传输特性均衡处理(中华人民共和国国家发明专利授权，ZL201310109533.9)，可以部分减少上述缺陷。

上面的方法只是考虑了稳态双耳重放，也就是头部固定的情况。而现实中倾听者头部的运动会带来动态信息，这对听觉主观感知非常重要。因此也需要在多通路环绕声的耳机虚拟重放中加入动态信息，以改善听觉效果。这可以通过各种方法检测倾听者头部运动信息，然后采用动态合成双耳信号的方法实现。已有的实验结果表明，动态双耳重放可以降低虚拟声源前后混乱率与上下混乱率、提高虚拟声源定位准确度等。

可以采用各种专业的头踪迹跟踪器检测倾听者头部运动信息，并且可以达到很高的技术指标。例如采用Polhemus FASTRAK电磁跟踪器，距离测量精度为0.08cm、分辨率0.0005cm，角度测量精度0.15°、分辨率0.025°。华南理工大学的虚拟听觉环境实时绘制系统就是采用这类的头踪迹跟踪器(中华人民共和国国家发明专利授权，CN201210014504.X)。上述的头踪迹跟踪器可输出六个自由度的头部运动参数,因而可以实现三维空间声的动态双耳重放。但其体积大并且价格较高，只适用于科学研究、工程技术等专业的应用，而不适用于消费类电子产品应用。

华南理工大学也公开了一种适用于多媒体个人计算机等应用的多通路环绕声的动态双耳虚拟重放方法(中华人民共和国国家发明专利申请，2016106936029)。该方法采用体感摄像头作为头部运动跟踪器,实时获取头部三个旋转自由度的运动信息，并以个人计算机作为信号处理与控制系统，产生类似扬声器重放的多通路环绕声效果。但上述两种系统，都需要固定设备，如个人计算机、声卡等，不能实现便携式动态听觉重放。

华南理工大学还公开了一种适用于手持式播放设备等消费电子类应用的5.1通路环绕声的动态双耳重放方法(中华人民共和国国家发明专利授权，CN201410387541.4)。该方法采用廉价的磁传感器和加速度传感器获取头部在水平面运动引起的一个自由度的物理信息变化。这种头踪迹跟踪器比较简单，可以近似实现水平面动态双耳重放，但不能实现整个三维空间的动态双耳重放。

2016年5月谷歌公司发布了Google VR SDK，成功地在手机上使用虚拟Ambisonics技术实现动态虚拟听觉重放。但其虚拟声源的数目是有限的。

检测倾听者头部运动信息的技术是多样的，其技术性能、复杂程度与成本、信号处理和实现方法也不同。对于不同的应用，可以根据实际情况采用不同的技术检测倾听者头部运动信息，实现多通路环绕声的动态双耳重放，包括三维空间的动态双耳重放。

发明内容