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[交流分享] 影音科普:完整的声音感知过程分享

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发表于 2021年01月07日 16:33 13133 0 来源:家庭影院> 交流分享 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |

夏天小风扇 帖主

2021-1-7 16:33

完整的声音感知过程:

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扬声器或者其他产生一个声源,声音通过房间/环境传播,绕过人头传入双耳,并听过生理听觉系统和中枢神经系统,从而感知到声音信号。分别牵涉到物理声学和心理声学。

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人头相关模型的传递函数可以将声压场转换为双耳响应。声源方向,房间/环境的几何形状,边界条件,头部尺寸和形状,听觉系统等都会对最终的声音感知造成影响。可以分别单独考虑,也需要整合起来一起考虑。大多数实际情况下,房间可以看成线性时不变系统,其空间传递函数可以使用脉冲响应RIR作为特征。一个1700m^3小型音乐厅的声学测试结果。其中声场的直接能量标记为黑色,早期反射能量标记为蓝色,蓝色之后的渐变属于混响场的建立过程。

房间脉冲响应:
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时间包络曲线:
4(1).jpg

RIR只是声压的评估,本身并不携带关于声场方向性的信息。
外围生理听觉系统简化示意图:

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声波通过耳廓,传到耳道,振动鼓膜。鼓膜推动锤骨-砧骨-镫骨,再将振动传递到耳蜗,从而转换为神经电信号,通过听觉神经传入大脑。
耳道是一个不规则形状的管,其平均尺寸大约是水平方向6.5mm,垂直方向9mm,长度约25mm到35mm。其谐振频率约在2-5kHz范围内。

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耳蜗的横截面:人的听觉系统组成部分很多,还是比较复杂的
9(1).jpg

RIR描述的是空间两个位置之间的传递函数。如果是人在听音,那么实际上有两个脉冲响应应该考虑,通常被称为双耳脉冲响应Binaural Impulse Response (BIR)。当在房间中测量时,被称为Binaural Room Impulse Response (BRIR)。

人头在声场中对声场分布的改变:220Hz,600Hz,1400Hz
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水平定位主要通过双耳时间差(ITD),双耳声级差(ILD)。

人听觉系统的单声源定位
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当然还有不同方向入射的声源频谱因素
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HRTF和BIR是等效的。下图是45°是左右耳的BIR响应:
13(1).jpg

对室内声场进行建模,一般可以通过射线追踪,或者波动声学进行求解计算。

下图是一个音乐厅的离散化模型。
14.png

人头的离散化模型
15.png
射线追踪,一般用于中高频,对低频的一些波动和衍射等现象计算准确度不够。
640.gif

波动声学可以采用时域有限元法FETD,但计算量会比较大。用时域有限差分法FDTD,或间断有限元DG,比较多。
17(1).jpg

18(1).jpg

19(1).jpg

仿真在自由场和场景中存在障碍物声传播的差别

21(1).jpg
室内的声场仿真和研究对改善现有音箱产品的体验,以及后续的VR/AR都是很关键的。


原文出处: 声学号角
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