CN103720477A

CN103720477A - 用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置

Info

Publication number: CN103720477A
Application number: CN201310469244.XA
Authority: CN
Inventors: 余光正; 谢菠荪
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: CN103720477B

Abstract

本发明涉及用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置。该装置将声源仰角定位环、底座、转台、座椅组成一个整体，用于悬挂和固定声源的两组声源仰角定位环正交分布并与底座形成稳固框架。数控转台的不可转动部分与底座连接，可转动部分与座椅连接。转动数控转台，带动与转台可转动部分相连接的座椅，致使座椅上的受试者与声源的相对位置改变，从而实现不同的方位角；将声源布置在声源仰角定位环上的不同位置实现不同的声源仰角；用不同长度的声源支撑杆实现不同的声源距离。座椅可进行二维空间调节，使受试者头中心位置处于整个定位系统的坐标原点。本发明的定位装置整体性强，坐标系清晰，能保证近场头相关传输函数测量的准确性和重复性。

Description

用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置

技术领域

本发明涉及电声技术领域，具体来讲是涉及用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置。

背景技术

头相关传输函数是自由场条件下点声源到双耳的声学传输函数, 在双耳听觉和虚拟声重放方面有着重要的应用。当声源到头中心的距离大于1.0 m时，称为远场HRTF；而距离小于1.0 m时，称为近场HRTF。实验测量获取头相关传输函数是最有效的方法。但实验测量的工作量大，特别是对于近场头相关传输函数的测量，其工作量是远场头相关传输函数测量工作的数倍，以至于难以实现。

如何提高测量效率，一直受到研究者的关注。最为直观的解决办法，是同时布置若干个声源，从而减少因为重复布置声源而耗费的时间。这在远场头相关传输函数的测量中有一些相关的工作。例如：Durand R. Begault等人用支架安装了12个扬声器单元，可同时测量12个仰角的远场头相关传输函数 [Durand R. Begault et al., Design and verification of HeadZap, a semiautomated HRIR measurement system, the 120th Convention, 2006 May 20–23 Paris, France]。M. Pollow 等人为了减小装置对声波传播的影响，用细金属条组成网格状，最后形成一个圆弧状的环，以放置不同仰角的声源[Fast measurement system for spatially continuous individual HRTFs, the AES 25th UK Conference, 25th--27th March 2012 at the University of York’s Music Research Centre]。但是，已有的定位系统存在一些不足：其一，上述的系统仅适于远场头相关传输函数的测量，不适合于近场头相关传输函数的测量，即不适于测量不同声源距离的头相关传输函数；其二，声源坐标系统的定标不十分严谨，特别是坐标系的原点没有比较直观的参考点，容易引起定位误差。

发明内容

本发明的首要目的在于克服了现有技术的不足，提供了用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置，以提高近场头相关传输函数的测量精度和重复性。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置，其包括底座、转台、座椅、声源支撑杆和多个声源仰角定位环；每个声源仰角定位环的上部为圆弧状，下部为分别安装在所述底座上的两个支脚，多个声源仰角定位环的上部相互交叉且均匀分布；所述转台的底部固定安装在所述底座的中心，转台的顶部为用于安装所述座椅的转动部分；多个所述声源支撑杆通过滑动阀安装在声源仰角定位环上；所述底座、声源仰角定位环、转台、座椅、声源支撑杆形成一个球坐标系，所述座椅能进行上下和前后的二维空间调节，使受试者头部中心位置处于整个定位装置的坐标原点。

进一步地，所述底座由一个圆盘和一个同心圆环组合而成；每个声源仰角定位环的下部两个支脚安装在圆环的同一直径的两端上。

进一步地，所述声源仰角定位环共两个且正交布置，两个声源仰角定位环的下部四个支脚安装于底座的圆环形成稳固框架。

进一步地，所述声源支撑杆的长度可调，不同长度的声源支撑杆对应不同的声源距离；将声源通过声源支撑杆装配在声源仰角定位环上的不同位置，实现不同的声源仰角；所述转台为数控转台，通过数控转台的旋转，带动座椅和受试者转动，得到不同的声源方位角。

进一步地，所述声源仰角定位环上设有刻度，所述滑动阀上设有用于安装声源支撑杆的圆管，圆管上设有用于微调声源支撑杆以修正声源距离的刻度，滑动阀还设有用于对准声源仰角定位环上刻度的指针。

进一步地，多个声源仰角定位环上部的相互交叉点通过顶部固定装置固定。

所述定位装置的各部件连接为一个稳固的整体，并组合形成一个高精度的球坐标系统，在预设的坐标系下，用不同长度的声源支撑杆调节得到不同的声源距离。所述定位装置，按照一定的步骤和流程进行校准，保证测量坐标系统的一致性和精度。本发明涉及的自动测量系统，其机械装置的整体性强，可保证近场头相关传输函数测量的准确性和重复性。

相对于现有技术，本发明的优点及有益效果是：

1、与已有头相关传输函数测量系统的定位装置相比，不但能实现不同声源方向（不同方位角和仰角）的头相关传输函数测量，也适用于不同声源距离的头相关传输函数测量（即适合于远、近场头相关传输的测量）。

2、测量系统定位装置的整体性更好，坐标原点明确且容易设定，所构成的坐标系统易于调试和校准，能保证定位系统的空间坐标准确性。

附图说明

图1是用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置的结构示意图；

图2是底座示意图；

图3是转台示意图；

图4是滑动阀示意图；

图5是转椅示意图；

图6是所述定位装置的安装调试流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置，包括底座7、声源仰角定位环1、转台3、座椅4、声源支撑杆2等部件；顶部固定装置5将一对声源仰角定位环1形成正交布置；声源支撑杆2通过滑动阀6安装在声源仰角定位环1；一对声源仰角定位环1的四个支脚安装在底座圆环9；底座的四个支架11将底座金属圆盘10和圆环9的圆心设为重合，底座金属圆盘10的四个螺纹定位孔12用于固定转台3的不可转动部分14。转台可转动部分13的四个螺纹定位孔15用于固定座椅4。

所述底座7如图2所示，底座的金属圆盘10和圆环9通过四个支架11形成同心结构，以确保座椅中心处于整个坐标系统的中轴线；底座金属圆盘上留有四个螺纹定位孔12，与转台底部的四个螺纹定位孔相对应，用于固定转台3的不可转动部分14。

所述转台3如图3所示，分为底部的不可转动部分14和顶部的可转动部分13，顶部和底部均各自留有四个螺纹定位孔15；底部的四个螺纹定位孔与底座相连，形成稳固的同心结构；顶部的四个螺纹定位孔用于安装和固定座椅4。

所述滑动阀6如图4所示，滑动阀形成A、B、C三点定位，其中A、B两点处于声源仰角定位环外侧，C点处于声源仰角定位环内侧，A、B所在的金属架与C所在的金属架，通过螺钉18拼接，使得滑动阀6容易拆卸和安装；滑动阀上的D点，设计为指针形状，易于对准声源仰角定位环1上的刻度；滑动阀6配有一段具有一定长度、且标有刻度的圆管16，用于装配和固定声源支撑杆2；将声源支撑杆2位于圆管16内的位置进行微调，以小幅修正声源距离的距离。

所述座椅如图5所示，其底部配有一个电动升降装置19，用于调节座椅的高低，满足不同身高的受试者；后侧设计了一块滑板20，可以实现前后调节，满足不同体型的受试者；座椅靠背和扶手21设计为金属支架结构，以降低对声学特性的影响，并且扶手21的宽度可调节，满足不同体型的受试者；配备不同大小的头箍23，满足不同头型的受试者；头箍支架22高度可以调节。采用该定制座椅，容易将不同身高和体型的受试者头中心位置调节到坐标系统的原点。

所述声源支撑杆2，根据需要可设成不同长度；应合理选择声源支撑杆的材料，建议选择形变小、硬脆的材料，如碳钢材料；相应地，所述声源8，同等条件下应选用质量更轻的设计方案，以减小声源支撑杆形变，进而减小定位误差。

根据近场头相关传输函数测量的实际需要，本发明用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置，其技术指标如下：

声源距离定位的误差不大于5 mm；

声源仰角定位精度不低于0.5°；

声源方位角定位精度不低于0.1°。

基于上述技术指标，本发明用于近场头相关传输函数测量的定位装置的调试和校准过程，主要包括图6所示流程图的相关步骤：

步骤1）、设计制作和组装各部件，形成满足指标的坐标系统。

为了保证声源方位角的误差不大于0.1°，购置高精度的数控转台，如OUTLINE公司的ET250-3D，其最小的步进为0.5°，误差不大于0.1°。

声源仰角定位环半径为1.2 m，假定最近的测量距离为0.2 m，则最长的声源支持杆长度为1.0 m。采用1.0 m长度的碳钢材质声源支撑杆，安装实际测量时的安装方式做悬挂实验，发现悬挂声源前后的形变小于1.5 mm，因此可估算出仰角定位误差为180°/ π * (0.0015 m / 0.2 m) ≈ 0.4°，在规定误差0.5°的范围内。

步骤2）、布置声源，通过实际测量调节声源距离。

在声源仰角定位环上，布置滑动阀、声源支撑杆、声源。在声源仰角定位环正上方的固定装置中心留有一个小孔，从孔中吊线至转台中心，确保坐标原点在转台中轴线上。然后将吊线换为细金属杆自然下垂并固定微型传声器DPA4060，依次播放不同仰角的声源进行测量，算出不同声源到原点的传播延时，使得不同声源的传播延时与既定距离的理论值相差不大于1个时间采样点。例如：播放信号的采样频率为96 kHz，1个时间采样点对应的声波传播距离为1 / 96000 * 340 ≈ 3.5 mm，在技术指标规定误差5mm的范围内。

步骤3）、安装、调节座椅，致使受试者头部中心近似处于坐标原点。

在校验定位系统后，可安装和调节座椅。调节座椅的环节因不同受试者的身高和体型差异而不同。首先调节座椅高度，即受试者坐上座椅后，测量耳道入口离地距离或离声源仰角定位环顶部距离，将该距离与声源仰角定位环半径的差值作为座椅底部升降电机的调节高度值。然后调节座椅靠背的前后位置，致使受试者双耳极轴的连线与定位系统的中轴线相交。最后，调节扶手和头箍，致使受试者处于坐姿比较稳当且舒适的状态。

步骤4）、微调受试者的位置，确保定位精度。

在双耳的耳道入口处放置微缩传声器，试测方位角为0°和180°，观察双耳信号延时，微调定位装置，致使双耳延时差异在1个时间采样点以内，从而确保真人受试者的定位误差也在上述的技术指标范围内。

按上述步骤1）~4）进行定位后，就可以进行近场头相关传输函数的正式测量。

从上述的实例可见，根据本发明的近场头相关传输函数测量系统的定位装置，可满足近场头相关传输函数测量的距离调节，坐标系统精度高，坐标原点明确，达到了预期的目的，解决了近场头相关传输测量系统的声源定位难题。该发明还适用于其它对声源空间位置要严格要求的电声应用场合。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.用于近场头相关传输函数测量系统的定位装置，其特征在于包括底座、转台、座椅、声源支撑杆和多个声源仰角定位环；每个声源仰角定位环的上部为圆弧状，下部为分别安装在所述底座上的两个支脚，多个声源仰角定位环的上部相互交叉且均匀分布；所述转台的底部固定安装在所述底座的中心，转台的顶部为用于安装所述座椅的转动部分；多个所述声源支撑杆通过滑动阀安装在声源仰角定位环上；所述底座、声源仰角定位环、转台、座椅、声源支撑杆形成一个球坐标系，所述座椅能进行上下和前后的二维空间调节，使受试者头部中心位置处于整个定位装置的坐标原点。

2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述底座由一个圆盘和一个同心圆环组合而成；每个声源仰角定位环的下部两个支脚安装在圆环的同一直径的两端上。

3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述声源仰角定位环共两个且正交布置，两个声源仰角定位环的下部四个支脚安装于底座的圆环形成稳固框架。

4.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述声源支撑杆的长度可调，不同长度的声源支撑杆对应不同的声源距离；将声源通过声源支撑杆装配在声源仰角定位环上的不同位置，实现不同的声源仰角；所述转台为数控转台，通过数控转台的旋转，带动座椅和受试者转动，得到不同的声源方位角。

5.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述声源仰角定位环上设有刻度，所述滑动阀上设有用于安装声源支撑杆的圆管，圆管上设有用于微调声源支撑杆以修正声源距离的刻度，滑动阀还设有用于对准声源仰角定位环上刻度的指针。

6.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：多个声源仰角定位环上部的相互交叉点通过顶部固定装置固定。