CN105611479A - 用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置，包含有,虚拟声源产生装置，其定义有约定球坐标系；转椅机构，其处于所述虚拟声源产生装置内，所述转椅机构具有升降装置；以及，校准刻度杆，其上有裸眼明显可识别的刻度标记，所述校准刻度杆上有基准零点。本发明的优点：采用本发明装置和补偿方法，使虚拟声源空间角度分辨率测量装置的测量精度大大提升，减少了测量系统的测量误差，从而使测量的数据更接近理论测量结果，使对虚拟声源发生设备的分辨率进行评价可为可能，通过该方法使采用电磁式传感器的测量设备测量精度提高5°以上，为虚拟声源技术在机载设备上的应用奠定了基础。

Description

用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿及方法

技术领域

本发明涉及虚拟听觉空间角度分辨率测量领域，特别涉及到用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置及方法。

背景技术

人类的听觉系统可以通过声音的传播对声音的声源进行定位，判断出其空间方位。目前虚拟声源产生设备利用听觉系统的这种定位能力重放出近似于真实声的虚拟声源，使得通过头戴式耳机播放出的虚拟声源具有空间信息，从而达到“听音辨位”的效果，但是如何评价虚拟声源产生设备的模拟出的虚拟声源的空间角度分辨率一直是该领域的难题。测量过程中，方位传感器通常采用电磁式传感器，电磁式传感器由于其精度高的优点，且可以进行六自由度测量而被广泛采用，但是其受环境影响较大。由于目前采用金属网格结构固定扬声器设备，会使周围的电磁场发生变化，影响电磁传感器的测量精度。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的方位传感器测量精度较差问题，提供新型的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置及方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置，包含有,

虚拟声源产生装置，其定义有约定球坐标系(θ，φ)，其中，方位角0°≤θ＜360°，仰角-90°≤φ≤90°；

转椅机构，其处于所述虚拟声源产生装置内，所述转椅机构具有升降装置，藉由调整所述升降装置，使得坐在所述转椅机构上的听音者的头部中心能够调整至约定球坐标系的坐标原点，优选地，所述坐标原点距地面高度1.28m；以及，

校准刻度杆，其竖立于地面，所述校准刻度杆处于约定球坐标系中的方位角0°方向上，所述校准刻度杆上有裸眼明显可识别的N个刻度标记，N取大于1的正整数，所述校准刻度杆上有基准零点且所述基准零点在约定球坐标系内的坐标为(0°，0°)，优选地，所述校准刻度杆与所述坐标原点的水平距离为0.8m，所述校准刻度杆的高度为2.2m，从10cm-210cm间每10cm有一刻度标记，N共21个。

作为用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置的优选方案，还包含有，方位指示装置，其具有激光指示单元、方位传感单元及确定按钮。

作为用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置的优选方案，所述虚拟声源产生装置，包含有，

固定网格支架，其用以确定扬声器的位置，所述固定网格支架具有半球形部与圆柱形部，所述半球部的底周缘与所述圆柱形部的顶周缘相结合，所述圆柱形部的底周缘与地面相结合，使得所述固定网格支架不可移动，又，所述半球形部的球心位置系约定球坐标系的坐标原点；

方位调节机构，其用以微调扬声器的位置，所述方位调节机构具有杆部、分别设置于所述杆部两端的第一结合部及第二结合部，其中，所述第一结合部与所述固定网格支架相结合，所述第二结合部与扬声器相结合，优选地，所述杆部的两端分别与所述第一结合部及所述第二结合部的连接方式系转动连接；以及，

扬声器。

本发明还提供了用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿方法，

步骤A，提供权利要求1或3所述的精度补偿装置；

步骤B，提供听音者，令听音者坐在转椅机构上，通过调节转椅机构的升降装置，使听音者的头部中心能够处于约定球坐标系的的坐标原点，优选地，听音者系听力正常的青年人，且具有大量的虚拟声源方位判定经验；

步骤C，令听音者手持方位指示装置，保持两臂伸直状态且方位指示装置指向校准刻度杆上的基准零点，同时听音者双眼正视该基准零点，在此状态下扣动方位指示装置的确定按钮，以对和方位指示装置对应的跟踪仪进行定零；

步骤D，令听音者手持方位指示装置，保持两臂伸直状态且方位指示装置指向校准刻度杆上的其中一刻度标记，同时听音者双眼正视该刻度标记，在此状态下扣动方位指示装置的确定按钮，获取此时的指示方位数据。

步骤E，重复步骤D，采集一定数量或全部的刻度标记对应的指示方位数据。

步骤F，补偿。

所述补偿提出等效aH参数概念，其计算公式为：

$aH\left(i\right)=\frac{L\left(i\right)-128}{tgA\left(i\right)},i=1,2,\mathrm{3...21}$

$aH=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}aH\left(i\right)}{N},N=21$

其中，aH(i)为在测量第i个刻度标记时的等效肩中心与实际肩中心的水平距离，A(i)为在测量第i个刻度标记时的等效肩中心与第i个刻度标记的连线与水平线所形成的夹角，即方位指示装置采集的指示方位数据，L(i)为在测量第i个刻度标记时的第i个刻度标记距离地面的高度，aH为N个刻度标记的等效肩中心与实际肩中心的水平距离的平均值。根据aH的值确定B(i)，B(i)为实际肩中心与第i个刻度标记的连线和水平线所形成的夹角。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：可实现采用电磁式方位传感器在特定环境下精度补偿工作，减少由于环境影响传感器精度的因素带来的不确定误差，通过补偿能够满足试验和机载工程化应用需求。

附图说明

图1是本发明约定的坐标系参考图。

图2是本发明装置的结构示意图。

图3是本发明装置的操作流程示意图。

图4是本发明装置的补偿公式的解释示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

如图2所示，一种用于3D语音定位测量精度补偿的装置，包括：一测量方位发射器固定装置1，一转椅机构2，一校准刻度杆3，一方位指示装置4，一听音者5组成。每个听音者5在正式测量前需要利用本发明装置进行测量精度补偿工作。将校准刻度杆3固定在距离整体中心水平投影80cm位置处(0°，0°)位置方向上，听音者5坐在转椅机构2上，调节转椅机构2的升级装置，使听音者5头中心距离地面1.28m，同时需记录听音者5肩部到地面距离(每个听音者有差异)。听音者5手持方位指示装置4，两臂伸直，枪口对着校准刻度杆3上的基准点(零点位置)的方位角和俯仰角为0的固定点，同时双眼也正视该参考点，扣动方位指示装置4的确定按钮，以对和手持方位指示装置4上的跟踪仪进行定零。

以图3为参考介绍测量过程，测量开始系统初始化，计算机按照程序设定测量顺序(1号测量位置为10cm处，2号测量位置为20cm处...依次类推到21号测量位置210cm处)，本例中以测量21个校准刻度杆3上的位置第20号位置为例进行介绍，播放提示音‘请定零’，听音者5手持方位指示装置4，两臂伸直，方位指示装置上的红色激光指示点对准校准刻度杆3方位角和俯仰角为0的参考点(128cm位置)，同时双眼也正视该参考点，扣动确定按钮完成定零操作，然后系统自动播放测量用声音‘20号位置’，声音播放完毕后，听音者5手持方位指示装置4，两臂伸直，枪口对准校准刻度杆3‘20号位置‘200cm处，扣动扳机完成确定动作，此时计算机记录下听音者5当前传感器位置作为指示方位数据，听音者5从测量1号位置重复以上动作21次完成21个理论位置的数据采集工作，以上工作重复3次，使每个理论测量位置有3次有效指示数据，共63个数据，至此完成数据采集工作。

通过算法获取等效aH值，如图4所示，听音者5的测量数据获取后，对三组重复数据进行分析，获取有效21个指示位置数据。提出等效aH参数概念，其计算公式为：

$aH\left(i\right)=\frac{L\left(i\right)-128}{tgA\left(i\right)},i=1,2,\mathrm{3...21}$

$aH=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}aH\left(i\right)}{N},N=21$

其中，aH(i)为在测量第i个刻度标记时的等效肩中心与实际肩中心的水平距离，A(i)为在测量第i个刻度标记时的等效肩中心与第i个刻度标记的连线与水平线所形成的夹角，即方位指示装置采集的指示方位数据，L(i)为在测量第i个刻度标记时的第i个刻度标记距离地面的高度，aH为N个刻度标记的等效肩中心与实际肩中心的水平距离的平均值。根据aH的值确定B(i)，B(i)为实际肩中心与第i个刻度标记的连线和水平线所形成的夹角。

当理论值同指示值相同时aH值为0，若指示值小于理论值则，修正aH为正，反正为负；每个测量位置有一个等效aH共21个，在给定允许误差范围内，将21个aH进行等效合成，获得针对该听音者5的一个aH值，简化了计算。

采用本发明装置和补偿方法，使虚拟声源空间角度分辨率测量装置的测量精度大大提升，减少了测量系统的测量误差，从而使测量的数据更接近理论测量结果，使对虚拟声源发生设备的分辨率进行评价可为可能，通过该方法使采用电磁式传感器的测量设备测量精度提高5°以上，为虚拟声源技术在机载设备上的应用奠定了基础。

以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置，其特征在于，包含有,

虚拟声源产生装置，其定义有约定球坐标系(θ，φ)，其中，方位角0°≤θ＜360°，仰角-90°≤φ≤90°；

转椅机构，其处于所述虚拟声源产生装置内，所述转椅机构具有升降装置，藉由调整所述升降装置，使得坐在所述转椅机构上的听音者的头部中心能够调整至约定球坐标系的坐标原点，优选地，所述坐标原点距地面高度1.28m；以及，校准刻度杆，其竖立于地面，所述校准刻度杆处于约定球坐标系中的方位角0°方向上，所述校准刻度杆上有裸眼明显可识别的N个刻度标记，N取大于1的正整数，所述校准刻度杆上有基准零点且所述基准零点在约定球坐标系内的坐标为(0°，0°)，优选地，所述校准刻度杆与所述坐标原点的水平距离为0.8m，所述校准刻度杆的高度为2.2m，从10cm-210cm间每10cm有一刻度标记，N共21个。

2.根据权利要求1所述的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置，其特征在于，

还包含有，方位指示装置，其具有激光指示单元、方位传感单元及确定按钮。

3.根据权利要求1或2所述的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿装置，其特征在于，所述虚拟声源产生装置，包含有，

固定网格支架，其用以确定扬声器的位置，所述固定网格支架具有半球形部与圆柱形部，所述半球部的底周缘与所述圆柱形部的顶周缘相结合，所述圆柱形部的底周缘与地面相结合，使得所述固定网格支架不可移动，又，所述半球形部的球心位置系约定球坐标系的坐标原点；

方位调节机构，其用以微调扬声器的位置，所述方位调节机构具有杆部、分别设置于所述杆部两端的第一结合部及第二结合部，其中，所述第一结合部与所述固定网格支架相结合，所述第二结合部与扬声器相结合，优选地，所述杆部的两端分别与所述第一结合部及所述第二结合部的连接方式系转动连接；以及，扬声器。

4.用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿方法，其特征在于，

步骤A，提供权利要求1或3所述的精度补偿装置；

步骤B，提供听音者，令听音者坐在转椅机构上，通过调节转椅机构的升降装置，使听音者的头部中心能够处于约定球坐标系的的坐标原点，优选地，听音者系听力正常的青年人，且具有大量的虚拟声源方位判定经验；

步骤C，令听音者手持方位指示装置，保持两臂伸直状态且方位指示装置指向校准刻度杆上的基准零点，同时听音者双眼正视该基准零点，在此状态下扣动方位指示装置的确定按钮，以对和方位指示装置对应的跟踪仪进行定零；

步骤D，令听音者手持方位指示装置，保持两臂伸直状态且方位指示装置指向校准刻度杆上的其中一刻度标记，同时听音者双眼正视该刻度标记，在此状态下扣动方位指示装置的确定按钮，获取此时的指示方位数据。

5.根据权利要求4所述的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿方法，其特征在于，步骤E，重复步骤D，采集一定数量或全部的刻度标记对应的指示方位数据。

6.根据权利要求5所述的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿方法，其特征在于，还包含有，步骤F，补偿。

7.根据权利要求6所述的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿方法，其特征在于，所述补偿提出等效aH参数概念，其计算公式为：

$aH\left(i\right)=\frac{L\left(i\right)-128}{tgA\left(i\right)},i=1,2,3...21$

其中，aH(i)为在测量第i个刻度标记时的等效肩中心与实际肩中心的水平距离，A(i)为在测量第i个刻度标记时的等效肩中心与第i个刻度标记的连线与水平线所形成的夹角，即方位指示装置采集的指示方位数据，L(i)为在测量第i个刻度标记时的第i个刻度标记距离地面的高度，aH为N个刻度标记的等效肩中心与实际肩中心的水平距离的平均值。

8.根据权利要求7所述的用于虚拟声源产生设备空间角度分辨率测量精度补偿方法，其特征在于，根据aH的值确定B(i)，B(i)为实际肩中心与第i个刻度标记的连线和水平线所形成的夹角。