CN108076400A - 一种用于3d音效耳机重放的校准与优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，该方法基于包含人头传递函数(HRTF)数据库，通过耳机内的检测传声器或传声器组的采集声学信号，对耳机使用者的3D听音效果进行的有效的训练，根据训练结果在HRTF数据库中匹配相应HRTF，使得修正、补偿和更新后的HRTF更好地满足听音者的3D音效需求，使得耳机具有较好的校准和优化功能。该发明解决用户在使用3D耳机时出现的不一致和差异化问题，提高3D音效耳机的重放效果。
Description
技术领域
本发明涉及电声技术领域，具体涉及一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法。
背景技术
3D音效耳机采用相同的人头传递函数(HRTF)对音源进行处理，在耳机的双耳扬声器产生具有特定声场信息的声学信号，使听者感知到具有方位感的声学信号，进而产生3D音效(CN105263075A，一种带方位传感器耳机及其3D声场还原方法，CN 102665156B，一种基于耳机的虚拟3d重放方法)。传统的3D音效耳机所使用的HRTF往往是在专业消声室环境中采用人工头测试系统采集并分析得到的(CN101483797A，一种针对耳机音响系统的人脑音频变换函数(hrtf)的生成方法和设备)。使用该类HRTF能够产生一定的声像信息和方位感，但标准的测量流程往往忽略了人耳的差异性，也忽略了耳机本身的差异性，听者对声源的方位信息感知出现偏差，降低了用户的3D音效体验(钟小丽、谢菠荪，2012，个性化头相关传输函数的近似获取——现状和问题，应用声学，31(6)，410-415)。这就需要对听者的HRTF进行必要的校准和优化。传统针对特定人的HRTF的专业测量需要使用消声室和人工头测试系统，并且费时又费力，该方法不可能用于批量生产的消费类产品。因此，如何对耳机进行自动的校准和优化，使使用者获得准确可靠的HRTF，提高3D耳机的听音效果，是本发明所要解决的问题。
发明内容
为了解决不同的耳机和不同的听者在使用3D耳机重放不同的虚拟声学环境的音效时出现的差异化问题，本发明提出了一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，包括：
耳机的左右耳罩内各包含单个传声器或传声器组，上述传声器或传声器组可以实时采集耳机内的声学信号；
耳机可以在使用者听音过程或训练过程中通过训练模块获得耳机的声场路径响应，其中，该训练模块可以是耳机本身所包含的，也可以是其它外接设备的中的运算资源构成训练模块；
耳机可以与远端服务器相互连接，将采集和分析得到的数据进行传输、备份、比较等；
远端服务器存储了由大量的不同个体的HRTF构成的HRTF库，该HRTF库所包含的HRTF函数涵盖了各类耳机使用者，用户可以根据耳机中监测传声器或者传声器组所测得的耳机的声场传递路径，在HRTF库中进行数据匹配和优化，获得最佳的HRTF函数；
耳机可以与其它传感器或者包括传感器的设备连接，用于监测耳机使用者的行为和反应。
一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，包括：
3D音效耳机的左右耳罩内各包含单个传声器或传声器组，上述传声器或传声器组可以实时采集耳机内的声学信号；
进一步的，耳机可以在使用者听音过程或训练过程中通过训练模块获得耳机的声场路径响应，其中，该训练模块可以是耳机本身所包含的，也可以是其它外接设备的中的运算资源构成训练模块；
进一步的，所使用的耳机可以进行显式或者隐式的训练过程：
1)显式的训练过程，即在用户正确佩戴耳机的前提下，根据耳机的提示或者相关联的用户终端(包括手机、笔记本电脑或者平板电脑等)的提示进行听音训练，训练过程中耳机播放标准的声源，包括音乐和人声，声源基本能覆盖所有3D音效的频谱和方位角度信息，耳机根据监测传声器或传声器组的采集信号进行分析、识别和匹配。
2)隐式的训练过程，即在用户正确佩戴耳机的前提下，在用户未知的情况下，耳机同时采集当前播放的音频信号和监测传声器或传声器组的数据，通过实时信号分析和处理，在获取馈给扬声器的声源的方位信息的基础上，获取当前耳机内部听音的声场传递路径数据，并进行识别和匹配。
其中，所述的训练过程中优化的对象可以是但不限于：
1)激励耳机扬声器的声学信号与传声器或传声器组采集的声学信号的相位一致性；
2)激励耳机扬声器的声学信号与传声器或传声器组采集的声学信号的频谱一致性；
3)激励耳机扬声器的声学信号与传声器或传声器组采集的声学信号的时延一致性。
进一步的，所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法中，耳机根据耳机内传声器或传声器组的训练结果，在远端服务器的HRTF数据库中选择更为匹配的HRTF，并将该HRTF加载到耳机上，并修正和补偿该HRTF，达到校准和优化的目的。
其中，所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法中，远端服务器的HRTF库中的HRTF可以是但不限于：
1)通过专业方法实测得到的HRTF；
2)通过模型仿真和数值计算得到的HRTF；
3)根据用户使用反馈信息修正得到的HRTF；
4)其它机构、用户等提供或共享的HRTF。
优选的，所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法中，可以通过在相关联的用户终端(包括手机、笔记本电脑或者平板电脑等)中展示分析和训练的结果，用户根据展示的信息进行确认和操作。
进一步的，所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法中，需要分析的信号与系统可以是但不限于：
1)耳机左右耳内部腔体的声场传递路径；
2)耳机左右耳对应扬声器单元的频响信息；
3)耳机左右耳所形成腔体对应的声信号的相位信息。
进一步的，所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法中，耳机可以与其它传感器或包含传感器的设备连接，用于监测耳机使用者的行为和反应，如：
1)耳机可通过外接摄像头连接，监测耳机使用者的眼球运动轨迹信息，来判断其对3D音效的感知效果；
2)耳机可通过外接方位传感器(如陀螺仪传感器、重力加速度计传感器等)监测耳机使用者的头部运动轨迹，来判断其对3D音效的感知效果。
优选的，耳机内左右耳用于监测的传声器或传声器组具有较好的一致性或补偿后具有较好的一致性，同时具备一定的稳定性，即在长期的使用过程中不会出现明显的声学特性变化。有标准的流程或者设备用于校准和检测耳机内监测传声器或传声器组的声学特性。
优选的，耳机内左右耳用于监测如果采用传声器组，则可利用传声器组形成声学波束，即具备一定的指向性和频率选择性。
本发明的有益效果
本发明公开一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，该方法基于包含人头传递函数(HRTF)数据库，通过耳机内的检测传声器或传声器组的采集声学信号，对耳机使用者的3D听音效果进行的有效的训练，根据训练结果在HRTF数据库中匹配相应HRTF，使得修正、补偿和更新后的HRTF更好地满足听音者的3D音效需求，使得耳机具有较好的校准和优化功能。该发明解决用户在使用3D耳机时出现的不一致和差异化问题，提高3D音效耳机的重放效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法流程图；
图2是本发明一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，其为本发明一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法的流程图。
在步骤[101]中，通过实际测量、仿真和数值计算得到大量的不同个体的HRTF，在远端云服务器中建立HRTF数据库(3)；
在步骤[102]中，使用标准的或者通用的HRTF(5)初始化3D耳机；
在步骤[103]中，通过设备校准耳机内的监测传声器(2)，必要时做一定的补偿，提高左右耳的传声器的一致性，改善传声器的频响特性。
在步骤[104]中，确认用户正确佩戴耳机的前提下，训练模块(4)开始训练过程，即播放标准的声源，包括音乐和人声，声源基本覆盖大部分3D音效的频谱和方位角度信息(7)，采集馈给耳机扬声器的声学信号和耳机内监测传声器的声学信号，计算出相应的声场传递函数，估计相位、频谱、时延的一致性，获得用户的实际感知效果；
在步骤[105]中，在远端服务器的HRTF数据库(3)中，匹配适合的HRTF，进而修正、补偿和改善当前耳机使用者耳机的HRTF(5)，进而达到3D音效耳机重放的校准与优化的目的；
在步骤[106]中，耳机使用者可通过用户终端(8)观察训练的过程和匹配后的实际效果。
以上对本发明实施例所提供的一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，其特征在于：
系统包含监测传声器或传声器组(2)和训练模块(4)；传声器或传声器组(2)采集耳机使用者耳道内的声学信号，获得声学路径传递函数，分析和比较对应的双耳相位和频谱响应，通过训练模块(4)对用户的人头传递函数(HRTF)进行匹配、修正和补偿，使得用户使用3D音效耳机的舒适度和方位感知准确度提升；训练模块(4)可以是耳机本身所包含的，也可以是其它外接设备的中的运算资源构成训练模块；服务器或本地设备存储了大量的不同个体的HRTF构成HRTF数据库(3)，系统根据训练的效果对服务器中的HRTF数据库(3)进行匹配和优化，获取最佳的HRTF。
2.如权利要求1所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，其特征在于：系统所包含监测传声器或传声器组(2)能够对耳机内的声学响应进行实时测量，并将数据提供给训练模块(4)进行分析。
3.如权利要求1所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，其特征在于：服务器或本地设备存储了大量的不同个体的HRTF构成HRTF数据库(3)，远端服务器的HRTF库中的HRTF包括：
1)通过专业方法实测得到的HRTF；
2)通过模型仿真和数值计算得到的HRTF；
3)根据用户使用反馈信息修正得到的HRTF；
4)其它机构、用户等提供或共享的HRTF。
4.如权利要求1所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，其特征在于：所使用的耳机可以进行显式和隐式的训练，需要分析的信号与系统包括：
1)耳机左右耳内部腔体的声场传递路径；
2)耳机左右耳对应扬声器单元的频响信息；
3)耳机左右耳所形成腔体对应的声信号的相位信息。
5.如权利要求1所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，其特征在于：训练模块在训练过程中优化的对象包括：
1)激励耳机扬声器的声学信号与传声器或传声器组采集的声学信号的相位一致性；
2)激励耳机扬声器的声学信号与传声器或传声器组采集的声学信号的频谱一致性；
3)激励耳机扬声器的声学信号与传声器或传声器组采集的声学信号的时延一致性。
6.如权利要求1所述的用于3D音效耳机重放的校准与优化方法，其特征在于：耳机可以与其它传感器或包含传感器的设备连接，用于监测耳机使用者的行为和反应，用于判断和确认用户对3D音效感知的实际效果。
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