CN111142073A - 一种机载3d音频方向定位准确度的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，属于3D音频方向定位技术领域，解决了3D音频方向定位准确度缺乏测试手段的问题。传统的3D音频方向定位试验偏向于研究HRTF数据库的建立，以及如何通过HRTF数据库生成3D音频，缺乏对叠加了位置信息的音频定位准确度的评估。本发明借助真人对实际定位效果的感知、记录及计算，可以切实有效地提供3D音频方向定位的平均偏差及标准差，从而反映出整套系统定位的准确度，便于本领域技术人员对3D音频方向定位效果进行评估。

Description

一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法
技术领域
本发明涉及3D音频方向定位技术领域，具体涉及一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法。
背景技术
飞行员在执行重点飞行任务或处理复杂飞行场景(如精确打击、迷航等)过程中，除了依赖视觉获取信息外，也可借助听觉接收信息。听觉作为人类一种重要的感官，除了能降低飞行员视觉负荷、实现信息告警外，同时可以迅速、准确地获取丰富的信息。例如：当飞行员听到一个声音时，若该声音的频率逐渐升高，即声音越来越刺耳，听者可根据频率变化规律判断出该声音来源的目标速度变化规律，从而实现信息告警；另外，飞行员根据声音来源音量信息，同大脑储存的声音信号作比较，也能够判断出其大致的方向和距离。
其中，随着三维语音定位技术在航空飞行领域的应用，依靠声源获取的方向、距离等位置信息在自然演化中起到了重要作用。通过头盔中双耳播放经过调制的声音信号，可以有效提供位置感，对于提升飞行员态势感知能力起到了不可替代的重要作用。当声源到头中心的距离在2米以内时，声音的距离信息决定于HRTF。在实际飞行应用中，当距离在2米以外时，距离信息与声强、空气吸收、混响有关。若要精确地感觉到声源的距离，则要熟悉声场环境、声源音色，或者直接借助视觉测量声源的距离。由此说明，判断声音的距离是后天形成、可训练的。
随着基于头部关联传递函数(Head Relation Transfer Function,HRTF)技术不断发展，目前已经实现了实时通过HRTF数据库对声音及位置信息进行调制，输出为叠加了位置信息的双声道音频。比如，专利文献“一种HRTF数据库测量装置及其使用方法(公开号：CN103989481A，公开日为2014-08-20”公开了一种HRTF数据库测量方法，本领域技术人员可以通过该方法得出的数据库对声音进行合成。但对于该技术合成的声音，经过人体听到后理解出的位置信息是否准确，目前缺乏有效可行的测量方法。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，具体包括以下步骤：
步骤1：测试人员在测试环境中设置固定的耳机位置并调整合适的坐姿；
步骤2：播放人员输入A1点位置，并结合测试使用的HRTF数据库，利用机载3D音频设备得到合成3D音频并通过步骤1中的双声道耳机播放给测试人员；所述位置指方位和俯仰角度；
步骤3：测试人员根据听觉信息判断A1点位置并记录为A1'；
步骤4：重复步骤2和步骤3，播放人员输入多个不同位置A2,…，An，测试人员得到对应的判断位置A2',…，An'；
步骤5：分别计算测试人员听觉的判断位置与输入位置的偏差Ei＝|Ai'-Ai|，并计算得到方位及俯仰方向上的偏差均值μx和μy；
步骤6：根据n个位置偏差，计算方位和俯仰方向上位置偏差的标准差σx和σy：
Figure BDA0002307832970000021
Figure BDA0002307832970000022
其中Ei＝(xi,yi)；
步骤7：将步骤5和步骤6得到的方位和俯仰方向上位置偏差的均值及标准差，作为该测试人员对该套机载3D音频设备及HRTF数据库的定位准确度。
进一步的优选方案，步骤1中，测试环境为半消声室，耳机为全包耳式耳机；测试人员坐姿为目光平视朝前，且左右眼高度一致。
进一步的优选方案，步骤4中输入的n个位置应在空间各个象限中均有分布。
进一步的优选方案，步骤4中输入的n个位置的顺序为随机顺序。
进一步的优选方案，还包括步骤8：选择多名不同测试人员重复步骤1～步骤7，得到不同测试人员对同一套机载3D音频设备及HRTF数据库的平均定位准确度，如果该平均定位准确度超出设定标准，则表示该套机载3D音频设备存在定位缺陷，需要调整。
利用确定无定位缺陷的机载3D音频设备对飞行员进行3D音频方向定位训练：对同一飞行员进行多次步骤1～步骤7的定位测试过程，并在每次定位测试过程后将定位准确度告知飞行员，使飞行员能够在下一次定位测试过程中预判自身3D音频方向定位偏差，直至训练形成固定的定位预判记忆。
有益效果
本发明提出一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，属于3D音频方向定位技术领域，解决了3D音频方向定位准确度缺乏测试手段的问题。利用该方法可以得到测试人员对某一套机载3D音频设备及HRTF数据库的定位准确度测试，进一步的可以测试机载3D音频设备是否存在定位缺陷，在确定机载3D音频设备不存在定位缺陷情况下，可以对飞行员进行3D音频方向定位训练。
本发明借助真人对实际定位效果的感知、记录及计算，可以切实有效地提供3D音频方向定位的平均偏差及标准差，从而反映出整套系统定位的准确度，便于本领域技术人员对3D音频方向定位效果进行评估。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明测试方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
传统的3D音频方向定位试验偏向于研究HRTF数据库的建立，以及如何通过HRTF数据库生成3D音频，缺乏对叠加了位置信息的音频定位准确度的评估。本实施例中首先给出某一测试人员进行机载3D音频定位准确度测试的过程，包括以下步骤：
步骤1：测试人员在测试环境中设置固定的耳机位置并调整合适的坐姿。
虽然理论上测试人员听音辨位无须固定位置头部位置姿态，但实际测试中，固定的坐姿和朝向更有助于测试人员提供准确的音源位置数据。本实施例中，为排除干扰，在半消声室中，将立体声耳机位置进行固定，具体为戴上后测试人员的目光平视朝前时与地面平行，且左右眼高度一致，布置好座位，测试人员戴上耳机就坐。由于需要提供前后信息，本实施例中耳机为全包耳式，因为入耳式耳机未能利用上测试人员的耳廓，导致难以区分前后声源。
步骤2：播放人员输入A1点位置，并结合测试使用的HRTF数据库，利用机载3D音频设备得到合成3D音频并通过步骤1中的双声道耳机播放给测试人员；所述位置指方位和俯仰角度。
在此步骤中，选择的空间坐标系为顺时针球坐标系(θ，Φ)，其中方位角θ范围为：-180°≤θ≤180°，俯仰角Φ范围为：-90°≤Φ≤90°。
此步骤中，强调了输入位置的人与测试人员不为同一个人。同时，由于HRTF的测试，必须有人来“听音辨位”，测试人员应具备专注的在既定的坐标中描述听到声音位置的能力；优选地，为了测试数据尽量客观不容易猜到而具备更强参考意义，播放师人员应随机输入角度，并且尽量输入俯仰方向不接近±90°的角度(通俗来讲，此种情况下声音在头顶或脚下位置，判断声音方位难度大且意义小)。
步骤3：测试人员根据听觉信息判断A1点位置并记录为A1'；
步骤4：重复步骤2和步骤3，播放人员输入多个不同位置A2,…，An，测试人员得到对应的判断位置A2',…，An'；
此步骤中，n个位置应在空间各个象限中均有分布，以能够判断系统对于声音前后、左右、上下的表现能力；且输入n个位置的顺序为随机顺序。
本实施例中，记录A1，A2,…，A10及A1'，A2',…，A10'依次得到如下表所示的位置及误差：
Figure BDA0002307832970000041
Figure BDA0002307832970000051
步骤5：分别计算测试人员听觉的判断位置与输入位置的偏差Ei＝|Ai'-Ai|，并计算得到方位及俯仰方向上的偏差均值μx和μy，本实施例中μx＝4.7和μy＝3.8；
步骤6：根据n个位置偏差，计算方位和俯仰方向上位置偏差的标准差σx和σy：
Figure BDA0002307832970000052
Figure BDA0002307832970000053
其中Ei＝(xi,yi)；本实施例得到的σx＝5.44和σy＝3.31；
步骤7：将步骤5和步骤6得到的方位和俯仰方向上位置偏差的均值及标准差，作为该测试人员对该套机载3D音频设备及HRTF数据库的定位准确度：定位偏差均值(4.7°，3.8°)，标准差(5.44°，3.31°)。
此外，由于每个人的耳部构造不同，不同人的定位准确度应该不同，但当多人对同一套机载3D音频设备及HRTF数据库进行测试时，其得到的平均定位准确度是趋于稳定的，利用该平均定位准确度可以判断机载3D音频设备本身是否存在缺陷，即如果平均定位准确度超出设定标准，则表示该套机载3D音频设备存在定位缺陷，需要调整。
而利用确定无定位缺陷的机载3D音频设备则可以对飞行员进行3D音频方向定位训练：即对同一飞行员进行多次步骤1～步骤7的定位测试过程，并在每次定位测试过程后将定位准确度告知飞行员，使飞行员能够在下一次定位测试过程中预判自身3D音频方向定位偏差，直至训练形成固定的定位预判记忆，这种定位预判记忆就类似于肌肉记忆，都是通过反复的训练使飞行员本身能够克服自身的定位误差，从而能够较为准确根据声源判断位置。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：测试人员在测试环境中设置固定的耳机位置并调整合适的坐姿；
步骤2：播放人员输入A1点位置，并结合测试使用的HRTF数据库，利用机载3D音频设备得到合成3D音频并通过步骤1中的双声道耳机播放给测试人员；所述位置指方位和俯仰角度；
步骤3：测试人员根据听觉信息判断A1点位置并记录为A1'；
步骤4：重复步骤2和步骤3，播放人员输入多个不同位置A2,…，An，测试人员得到对应的判断位置A2',…，An'；
步骤5：分别计算测试人员听觉的判断位置与输入位置的偏差Ei＝|Ai'-Ai|，并计算得到方位及俯仰方向上的偏差均值μx和μy；
步骤6：根据n个位置偏差，计算方位和俯仰方向上位置偏差的标准差σx和σy：
Figure FDA0002307832960000011
Figure FDA0002307832960000012
其中Ei＝(xi,yi)；
步骤7：将步骤5和步骤6得到的方位和俯仰方向上位置偏差的均值及标准差，作为该测试人员对该套机载3D音频设备及HRTF数据库的定位准确度。
2.根据权利要求1所述一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，其特征在于：步骤1中，测试环境为半消声室，耳机为全包耳式耳机；测试人员坐姿为目光平视朝前，且左右眼高度一致。
3.根据权利要求1所述一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，其特征在于：步骤4中输入的n个位置应在空间各个象限中均有分布。
4.根据权利要求3步骤4中输入的n个位置的顺序为随机顺序。
5.根据权利要求1所述一种机载3D音频方向定位准确度的测试方法，其特征在于：还包括步骤8：选择多名不同测试人员重复步骤1～步骤7，得到不同测试人员对同一套机载3D音频设备及HRTF数据库的平均定位准确度，如果该平均定位准确度超出设定标准，则表示该套机载3D音频设备存在定位缺陷，需要调整。
6.利用经过权利要求5确定的无定位缺陷的机载3D音频设备对飞行员进行3D音频方向定位训练的方法，其特征在于：对同一飞行员进行多次步骤1～步骤7的定位测试过程，并在每次定位测试过程后将定位准确度告知飞行员，使飞行员能够在下一次定位测试过程中预判自身3D音频方向定位偏差，直至训练形成固定的定位预判记忆。
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