CN115604642A

CN115604642A - 一种空间音效的测试方法

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Publication number: CN115604642A
Application number: CN202211587554.7A
Authority: CN
Inventors: 曹祖杨; 黄杰; 洪全付; 包君康; 张凯强; 方吉; 李佳罗
Original assignee: Hangzhou Crysound Electronics Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Crysound Electronics Co Ltd
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2042-12-12
Also published as: CN115604642B

Abstract

本发明涉及一种空间音效的测试方法，获取空间音效生成设备的若干个头部跟踪误差，生成若干个相对应的补偿参数；根据声源信号生成测试信号，并根据补偿参数生成跟踪测试信号；以测试信号进行PEAQ算法评估，得到测试空间音效质量；以跟踪测试信号分别进行PEAQ算法评估，得到每个跟踪测试信号的跟踪空间音效质量；分别计算、比对确定每个头部跟踪误差对跟踪空间音效质量的影响大小。本发明的方法可以评估出耳机的空间音效音质效果，并且比较耳机跟踪效果中各个参数对音质的影响，从而指明耳机当前的优势及短板，并提供空间音效改进的可行方向。

Description

一种空间音效的测试方法

技术领域

本发明属于音质测试技术领域，具体涉及一种空间音效的测试方法。

背景技术

传统的耳机类似于我们的双耳，有左右两个扬声器，是双声道系统。用户的佩戴听感是水平且固定的，能感知到声音来自头部的左边或者右边。而各类传统影院或家庭影院所使用的5.1声道及7.1声道，则通过在空间的前后左右甚至四面八方放置环绕声道，使用户产生一种被音乐或声效环绕包围的真实感与空间感，让用户有沉浸感的体验。这就是空间音效（Spatial Sound），也称3D音效。

目前的TWS耳机市场中，如苹果、SONY、MEES等品牌旗下产品均已支持了空间音效的功能，其中部分产品通过搭载陀螺仪和加速传感器，用于实现动态头部跟踪功能，再结合头部相关传输函数（HRTF）和声波空间卷积对声源进行处理，将声源虚拟成从三维空间的特定位置（听者水平面的前后左右以及垂直方向的上方和下方）发出。因此，空间音效的本质是基于人耳的心理声学效应，通过硬件以及算法的结合，仿造出具有虚拟声源位置的声音。

在启用了空间音效后，使用者头部的每一度转动都会反映到耳机的左右声道输出声音上，耳机所成像的声源角度持续与使用者头部的转动保持相反的变化，使无论使用者头部怎样转动，心理声学效应所成的声源位置始终保持不变。

目前虽然有PEAQ音频质量评价算法等方法对耳机音效进行测评，但是在尝试测试具有空间音效特性的耳机时，由于耳机实际发出的声音会根据转动发生复杂的变化，难以对耳机在不同跟踪角度下的性能进行一个整体的评估。

基于上述问题，需要一种能够应用于耳机的空间音效的测试方法。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种空间音效的测试方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种空间音效的测试方法，具体包括：

获取空间音效生成设备的若干种头部跟踪误差；

根据若干种头部跟踪误差生成若干种相对应的补偿参数；

根据声源信号生成测试信号；

根据若干种补偿参数生成若干种跟踪测试信号；

以测试信号进行PEAQ算法评估，得到测试空间音效质量；

以若干种跟踪测试信号分别进行PEAQ算法评估，得到若干种跟踪空间音效质量，每个跟踪空间音效质量由一个单独的跟踪测试信号得到；

分别计算每个跟踪空间音效质量与测试空间音效质量的差值，比对确定每个头部跟踪误差对跟踪空间音效质量的影响大小。

作为优选方案，若干种头部跟踪误差至少包括跟踪延时和跟踪准确性。

作为进一步优选的方案，跟踪延时的获取方法如下：

发送激励信号至耳机；

控制人工耳持续转动，并获取人工耳的收音信号；

计算收音信号相较激励信号的延时，作为跟踪延时。

作为进一步优选的方案，跟踪准确性的获取方法如下：

发送激励信号至耳机；

控制人工耳持续转动，并获取人工耳的收音信号；

获取收音信号的双耳时间差；

根据双耳时间差计算逆推转动角度；

将逆推转动角度与实际转动角度比较，得到跟踪准确性。

作为进一步优选的方案，根据跟踪延时的补偿参数生成跟踪测试信号时，具体包括如下方法：

获取跟踪延时的时间值，作为补偿参数；

将测试信号滞后跟踪延时的时间值，生成延时补偿信号；

将延时补偿信号作为跟踪测试信号。

作为进一步优选的方案，根据跟踪准确性的补偿参数生成跟踪测试信号时，具体包括如下方法：

根据所述跟踪准确性误差计算虚拟转动角度，作为补偿参数；

根据虚拟转动角度对声源信号进行头部相关传输函数变换，生成角度补偿信号；

将角度补偿信号作为跟踪测试信号。

作为优选方案，根据声源信号生成测试信号具体为：

对声源信号进行头部相关传输函数变化，生成测试信号。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

本发明的方法可以评估出耳机的空间音效音质效果，并且比较耳机跟踪效果中各个参数对音质的影响，从而指明耳机当前的优势及短板，并提供空间音效改进的可行方向。

附图说明

图1是本申请实施例的一种空间音效的测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

图1所示为本申请实施例的一种空间音效的测试方法的流程图。

如图所示，方法具体包括如下步骤：

S1、获取空间音效生成设备的若干种头部跟踪误差。

在本申请的某些实施例中，头部跟踪误差优选地包括跟踪延时和跟踪准确性两种，其中跟踪延时为使用者头部发生转动到耳机的声音输出跟随该转动并将其抵消的延时，跟踪准确性为使用者头部实际转动的角度变化与耳机的声音输出跟随转动的角度变化之间的差值。

在本申请更进一步的某些实施例中，跟踪延时可以使用如下方法获取：

由控制端发送足够时长、幅度稳定的激励信号给耳机，同时控制佩戴耳机的人工耳以

的角速度水平转动

，记录转动时间为t ₀。

将转动的t ₀时间内人工耳左右侧采集到的信号接收并分析，计算该段时间内音频的声压级随时间变化的曲线。

设置当人工头无转动时耳机播放激励信号的稳定幅度为LAeq ₀，取时间点t _i，使得在t _i时的稳定幅度Laeq _t1首次满足：

，其中

为依据具体现场情况可选的衰减系数，也即采集到的信号在经过ti延时后与激励信号保持同步。

则时间t _i为头部跟踪响应时间，在不同的人工头转动角速度

下反复测试，可以得到转动角速度

与头部跟踪响应时间之间的对应情况，由此得到对应于转动角速度序列

的跟踪延时序列

。

在本申请更进一步的另一些实施例中，跟踪准确性可以使用如下方法获取：

在实际空间中声源传输到人的左右耳时有一个先后过程，所以存在一个时间差，称为双耳时间差ITD。

对于人工头的偏转角度

，双耳时间差可以定义为：

，其中a为人工头半径，c为声速。因此，当控制人工头转动角度

后，再发送足够时长、幅度稳定的激励信号至耳机，经过人工耳的左右声道分别采集并比对后，根据时频分析可以得到左耳采集到信号的时间t _l与右耳采集到信号的时间t _r，由此得到人工耳实际接收到的双耳时间差

。

将双耳时间差与上述偏转角度的公式联立即可逆推解得偏转角度

，也即逆推的虚拟转动角度。

将人工耳实际转动的角度与虚拟转动角度作差即可得到跟踪准确性

。

在不同的人工头转动角度

下反复测试，可以得到转动角度

与头部跟踪响应时间之间的对应情况，由此得到对应于转动角度序列的跟踪准确性序列

。

获取得到头部跟踪误差以后，执行步骤S2、根据头部跟踪误差生成相对应的补偿参数，每种头部跟踪误差都生成一种对应的补偿参数，补偿参数用于后续模拟在具有误差的跟踪条件下空间音效的转动情况。

S3、根据具有声源位置及时频属性的声源信号生成测试信号，其中测试信号是虚拟的、能够模拟自由场中声音从声源处传输至人耳然后被耳蜗接收的整个物理过程。

在本申请的某些实施例中，测试信号使用头部相关传递函数（HRTF）生成，该函数是一种音效定位算法，使声音产生从某一声源处发出的心理声学效应。

S4、根据若干种补偿参数生成若干种跟踪测试信号。

具体的，在本步骤中，跟踪测试信号的生成方法根据补偿参数的种类不同而具有单独方案。

在本申请的某些实施例中，对于跟踪延时的跟踪测试信号，直接提取与当前测试的人工耳转动角速度相对应的跟踪延时作为补偿参数，然后使用该补偿参数作为测试信号的滞后量，生成延时补偿信号。

延时补偿信号生成后，将其作为跟踪测试信号，以模拟耳机转动时空间音效跟随耳机转动的时延。

而在本申请的另一些实施例中，对于跟踪准确性的跟踪测试信号，需要根据当前转动角度和前述步骤得到的跟踪准确性序列提取跟踪准确性。

将该跟踪准确性与当前转动角度相加，得到用于立体声效的虚拟转动角度。根据虚拟转动角度对声源信号进行头部相关传输函数变换，生成角度补偿信号，该角度补偿信号是结合了跟踪准确性误差的空间音效信号。

角度补偿信号生成后，将其作为跟踪测试信号，模拟耳机转动时空间音效跟随耳机转动的角度误差。

S5、以理想化的、不存在跟踪误差的测试信号进行PEAQ算法评估，得到标准的测试空间音效质量。

PEAQ通过模仿人耳的听觉系统，对原信号和人工耳接收的信号进行对比分析，得到音频质量的客观差异等级ODG，ODG等同于主观评价中的SDG。以与源信号对比作为对音频质量的评估，评分标准见下表1。

表1

S6、然后以各个跟踪测试信号分别进行PEAQ算法评估，得到与每个跟踪测试信号相对应的跟踪空间音效质量。

在本申请的一些实施例中，基于上述头部跟踪误差包括跟踪延时和跟踪准确性的技术方案，在步骤S6中，分别使用跟踪延时的跟踪测试信号和跟踪准确性的跟踪测试信号作为输入进行PEAQ算法评估，得到考虑当前耳机跟踪延时情况的跟踪空间音效质量和考虑当前耳机跟踪准确性情况的跟踪空间音效质量。

S7、分别计算每个跟踪空间音效质量与测试空间音效质量的差值，比对确定每个头部跟踪误差对跟踪空间音效质量的影响大小。

将跟踪延时的跟踪空间音效质量与测试空间音效质量的差值记作ODGt，将跟踪准确性的跟踪空间音效质量与测试空间音效质量的差值记作ODGθ。ODGt越小，则说明当前耳机的跟踪延时对空间音效质量影响越大，ODGθ越小，则说明当前耳机的跟踪准确性对空间音效质量影响越大。

第二方面，本发明还提供一种电子设备，包括至少一个处理器101、至少一个存储器102及存储在存储器102上并可在处理器101上运行的计算机程序。

其中，处理器101可以包括一个或者多个处理核心。处理器101利用各种接口和线路连接整个电子设备内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器102内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器102内的数据，执行各种功能和处理数据。可选的，处理器101可以采用DSP、FPGA、PLA中的至少一种硬件形式来实现。处理器101可集成CPU、GPU和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。

其中，存储器102可以包括RAM，也可以包括ROM。可选的，该存储器102包括非瞬时性计算机可读介质。存储器102可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器102可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器102可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器101的存储装置。作为一种计算机存储介质的存储器102中可以包括操作系统、用户接口模块以及空间音效的测评应用程序。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。

在将上述电子设备连接至人工耳、人工耳转动台及测试耳机后，其即可自动执行于存储器102中存储的空间音效的测评应用程序。发送激励信号或跟踪测试信号至耳机，并控制人工耳转动及采集左右声道的音频。

在某些实施例中，上述电子设备还能够自动执行上述PEAQ算法的评估，以得到跟踪空间音效质量与测试空间音效质量的差值，比对确定每个头部跟踪误差对跟踪空间音效质量的影响大小，并将比较结果回存入存储器102。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统（包括分子存储器IC），或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims

1.一种空间音效的测试方法，其特征在于，具体包括：

获取空间音效生成设备的若干种头部跟踪误差；

根据所述若干种头部跟踪误差生成若干种相对应的补偿参数；

根据声源信号生成测试信号；

根据所述若干种补偿参数生成若干种跟踪测试信号；

以所述测试信号进行PEAQ算法评估，得到测试空间音效质量；

以所述若干种跟踪测试信号分别进行PEAQ算法评估，得到若干种跟踪空间音效质量，每个所述跟踪空间音效质量由一个单独的所述跟踪测试信号得到；

分别计算每个所述跟踪空间音效质量与所述测试空间音效质量的差值，比对确定每个所述头部跟踪误差对跟踪空间音效质量的影响大小。

2.如权利要求1所述的一种空间音效的测试方法，其特征在于，所述若干种头部跟踪误差至少包括跟踪延时和跟踪准确性两种。

3.如权利要求2所述的一种空间音效的测试方法，其特征在于，所述跟踪延时的获取方法如下：

发送激励信号至耳机；

控制人工耳持续转动，并获取所述人工耳的收音信号；

计算所述收音信号相较所述激励信号的延时，作为所述跟踪延时。

4.如权利要求2所述的一种空间音效的测试方法，其特征在于，所述跟踪准确性的获取方法如下：

发送激励信号至耳机；

控制人工耳持续转动，并获取所述人工耳的收音信号；

获取所述收音信号的双耳时间差；

根据所述双耳时间差计算逆推转动角度；

将所述逆推转动角度与实际转动角度比较，得到所述跟踪准确性。

5.如权利要求2所述的一种空间音效的测试方法，其特征在于，根据所述跟踪延时的补偿参数生成所述跟踪测试信号时，具体包括如下方法：

获取跟踪延时的时间值，作为补偿参数；

将所述测试信号滞后所述跟踪延时的时间值，生成延时补偿信号；

将所述延时补偿信号作为所述跟踪测试信号。

6.如权利要求2所述的一种空间音效的测试方法，其特征在于，根据所述跟踪准确性的补偿参数生成所述跟踪测试信号时，具体包括如下方法：

根据所述虚拟转动角度对所述声源信号进行头部相关传输函数变换，生成角度补偿信号；

将所述角度补偿信号作为所述跟踪测试信号。

7.如权利要求1所述的一种空间音效的测试方法，其特征在于，所述根据声源信号生成测试信号具体为：

对所述声源信号进行头部相关传输函数变化，生成所述测试信号。