從聲源到聲音感知和房間中的聲音傳播（圖解）

　　完整的聲音感知過(guò)程：

　　揚(yáng)聲器或者其他產(chǎn)生一個(gè)聲源，聲音通過(guò)房間/環(huán)境傳播，繞過(guò)人頭傳入雙耳，并聽(tīng)過(guò)生理聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，從而感知到聲音信號(hào)。分別牽涉到物理聲學(xué)和心理聲學(xué)。

　　人頭相關(guān)模型的傳遞函數(shù)可以將聲壓場(chǎng)轉(zhuǎn)換為雙耳響應(yīng)。

　　聲源方向，房間/環(huán)境的幾何形狀，邊界條件，頭部尺寸和形狀，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)等都會(huì)對(duì)最終的聲音感知造成影響?？梢苑謩e單獨(dú)考慮，也需要整合起來(lái)一起考慮。

　　大多數(shù)實(shí)際情況下，房間可以看成線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)，其空間傳遞函數(shù)可以使用脈沖響應(yīng)RIR作為特征。

　　一個(gè)1700m^3小型音樂(lè)廳的聲學(xué)測(cè)試結(jié)果。其中聲場(chǎng)的直接能量標(biāo)記為黑色，早期反射能量標(biāo)記為藍(lán)色，藍(lán)色之后的漸變屬于混響場(chǎng)的建立過(guò)程。

　　房間脈沖響應(yīng)：

　　時(shí)間包絡(luò)曲線(xiàn)：

　　RIR只是聲壓的評(píng)估，本身并不攜帶關(guān)于聲場(chǎng)方向性的信息。

　　外圍生理聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖：

　　聲波通過(guò)耳廓，傳到耳道，振動(dòng)鼓膜。鼓膜推動(dòng)錘骨-砧骨-鐙骨，再將振動(dòng)傳遞到耳蝸，從而轉(zhuǎn)換為神經(jīng)電信號(hào)，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)傳入大腦。

　　耳道是一個(gè)不規(guī)則形狀的管，其平均尺寸大約是水平方向6.5mm，垂直方向9mm，長(zhǎng)度約25mm到35mm。其諧振頻率約在2-5kHz范圍內(nèi)。

　　耳蝸的橫截面：人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)組成部分很多，還是比較復(fù)雜的

　　RIR描述的是空間兩個(gè)位置之間的傳遞函數(shù)。如果是人在聽(tīng)音，那么實(shí)際上有兩個(gè)脈沖響應(yīng)應(yīng)該考慮，通常被稱(chēng)為雙耳脈沖響應(yīng)Binaural Impulse Response (BIR)。當(dāng)在房間中測(cè)量時(shí)，被稱(chēng)為Binaural Room Impulse Response (BRIR)。

　　人頭在聲場(chǎng)中對(duì)聲場(chǎng)分布的改變：220Hz,600Hz,1400Hz

　　水平定位主要通過(guò)雙耳時(shí)間差(ITD)，雙耳聲級(jí)差(ILD)。

　　當(dāng)然還有不同方向入射的聲源頻譜因素

　　HRTF和BIR是等效的。下圖是45°是左右耳的BIR響應(yīng)：

　　對(duì)室內(nèi)聲場(chǎng)進(jìn)行建模，一般可以通過(guò)射線(xiàn)追蹤，或者波動(dòng)聲學(xué)進(jìn)行求解計(jì)算。

　　下圖是一個(gè)音樂(lè)廳的離散化模型。

　　人頭的離散化模型

　　射線(xiàn)追蹤，一般用于中高頻，對(duì)低頻的一些波動(dòng)和衍射等現(xiàn)象計(jì)算準(zhǔn)確度不夠

　　波動(dòng)聲學(xué)可以采用時(shí)域有限元法FETD，但計(jì)算量會(huì)比較大。用時(shí)域有限差分法FDTD，或間斷有限元DG，比較多。

　　室內(nèi)聲場(chǎng)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)仿真建模

　　仿真在自由場(chǎng)和場(chǎng)景中存在障礙物聲傳播的差別

　　室內(nèi)的聲場(chǎng)仿真和研究對(duì)改善現(xiàn)有音箱產(chǎn)品的體驗(yàn)，以及后續(xù)的VR/AR都是很關(guān)鍵的。