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《隨機信號處理案例——雙耳時間差的計算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、隨機信號案例——相關(guān)法計算雙耳時間差I(lǐng)TD1.人耳對聲源的定位在自然聽音中，人的聽覺系統(tǒng)對聲源的定位取決于多個因素——雙耳接收到的號差異用來決定聲源的水平位置，由外耳對高頻信號的反射所引起的耳郭效應(yīng)決定聲源的垂直位置，而人耳的某些心理聲學(xué)特性對于聲源的定位也起到很大的作用。2.雙耳效應(yīng)在自然聽音環(huán)境中，雙耳信號之間的差異對于聲源的定位是非常重要的。該因素可以在直達聲場的聽音環(huán)境中得到最好解釋，如圖2-1所示。圖2-1聲源S與鏡像聲源S′引入最大程度相似的雙耳因素聲源位于水平面上，水平方位角為θ，與人頭中心的距離為r，到達左右耳的距
2、離分別為SL和SR。由于SL>SR，聲音首先到達右耳，從而在到達雙耳的時間先后上形成時間差。這種時間差被定義為雙耳時間差（interauraltimedifference，ITD），它與聲源的水平方位角θ有關(guān)。當(dāng)θ=0°時，=0；當(dāng)θ=±90°時，達到最大值，對一般人頭來說，為0.6～0.7ms的數(shù)量級。在低中頻（f<1.5kHz）情況下，雙耳時間差是定位的主要因素。3.頭相關(guān)傳輸函數(shù)簡介頭相關(guān)傳輸函數(shù)(head-relatedtransferfunction,HRTF)描述了自由場聲波從聲源到雙耳的傳輸過程，它反映了頭部、耳廓和
3、軀干等構(gòu)成的生理系統(tǒng)對聲波散射(綜合濾波)的結(jié)果。HRTF是聲源方向、距離、頻率的連續(xù)函數(shù),它是聲源到雙耳的頻域傳輸函數(shù)。自由場的情況下，HRTF定義為，，其中r為聲源到頭中心的距離，f為聲波的頻率；方位角0°≤θ<360°和仰角?90°≤≤90°表示聲源的方向,其中φ=0°和90°分別表示水平面和正上方,而(θ=0°，φ=0°)和(θ=90°，φ=0°)分別表示水平面上正前和正右方向。HRTF的時域表示是頭相關(guān)脈沖響應(yīng),和簡記為HRIR，它們與HL,HR互為Fourier變換。4.ITD的相關(guān)法定義ITD的定義四[2]（相關(guān)法）
4、雙耳脈沖響應(yīng)HRIR的歸一化互相關(guān)函數(shù)定義為：（3-2-7）按定義，0≤
5、
6、≤1。由式（3-2-7）可計算出函數(shù)在
7、
8、在
9、
10、≤1ms范圍內(nèi)的最大值，與此相應(yīng)的=即為相關(guān)法定義的雙耳時間差I(lǐng)TDcorre，即因而相關(guān)法是利用左、右耳HRIR的相似性求出ITD。實際中通常得到的是經(jīng)過離散時間采樣的HRIR，即和。因而（3-2-7）對連續(xù)時間t的積分將變成對離散時間n的求和。例如在44.1KHz的采樣率下，時間分辨率約為23。為了提高時間分辨率，在進行（3-2-7）計算之前，可先對和進行過采樣處理。例如10倍過采樣可將時間分辨率變?yōu)?.
11、3。下面圖a[1]是有26名女性受試者的平均ITD。圖a不同緯度面φ的ITD與方位角θ的關(guān)系5.MATLAB仿真實驗本實驗中采用的數(shù)據(jù)庫中采樣率為44.1KHz，時間分辨率為Ts=23的512點的離散序列——HRIR序列。ITD的單位是。參數(shù)具體是：-45°≤φ≤90°，0°≤θ≤360°。而HRIR序列是按不同φ確定的不同緯度面上，θ以人頭正前方為0°開始的，每5°變化一個方向取得和離散值。θ=0:5:355，這樣對于給定俯仰角φ的緯度面上就有72個方向的和離散值。為了方便記錄，將不同俯仰角下的雙耳時間差記為：ITD。（1）俯仰
12、角φ=0°，方位角θ=0°；程序如下：ITD0=[];Ts=23;loadD:Signalshrtfselev0L0e000a.dat;hl0=L0e000a;loadD:Signalshrtfselev0R0e000a.dat;hr0=R0e000a;c0=normxcorr2(hl0,hr0);[max_c0,imax]=max(abs(c0(:)));[yspeak,xspeak]=ind2sub(size(c0),imax(1));n0=[yspeak-size(hl0,1),xspeak-size(hl0
13、,2)];t0=n0(1)*Ts;ITD0=[ITD0t0];運行結(jié)果為：ITD0=23；（2）仰角φ=0°，方位角θ=5°；運行結(jié)果為：ITD0=[2369]；（3）仰角φ=0°，方位角θ=10°;運行結(jié)果為：ITD0=[236992]；這樣得到俯仰角φ=0°即水平面上的雙耳時間差I(lǐng)TD01×72=[23699216120723027634536843748350655259864466769071373692082882885185162141439134529927623018413892460-46-92-138-184-
14、230-276-322-368-414-437-483-506-828-575-598-736-713-713-667-667-690-598-552-506-460-414-391-345-322-253-207-184-115-92-460]（
