东南大学
硕士学位论文
申请学位级别：硕士专业：生物医学工程
指导教师：赵兴
20030320
堕堂壅堕生坚堕！塑塑茎—塑兰————————————一
摘要
听觉定位主要研究人类听觉定位功能的原理，是近年来重新研究较多的领域之一。在人工昕觉、机器人科学、虚拟现实等研究中都有着重要的应用。
基于生理科学以及物理科学的研究都表明，听觉定位中的全部线索形成于声波从声源到鼓膜之间的传递过程之中。主要的定位线索是声波到达双耳时的时问差（ＩＴＤ），强度差（ＩＬＤ）以及声波中包含
的频率成分。这些要素可以统一用称之为头部相关传递函数（ＨＲＴＦ）的特征函数来描述，ＨＲＴＦ＝Ａ（ｆ）ｅ。“”。ＨＲＴＦ是基于人体解剖学结构和声学性质的描述量，是采用现代成熟的线性系统理论来研究听觉定位的研究方法。 目前为止，大多数的ＨＲＴＦ都通过实验室测量得到，理想的测量结果受到了实验室条件和实验设备的限制。其实在人类听觉范围内的声波动都能够很好的近似为小幅振动波。如果能够对该过程中的所有影响因素在计算机内建模，那么就能够通过计算机仿真的方法得到ＨＲＴＦ。这种方式得出ＨＲＴＦ与实际测量相比具有不受实际实验条件限制、随意改变实验对象等优点。 首先我们建立单点源情况下描述ＨＲＴＦ的声学方程，并利用边界单元法求解该方程来得出ＨＲＴＦ的算法。然后从三维建模软件的模型库中提取出头部模型用于计算。计算程序在６０ｄＢＳＰＬ下每间隔ｌＯＯＨｚ计算一个频率，计算出了频率范围处于３００Ｈｚ～２０００Ｈｚ内时三个坐标平面上的ＨＲＴＦ。同实际测量数据对比的结果证明了这种计算方法的有效性和计算程序的正确性。采用该方法，如果能够对数目较多人体模型在全听觉频域内进行计算，则有望揭示出人体对ＨＲＴＦ编码的机理。从而有助于实际应用及从外部着手来研究听觉定位的原理。
［关键词］听觉定位头部相关传递函数边界元三维建模数值积分
听觉定位中ＨＲＴＦ的研究Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｓｏｕｎｄｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｈｕｍａｎ’ｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｈｅａｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｍａｎｙｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓａｒｔｉｆｉｃｉａｌｈｅａｒｉｎｇ，ｒｏｂｏｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｉｅｓ．Ａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｌｙｉｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｒｅ－ｓｔｕｄｉｅｄａｇｒｅａｔｄｅａｌ．多人交互式VR
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炉温控制系统
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ｓｏｕｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｎｕｍｅｒｉｃｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ＨＲＴＦ，ｂｏｕｎｄａｒｙｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，３－Ｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
￥５８２２‘０东南大学学位论文独创性声明
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研究生签名：兹垫笙导师签名：日期：妒嘭－印佑
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第一章绪论覆盖膜
人类听觉定位功能是一个非常复杂的现象““…“””１。对听到的声音，人们可以较精确地确定声源的方位，并能大致的估计出距离。如果声源位于正前方附近，人对声源方向的估计误差最小：误差可以小于１。。人还可以通过判断声音所包含信息绕过前方的障碍物。对这种现象进行长达一百多年的研究之后，研究者将在听觉定位中的关键因素描述为头相关传递函数，ＨＲＴＦ（ＨｅａｄＲｅｌａｔｅｄＴｒａｎｓｆｅｒＦｕａｃｔｉｏｎ）。在听觉定位过程中，当声波动传递到鼓膜之前，要经过头、躯干和外耳构成的复杂外形对它的散射、吸收等作用。当相同入射声波的方向不同时，到达鼓膜的声音频率成分就不同。声波中频率成分的改变依赖于入射声波的方向，以及人头部、外耳、躯干的形状与声学特性。其中，认为外耳的形状及声学特性对它的影响尤为重要。ＨＲＴＦ可看为一组描述
这种改变的滤波器，它是声源在人体周围位置与人体特征的函数。当获得的ＩｔＲＴＦ能够准确描述某个入的听觉定位过程时１１６１利用它就能够虚拟地再现真实的声音场景。并且，在研究听觉定位过程中，首先研究清楚对它的影响因素可以使人们更好地理解听觉定位的进一步机理，并在此基础上提出更合理的听觉定位模型。
ｆｆＲＴＦ主要由人头部、外耳的形状结构和声学特性决定的，个人之问的这些差异都非常大。由于现在对ＨＲＴＦ数据的获得，主要通过实际测量“”。”’。调整这些数据中的一部分以便更好的研究其中所含有与定位有关的因素比较困难。另外，对ＨＲＴＦ获取的过程也很是繁杂。而且所需设备昂贵。本研究试图对已建立的人体模型用数值计算的方法获得ＨＲＴＦ。如果这种方法可行，则可对真正的人体采样，用这种方法来获得更逼近真正人体的ＨＲＴＦ。由于对在计算机中已建立的模型改变起来相对容易，这种方法也就提供一种新的工具，使用它可以更好的研究一般的ＨＲＴＦ。这也是本文的研究最终目标。
１．１论文动机
听觉定位是一个多学科的研究领域“１。这些学科大体可分为两大类型。第一个类型从“外部”考虑，将人体作为一个主动感知的对象来研究。这些学科包括心理学、心理物理学、生理学以及医学等学科。此类学科之间只是研究方法的区别，本质上都是从外部入手来研究听觉定位的本质。另一类型包括工
程技术、物理学、音效分析等学科。它们将人看作听觉事件中信息传递的最终环节，人是作为接收信息的对象来研究的。这类学科的研究目的是为解决实际中出现的问题。
在上述的第二类研究领域，对听觉定位的研究方法几乎都是基于实验测量。这些实验对实验室环境、实验对象的要求都较高，而且试验过程复杂。尤其在研究听觉定位过程中的重要线索ＨＲＴＦ时，实验不但尤为繁杂，而且会不可避免的引入误差。除试验之外ｔｔＲＴＦ的研究几乎都采用简单的规则凡何体来模拟人体“”，这些规则的几何体同真实人体楣比，外形相距甚大，以致看起来毫无联系。本论文正是看到了这些传统研究方法的不足，试图在计算机软件提供豹虚拟环境Ｅ来模拟实际实验““”，得出ＨＲＴＦ。从而可以在理想的环境设置条件下对人体的听觉定位进行研究。
我们认为有以下原因可以作为本论文研究可行性的基础。铍青铜热处理
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