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海德聲科聲學(xué)測(cè)試人工頭系列文章：為何要用人工頭？

2018-10-09 21:25:45·  來(lái)源：海德聲科  
　
要進(jìn)行精準(zhǔn)的雙耳采集和回放，首先要了解人耳辨識(shí)聲源的機(jī)理，進(jìn)而根據(jù)其特征設(shè)計(jì)出合理的測(cè)試方法并選用合適的測(cè)試工具。
聲學(xué)測(cè)試的目的是為了評(píng)價(jià)人耳對(duì)聲音的感受，精準(zhǔn)的聲學(xué)測(cè)試是聲品質(zhì)乃至聲學(xué)研究的前提。要進(jìn)行精準(zhǔn)的雙耳采集和回放，首先要了解人耳辨識(shí)聲源的機(jī)理，進(jìn)而根據(jù)其特征設(shè)計(jì)出合理的測(cè)試方法并選用合適的測(cè)試工具。

人耳辨識(shí)聲源機(jī)理

通常認(rèn)為大腦只是根據(jù)雙耳的時(shí)間差來(lái)辨識(shí)聲源位置的，如下圖1號(hào)聲源傳到左右耳存在一定的時(shí)間差。但有些情況是時(shí)間差法無(wú)法定位的，如：

-位于正中面的2號(hào)聲源，其到達(dá)兩耳的時(shí)間相同；

-較耳朵所在水平面對(duì)稱的3號(hào)和4號(hào)聲源，二者傳到雙耳效果一致，故無(wú)法辨識(shí)聲源在3號(hào)處還是4號(hào)處。


那么人耳是如何辨識(shí)出這些聲源位置的呢？

其實(shí)人耳在監(jiān)聽(tīng)聲音時(shí)，肩膀、頭部、耳廓等會(huì)對(duì)聲場(chǎng)造成一定的改變，如反射、衍射等。也就是說(shuō)，聲音在傳到耳朵前，人體結(jié)構(gòu)對(duì)其做了方向相關(guān)的改變，即對(duì)其頻譜做了一些與方向相關(guān)的濾波，而大腦可以根據(jù)發(fā)生濾波后的信號(hào)判斷其位置。例如：3號(hào)和4號(hào)雖然傳到左右耳的時(shí)間差相同，但會(huì)經(jīng)過(guò)不同的濾波，故人耳能辨識(shí)其位置。

人體結(jié)構(gòu)對(duì)聲場(chǎng)的影響

聲音在傳到耳朵前，人體對(duì)其影響較大的部件及相應(yīng)的濾波作用如下表：


特定部件對(duì)聲源的作用是一定的，人耳經(jīng)過(guò)不經(jīng)意間的訓(xùn)練，將能根據(jù)人體部位對(duì)聲場(chǎng)的改變，判斷出聲源的具體位置。而這些部位作用疊加起來(lái)，就是所謂的頭相關(guān)傳遞函數(shù)（Head-related transfer function）。

傳統(tǒng)麥克風(fēng)的缺陷

根據(jù)上述的分析，用傳統(tǒng)麥克風(fēng)進(jìn)行測(cè)試聲學(xué)就存在一些問(wèn)題：
-缺少空間信息
單個(gè)麥克風(fēng)沒(méi)有空間信息，如下圖聲源繞頭部移動(dòng)時(shí)，人耳感受的音量大小是隨時(shí)間變化的、類(lèi)似正弦的曲線，而麥克風(fēng)的測(cè)試結(jié)果則為一條直線。



缺少人體部位對(duì)聲場(chǎng)的影響

由于沒(méi)有人體部位對(duì)聲音的反射、衍射等作用，麥克風(fēng)測(cè)到的數(shù)據(jù)，與人耳實(shí)際的聽(tīng)覺(jué)感受存在較大的差異，即聲音發(fā)生了扭曲。故傳統(tǒng)麥克風(fēng)無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)的聲學(xué)信號(hào)采集，所測(cè)的結(jié)果并非真正人耳聽(tīng)到的聲音。

應(yīng)景而生的人工頭

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的雙耳聲學(xué)信號(hào)采集，通過(guò)分析人體各部位對(duì)人耳聽(tīng)覺(jué)造成的影響，將影響較大的部位，如肩膀、頭部、耳廓等，做成人體模型，并將傳統(tǒng)麥克風(fēng)放入左右耳中，即為我們熟知的人工頭。當(dāng)然要選擇哪些人體部位、各部位要做成什么樣的幾何結(jié)構(gòu)，是很深的一門(mén)學(xué)問(wèn)，這也是人工頭的高深之處。


HEAD acoustics作為人工頭的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，其中國(guó)子公司的公眾號(hào)“海德聲科”近期將持續(xù)為您推送人工頭系列文章：“為何人工頭要均衡”、“人工頭如何做均衡”、“數(shù)字人工頭與模擬人工頭的區(qū)別”、“路試時(shí)如何精準(zhǔn)測(cè)試駕駛員雙耳信息”等，歡迎持續(xù)關(guān)注。 
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