厅堂音质空间感的主客观评价方法的研究

摘要

自上世纪50年代提出厅堂音质空间感概念以来，一直是国外建筑声学研究者研究热点之一，其理论和评价体系在不断的发展和完善中。虽然空间感对厅堂音质的重要性早已得到确认，但不论是客观测量还是主观评价上，有关这一领域的研究仍然还存在着许多尚未解决的问题。有关厅堂音质空间感的主观评价方面，目前在国内的研究工作甚少。得益于国家自然科学基金的资助，这项研究工作目前在同济大学声学所得以开展，本论文是其中的部分成果。有关厅堂音质空间感的研究历程颇有意思，严格的实验研究始于50年代有了电声模拟系统的发展，使得实验可以在消声室中模拟单一的直达声，早期反射声以及后期混响。传统的观点认为空间效果仅仅是与后期混响有关，近60年来的相关研究表明厅堂音质空间感是一种多维的听觉感受，受到多个客观因素的影响。目前得到广泛确认的空间感主观参量为表观声源宽度ASW和听者包围感LEV，客观参量主要有早期侧向声能因子LFE、内耳互相关系数IACC、后期侧向声压级LG等，对于描述空间感的客观参量的选取仍存在分歧，客观评价参量至今还无法完全统一。论文从建立虚拟声环境的原理出发，选择多通路相似模拟的方法，在同济大学消声室内建立了一套多通路扬声器声场模拟系统。该系统可以根据研究的需要来定量地建立声场，避免了双耳听觉模拟系统中采用耳机回放带来的头相关传输函数不匹配的问题，同时也克服了基于实际厅堂环境下的客观音质参量受到限制，无法自由控制的缺陷。因此，运用该系统更容易和有效地寻找出空间感变化的规律。同时，针对该系统建立了一套高效的系统校准方法，不仅可简化系统配置，还能大幅提高实验效率。主观评价实验的合理设计，获得真实、准确的主观评价实验数据并对其进行合理、有效的处理及分析，对于提高评价实验数据的一致性、重复性以及对于空间感评价研究来说，是非常重要的。本文对目前在厅堂音质研究中常用的几种主观评价实验方法的优缺点进行了比较，以此选择适合厅堂音质空间感主观实验研究的主观实验方法。在对实验信度的考察中，引入一类应用于对偶比较判别的特殊检验-三角循环误差检验，并提出两两比较时做两种判别的三角循环次数的准确统计方法。从室内声学角度研究反射声对厅堂音质空间感中表观声源宽度ASW的影响，是本文的一项重要研究内容。基于离散脉冲序列的统计分析法，反射声的空间和时间分布及其能量和频率特性是空间感效果的决定因素。利用上述实验系统，结合主观听音实验方法，在消声室内进行了系统的实验研究，主要目的是在探讨反射声空间及时间分布两类因素对于空间感中表观声源宽度ASW的影响。研究结果表明：早期反射声的方向对于表观声源宽度ASW影响是显著的，来自后侧的反射声与来自前向的反射声一样，都会增加对声源宽度的感觉。但是来自前向的反射声比对称的后侧反射对ASW的贡献大。研究还发现，对ASW贡献最大的反射声是来自约45至60度的前向，来自后向的早期反射声的入射角度与ASW具有良好的线性相关关系。根据以上的结果，提出了早期反射声入射角度对表观声源宽度ASW的函数描述；另一方面，表观声源宽度ASW与早后期声能分布之间存在很强的相关性：后期混响声能的增大，会降低人耳对早期侧向反射效果的敏感程度，对ASW的感知能力也会随之降低。因此，仅以早期反射作为表观声源宽度ASW的影响因素是不全面的，必须重视后期反射声的影响，才有可能得到全面和准确的评价方法。最后，关于进一步工作的方向进行了讨论。关键词：厅堂音质空间感，表观声源宽度(ASW)，听者包围感(LEV)，多通路扬声器声场模拟系统，反射声方向

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1课题研究的背景及意义

1.2论文的组成及主要工作

1.3论文的主要创新

第2章厅堂音质空间感研究的内容及进展

2.1早期的电声系统的模拟实验研究

2.2厅堂音质空间感的提出

2.3厅堂音质空间感的研究进展

2.3.1厅堂音质空间感的国外研究进展

2.3.2空间感与厅堂整体音质评价

2.3.3厅堂音质空间感的研究方法

2.3.4厅堂音质空间感的国内研究情况

第3章声场空间特性测量方法

3.1脉冲响应测量法

3.1.1脉冲响应测量法的提出

3.1.2脉冲响应基本测量方法

3.1.3脉冲响应测量法在室内音质测量中的应用

3.2侧向反射声测量

3.2.1侧向反射声与厅堂音质空间感

3.2.2侧向声能因子LFE测量方法

3.3内耳互相关系数IACC

3.3.1内耳互相关的提出

3.3.2内耳互相关系数与厅堂音质空间感

3.4方向性脉冲响应测量

3.4.1方向性脉冲响应测量的意义

3.4.2方向性脉冲响应测量的方法

第4章室内声学主观评价实验心理学方法及数据处理

4.1常用的厅堂音质主观评价实验方法

4.1.1排序法

4.1.2系列范畴法

4.1.3尺度估计法

4.1.4对偶比较法

4.1.5语义细分法

4.2对偶比较法的原理

4.3对偶比较法评价结果的数据处理

4.3实验信度检验

4.3.1重测信度检验

4.3.2三角循环误差检验

第5章厅堂音质空间感的实验系统

5.1建立虚拟声环境的原理

5.1.1多通路扬声器系统虚拟声场的建立

5.1.2双耳听觉模拟

5.1.3厅堂音质空间感主观实验的声场模拟方法选择

5.2多通路声场虚拟的空间感实验系统建立

5.2.1系统组成设备

5.2.2扬声器支撑体系

5.2.3系统的连接及控制

5.3实验系统的校准

5.3.1声卡延时校准

5.3.2扬声器校准

第6章早期反射方向性对于厅堂音质空间感ASW的影响

6.1早期反射的方向性特征对于厅堂音质空间感的意义

6.2对Barron实验结果有效性的质疑

6.3加入了后期混响后LFE对空间感中ASW的影响

6.3.1实验声场构建

6.3.2音乐信号与受试者

6.3.3主观实验

6.3.4实验结果及分析

6.4早期反射的方向性对于空间感中ASW的影响

6.4.1实验声场构建

6.4.2音乐信号与受试者

6.4.3主观实验

6.4.4实验结果及分析

第7章早后期声能分布对ASW影响的研究

7.1早期声能与后期声能的界定

7.2相关的研究结果

7.3后期反射的能量对ASW的影响

7.3.1模拟声场构建

7.3.2音乐信号与受试者

7.3.3主观实验

7.4.4实验结果及分析

第8章结论与展望

8.1论文的工作总结

8.2问题与今后可研究的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果