稳态和动态虚拟听觉重放对近场距离感知的影响.pdf

第 43 卷 第 3 期Vol.43,No.32024 年 5 月Journal of Applied AcousticsMay,2024 研究报告 稳态和动态虚拟听觉重放对近场距离感知的影响燕子翔谢菠荪朱 俊(华南理工大学物理与光电学院声学研究所广州510641)摘要：虚拟听觉重放是研究距离感知的一种重要工具，它可分为传统的稳态虚拟听觉重放和动态虚拟听觉重放。稳态虚拟听觉重放经常会产生头中定位而影响距离感知的判断，从而影响最终的实验结果。过去的实验大多采用稳态虚拟听觉重放，因此其结论也存在较大的争议性。该文对比研究稳态和动态的虚拟听觉重放对绝对距离感知效果的影响。实验采用非个性化头相关传输函数进行双耳合成，将分布在水平面0.201.00 m的7个距离、0 180的7个方位角下的信号通过耳机进行虚拟重放。心理声学实验结果表明，在稳态虚拟听觉重放条件下，受试者不同程度地报告了存在头中定位。而动态虚拟听觉重放系统能够利用动态因素，从而产生头外化的听觉感知。统计分析表明动态虚拟听觉重放下的距离感知效果与稳态重放存在明显的差异。由于动态虚拟重放更接近真实声源的感知效果，应选用这种方法作为实验工具。同时，在实际的空间声应用中，也应该采用动态虚拟听觉重放产生不同的距离感知。关键词：虚拟听觉重放；距离感知；声学近场中图法分类号:O428;O429文献标识码:A文章编号:1000-310X(2024)03-0469-09DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2024.03.001Influence of static and dynamic virtual auditory display on near-fielddistance perceptionYAN ZixiangXIE BosunZHU Jun(Acoustic Lab,School of Physics and Optoelectronics,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China)Abstract:Virtual auditory display(VAD)is a tool in the researches of auditory distance perception.It can besubdivided into conventional static VAD and advanced dynamic VAD.Static VAD is inclined to create the per-ception of in-head-localization and influences the distance judgment,and thereby spoils the final experimentalresults.However,static VADs were used in many previous experiments,resulting in controversial conclusions.By using static and dynamic VADs,the present work explores the influence of static and dynamic VAD onthe auditory distance perception.Non-individualized head related transfer functions were used for binauralsynthesis.The resultant binaural signals of seven target distances from 0.20 m to 1.00 m and seven horizontalazimuths from 0to 180were presented by headphone.Results of psychoacoustic experiments indicated thatfor static VAD,subjects reported the perception of in-head-localization.In contrast,dynamic VAD created dy-namic cue for externalized perception.Statistical analysis reveals the significant difference between the resultsof distance perception of static and dynamic VAD.A dynamic VAD should be used as a tool in the experimentsof distance perception because its results are more consistent with those of actual sound source.Moreover,dynamic VADs should be also used in practical spatial sound to create different distance perceptions.Keywords:Virtual auditory display;Distance perception;Near-field2022-12-02收稿;2023-03-06定稿国家自然科学基金项目(12174118)作者简介:燕子翔(1998),男,安徽合肥人,硕士研究生,研究方向:电声与听觉。通信作者 E-mail:4702024 年 5 月0 引言听觉距离感知是人类空间听觉能力之一。对听觉距离感知的研究不但对人类听觉机理的研究方面有重要的意义，且对空间声重放应用技术的发展有重要的作用。过去的研究表明，听觉距离感知是多个因素协同作用的结果，主要包括随距离变化的声音的主观响度、空气吸收引起的高频衰减、近场头相关传输函数(Head related transfer function,HRTF)效应，以及直达混响声能比等14。但总体来说，目前对听觉距离感知因素及其相互作用的研究远不如方向定位充分，结论也远不如方向定位明确。而近年发展空间声重放的技术更需要对听觉距离感知因素的进一步研究。在目前对相关的神经生理学机理还不明了的情况下，听觉距离感知的研究主要是通过心理声学实验进行，其结果也为下一步进行神经生理学机理的研究提供基础。传统心理声学实验方法是控制实际的声源距离及声学环境，从而产生不同的听觉距离感知因素。但是传统的方法比较复杂，不容易对不同听觉距离感知因素进行独立的控制。空间声场重放或虚拟听觉(双耳)重放(Virtualauditory display,VAD)可以看成是声音虚拟现实技术，理论上可以从物理上精确重构声场或双耳声压，从而产生不同的听觉感知信息(包括听觉距离感知因素)。特别是采用耳机的VAD，它不但硬件结构相对简单，避免了听音室反射声对实验的影响，并且理论上可以精确控制双耳声压，从而独立地控制各种听觉感知因素。因而VAD技术成了听觉感知心理声学研究的实验工具，近年大量涉及距离感知的实验都是基于VAD技术进行的34。但是，有不少实验得到与传统真实声源实验不一致甚至冲突的结果，有些研究也以此作为新的结论。为了解决这问题，需要对VAD作为实验工具的有效性进行检验，并寻找产生不一致结果的原因。事实上，人类都是通过双耳感知任意声场的信息的。VAD是通过信号处理的方法模拟不同声源和声学环境所产生的双耳声信号，从而在耳机重放中产生相应的听觉感知。VAD可细分为稳态重放和动态重放两种方式1。稳态重放假定倾听者头部的方向和位置固定，信号处理中不考虑头部运动引起的双耳声压的动态变化。而动态重放采用头部跟踪器检测倾听者头部的瞬时方向和位置，不断地刷新倾听者自身特性的模拟参数(如HRTF)，从而实时地模拟出双耳声信号及其随倾听者头部方向和位置的变化。稳态重放技术上相对简单，比较容易实现，所以过去许多研究是采用稳态VAD作为距离感知实验工具的。另一方面，在对实际声源和环境的听觉感知中，头部不自觉的微小转动引起的双耳声压变化带来了动态听觉信息，这对于听觉定位是至关重要的5。稳态VAD失去了这些动态信息，很容易产生头中定位感知。这可能是采用稳态VAD作为距离感知实验工具得到不一致结果的基本原因。在听觉距离感知的实验中，消除头中定位是控制听觉距离感知的基础或前提。因而理应在重放中准确模拟出真实声源所产生的双耳声压及其动态变化，也就是需要用动态VAD作为实验工具。除此之外，在空间声的实际的应用中(如虚拟现实的应用)，也有不少研究企图在稳态VAD中产生不同距离的虚拟源感知，但实际效果却是有限的1。为了说明上述问题，特别是验证VAD作为听觉距离感知实验工具的有效性，本文通过心理声学实验研究稳态和动态VAD在不同条件下对绝对距离感知效果。实验结果证明稳态VAD系统会产生误导的结果，而动态虚拟重放更接近真实声源的结果，所以应该采用动态VAD系统作为实验工具。而实际应用也应采用动态VAD产生不同的距离感知。1模拟不同距离自由场虚拟源的原理本文采用顺时针的球坐标系统，声源空间位置由(r,)表示，如图1所示。其中0 6 r +表示距离；906 6+90表示仰角，为90、0和90分别表示正下方、水平面和正上方；180 6 180表示方位角，水平面为90、0、90和180分别表示正左、正前、正右和正后方向。如前所述，听觉距离感知是多个因素共同作用的结果，且和环境反射声有关。为简单起见，这里仅模拟自由场声源听觉距离感知的情况，这样可避免环境反射声参数的变化(如直达混响声能比、混响时间等)带来的不确定性，容易和过去对自由场真实声源的实验结果比较。同时，假定目标声源位于距头中心1.0 m以内的距离，空气吸收引起的高频声波衰减可以忽略(通常空气吸收引起的高频衰减第43卷 第3期燕子翔等：稳态和动态虚拟听觉重放对近场距离感知的影响471要在声源距离大于十几米的情况下才开始产生可感知的效果)。Oz?xy?Sr?图1倾听者头部的坐标系统Fig.1 Coordinate system of listeners head在上述条件下，已知的声源距离感知因素包括随距离变化的声音的主观响度和近场HRTF效应。声音主观响度是由自由场中声源产生的声压幅度随距离衰减引起，是相对距离感知因素。近场HRTF效应是由于头部对入射声波的散射、阴影作用以及耳廓对声波的散射作用，产生与声源方向、距离有关的双耳声级差(Interaural level difference,ILD)和双耳声压谱。对位于(r,)自由场点声源，其产生的双耳声压可由对应的近场HRTF计算得到：P=14rH(r,f)P0.(1)这里为L和R分别表示左耳和右耳，f 为频率，P0正比于声源的振幅。式(1)中，因子1/r描述自由场点声源声压幅度随距离的变化，H描述各种HRTF相关的效应。与声源距离有关的线性延时已略去，因为单声源的情况下该延时不会引起可感知的效应。在稳态VAD的情况下，给定目标虚拟源的位置(r,)，将单路输入信号E0按式(2)进行HRTF滤波处理，得到一对双耳声信号：E=14rH(r,f)E0.(2)将双耳声信号用耳机重放，即可产生和自由场声源一致的双耳声压。对动态VAD，当倾听者头部转动后(本文只考虑头部转动，不考虑头部平移)，目标声源相对头部的方向发生改变。头部跟踪器通过检测头部的瞬时方向，得到目标声源相对头部的位置，并据此不断地刷新式(2)信号处理的HRTF数据，从而模拟出双耳声压随头部运动的动态变化。有关动态VAD的详细原理可参考附录A和文献1,6。2实验原理与方法为了验证稳态VAD会产生与真实声源不一致的距离感知结果，对稳态和动态VAD进行了距离感知的实验。也就是按照第1节给出的方法，分别在稳态和动态VAD中产生不同目标距离和方向的双耳声信号并用耳机重放，然后进行距离和方向感知实验。实验是在文献6中给出的虚拟听觉环境实时绘制系统平台上进行。该系统基于个人计算机平台用C+和Python混合编程实现，采用电磁追踪器(Polhemus FASTRAK)实时检测倾听者头部的3个转动自由度运动参数，进而通过旋转矩阵实时计算声源相对倾听者头部中心的新的球坐标，从而找出该球坐标下的HRTF进行滤波处理，最后馈给耳机重放，产生目标虚拟源。实际测量表明，该系统的场景刷新率和系统平均滞后时间分别为60 Hz和25.4 ms。Sandvad7的研究结果表明，刷新率至少要大于10 Hz，否则会对虚拟声源的定位判断造成影响，而20 Hz的场景刷新率对定位判断几乎没有影响。有关系统滞后时间，Brungart等8认为对于大部分的虚拟听觉应用场景来说，小于60 ms的系统滞后时间即可满足要求，而对于相对来说要求较高的研究场景来说，小于30 ms的系统滞后时间也足以满足要求。因而该系统的场景刷新率和系统滞后时间均能够满足研究需要。信号处理所采用的HRTF数据库是通过对配备DB60/61小耳廓的无躯干KEMAR人工头进行边界元法(Boundary element method,BEM)数值计算得到，HRTF的采样频率为44.1 kHz，长度为512点9。该HRTF数据库包含0.20 m、0.25 m、0.30 m、0.40 m、0.50 m、0.75 m以及1.00 m共7个距离，每个距离下方位角和仰角的范围分别为06 6 355和856 6+85，且分辨率均为5，因此单个距离下共有2520个空间位置的双耳HRTF。为了获取更高精度的HRTF，采用双线性插值10对该数据库进行插值处理，进而得到7个距离下、方位角和仰角分辨率均为1的64440个空间位置的双耳HRTF。4722024 年 5 月采用非个性化近场HRTF进行处理，不止是为了方便。其一是因为近场HRTF的获取比较困难，目前国际上只有本实验室具有真人受试者的(个性化)近场测量HRTF数据库。国际上过去的VAD实验是采用非个性化测量或计算近场HRTF进行处理，甚至是从远场HRTR用非常粗略的近似得到的HRTF进行处理。如果本研究用个性化近场HRTF进行处理而得到与国外过去研究不一致的结果，反而不容易区分这种不一致是源于动态VAD还是个性化近场HRTF处理。其二是本文主要研究距离感知。本实验室余光正等过去的实验已经证明，个性化HRTF主要影响稳态VAD方向定位(减少前后和上下混乱)，对距离感知影响很少11。而对动态VAD，由于引入了动态定位因素，方向定位对个性化HRTF的依赖进一步减少。所以本研究特意采用非个性化近场HRTF进行处理。实验采用的是入耳式耳机(Etymotic ResearchER-2)进行重放，ER-2耳机具有平直的幅度响应，因此可略去耳机传输特性均衡这一过程。采用全频带粉红噪声作为重放信号，为了使受试者有足够的时间进行距离判断，信号长度为15 s。目标虚拟源位置分布在右半水平面，共7个距离(0.20 m、0.25 m、0.30 m、0.40 m、0.50 m、0.75 m以及1.00 m)，每个距离共7个方位角(0、30、60、90、120、150以及180)。这里选择的最小目标虚拟源距离是0.20 m，主要是因为平均头部半径大约是0.0875 m，更近的目标距离将非常靠近头表面，计算(或测量)HRTF数据的误差变得很大(因而本文的数据库包括的最小目标声源距离也是0.20 m)。同时在少于0.20 m的距离，距离感知实验的误差也很大。实验在一间本底噪声小于30 dBA的控制室内进行。实验过程中，受试者通过FASTRAK电磁跟踪器报告感知虚拟源位置。电磁跟踪器包括两个接收器，其一固定在受试者头表面，用于实时检测受试者的头部运动参数；另一个固定在一根指示棒的末端，实验过程中受试者通过指示棒指向感知的虚拟源位置，由计算机进行位置的记录，所记录的数据包括方位角、仰角以及距离3个参数。共8名受试者(5男3女)参加实验，且双耳听力均正常。每种实验条件下的虚拟源位置重复重放两次，采用随机位置的方式进行重放，因而每种实验条件下共有8名受试者2次重复=16个判断(样本)。从统计学的角度，样本量越大，当然越好，但实验的工作量越大。因而实际的实验通常是在样本量和工作量方面做一定的折中。较少样本带来的影响将在3.3节讨论。实验前会对受试者进行一定程度的听音训练，确保在动态条件下头部的微小转动以及在静态条件下头部的保持不动。从头部跟踪器检测的数据(以及作者团队过去在类似实验的数据表明)，动态条件下头部绕垂直轴转动的角度在10 25之间，绕前后轴转动的角度在10 20之间。稳态条件下，头部绕垂直轴和前后轴转动的角度不大于3。最后对实验结果进行统计分析。3实验结果3.1头中定位结果稳态VAD条件下，可能会出现头中定位感知的现象。表1给出了不同目标虚拟源方向和距离的情况下头中定位所占的百分比。头中定位的信号的方向分布主要在正前方S=0和正后方S=180，在侧前方S=30也出现了少量的头中定位。在侧向S分别为60、90、120和150没有出现头中定位的情况。也就是说，稳态VAD主要是对前方和后方附近的目标虚拟源产生头中定位。这和过去许多研究的结果是一致的12。稳态VAD系统下头中定位信号的距离分布并无明显规律性，但主要分布在0.5 m以内的区域。对动态VAD，所有目标声源方向和距离都没有出现头中定位。也就是说，动态因素消除了头中定位，这也是和过去研究的结果一致的1314。表1不同方位角下的头中定位百分比Table 1 Percentage of in-head-localizationunder different azimuths(单位:%)距离/m03060901201501800.2031.36.3000037.50.2525.00000018.80.3031.30000031.30.4050.00000025.00.5025.00000037.50.7512.56.3000018.81.0025.00000012.5第43卷 第3期燕子翔等：稳态和动态虚拟听觉重放对近场距离感知的影响4733.2方向定位结果图2(a)和图2(b)给出了稳态VAD条件下目标距离分别为0.20 m和1.00 m下的方向定位结果，图片上方标注了前后混乱百分比。可以看到在稳态VAD下，0.20 m下的前后混乱率约为32.1%，而1.00 m下的前后混乱率约为19.6%。图2(c)和图2(d)给出了动态VAD条件下目标距离分别为0.20 m和1.00 m下的方向定位结果。动态VAD 中包含了头转动所引入的动态因素，因此并没有出现前后混乱。动态因素的引入能够比较好地解决前后混乱问题，并且动态VAD条件下的方向定位精度也要优于稳态条件下1,15。在存在前后混乱的状态下可能会影响距离感知的结果，因此降低前后混乱率对更为精确的距离感知是有帮助的。?/(O)?/(O)?/(O)?/(O)0306090 120 150 180030609012015018032.1%0306090 120 150 180030609012015018019.6%0.0%0.0%?S/(O)?S/(O)?S/(O)?S/(O)0306090 120 150 18003060901201501800306090 120 150 1800306090120150180(a)?VAD,?0.20 m(b)?VAD,?1.00 m(c)?VAD,?0.20 m(d)?VAD,?1.00 m图2稳态和动态VAD系统在不同目标距离下的方向定位结果Fig.2 Results of localization at different source distances using static and dynamic VADs总体上，稳态和动态VAD的方向定位实验结果与过去相应的实验结果一致1，特别是动态VAD的方向定位实验结果也和过去对真实声源的方向定位结果相当12。3.3距离感知结果对稳态和动态两种VAD条件下的距离感知结果进行统计分析。在稳态VAD条件下存在头中定位，因此将头中定位信号的感知距离置为头表面的距离，即0.0875 m，而实际的感知距离不会大于0.0875 m，因此实际的平均感知距离也不会大于所给出的平均值。这样处理后，对稳态与动态VAD的感知距离差异的统计分析是有效的。两种重放条件下，水平面右半平面7个方位角下的平均感知距离和对应的标准差如图3所示。总体来看，稳态VAD条件下的距离感知结果均集中在0.5 m以内，特别是对于头中定位影响最大的正前方S=0和正后方S=180，基本无法产生不同距离的虚拟源感知。随着声源逐渐偏向90的侧向，由于存在与距离相关的ILD因素，距离感知精确度逐渐增加，但感知距离仍处在较近的范围内。动态VAD条件下，由于动态因素消除了头中定位，对不同的方位角下都可以产生不同的听觉距离感知，即使对S=0和S=180的正前和正后方向也是如此。随着声源逐渐偏向90的侧向，响度因4742024 年 5 月素和ILD因素协同作用进一步改善了距离感知精确度。这一结果和过去在自由场条件下对真实声源和虚拟源的距离感知实验结果一致24。采用多元方差分析对可能影响距离感知的因素(重放条件、虚拟源方向和距离)及其交互作用进行进一步验证。其中重放条件指的是稳态和动态VAD条件。在进行方差分析前先进行了正态性检验，采用Shapiro-Wilk检验对原始数据进行了正态分布分析，检验结果表明实验数据服从正态分布，因此才进行了后续的多因素方差分析。00.51.0?/m?/m?/m?/m?/m?/m?/m0.20.40.60.81.000.51.00.20.40.60.81.000.51.00.20.40.60.81.000.51.0?0.20.40.60.81.000.51.0?0.20.40.60.81.000.51.0?0.20.40.60.81.0?00.51.0?/m?/m?/m?/m?/m?/m?/m0.20.40.60.81.0(a)S=0O(b)S=30O(c)S=60O(d)S=90O(e)S=120O(f)S=150O(g)S=180O图3稳态和动态VAD系统在不同方位角下的距离感知结果Fig.3 Results of distance perception under different azimuths using static and dynamic VADs多元方差分析检验的结果在表2中给出。在显著性水平0.05下，对于重放条件、方向以及距离对感知虚拟距离的影响均是重要的，并且重放条件与方向、重放条件与距离的交互作用对虚拟距离的感知产生显著影响。进一步进行简单效应分析，结果显示不同方位角下，重放条件对距离感知均产生显著性影响，这是符合实验预期的。即在不同的方位角下，动态VAD条件下的距离感知精确度都要显著优于稳态虚拟重放条件下。特别地，稳态VAD系统下，90方位角同正前方0和正后方180下的距离感知结果同样存在显著差异，正是由于ILD因素的存在，对距离感知起到一定作用，这一点也在图3中得以体现。另外，分析结果显示在除0.20 m的声源距离下，不同的重放条件对距离感知影响显著，这也是符合预期的，即在稳态VAD条件下由于不容易产生头外化的听觉感知，距离感知的结果通常都在比较近的距离范围内，而动态VAD条件下的距离感知结果更为精确。第43卷 第3期燕子翔等：稳态和动态虚拟听觉重放对近场距离感知的影响475需要补充说明的是，由于本实验的样本量较小，较小的样本量主要带来两个影响。第一个影响是分布的正态性问题。根据数理统计的中心极限定理，样本量足够大时，数据趋于正态分布，可以用基于正态分布假设的方差分析。为此本文进行了数据的正态性检验。第二个影响是统计分辨的问题。当样本较少时，统计分辨率下降，可能会导致细微的差异不具备统计上的显著性。但本文的实验结果表明，即使是样本较少时，实验结果也呈现出统计上的显著差，表明这种差异是巨大的。这正是由于采用稳态VAD系统进行距离感知会产生误导性的结果，这也是与本文的实验预期相一致的。表2可能影响距离感知因素的三因素方差分析显著性检验结果Table 2 Results of the three-way ANOVAwith the factor condition,azimuth,anddistance条件显著性重放条件是(F(1,686)=679.646,p 0.001)方向是(F(6,686)=12.250,p 0.001)距离是(F(6,686)=204.027,p 0.001)重放条件方向是(F(6,686)=6.639,p 0.001)重放条件距离是(F(6,686)=67.694,p 0.001)方向距离否(F(36,686)=1.325,p=0.099)重放条件方向距离否(F(36,686)=0.726,p=0.882)4 讨论为了检验VAD作为距离感知实验工具的有效性，应该将其结果和实际声源的感知结果比较。过去对实际声源(包括自由场和反射场条件)的距离感知有大量的心理声学实验研究，文献34对此进行了总结。一个重要的趋势是，人类听觉距离感知有偏差的。也就是对物理距离r r0的远距离声源，其感知距离小于物理距离。距离的分界点r0的变化范围较大，一般在0.5 1.5 m之间，与多个因素如环境(自由或反射场条件)、信号的类型甚至受试者有关16。这表明在听觉系统是综合利用多个因素进行距离感知的，当条件变化时，这些因素的权重组合也发生变化。另一方面，人类听觉距离感知的精度是较差的5(与方向定位比较)。即使对实际声源，且在相同的实验条件，不同受试者的实验结果可能会定性上相同，定量上有较大的差异。如果改变实验条件，结果的差异将更大。所有这些因素都使对不同条件下距离感知的实验结果进行定量比较变得困难。但无论如何，一个有意义的实验结果至少在定性规律上是可比较的。第3节的实验结果表明，稳态VAD不能很好地产生自由场目标声源的听觉距离感知，特别是对前方和后方附近的目标声源。该结果和自由场中实际声源的情况是不符合的。而动态VAD可以产生自由场目标声源的听觉距离感知。并且从图3也可以看出，物理距离rr0的远距离声源，其感知距离小于物理距离。平均上，距离的分界点r0在0.50.8 m之间，这也和自由场实际声源的情况相符合。事实上，对自由场声源，随距离变化的声音的主观响度(随距离衰减的声压引起)和近场HRTF效应是两个重要的距离感知因素24。其中主观响度是一个相对的距离感知因素。近场HRTF因素是由头部对入射声波的散射、阴影作用以及耳廓对声波的散射作用所引起，包括两部分的贡献：(1)侧向声源产生的与方向、距离有关的ILD；(2)前方声源产生的与距离有关的双耳声压谱。其中贡献(1)是强的距离感知因素，贡献(2)是弱的距离感知因素。综合各种因素的作用，侧向声源提供了绝对且强的距离感知因素，因而听觉系统可以获得相对准确、稳定的距离感知；而前方声源提供了相对的，或者弱的绝对距离感知因素，因而听觉系统距离感知的准确性、稳定性都相对较差。无论是动态或稳态VAD，理论上都可以准确重构目标声源产生的双耳声压，从而产生上述距离感知信息。但稳态虚拟听觉失去了头部转动引起的双耳声压变化带来的动态信息。这种信息的丢失或错误引起头中定位效应，从而对距离感知信息产生了干扰。特别是对前方目标声源，其距离感知因素本来就相对较弱，更容易受到错误信息的干扰。所以前方目标声源更容易产生头中定位或头表面附近的距离感知。动态VAD可以避免上述问题。作为听觉距离感知的研究工具，准确重构双耳声压及各种距离感知因素、避免错误信息干扰是至关重要的。而感知虚拟源的头外化是产生距离感知的前提条件3，即对于虚拟听觉距离感知，首先要解决头中定位的存在，才能去考虑距离感知精确度。4762024 年 5 月从这一点看，并综合本文的实验结果，稳态VAD是不适合作为听觉距离感知的研究工具的。距离感知的研究应该采用动态VAD作为工具，否则有可能会产生不一致甚至误导的结果。然而，过去的研究多是采用稳态VAD系统作为距离感知实验工具。例如文献17采用稳态VAD系统，实验结果表明对于侧向自由场虚拟源具有稳定的距离感知结果，并且侧向ILD因素对距离感知有显著作用。因为动态信息的丢失对侧向距离感知的影响较少，该研究的结果与真实声源的结果一致。但对于前方目标虚拟源，或者包含前方的多个方向的目标虚拟源的统计，稳态重放会产生与真实声源不一致的距离感知结果。例如文献18采用稳态VAD系统，得到较差的距离感知结果，并且认为ILD因素在自由场下基本不起作用。另外，VAD所用HRTF也应该仔细选择。作为科学研究的工具，保证双耳声压及其感知因素的准确性是关键的。从这一点看，选择实验测量或者数值计算所得到的近场HRTF是合适的。个性化HRTF主要是对方向定位而不是距离感知有影响。由于不同方向定位因素之间的冗余性15，引入动态因素后，方向定位对个性化HRTF的依赖已明显减少。而本文的研究为了突出动态因素而排除个性化因素的影响，刻意采用了非个性化的HRTF数据。实际中可根据需要选择个性化或非个性化HRTF数据。例如上述Brungart和Simpson的实验中，采用稳态VAD和测量得到的(少量距离和方向的)KEMAR人工头近场HRTF数据，对侧向目标声源得到了与实际声源类似的距离感知结果。另一方面，由于近场HRTF的准确获取比较困难19，有些研究所用的近场HRTF是通过粗略的估计得到的。例如，先采用钢球模型计算得到的距离变化函数(Distance variation function,DVF)20，然后用DVF对测量远场HRTF进行均衡而近似得到近场HRTF。文献2021 均采用稳态VAD和DVF合成的近场HRTF进行实验，得出较差的距离感知结果的结论，并且认为ILD并不是强有力的感知因素，这明显与真实声源的情况是不一致的，这应该是采用稳态VAD和粗略近似近场HRTF引起的。因此，用作距离感知实验的HRTF数据库需要谨慎选择，采用粗略近似方法得到的近场HRTF数据最多适合于消费应用，而对于科学研究来说，应避免使用。5结论距离感知科学研究应采用动态VAD作为实验工具。动态VAD更加接近真实的声源的情况，有效地解决头中定位现象，避免稳态听觉重放系统产生误导性的结果。另外，对于近场HRTF 数据库应谨慎选择，采用粗略近似方法得到的近场HRTF数据而引起物理准确性缺失，从而影响研究结论。同时，在实际的空间声应用中，也应该采用动态VAD产生不同的距离感知。参考文献1 Xie B.Head-related transfer function and virtual auditorydisplayM.2nd edition.Florida,USA:J.Ross Publish-ing,2013.2 Zahorik P,Brungart D S,Bronkhorst A W.Auditorydistance perception in humans:a summary of past andpresent researchJ.Acta Acustica united with Acustica,2005,91(3):409420.3 Kolarik A J,Moore B C J,Zahorik P,et al.Auditorydistance perception in humans:a review of cues,develop-ment,neuronal bases,and effects of sensory lossJ.Atten-tion,Perception&Psychophysics,2016,78(2):373395.4 Xie B,Yu G.Psychoacoustic principle,methods,andproblems with perceived distance control in spatial au-dioJ.Applied Sciences,2021,11(23):11242.5 Blauert 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