第
24
卷第
2
期 湖 北 工 业 大 学 学 报
2009
年
04
月
Vol. 24 No. 2
Journal of Hubei University of Technology Apr. 2009
[
收稿日期
] 3
[
作者简介
]
杨珠敏
(
6
)
,
女
,
湖北仙桃人
,
武汉理工大学硕士研究生
,
研究方向 计算机辅助设计及仿真
[
文章编号
] 1003 - 4684
(
2009
)
02-0043-04
基 于
OpenAL
的 三 维 音 效 技 术 的 研 究
杨珠敏
,
陈定方
(
武汉理工大学智能制造与控制研究所
,
湖北 武汉
430063
)
[
摘 要
]
三维音效是一组声音效果的集合
,
用来加强由扬声器或耳机等声音输出设备所产生的立体感
,
或使
听众产生一种错觉
,
即声音来自于三维空间的各个方位
,
包括听众的前后左右及上方 、下方
.
在虚拟环境中
,
使
用
3D
音效模拟音源的位置与运动
,
以物理运动学、物理声学、人的生理声学、心理声学等的研究成果为理论
基础
,
以数字信号分析、处理、合成为实现手段
,
以耳机或扬声器为输出工具
,
实时合成能反映等效三维真实空
间中运动物体特性的音频信号
.
讨论了三维音效的关键技术
,
包括声音的定位、头相关传输函数
,
以及相关的
编程工具
OpenAL
的特性
,
并与
Direct X DirectSound
进行比较
,
最后给出一个
OpenAL
的实例
.
[
关键词
]
三维音效
;
环境音效扩展
; OpenAL
[
中图分类号
] TP391. 9 [
文献标识码
] : A
随着科技的进步和社会的发展
,
虚拟现实技术
已广泛地应用于越来越多的行业领域
.
三维音效在
虚拟现实中可以更真实地表现和模拟现实事物
,
从
而给用户提供一个关于视觉、听觉、触觉的全方位的
临场感
.
三维音效的主旨是营造一个虚拟的声音环
境
,
通过特殊的
H RTF(
头部反应传送函数
)
技术营
造一个趋于真实的声场
,
从而获得更好的听觉效果
和声场定位
.
目前 主 流的
3D
音效的 软件包 有
OpenaAL
和微软的
DirectX DirectSound ,
本文主要
研究
OpenAL
的应用
,
并与
Direct X DirectSound
作
出简单对比
,
以便进一步改进和提高
3D
音效的研
究与开发
.
1
三维音效的理论基础
1. 1
声音的性质
声音是机械波
,
其高低取决于物体振动的频率
.
实验证明
,
人耳对
2 500
~
3 500 Hz
的声音最为敏
感
[ 1]
.
1. 1. 1
响度和音高 响度是人对声波强度的主观
感受
,
是声强的属性
,
取决于振幅
.
音高是人对声波
振动变化频度的感受
,
是频率的属性
,
受振动物体的
大小、质量和张力的影响
.
响度和音高与物理测量出
来的频率没有线性对应的关系
.
复音 单一频率的声音被称为纯音
,
而现实
中的大多数声音都是由多种声音叠加而成的复音
.
1.1. 3
声响掩蔽 也称为同步掩蔽
,
指一种频率的
声音阻碍听觉系统感受另一种频率的声音
.
如当
2
个声音同时存在时
,
较小的声音因被较大的声音盖
过而无法分辨
.
1.1. 4
哈斯效应
( Haas Effect)
当
2
个强度相等
而其中
1
个经过延迟的声音同时到听者耳中时
,
如
果延迟在
30 ms
以内
,
听觉上将感到声音好像只来
自未延迟的声源
,
并不感到经延迟的声源存在
.
当延
迟时间超过
30 ms
而未到
50 ms
时
,
则听觉上可以
识别出已延迟的声源存在
,
但仍感到声音来自未经
延迟的声源
.
只有当延迟时间超过
50 ms
以后
,
听觉
上才感到延迟声成为一个清晰的回声
.
1.2
声音的定位
1.2. 1
双耳效应 声音的定位主要由双耳效应决
定
,
即人依靠双耳间的音量差 、时间差和音色差判别
声音方位
.
声音强弱不同时
,
可感受出声源与听音者
之间的距离
.
此外
,
环境的反射和折射等其他因素也
是人耳能够对声源进行空间定位的重要原因
.
1.2. 2
环境效应 听者一般通过声音的大小来判
断声源与其的距离
.
声音大的较近
,
声音小的较远
,
这是因为声音随着距离的增加而有所衰减
.
实验表
明
,
原始声音与经过听者周围物体表面反射和散射
等作用后的声音强度之比是判断声源距离的重要因
素 环境的反射声与回响还可以营造环境感
,
帮助人
2009 - 0 - 20
198 - : .
1. 1. 2 .