虛擬雙聲道播放架構於筆電揚聲系統之設計與實現｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	許益瑋 Yi-Wei Hsu
論文名稱：	虛擬雙聲道播放架構於筆電揚聲系統之設計與實現 Design and Implementation of A Virtual Stereo Architecture on the Loudspeaker System of A Laptop Computer
指導教授：	吳傳嘉 Chwan-Chia Wu
口試委員:	黎碧煌 Bih-Hwang Lee 張俊明 Chun-Ming Chang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電機工程系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2018
畢業學年度：	106
語文別：	中文
論文頁數：	122
中文關鍵詞：	聲學、虛擬雙聲道、頭部轉移函數、筆電、音樂播放器
外文關鍵詞：	Acoustics Theory, Virtual Stereo, HRTF, Laptop Computer, Music Player
相關次數：	點閱：958 下載：0
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現在所流行的擴增實境以及虛擬實境都是著重在於「視覺」方面的體驗，對於「聽覺」方面則鮮少著墨。如果現階段想在聽覺上擁有3D(3-Dimensions)效果臨場體驗的話，最直接的方法就是使用耳機或是多聲道的喇叭來增加臨場感，否則，在聽覺方面是很難達成身歷其境的感覺。但這兩種方法都需要增加額外的硬體成本或是特製的音源，使其應用有所限制，因此，有人提出了「虛擬音效」的理論，而本文也將以此為主軸進行探討以及應用。
本論文主要分為兩部分，第一部分為探討基本聲學理論，其中包含聲音的基本參數、音場種類、人耳構造以及聲源定位原理等，而第二部分則為實作出一個能應用於筆電揚聲系統之音樂播放器，此播放器將整合頭部轉移函數(Head Related Transfer Function，HRTF)，讓使用者能方便的轉換出最適合自己的立體音訊，並且直接透過筆電上的揚聲器進行播放，最終達到虛擬雙聲道實現於筆電揚聲系統之目的。

Nowadays, the Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) focus on the "vision" experience, not "hearing". If at this stage you want to have 3-Dimensions hearing of presence, you can use headphone or multi-channel speaker. But the headphone and multi-channel speaker means more cost for hardware, so researchers developed the theory of virtual sound (VS) and carry about many research studies, and the virtual sound and application is point in the this paper.

This thesis is divided into two parts. The first part is to explore basic acoustics theory which contains basic standard, field, human ear structure and human sound location theory. The second part is to implement a virtual stereo music player on the laptop computer. This music player includes HRTF (Head Related Transfer Function) functions for users to customize a virtual stereo music, and for playing on the laptop computer speaker. Finally, this thesis realizes the virtual stereo play by the speaker os laptop computer.

摘要    I
ABSTRACT    II
誌謝    III
目錄    IV
圖目錄    VIII
表目錄    XIII
第一章、 緒論    1
1    研究背景    1
2    研究動機與目的    3
3    研究內容    6
4    章節架構    6
第二章、 聲學原理與虛擬音效    7
1    波與聲波    7
1.1    波    7
1.2    聲波    8
1.3    聲波在時間與空間的關係式    8
2    聲音基本參數    10
2.1    聲壓    10
2.2    聲功率    10
2.3    聲強    10
3    分貝    10
3.1    聲強值    11
3.2    聲壓值    11
3.3    聲功率值    12
3.4    聲壓與分貝的比較    12
4    音源    13
4.1    點音源    13
4.2    線音源    15
4.3    平面音源    16
5    音場特性    16
5.1    近音場    17
5.2    自由音場    17
5.3    反射音場    17
6    人耳構造及功能    18
6.1    外耳    18
6.1.1    耳廓    19
6.1.2    外耳道    20
6.2    中耳    20
6.2.1    鼓膜    21
6.2.2    三小聽骨    21
6.2.3    耳咽管    22
6.3    內耳    23
6.3.1    半規管、前庭    23
6.3.2    卵圓窗    23
6.3.3    耳蝸    24
6.3.4    柯氏器    24
7    聲音感知    26
7.1    聽覺範圍    26
7.2    響度    28
7.3    等響度曲線圖    30
7.4    哈斯效應    31
7.5    空間判斷    32
7.6    人耳主觀聽覺之變異    33
8    聲源定位    35
8.1    雙耳時間差(ITD)    35
8.2    雙耳強度差(IID)    38
8.3    雙耳相位差(IPD)    39
8.4    頭部轉移函數(HRTF)    42
8.4.1    簡介    42
8.4.2    假人模型及測試環境    42
第三章、 系統架構介紹    44
1    MacBook Pro簡介    44
2    Python簡介    45
2.1    Python版本    45
2.2    執行Python    46
2.2.1    互動式介面    46
2.2.2    文字編輯器    47
2.2.3    整合式開發環境    48
3    音訊檔案格式簡介    49
3.1.1    WAV    49
3.1.2    MP3    50
4    軟體架構    51
4.1    音樂播放器使用介面    52
4.2    虛擬音效音訊合成    53
4.2.1    頭部轉移函數的數學定義    54
4.2.2    HRTF資料庫 - CIPIC    56
4.2.3    HRTF資料庫 - MIT Media Lab    57
4.2.4    交叉效應(Crosstalk)    58
第四章、 實作成果    61
1    播放器介面    61
1.1    播放器引用函式庫    64
1.2    功能鍵程式碼    64
1.3    播放功能    65
1.4    暫停功能    68
1.5    繼續功能    69
1.6    停止功能    70
1.7    換歌功能    71
1.8    虛擬音效音訊合成界面    72
1.9    距離-角度對照表    73
1.10    角度計算機    75
2    音訊轉換    77
2.1    音訊轉換引用函式庫    77
2.2    讀取音檔    78
2.3    讀取CIPIC之HRTF函式庫    79
2.4    讀取MIT Media Lab之HRTF函式庫    83
2.5    音訊合成    86
2.5.1    音框化以及漢明窗    87
2.5.2    音訊與HRTF函數合成    88
2.5.3    製作音檔    89
3    實驗波形    91
3.1    原始音訊    91
3.2    原始交叉效應反矩陣    92
3.3    改良公式一    93
3.4    改良公式二    94
3.5    改良公式三    95
3.6    原始交叉效應反矩陣+虛擬效果    96
3.7    改良公式一+虛擬效果    97
3.8    改良公式二+虛擬效果    97
3.9    改良公式三+虛擬效果    98
3.10    角度與聲壓值變量關係    99
第五章、 結論與未來展望    102
1    結論    102
2    未來展望    102
參考文獻    104
                                

[1] 蔡國隆，王光賢，涂聰賢，聲學原理與噪音量測控制，初版，台北市，全華，[民93]
[2] 張碩軒，影響“聲音”之系統之整合研究，國立清華大學動力機械工程學系碩士論文，2009/07.
[3] 吳耀豐，虛擬環繞架構於立體聲揚聲系統之設計與實現，國立中央大學通訊工程學系碩士論文，2013/06.
[4] Wiki. Microphone：https://en.wikipedia.org/wiki/Microphone
[5] Wiki. Pascal (unit)：https://en.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unit)
[6] 白明憲編著，工程聲學，三版，台北市，全華，2004.
[7] Hugo Fastl and Eberhard Zwicker，Psychoacoustics Facts and Models Updated Edition，Springer，2007.
[8] Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.
[9] Wiki. Vestibular duct：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cochlea-crosssection.svg
[10] J. Eargle，Handbook of Recording Engineering Edition，Kluwer Academic Publishers，2003.
[11] E. Zwicker and H. Fastl，Psychoacoustics Facts and Models Updated Edition，Springer，1999.
[12] Wiki. Fletcher–Munson curves：https://en.wikipedia.org/wiki/Fletcher–Munson_curves
[13] D.M. Huber and R.E. Runstein，Modern Recording Techniques Edition，Focal Press，2001.
[14] Wiki. Precedence effect：https://en.wikipedia.org/wiki/Precedence_effect
[15] Douglas，Audio engineering explained-professional audio recording，Focal Press，2010.
[16] Francis Rumsey，Spatial Audio，Focal Press，2001.
[17] V. Larcher and J. –M. Jot，"Techniques d'interpolation de filtres audio-numériques, Application à la reproduction spatiale des sons sur écouteurs"，Proc.of the Congress of the French Soc. of Acoust，Marseille，France. pp.97-100，1997.
[18] Peter Xinya Zhang and William M. Hartmann，"Lateralization of sine tones–interaural time vs phase (L)"，Acoustical Society of America，Vol.120，No.6，pp.3471-3474，December 2006.
[19] Simone ERLI，Development of an interface for an HRTF-adaptation of users of interactive applications，2015.
[20] Wiki. MacBook Pro：https://en.wikipedia.org/wiki/MacBook_Pro
[21] MacBook Pro (Retina, 13 英寸, 2013 年末) - 技術規格：https://support.apple.com/kb/sp691?locale=zh_TW
[22] MacBook Pro 13'' Retina Display Late 2013 Teardown：https://www.ifixit.com/Teardown/MacBook+Pro+13-Inch+Retina+Display+Late+2013+Teardown/18695
[23] 鎌田正浩著，陳禹豪、林子政譯，Python程式設計「超」入門，初版2刷，台北市，旗標，2017/02.
[24] Welcome to Python.org：https://www.python.org/
[25] Wiki. Audio file format：https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_file_format
[26] 梁智傑，聆聽音符的機器學習，國立東華大學應用數學系統計碩士論文，2017/06.
[27] 陳威宏，MP3轉為AAC的快速音訊格式轉編碼，國立臺北科技大學資訊工程研究所碩士學位論文，2009/07.
[28] Wiki. Moving Picture Experts Group：https://en.wikipedia.org/wiki/Moving_Picture_Experts_Group
[29] Electrical and Computer Engineering College of Engineering UC Davis：https://www.ece.ucdavis.edu/cipic/
[30] V. R. Algazi，R. O. Duda，D. M. Thompson and C. Avendano，"The CIPIC HRTF Database," Proc. 2001 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Electroacoustics，pp. 99-102，Mohonk Mountain House，New Paltz，NY，Oct. 21-24，2001. https://www.ece.ucdavis.edu/cipic/spatial-sound/hrtf-data/
[31] Wiki. MIT Media Lab：https://en.wikipedia.org/wiki/MIT_Media_Lab
[32] B. Gardner and K. Martin，"HRTF measurements of KEMAR dummy-head microphone"，MIT Media Lab，1994，http://sound.media.mit.edu/resources/KEMAR.html

全文公開日期 2023/08/12 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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