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基于耳机的双耳重放技术可以通过拾取或合成人耳处的声压信号来真实地还原空间中的物理声场，使听音者获得身临其境的听觉体验。这种声重放技术具有结构简单、易于实现及重放声场自然等优点，逐渐成为三维音频重放领域的研究热点。但到目前为止，耳机重放仍然存在“头中效应”、声像定位模糊等问题，这主要是由于采用了非个性化的头相关传递函数、忽略耳道传递函数的影响以及未对耳机传递函数做均衡等。为此，本文主要围绕外耳传递特性分析、耳道传递函数估计和耳机传递函数均衡三个方面进行了研究，主要的研究内容和创新点如下: (1)系统地研究了外耳传递函数随耳道测量位置的变化规律。针对实际测量真人耳道内声信号困难性和危险性的问题，制备了三种不同长度的变截面仿真耳道，用来模拟声波在真人耳道内的传输过程。通过在听音室和半消声室测量仿真耳道内不同位置的声压频率响，来研究不同耳道长度、形状对外耳传递函数的影响。考虑到真人外耳的个体化差异，引入了三种不同形状耳廓，用以分析耳廓尺寸对耳道内声压频率响应的影响。与此同时，研究了当耳道入口被封闭时，耳道传递函数随测量位置的变化规律。 (2)利用一种基于传输线理论的耳道声学模型实现了对外耳传递函数和耳机到鼓膜传递函数的估计。针对模型中需要测量的声学参数，提出了一种基于传声器阵列的测量方法。理论分析和实验证明了该方法的有效性。利用测量得到的声学参数，开展了对不同外耳参数和不同耳机下的耳道传递函数特性研究。结果表明，不同耳道参数和鼓膜声阻抗下的外耳传递函数差异较大，不同耳机的传递函数也展现出较大不同，具有明显的个性化特征。利用人工头和变截面仿真耳道验证了该耳道模型估计结果的有效性。 (3)针对耳机测量重复性及耳机传递函数鲁棒性较差的问题，本文提出了一种基于感知鲁棒性的耳机均衡方法。该方法利用一种分解算法来估计正则化参数的取值，通过调节正则化参数的大小来实现不同频点求逆的单独控制，进而采用最小二乘法实现对耳机传递函数的均衡。实验结果表明，相比于传统的最小二乘法和complex smoothing方法，提出的方法可以在保证听觉感知的前提下，实现理想的均衡效果，并且对耳机传递函数测量偏差具有一定鲁棒性。