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空间听觉(Spatial Hearing)主要研究人类听觉系统对于声源空间方位辨别的原理,在听觉心理学、计算机虚拟现实等领域都有着广泛的应用。心理声学的研究已经表明,声源产生的直达声波经头部等的绕射后到达双耳,产生耳间时间差(Interaural Time Difference,简称ITD)和耳间声强差(Interaural Intensity Difference,简称IID);头、肩以及耳廓等部位的反射、散射、衍射声波会与直达声波在耳道入口干涉产生频谱的改变;此外头部的转动所引起的双耳差线索的改变等也提供了听觉系统用以判断声源方位的重要线索。所有这些特征线索可以用与头相关的传递函数(Head Related Transfer Functions,简称HRTFs)或对应的时域表示HRIRs(Head Related Impulse Responses)来统一表述。大脑听觉系统利用HRTFs提供的这些线索并和过去的听觉经验相比较,从而判断声源的方位。由此可见,空间听觉的研究以及虚拟听觉空间的实现中,HRTFs的有关声源方位特征线索的准确、高效的模型有着极其重要的作用,本文即主要针对该问题开展了广泛和深入的研究工作。首先,本文第一章综述了声源定位研究在整个虚拟现实技术中的地位和作用;并对该课题的研究情况,特别是与HRTFs相关的心理声学的实验和结论,进行了回顾。在分析了该课题研究状况的基础上,提出了本文主要的研究内容。接下来,第二章详细介绍了本文仿真实验采用的HRTFs的KEMAR数据包和CIPIC数据包,包括其测试方法、测试对象的人体结构参数等。同时,观察有关联的方位之间的HRTFs的变化规律,简单分析了其定位的基本原理。第三章通过对CIPIC数据包提供的HRTFs数据和相应的头、耳等人体测量参数进行统计回归分析,定性地判断和定量地近似了人体测量参数与空间听觉线索ITDmax以及HRTFs等的影响。第四章应用改进的遗传算法对HRTFs进行了空间听觉零极点以及共用声学极点的零极点模型(Common Acoustical Pole and Zero,简称CAPZ)的构建,得到了优于Prony, Yule-Walker等传统处理方法的结果。第五章和章六章基于对HRTFs数据分布特征的分析和判断,采用小波变换的非线性缩减策略对HRTFs进行了空间听觉逼近模型的构建,并分析比较了HRIRs的非正交基追踪逼近与其PCA模型、小波基、最优小波包基以及局部余弦基等不同的自适应建模效果。最后,作为对本论文工作的总结,第七章综述性地指出了虚拟听觉空间的缺陷和改进途径,并提出今后可以继续研究的几个方向。