实验6-6：3D空间音频技术

基于 Web Audio API 的 HRTF 双耳渲染：拖动声源或调节方位、距离、听者朝向，戴上耳机听声音“从哪里来”，并用实测的左右耳电平验证。

播放

请佩戴耳机。外放时左右声道会混在一起，听不出方向。

声源位置

0°
1.0 m

也可以直接在右侧俯视图里拖动声源。

听者

0°

空间音频控制

100%
50%
1.0

场景预设

声场俯视图圆环间隔 1 m，最外圈 5 m；中间是听者，鼻尖方向为朝向

L R
鸟鸣—
引擎—
雨声—
音乐—
音效为程序合成的循环素材；HRTF 使用浏览器内置的通用头模型，和每个人的耳廓形状有差异，前后方向可能听不准，这正是 HRTF 个性化要解决的问题。
HRTF
声像算法
0.9 s
混响时间 RT60（当前场景）
—
选中声源两耳电平差（实测，右−左）
—
选中声源距离衰减（计算）

各声源参数

声源相对方位距离距离衰减左耳（实测）右耳（实测）

“相对方位”= 声源方位 − 听者朝向，是两只耳朵实际感受到的方向。距离衰减按反比模型计算：增益 = 1 / (1 + 衰减系数 × (距离 − 1))。左右耳电平是播放时对每个声源的双耳输出逐帧测得的均方根值（不含混响）。

总输出电平（含混响，实测）

左耳
—
右耳
—

HRTF 双耳渲染

头部相关传输函数描述声音从某个方向传到左右耳鼓膜的滤波效果。对单声道音源按方向套用左右耳两组滤波器，耳机里就能听出方位。

两耳时间差与电平差

声音先到近侧耳朵（时间差约 0～0.7 毫秒），远侧耳朵被头部遮挡而变小（电平差）。高频被遮挡得多，所以鸟鸣比引擎声更容易判断方向。

距离衰减

离得越远声音越小。衰减系数越大，随距离变小得越快；真实环境中远处的声音还会损失高频、混响比例变大。

环境混响

本实验用卷积混响：按场景的混响时间生成冲激响应，与声音做卷积。混响时间越长，空间感越“大”，但方向感会被冲淡。

应用场景

VR/AR 与游戏脚步声、枪声随头部转动保持在原位，增强沉浸感和方位判断。
影视与音乐制作杜比全景声等基于对象的音频，把每个声源当作带坐标的“对象”渲染。
在线会议不同发言人放在不同方位，多人同时说话时更容易分辨是谁。
无障碍导航用来自目标方向的提示音引导视障用户行走。