球形传声器阵列捡拾与双耳虚拟重放是一种新的声场空间信息的捡拾和重放方法。它利用球形传声器阵列捡拾空间声场信号,然后通过相应的信号处理,动态合成双耳声信号并利用耳机(或扬声器)重放。这种重放方法不但能较准确地实现声场空间信息的重放,且具有较大的灵活性和通用性,在听觉相关的科学研究、多媒体和虚拟现实等领域有非常重要的应用价值。目前国际上已有研究发展了球形传声器阵列捡拾与双耳虚拟重放系统,但总体而言,这方面的研究还处于起始阶段,仍有许多有待完善的地方。主要体现为:真正完整实现从捡拾到重放的课题组非常少,特别是国内还没有这方面的系统;双耳声信号处理有待优化,目前还未见基于球形传声器阵列捡拾和双耳重放系统的虚拟源定位实验验证与评估的报道等。为此,本文开展了以下的工作:系统分析了测量方法对测量球形传声器阵列空间脉冲响应的影响,尤其研究了球形传声器阵列散射和非线性失真在脉冲响应上测量的作用,解释了不同测量方法在球形传声器阵列测量结果差异的原因。为了减少非线性失真引起的误差,建议采用对数扫频的方法进行测量。并通过设计合理的测量系统,获取了全空间方位角间隔5°(0°至355°),仰角间隔10°(-50°至90°)的远场声源空间脉冲响应数据库。这些数据将成为研究球形传声器阵列实际捡拾和重放性能的重要参考数据。在双耳虚拟重放中引入了使用数值计算获取的空间高分辨率HRTF。通过对头部模型定标方法的改进和计算参数的优化,利用边界元计算获取了准确的空间高分辨率的远场HRTF,其中频率上限16000Hz,并且全空间采样间隔达到1°。对双耳重放中所需要的HRTF空间分辨率进行了分析,提出了一种双耳听觉模型评价方法,并通过了心理声学实验验证。这种方法能够有效辨别由谱因素和ILD引起的角度差异感知,用于双耳重放中幅度谱的空间阈值分辨,为合理设计双耳重放提供了基础。提出了一种联合HRTF主成分分析与球型传声器阵列Beamforming输出的高效动态双耳合成方法。首先利用近似均匀空间分布方法,使用M=900个虚拟扬声器重构声场。然后针对这种多虚拟声源重放,采用主成分分析方法优化信号处理,采用66个滤波器或时域卷积即可有效重构信号,结合有效的动态插值方法,明显提高了信号处理的效率。构建了国内第一个完整的基于球形传声器阵列捡拾和动态双耳重放系统,利用64通路球形传声器阵列可准确实现6阶球谐信号(空间谐波)的捡拾,并使用包含有头踪迹跟踪器的动态双耳虚拟重放系统实现同等阶数的虚拟Ambisonics重放。并设计了主观评价基于此系统的定位实验方法,对系统进行了实验验证。研究了动态因素、稳态信号等不同信号对系统重放的影响,得到非常有参考价值的实验结果。本文的工作不但验证和改善了球形阵列捡拾和双耳重放系统的性能,且为今后相关的研究提供了基础。