物理上,自由空间中声源辐射的声波自由传输,室内环境中声源辐射的声波还受到室内边界的反射等作用,形成复杂的物理声场。倾听者进入声场后,其自身的生理结构也会对声波产生散射和衍射作用。最后,双耳接收到的是经过环境与生理结构作用后的声压信号。无论物理声场如何复杂,听觉感知都是由听觉系统对双耳声压信号进行识别与分析而产生的。听觉系统对声音空间属性的主观感知是听觉感知的一种重要组成部分,称为空间听觉。声音的空间听觉包括声源方向定位、声源听觉宽度等多个方面。空间声重放的目的,就是让倾听者获得这些期望的空间听觉感知。过去空间声重放的研究多关注于水平面,并且已提出了多种方法以产生期望水平方向及横向听觉宽度（ASW）的虚拟源。近年来,随着三维空间声技术的快速发展,也希望能够在三维空间产生这些空间听觉事件,特别是垂直方向。本学位论文主要对三维声重放中产生垂直方向的虚拟源进行研究,包括产生期望垂直方向及垂直听觉扩展（AVS）的虚拟源。首先,本文提出了一种信号馈给法以产生前方半球空间垂直方向的虚拟源,称之为“局域Ambisonics”信号馈给法。合成虚拟源方向定位的分析结果表明,至少在扬声器布置范围内,局域Ambisonics信号馈给法能够产生与目标声源相一致的方向定位因素,因此产生的虚拟源感知方向与目标声源相一致。甚至当目标声源在扬声器布置范围外的一定区域内时,局域Ambisonics信号馈给法仍然能够产生与目标声源相一致的方向定位因素,因此产生的虚拟源感知方向能够与该区域内的目标声源相一致。进一步的心理声学实验结果与分析结果基本一致。相较于传统的分立—对信号馈给法,局域Ambisonics信号馈给法有较大的改进。其次,本文进一步研究了局域Ambisonics信号馈给法对头部平移的稳定性,也就是研究头部平移后,局域Ambisonics信号馈给法是否仍能产生与目标声源相一致的方向定位因素。合成虚拟源方向定位的分析结果表明,头部向左平移0.2 m后,至少在扬声器布置范围内,局域Ambisonics信号馈给法仍然能够产生与目标声源相一致的方向定位因素,因此产生的虚拟源感知方向与目标声源相一致。进一步的心理声学实验结果与分析结果基本一致。因此,局域Ambisonics信号馈给法对头部平移有一定的稳定性,在一定程度上满足实际应用的要求。此外,本文还研究了产生AVS和ASW机理的差异。产生AVS和ASW的机理是设计及分析AVS和ASW控制方法的心理声学基础,对于实现AVS和ASW的控制具有重要意义。本文首先重复了过去以控制通路信号相关性（ICCC）方法控制ASW的心理声学实验及其产生的双耳因素的分析,以检验过去的研究结论,并为分析AVS提供对比。实验和分析结果表明,降低ICCC可以导致双耳声压互相关系数(IACCsign)下降,同时也可以导致主导侧向定位因素（双耳相延时差ITD）随时间涨落的幅度或范围增大,因而导致感知到的ASW变宽。这与过去的研究结论基本一致。而且,与ITD随时间涨落幅度相对应的感知方位角随时间涨落幅度和实验结果的感知ASW基本相一致。进一步尝试了以水平面多通路声重放中控制ASW方法（控制ICCC）实现对AVS的控制。心理声学实验和分析结果表明,改变ICCC,不能改变IACCsign和ITD随时间的涨落,因而不能改变产生的ASW;也不能改变主导垂直定位因素?ITDz（由头部绕上下轴旋转引起的动态ITD变化因素）随时间的涨落,因而也不能改变产生的AVS。而且,与?ITDz随时间涨落范围相对应的感知仰角随时间涨落范围和实验结果的感知AVS基本相一致。在上述研究基础上,进一步对产生AVS的机理及其与产生ASW机理的差异进行了分析。分析结果表明,主导方向定位因素随时间的涨落是产生声源听觉宽度的根本原因。对于水平面,ITD是主导侧向定位因素,ITD随时间的涨落是产生ASW的原因,与ITD随时间的涨落幅度或范围相对应的感知方位角随时间的涨落范围和感知ASW相一致。而IACCsign降低对应宽的ASW可能只是一种表面现象。对于垂直面,头部绕上下轴旋转引起的动态ITD变化因素?ITDz是主导垂直定位因素,?ITDz随时间的涨落是产生AVS的原因,与?ITDz随时间的涨落幅度或范围相对应的感知仰角随时间的涨落范围和感知AVS相一致。总的来说,ASW和AVS都可以由主导方向定位因素随时间的涨落而产生。但由于水平和垂直方向的定位机理不同,导致产生ASW和AVS机理和方法的差异,因此产生ASW的方法不能直接套用来产生AVS。本文有关ASW和AVS的研究,在定量上将客观双耳因素和主观感知进行了一定的联系,修正了过去有关产生ASW机理的研究结论,提出了产生AVS的听觉机理,对于设计及分析ASW和AVS的控制方法具有重要的理论指导意义。最后,根据上述研究结论,本文首次提出了一种有效控制AVS的方法。该方法通过模拟一个垂直跳跃运动足够快的声源,从而产生AVS的听觉感知;通过控制该垂直跳跃运动声源随时间运动的垂直范围,进而实现对AVS的控制。进一步地以前面提出的局域Ambisonics信号馈给法为例,分析了所提出的控制AVS方法产生的垂直定位因素随时间涨落的情况。分析结果表明,至少在扬声器布置范围内,该方法可以产生与目标AVS相一致的主导垂直定位因素?ITDz随时间的涨落,因此可以产生与目标AVS相一致的AVS听觉感知。进一步的心理声学实验结果与分析结果基本一致。此外,所提出的方法除了适用于垂直方向,用于控制AVS以外;还可以将其拓展到水平方向,用于控制ASW;进一步地,可以用于同时控制ASW和AVS。