CN103648065A - 音频播放装置和移动终端 - Google Patents

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CN103648065A CN201310719158.XA CN201310719158A CN103648065A CN 103648065 A CN103648065 A CN 103648065A CN 201310719158 A CN201310719158 A CN 201310719158A CN 103648065 A CN103648065 A CN 103648065A
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Abstract

本发明公开了一种音频播放装置和移动终端，所述音频播放装置包括至少两扬声器，各扬声器发出的声波为相干波，且任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍，到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。从而，扬声器发出的声波在第一目标区域相干相长，有效叠加了各扬声器的发声功率，提高了目标区域声音的响度，极大的增强了该区域的音效，从而可以降低单个扬声器的峰值功率，提升了用户体验，节省了能量。扬声器发出的声波在第二目标区域相干相消，使得声音在目标区域受到抑制，实现了声音的定向传播，有利于避免信息的意外泄漏，保护了用户的隐私，同时也可以避免打扰到他人。

Description

音频播放装置和移动终端
技术领域
本发明涉及音频播放技术领域，尤其是涉及一种音频播放装置和移动终端。
背景技术
音频播放装置广泛应用于移动终端、电脑、电视机、音响等设备，用于在人们利用上述设备打电话、看视频、听音乐时传播声音。音频播放装置通过其扬声器向外发出声波来传递声音，移动终端的音频播放装置通常只有一个扬声器，其传递的声音响度较小，要增加响度则需要提高扬声器的峰值功率，从而增加了能量消耗，即使如此音量的提高也不明显，因此音效不佳，不能满足人们对音效的需求。
电脑、音响等设备的音频播放装置中通常设有两个或多个扬声器，使得音量得到了提升。但由于没有考虑到多个扬声器发出的声波相干相消和相干相长的问题，使得音量只是单倍的提升，有时还会因为部分扬声器发出的声波相干相消而抵消了部分声波的功率，因此音量提升效果不明显。
综上所述，现有的音频播放装置音效不佳，单个扬声器的峰值功率较高，能量损耗较大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种音频播放装置和移动终端，旨在有效增强音效，降低单个扬声器的峰值功率，节省能量。
为达以上目的，本发明提出一种音频播放装置，包括至少两扬声器，各扬声器发出的声波为相干波，且任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍。
优选地，还包括DSP，所述DSP用于调整各扬声器发出的声波的初相位，以使得任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍。
优选地，任意两扬声器发出的声波到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。
优选地，所述DSP用于调整各扬声器发出的声波的初相位，以使得任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍，到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。
优选地，所述任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差与声波的波长成反比，与所述任意两扬声器到达第一目标区域的距离之差成正比。
优选地，所述任意两扬声器为第一扬声器和第二扬声器，DSP根据公式
Figure BDA0000443106420000021
来调整所述第一扬声器和第二扬声器发出的声波的初相位；其中，
Figure BDA0000443106420000022
为所述第一扬声器和第二扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差，为第一扬声器发出的声波的初相位，
Figure BDA0000443106420000024
为第二扬声器发出的声波的初相位，d1为第一扬声器与第一目标区域的距离，d2为第二扬声器与第一目标区域的距离，λf为所述第一扬声器和第二扬声器发出的声波的波长。
优选地，所述第一目标区域为所述音频播放装置正面所面对的区域。
优选地，所述第二目标区域为所述音频播放装置侧面或/和背面所面对的区域。
本发明同时提出一种移动终端，所述移动终端包括一音频播放装置，所述音频播放装置包括至少两扬声器，各扬声器发出的声波为相干波，且任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍。
本发明所提供的一种音频播放装置，利用声波发生干涉时相干相长和相干相消的原理，使得任意两扬声器发出的相干声波在目标区域的相位差为2π的整数倍或π的奇数倍，从而实现了声波在目标区域相长或相消。当扬声器发出的声波在目标区域相长时，有效叠加了各扬声器的发声功率，提高了目标区域声音的响度和音量，增强了音效，提升了用户体验，同时还可以降低单个扬声器的峰值功率，节省了能量。当扬声器发出的声波在目标区域相消时，使得声音在目标区域受到抑制，实现了声音的定向传播，有利于避免信息的意外泄漏，保护了用户的隐私，同时也可以避免打扰到他人。
附图说明
图1是本发明的音频播放装置一实施例的结构框图；
图2是本发明中扬声器排布一实例的示意图；
图3是本发明中扬声器排布另一实例的示意图；
图4是声波相干相长的示意图；
图5是声波相干相消的示意图；
图6是声波传递到目标区域的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图6，提出本发明的音频播放装置一实施例，所述音频播放装置可以应用于移动终端、电脑、电视、音响等设备。所述音频播放装置包括的数字信号处理器(（DSP，Digital Signal Processor）和扬声器，DSP用于处理接收到的音频信号，扬声器用于将音频信号以声波的形式播放出来。扬声器至少有两个，可以如图2所示布置A、B、C三个扬声器，且排布呈三角形；或者如图3所示布置A、B、C、D四个扬声器，且排布呈矩形。各扬声器发出的声波频率相同，是相干波，根据波的干涉原理，当两相干波源发出的声波到达目标区域的相位差为2π的整数倍时，两相干波将在目标区域相长，得到的功率将是单个声波的4倍（如图4所示）；当两相干波源发出的声波到达目标区域的相位差为π的奇数倍时，两相干波将在目标区域相消，功率归于零（如图5所示）。如图6所示，假设两扬声器为扬声器1和扬声器2，它们与目标区域的距离分别为d1和d2，它们所发出的声波的波长为λf，它们所发出的声波的初相位分别为
Figure BDA0000443106420000031
和则根据公式
Figure BDA0000443106420000033
可得两扬声器发出的声波到达目标区域的相位差
Figure BDA0000443106420000034
根据上述公式可知，相位差
Figure BDA0000443106420000035
与波长λf成反比，与两扬声器与目标区域的距离之差（d1-d2）成正比。而在两扬声器与目标区域的距离之差（d1-d2）以及声波波长λf恒定的情况下，两扬声器发出的声波到达目标区域的相位差
Figure BDA0000443106420000041
的值取决于两扬声器发出的声波的初相位
Figure BDA0000443106420000042
和
Figure BDA0000443106420000043
有鉴于此，本实施例的音频播放装置通过DSP来调整每一扬声器发出的声波的初相位，进而控制任意两扬声器发出的声波到达目标区域的相位差
Figure BDA0000443106420000048
设所述目标区域包括第一目标区域和第二目标区域，第一目标区域优选为音频播放装置正面所面对的区域，第二目标区域优选为音频播放装置侧面或/和背面所面对的区域。用户使用音频播放装置时通常面对音频播放装置正面，即用户位于第一目标区域，DSP则调整每一扬声器发出的声波的初相位，使得任意两扬声器发出的声波到达目标区域的相位差
Figure BDA00004431064200000410
为2π的整数倍，有效叠加了各扬声器的发声功率，提高了目标区域声音的响度，使得第一目标区域的音效得以增强，提升用户体验。如果用户不希望第二目标区域的人听到音频播放装置的声音，DSP则通过调整每一扬声器发出的声波的初相位，使得任意两扬声器发出的声波到达目标区域的相位差
Figure BDA0000443106420000049
为π的奇数倍，从而抑制了第二目标区域的声音，实现了定向发声功能，有效保护了用户隐私，防止信息意外泄漏。DSP可以通过综合运算同时实现上述音效增强和定向发声功能。从而，在第一目标区域和第二目标区域确定后，DSP根据上述公式计算出各扬声器发出每一频率的声波所对应的初相位，播放音频时，DSP则根据声波频率的变化，实时调整各扬声器发出的声波的初相位，使得音频播放装置的音效在第一目标区域得以增强，在第二目标区域受到抑制，既增强了音效提升了用户体验，又实现定向发声保护了用户隐私。定向发声功能还可以应用于电话会议等场景，使得只有某一目标区域的与会者可以听到声音。
对于复杂的音源，所述DSP可以首先通过傅里叶变换公式
Figure BDA0000443106420000044
展开为频域上表示，再分别对不同频率成分的音频信号利用公式进行处理。使得音源的每一个频率上的成分，都可以在第一目标区域相干相长，在第二目标区域相干相消。从而同时实现增强音效和定向发声的效果。
此外，根据上述计算
Figure BDA0000443106420000046
的公式可知，在两扬声器发出的声波的初相位
Figure BDA0000443106420000047
和保持不变的情况下，还可以通过调整两扬声器与目标区域的距离之差（d1-d2）来调整
Figure BDA0000443106420000052
的取值。即通过调整各扬声器的排布位置，进而改变各扬声器距离目标区域的距离，同样可以实现任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差
Figure BDA0000443106420000053
为2π的整数倍，到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。
本发明的音频播放装置，利用声波发生干涉时相干相长和相干相消的原理，通过调整各扬声器发出的声波的初相位或各扬声器距离目标区域的距离，使得任意两扬声器发出的声波在目标区域的相位差为2π的整数倍或π的奇数倍，从而实现了声波在目标区域相长或相消。当扬声器发出的声波在目标区域相长时，有效叠加了各扬声器的发声功率，提高了目标区域声音的响度，使得音效在目标区域得以增强，提升了用户体验，同时还可以降低单个扬声器的峰值功率，节省了能量。当扬声器发出的声波在目标区域相消时，使得声音在目标区域受到抑制，实现了声音的定向传播，有利于避免信息的意外泄漏，保护了用户的隐私，同时也可以避免打扰到他人。
本发明同时提出一种移动终端，包括一音频播放装置，所述音频播放装置包括依次电连接的DSP、音频编解码器和至少两扬声器，各扬声器发出的声波为相干波，通过DSP调整各扬声器发出的声波的初相位或直接调整各扬声器距离目标区域的距离，使得任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍，或同时使得任意两扬声器发出的声波到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。所述移动终端可以是手机、笔记本电脑、平板电脑等移动通讯终端，也可以是MP3、MP4、PHP、PDA、数字电视、电子书等手持电子终端。本实施例中所描述的音频播放装置为本发明中上述实施例所涉及的音频播放装置，在此不再赘述。
本发明的移动终端，其扬声器发出的声波在第一目标区域相干相长，有效叠加了各扬声器的发声功率，提高了目标区域声音的响度，极大的增强了该区域的音效，从而可以降低单个扬声器的峰值功率，提升了用户体验，节省了能量。扬声器发出的声波在第二目标区域相干相消，使得声音在目标区域受到抑制，实现了声音的定向传播，有利于避免信息的意外泄漏，保护了用户的隐私，同时也可以避免打扰到他人。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种音频播放装置，包括至少两扬声器，其特征在于，各扬声器发出的声波为相干波，且任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍。
2.根据权利要求1所述的音频播放装置，其特征在于，还包括DSP，所述DSP用于调整各扬声器发出的声波的初相位，以使得任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍。
3.根据权利要求1所述的音频播放装置，其特征在于，任意两扬声器发出的声波到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。
4.根据权利要求3所述的音频播放装置，其特征在于，还包括DSP，所述DSP用于调整各扬声器发出的声波的初相位，以使得任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差为2π的整数倍，到达第二目标区域的相位差为π的奇数倍。
5.根据权利要求1所述的音频播放装置，其特征在于，所述任意两扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差与声波的波长成反比，与所述任意两扬声器到达第一目标区域的距离之差成正比。
6.根据权利要求2所述的音频播放装置，其特征在于，所述任意两扬声器为第一扬声器和第二扬声器，DSP根据公式
Figure FDA0000443106410000011
来调整所述第一扬声器和第二扬声器发出的声波的初相位；其中，
Figure FDA0000443106410000012
为所述第一扬声器和第二扬声器发出的声波到达第一目标区域的相位差，为第一扬声器发出的声波的初相位，
Figure FDA0000443106410000014
为第二扬声器发出的声波的初相位，d1为第一扬声器与第一目标区域的距离，d2为第二扬声器与第一目标区域的距离，λf为所述第一扬声器和第二扬声器发出的声波的波长。
7.根据权利要求1-6任一项所述的音频播放装置，其特征在于，所述第一目标区域为所述音频播放装置正面所面对的区域。
8.根据权利要求3或4所述的音频播放装置，其特征在于，所述第二目标区域为所述音频播放装置侧面或/和背面所面对的区域。
9.根据权利要求1-6任一项所述的音频播放装置，其特征在于，所述扬声器有四个，且排布呈矩形。
10.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的音频播放装置。
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