CN105223543A - 一种基于音响装置的声波定位方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种基于音响装置的声波定位方法及其系统，所述方法包括：音响装置根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，被信号接收装置获取并解析，得到所述第二声波信号的信号强度；处理装置根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。本发明解决了音响系统定位听众位置不精确的问题，使得音响系统能够根据听众位置的改变而对输出参数进行调整，从而得到最佳的音响体验效果。

Description

一种基于音响装置的声波定位方法及其系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及的是一种基于音响装置的声波定位方法及其系统。

背景技术

音响系统是数字家庭视听体验的核心组成部分。目前，多声道音响系统正逐渐地在普通家庭中得到推广和普及，然而音响系统效果的优劣将直接影响到体验的效果。特别是“基于听众位置的多声道平衡效果”和“基于听众位置的多声道声波聚焦效果”能够真正地给听众带来极致的音响效果。

不管是“基于听众位置的多声道平衡效果”和“基于听众位置的多声道声波聚焦效果”，都必须解决听众的位置定位问题。目前，音响系统听众位置的获取方法有的是借助移动终端（如手机或PAD）接收用户自己目测估算的位置坐标，该类方法一方面用户对自己位置的估算存在较大的误差，导致后续调节效果不理想；另一方面用户必须对移动终端等进行相应的操作，才能使得音响系统获取到用户的位置，操作比较繁琐。除了以上的方法，目前没有提出更加准确和简便的用户位置的定位方法。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于音响装置的声波定位方法及其系统，旨在解决现有技术中音响系统获取到用户的位置误差较大，且操作比较繁琐的缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于音响装置的声波定位方法，其中，所述方法包括：

A、音响装置根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；

B、所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，被信号接收装置获取并解析，得到所述第二声波信号的信号强度；

C、处理装置根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。

所述基于音响装置的声波定位方法，其中，所述步骤A还包括：获取所述第一声波信号的声波信号强度及声波方向，并将所述第一声波信号的信号强度及声波方向发送至处理装置。

所述基于音响装置的声波定位方法，其中，所述步骤B还包括：信号接收装置将所述第二声波信号的信号强度发送至处理装置。

所述基于音响装置的声波定位方法，其中，所述步骤C中所述处理装置将所述第二声波信号中各声波信号的信号强度在所有第二声波信号的信号强度比重确定为第二声波信号中各声波信号的权重系数，根据所述第二声波信号中各声波信号的权重系数对第二声波信号的信号强度进行调整，将调整后第二声波信号的信号强度与第一声波信号的信号强度之间的差值根据预设的距离与信号强度对应关系确定相对距离；并根据所述第二声波信号中各声波信号的权重系数对第二声波信号中声波方向进行调整，将调整后的声波方向作为相对方向。

所述基于音响装置的声波定位方法，其中，所述步骤C具体包括：

C1、根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离；其中，L为所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离，St为所述第一声波信号中包括的各声波的信号强度，Sri为所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数、且、，Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数，i为正整数；

C2、根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向；其中，ap为所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向，ai为所述第二声波信号中包括的各声波的声波方向相对于一基准方向的角度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，i为正整数。

一种基于音响装置的声波定位系统，其中，包括：

音响装置，用于根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；

信号接收装置，用于获取并解析由所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，得到所述第二声波信号的信号强度；

处理装置，用于根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。

所述基于音响装置的声波定位系统，其中，所述音响装置还获取所述第一声波信号的声波信号强度及声波方向，并将所述第一声波信号的信号强度及声波方向发送至处理装置。

所述基于音响装置的声波定位系统，其中，所述音响装置包括多个不同声道的音箱，所述音响装置根据所述声波信号发射指令，控制所述音响装置中的各声道音箱发送相对应的第一声波信号。

所述基于音响装置的声波定位系统，其中，所述处理装置还用于接收信号接收装置发送的第二声波信号的信号强度，所述处理装置位于所述音响装置中。

所述基于音响装置的声波定位系统，其中，所述处理装置具体包括：

相对距离获取模块，用于根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离；其中，L为所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离，St为所述第一声波信号中包括的各声波的信号强度，Sri为所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数、且、，Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数，i为正整数

相对方向获取模块，用于根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向；其中，ap为所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向，ai为所述第二声波信号中包括的各声波的声波方向相对于一基准方向的角度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，i为正整数。

本发明所提供的一种基于音响装置的声波定位方法及其系统，所述方法包括：音响装置根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，被信号接收装置获取并解析，得到所述第二声波信号的信号强度；处理装置根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。本发明通过利用音响装置发出不同频率相同信号强度的第一声波信号在传输到听众位置的信号接收装置之间的信号强度变化确定音响系统中听众位置实现定位，解决了音响系统定位听众位置不精确的问题，使得音响系统能够根据听众位置的改变而对输出参数进行调整，从而得到最佳的音响体验效果。

附图说明

图1是本发明所提供的一种基于音响装置的声波定位方法较佳实施例的流程图。

图2是图1中S200的具体流程图。

图3是图1中S300的具体流程图。

图4是本发明的音响装置的示意图。

图5是本发明提供的一种基于音响装置的声波定位方法中确定第二声波方向的示意图。

图6是本发明所提供的一种基于音响装置的声波定位系统较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参考附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

请参见图1，图1是本发明所提供的一种基于音响装置的声波定位方法。如图1所示，所述基于音响装置的声波定位方法，包括以下步骤：

步骤S100、音响装置根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号。

在步骤S100中还包括：获取所述第一声波信号的声波信号强度及声波方向，并将所述第一声波信号的信号强度及声波方向发送至处理装置。

当音响装置接收一声波信号发射指令（该指令通过处理装置发送给音响装置的）时，所述音响装置根据指令发出包括多个频率不同且信号强度相同的第一声波信号。

步骤S200、所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，被信号接收装置获取并解析，得到所述第二声波信号的信号强度。

在步骤S200中还包括：信号接收装置将所述第二声波信号的信号强度发送至处理装置。

本发明的较佳实施例中，所述处理装置既可以是集成设置在音响装置内，也可以是集成设置在信号接收装置内，同样还可以是整个音响系统中独立部件，本实施例中是设置在音响装置内。

本发明的较佳实施例中，由所述音响装置发出的第一声波信号，在介质（如空气）中传播时，由于声波信号强度随传播距离越长而逐渐变小，故在信号接收装置处（即听众所在位置）获取的第二声波信号比第一声波信号的信号强度小，且声波频率保持不变。当所述信号接收装置获得所述第二声波信号后，解析所述第二声波信号的信号强度，以便确定第一声波信号的信号强度与第二声波信号的信号强度之间的差值进而确定相对距离。可见，本发明正是利用声波信号经介质传递的过程中声波强度逐渐降低的特点，来获取音响系统与待测点的相对距离。

步骤S300、处理装置根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。

在步骤S100中，所述音响装置在发出所述第一声波信号时，同时记录所述第一声波信号的信号强度及方向。之后在步骤S300中，所述音响装置接收所述第二声波信号的信号强度。此时，所述处理装置可根据所述第一声波信号的信号强度与所述第二声波信号的信号强度的差值，确定信号接收装置与音响装置的相对距离，还可根据对接收到的每个方向信号强度的分析计算，确定信号接收装置与音响装置的相对方向。

本发明的较佳实施例中，所述音响装置至少包括一个音箱，且所述音响装置可至少向一个方向发送声波。也就是说，步骤S100中发送的所述第一声波信号可以为包括多个频率不同信号强度相同的声波，且各声波的方向不同。

通过在音箱位置的不同方向发射多个不同频率同一强度的声波信号，人持有接收器接收不同频率的信号强度，然后根据发射强度与“各频率信号的整体接收强度”差以及强度与相对距离之间的关系系数确定音箱与人的相对距离；根据发出的不同频率的信号方向以及所接收到的不同频率的信号强度确定音箱与人的相对角度，从而最终确定音箱与人的相对位置。

进一步地实施例，如图2所示，所述步骤S200中获取解析声波信号的具体过程包括：

步骤S201、所述第一声波信号在由所述音响装置传播至所述信号接收装置的过程中，衰减为第二声波信号，并被所述信号接收装置获取；其中，所述第二声波信号中包括的声波与第一声波信号中包括的声波相对应，且所述第二声波信号中包括的声波的信号强度小于所述第一声波信号中包括的声波的信号强度；

显然，声波在介质中传播，其信号强度会随传播距离的增大而逐渐衰减，故所述第一声波信号在由所述音响装置传播至所述信号接收装置的过程中，衰减为第二声波信号，此时所述信号接收装置接收所述第二声波信号。

步骤S202、所述信号接收装置确定所述第二声波信号的信号强度；

当所述信号接收装置接收所述第二声波信号后，解析所述第二声波信号，并获取第二声波信号的信号强度。

步骤S203、所述信号接收装置将所述第二声波信号的信号强度发送至所述处理装置。

由于在所述信号接收装置处并无第一声波信号的参数信息（信号强度及声波方向），故在所述信号接收装置出无法确定信号接收装置与音响装置的相对距离和相对方向。此时，可将所述第二声波信号的信号强度反馈至所述处理装置，这时处理装置在音响装置发送第一声波信号时获取第一声波信号的声波信号强度及声波方向。

进一步地实施例，所述步骤S300中定位信号接收装置将所述第二声波信号中各声波信号的信号强度在所有第二声波信号的信号强度比重确定为第二声波信号中各声波信号的权重系数，根据所述第二声波信号中各声波信号的权重系数对第二声波信号的信号强度进行调整，将调整后第二声波信号的信号强度与第一声波信号的信号强度之间的差值根据预设的距离与信号强度对应关系确定相对距离；并根据所述第二声波信号中各声波信号的权重系数对第二声波信号中声波方向进行调整，将调整后的声波方向作为相对方向。

进一步地实施例，如图3所示，所述步骤S300的具体步骤包括：

S301、根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离；其中，L为所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离，St为所述第一声波信号中包括的各声波的信号强度，Sri为所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数，i为正整数；

在步骤S301中，Pi的计算公式为：，且同时满足、且0<Pi<1。

S302、根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向；其中，ap为所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向，ai为所述第二声波信号中包括的各声波的声波方向相对于一基准方向的角度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，i为正整数。

在步骤S302中，Pi的计算公式及满足的条件与步骤S301中的Pi完全相同。

在步骤S301和步骤S302中，i值越大，说明音响装置向不同方向发射的声波信号越多，则计算的信号接收装置与音响装置的相对距离和相对方向结果越准确。

进一步地实施例，所述音响装置包括多个不同声道的音箱，所述音响装置根据所述声波信号发射指令，控制所述音响装置中的各声道音箱发送相对应的第一声波信号。图4为本发明的音响装置的示意图，如图4所示，所述音响装置包括音响系统处理中心，以及与所述音响系统处理中心相连接的多个音箱，分别记为音箱1，音箱2，音箱3，……，音箱N（N为正整数），当音箱系统处理中心（即集成处理装置的音响装置）发出一声波信号发射指令时，与所述音响系统处理中心相连接的多个音箱接收所述声波信号发射指令，并分别发出多个频率及方向不同信号强度相同的声波，当所有声波传输至信号接收装置（听众位置）处时，所述信号接收装置接收所有声波。

现以一具体应用实例来说明过程。如图5为本发明提供的一种基于音响装置的声波定位方法中第二声波方向的示意图，图中A点为音箱1所处位置，B点为信号接收装置所处位置，L1为AB两点之间的相对距离，ap为AB连线的相对方向角，假设音箱1包括三个方向的声波信号发射装置，分别是D1（α1=45°），D2（α2=0°），D3（α3=-45°），其中选取声波信号发射装置D2发出的声波方向为0°方向，处于0°方向线左侧的方向线与0°方向线夹角为负值，处于0°方向线右侧的方向线与0°方向线夹角为正值；D1、D2及D3发射信号的频率分别为F1，F2，F3，D1、D2及D3发射信号的强度都为St。

信号接收装置接收到音箱1的各方向声波信号的具体参数分别为：

方向D1（a1=45°），频率为F1信号强度为Sr1；

方向D2（a2=0°），频率为F2，信号强度为Sr2；

方向D3（a3=-45°），频率为F3，信号强度为Sr3。

音箱1与信号接收装置（听众位置）的相对距离可以根据以下公式进行计算：

（1）

在式（1）中，Pi为基于各频率信号强度的权重系数、且，一般情况下信号越强，权重系数越大，其大小可以根据具体的系统进行调整，但必须同时满足0<Pi<1及；Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数，通过Pl可以把信号衰减换算成相应的距离，其大小根据具体的系统进行调整确定。

音箱1与信号接收装置（听众位置）的相对方向可以根据以下公式进行计算：

（2）

式（2）中Pi的计算公式及满足的条件与式（1）中的Pi完全相同。当式（1）和式（2）中的i值越大，说明音响装置向不同方向发射的声波信号越多，则计算的信号接收装置与音响装置的相对距离和相对方向结果越准确。

本发明所提供的基于音响装置的声波定位方法不仅能够提高定位的精确性（多方向提高精确度），而且提高了智能化水平（自动定位，无线用户干预），同时提高定位效率。本发明所提供的基于音响装置的声波定位方法解决了音响系统中对听众进行精确和简便定位的问题，使得音响系统能够根据听众位置的改变而对输出参数进行调整，从而得到最佳的音响体验效果。

基于上述实施例，本发明还提供一种基于音响装置的声波定位系统，如图6所示，所述基于音响装置的声波定位系统包括：

音响装置100，用于根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；具体如上所述。

信号接收装置200，用于获取并解析由所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，得到所述第二声波信号的信号强度；具体如上所述。

处理装置300，用于根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向；具体如上所述。

进一步地实施例，所述音响装置100还获取所述第一声波信号的声波信号强度及声波方向，并将所述第一声波信号的信号强度及声波方向发送至处理装置300；具体如上所述。

进一步地实施例，所述音响装置100包括多个不同声道的音箱，所述音响装置根据所述声波信号发射指令，控制所述音响装置中的各声道音箱发送相对应的第一声波信号；具体如上所述。

进一步地实施例，所述处理装置300还用于接收信号接收装置200发送的第二声波信号的信号强度，所述处理装置位于所述音响装置中；具体如上所述。

进一步地实施例，所述处理装置300具体包括：

相对距离获取模块，用于根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离；其中，L为所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离，St为所述第一声波信号中包括的各声波的信号强度，Sri为所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数、且、，i为正整数；具体如上所述。

相对方向获取模块，用于根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向；其中，ap为所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向，ai为所述第二声波信号中包括的各声波的声波方向相对于一基准方向的角度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，i为正整数；具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的一种基于音响装置的声波定位方法及其系统，所述方法包括：音响装置根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，被信号接收装置获取并解析，得到所述第二声波信号的信号强度；处理装置根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。本发明通过利用音响装置发出不同频率相同信号强度的第一声波信号在传输到听众位置的信号接收装置之间的信号强度变化确定音响系统中听众位置实现定位，解决了音响系统定位听众位置不精确的问题，使得音响系统能够根据听众位置的改变而对输出参数进行调整，从而得到最佳的音响体验效果。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于音响装置的声波定位方法，其特征在于，所述方法包括：

A、音响装置根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；

B、所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，被信号接收装置获取并解析，得到所述第二声波信号的信号强度；

C、处理装置根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。

2.根据权利要求1所述基于音响装置的声波定位方法，其特征在于，所述步骤A还包括：获取所述第一声波信号的声波信号强度及声波方向，并将所述第一声波信号的信号强度及声波方向发送至处理装置。

3.根据权利要求1所述基于音响装置的声波定位方法，其特征在于，所述步骤B还包括：信号接收装置将所述第二声波信号的信号强度发送至处理装置。

4.根据权利要求1所述基于音响装置的声波定位方法，其特征在于，所述步骤C中所述处理装置将所述第二声波信号中各声波信号的信号强度在所有第二声波信号的信号强度比重确定为第二声波信号中各声波信号的权重系数，根据所述第二声波信号中各声波信号的权重系数对第二声波信号的信号强度进行调整，将调整后第二声波信号的信号强度与第一声波信号的信号强度之间的差值根据预设的距离与信号强度对应关系确定相对距离；并根据所述第二声波信号中各声波信号的权重系数对第二声波信号中声波方向进行调整，将调整后的声波方向作为相对方向。

5.根据权利要求4所述基于音响装置的声波定位方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1、根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离；其中，L为所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离，St为所述第一声波信号中包括的各声波的信号强度，Sri为所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数、且

、，Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数，i为正整数；

C2、根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向；其中，ap为所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向，ai为所述第二声波信号中包括的各声波的声波方向相对于一基准方向的角度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，i为正整数。

6.一种基于音响装置的声波定位系统，其特征在于，包括：

音响装置，用于根据一声波信号发射指令，发出包括多个频率不同信号强度相同的第一声波信号；

信号接收装置，用于获取并解析由所述第一声波信号在传播的过程中衰减为第二声波信号，得到所述第二声波信号的信号强度；

处理装置，用于根据所述第一声波信号的信号强度及所述第二声波信号的信号强度确定信号接收装置与音响装置的相对距离，并根据所述第一信号的方向确定信号接收装置与音响装置的相对方向。

7.根据权利要求6所述基于音响装置的声波定位系统，其特征在于，所述音响装置还获取所述第一声波信号的声波信号强度及声波方向，并将所述第一声波信号的信号强度及声波方向发送至处理装置。

8.根据权利要求6所述基于音响装置的声波定位系统，其特征在于，所述音响装置包括多个不同声道的音箱，所述音响装置根据所述声波信号发射指令，控制所述音响装置中的各声道音箱发送相对应的第一声波信号。

9.根据权利要求6所述基于音响装置的声波定位系统，其特征在于，所述处理装置还用于接收信号接收装置发送的第二声波信号的信号强度，所述处理装置位于所述音响装置中。

10.根据权利要求6所述基于音响装置的声波定位系统，其特征在于，所述处理装置具体包括：

相对距离获取模块，用于根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离；其中，L为所述信号接收装置与所述音响装置的相对距离，St为所述第一声波信号中包括的各声波的信号强度，Sri为所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数、且、，Pl为一预先设定的基于信号强度的距离系数，i为正整数；

相对方向获取模块，用于根据确定所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向；其中，ap为所述信号接收装置与所述音响装置的相对方向，ai为所述第二声波信号中包括的各声波的声波方向相对于一基准方向的角度，Pi为根据所述第二声波信号中包括的各声波的信号强度相对应调整的权重系数，i为正整数。