CN106210973A - 一种近距离定点还原声波形成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种近距离定点还原声波形成方法，包括产生至少一个音频信号；以及产生至少二个对应此音频信号的高频载波信号。此音频信号分别被加载至对应的各高频载波信号，以便形成至少二个加载信号。此等加载信号各自被发送至一空间交会区域重合而形成一近距离定点还原声波。藉此，近距离定点还原声波具有高度指向性，得以于空间交会区域内形成一近距离单独封闭聆听区域而不致遭受外界环境干扰。

Description

一种近距离定点还原声波形成方法及装置

技术领域

本发明涉及一种近距离定点还原声波形成方法及装置。

背景技术

声音之传递于现代人生活中扮演一重要角色。声音与画面的结合替现代人带来感官视听上的满足。基于现代人对个人隐私的重视，能于聆听音乐时不致干扰他人或不致受他人干扰，已是一重要考虑。为达上述目的，许多人于其住所中建置专属之音响视听室。然而，其需使用一定数量之隔音设备或材料，所费不赀，亦非每个人之住所都有足够之空间供建置此音响视听室。因此，其应用受限，且空间之便利性不足。

针对上述问题，已有人思考如何在有限空间让声音之传递具指向性。亦即，如何形成仅于一特定区域可聆听之声音信号，而于特定区域之外则无法听到声音信号。藉此，可排除聆听者对他人或他人对聆听者的干扰。其一方式，系利用超声波为之。

超声波之频宽超过人耳可听之频率范围，不致对人听觉有所影响。然而，超声波于空气中传播时，其物理作用所呈现出之高指向性则可被利用。将可被人耳听见之声音信号调变加载至超声波后，基于超声波的高指向性，将声音信号集中发送至特定区域。于传送过程中，调变后之声波和空气形成非线性交互作用 ( 此称为自解调 ) ，从而将可听声音还原释放。

上述是藉由超声波在空气中，以非线性方式进行自解调。经一传递距离后，声音信号从超声波 ( 载波 ) 中解调出来，还原为人耳可听之声音信号。习知为达到声音不失真、更高的指向性以及更长传递距离等效果，需使用相当数量的发送组件将超声载波集中。另外，由于自解调是依靠空气介质而达成，因此需要一段距离方能达到足够的解调程度。亦即，上述之方式并不适用于近距离封闭空间的应用。并且，庞大数量的发送组件不仅不利于小型空间，亦大幅加制造成本。若因空间及成本考虑减少发送组件的使用，势必对声音的失真度需做出妥协，进而影响还原声音的质量。

基于上述的原因，习知的技术无法于近距离形成还原的声音信号。无论如何，于近距离封闭空间内聆听音乐而不受他人干扰的需求，仍随着对个人隐私性的愈趋注重而增加。缘此，仍亟需于近距离封闭空间内可聆听声音的方法或装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种近距离定点还原声波形成方法及装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种近距离定点还原声波形成方法，包括：

产生至少一个音频信号；

产生至少两个对应该音频信号的高频载波信号，该音频信号分别被加载至对应的各该高频载波信号，以便形成至少两个加载信号；

其中该些加载信号各自被发送至一空间交会区域重合而形成一近距离定点还原声波，且该些高频载波信号重合后形成一重合高频载波信号；

其中该重合高频载波信号的频率大于原本各该高频载波信号的频率，且该重合高频载波信号的振幅小于原本各该高频载波信号的振幅。

优选地，该些高频载波信号的频率为 16KHz 以上。

优选地，其中该些高频载波信号系使用一迭加方式，令该些高频载波信号彼此在该空间交会区域以该些高频载波信号的正负半周重合而形成该近距离定点还原声波。

优选地，其中该些高频载波信号系使用一调变方式，令该些高频载波信号彼此在该空间交会区域以令该些高频载波信号以彼此具相位差方式重合而形成该近距离定点还原声波。

优选地，其中该音频信号的数量系与高频载波信号数量相同。

优选地，其中该音频信号为两个以上且各该音频信号间不具有相位差。

优选地，其中该高频载波信号的数量为 n ，且各该高频载波信号的相位差为 360/n 度。

优选地，其中各该高频载波信号间振幅差介于 0~20% 。

优选地，其中该高频载波信号的数量为 n ，且该重合高频载波信号的频率为原本各该高频载波信号的 n 倍 。

优选地，其中各该高频载波信号间频率相同且具有相位差。

优选地，其中该加载信号的数量为 3 个以上。

优选地，其中该加载信号系以正负半周有差量的方式发送。

一种近距离定点还原声波装置，包括：

至少两个调变器或加法器，用以将至少一个音频信号加载到至少两个对应该些音频信号的高频载波信号，并产生至少两个加载信号，其中各该高频载波信号间具有相位差；

多个指向性发送器，用以分别接收该些加载信号，并朝预期还原声波的空间交会区域方向发送该些加载信号；

其中，该些加载信号经该些指向性发送器分别发送后，于一空间交会区域重合并还原形成一近距离定点还原声波，该近距离定点还原声波至少包括一重合高频载波信号及一重合音频信号，且该重合高频载波信号的频率大于原本各该高频载波信号的频率，且该重合高频载波信号的振幅小于原本各该高频载波信号的振幅。

优选地，更包括至少两个放大器，其中该些放大器连接该些调变器，用以放大该些加载信号而输出至该些指向性发送器。

优选地，其中各该加载信号以正负半周有差量的方式发送。

优选地，其中该些高频载波信号的频率为 16KHz 以上。

优选地，其中该加载信号的数量为 3 以上。

优选地，其中该高频载波信号的数量为 n ，且各该高频载波信号的相位差为 360/n 度。

优选地，其中该高频载波信号的数量为 n ，且该重合高频载波信号的频率为原本各高频载波信号的 n 倍 。

一种近距离定点还原声波装置，包括：

一 定位装置；

至少两调变器，用以将至少一音频信号加载至至少两对应该音频信号的高频载波信号，并产生至少两个加载信号，其中各该高频载波信号间具有相位差；

至少两个追踪式指向性发送器，用以追踪该定位装置，并跟随该定位装置朝其发送该些加载信号；

其中，该些加载信号经该些指向性发送器分别发送后，于一空间交会区域重合并还原形成一近距离定点还原声波；该些高频载波信号重合后形成一重合高频载波信号，该重合高频载波信号的频率大于原本各该高频载波信号的频率，且该重合高频载波信号的振幅小于原本各该高频载波信号的振幅。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

由于本发明利用至少两个高频载波信号各自加载音频信号而形成多个加载信号，并令此等加载信号于一空间交会区域重合，而形成一近距离定点还原声波。以此等方法及装置所形成的近距离定点还原声波具有高度指向性，得以令聆听者于空间交会区域内聆听音乐信号而不受周遭环境影响。

附图说明

附图 1 为发明实施例一的方法流程示意图；

附图 2 为发明实施例一的将高频载波信号以迭加或调变方式形成近距离定点还原声波的示意图；

附图 3 为发明实施例二的装置示意图；

附图 4 为发明实施例三的装置示意图；

附图 5 为发明实施例四的装置示意图。

以上附图中： S101~S104 、步骤； 200 、近距离定点还原声波装置； 201 、调变器； 202 、调变器； 203 、调变器； 204 、指向性发送器； 205 、指向性发送器； 206 、指向性发送器； 300 、近距离定点还原声波装置； 400 、近距离定点还原声波装置； 401 、追踪式指向性发送器； 402 、追踪式指向性发送器； 403 、定位装置； S1 、高频载波信号； S2 、高频载波信号； S3 、高频载波信号； S4 、重合高频载波信号； A1 、高频载波信号； A2 、高频载波信号； A3 、高频载波信号； B1 、音频信号； B2 、音频信号； B3 、音频信号； C 、近距离定点还原声波； E 、空间交会区域。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图 1 所示，附图 1 为本实施例的近距离定点还原声波形成方法流程示意图。

在本实施例中，近距离定点还原声波形成方法包括下列步骤：

S101 ，产生至少一个音频信号。

S102 ，产生至少二个对应音频信号的高频载波信号。

S103 ，分别加载音频信号至对应的各高频载波信号，以便形成至少二个加载信号。

S104 ，各自发送二加载信号至一空间交会区域重合，进而形成一近距离定点还原声波，其中上述高频载波信号重合后形成一重合高频载波信号，且重合高频载波信号的频率大于原本各高频载波信号的频率，而重合高频载波信号的振幅小于原本各高频载波信号的振幅。

上述步骤 S103 中，高频载波信号系为频率 16kHz 以上的超声波信号。一般此高频载波信号无法为人耳所听见，其频率、振幅或相位等特性皆与音频信号不同。为使音频信号可以被加载至高频载波信号，需对音频信号进行迭加或调变的动作。

上述步骤 S104 中，为使加载信号于交会重合区域能将原音频信号还原而形成近距离定点还原声波，高频载波信号系透过迭加方式令高频载波信号彼此在空间交会区域以高频载波信号的正负半周重合；或透过调变方式，令高频载波信号彼此在空间交会区域以令高频载波信号以彼此具相位差方式重合。关于上述高频载波信号的迭加或调变方式，将在附图 2 中详述。

上述近距离定点还原声波形成方法中，音频信号的数量与高频载波信号的数量可自由选择，较佳地，音频信号的数量可选择与高频载波信号数量相同，由此可提供信噪比差异大、低噪声的声音信号。

上述音频信号可为两个以上，且较佳地，各音频信号间实质上不具有相位差 ( 小于 |90| ° ) 。上述对相位差的选择系基于若相位差为零度，各音频信号就会产生建设性干涉，若形成相位差，则各音频信号形成破坏性干涉而导致声音失真。

上述的各高频载波信号间频率相同且具有相位差。较佳地，若高频载波信号的数量为 n ，且各高频载波信号的相位差为 360/n 度。由此可达到衰减高频的目的，变成重合高频载波信号的频率振幅。

上述的各高频载波信号间振幅差小于 50% 。较佳地，各高频载波信号间振幅差介于 0~20% 。由此可达到衰减高频的目的，变成重合高频载波信号的频率振幅。

上述加载信号间彼此以具有相位差或正负半周有差量的方式发送以得到近距离定点还原声波。加载信号可择合适的数量，并依据选取的数量调变各加载信号的相位差以使原音频信号得到较好的还原。较佳地，若加载信号的数量为 n ，则各加载信号间的相位差选取为 360/n 度。由此可达到衰减高频的目的，变成重合高频载波信号的频率振幅。

上述高频载波信号的数量为 n ，则重合高频载波信号的频率为原本各高频载波信号的 n 倍 。

参见附图 2 所示，为在本实施例方法中将高频载波信号以迭加或调变方式形成近距离定点还原声波的示意图，值得一提的是，本发明非如习知利用高频载波信号 ( 如超声波 ) 在空气中自解调的特性还原声波，而是透过调变高频载波信号本身的特性而还原声波。如附图 2 所例示，调变高频载波信号 S1 、高频载波信号 S2 及高频载波信号 S3 彼此频率相同且具有相位差。于将高频载波信号 S1 、高频载波信号 S2 及高频载波信号 S3 迭加重合后，形成重合高频载波信号 S4 。基于波动的建设性干涉或破坏性干涉原理，使重合高频载波信号 S4 的频率大于原本各高频载波信号的频率，而重合高频载波信号的振幅小于原本各高频载波信号的振幅。前所提及的正负半周有差量，则是于波形迭加时，令加载信号能更有效的被送达空间交会区。

实施例二：参见附图 3 所示，附图 3 为本实施例的近距离定点还原声波装置 200 示意图；实施例一描述形成近距离定点还原声波的方法，本实施例将配合物理结构上的说明，以使本发明能更被清楚地理解。

附图 3 中，近距离定点还原声波装置 200 至少包括二调变器 201 、 202 及二指向性发送器 204 、 205 。调变器 201 系用以接收高频载波信号 A1 及音频信号 B1 后，将音频信号 B1 调变或迭加后加载至高频载波信号 A1 ，而形成一加载信号。相同地，调变器 202 系用以接收高频载波信号 A2 及音频信号 B2 后，将音频信号 B2 调变或迭加后加载至高频载波信号 A2 ，而形成另一加载信号，需知上述音频信号 B1 及音频信号 B2 系发出自 同一音频信号源。此二加载信号各别经二指向性发送器 204 、 205 发送至一空间交会区域 E 而形成一近距离定点还原声波 C 其波形如第 3 图中编号 C 所绘示。如上述方法中提及，高频载波信号 A1 与高频载波信号 A2 频率相同且具有相位差，且各自加载后的加载信号以正负半周有差量的方式发送。藉此，可控制于特定距离还原形成可听的近距离定点还原声波 C ，而为位于空间交会区域 E 中的聆听者所听见。基于高频载波信号 A1 及高频载波信号 A2 的非线性物理特性，使近距离定点还原声波 C 形成于聆听者距指向性发送器 204 、 205 相当靠近的封闭极小区域；再基于高频载波信号 A1 及高频载波信号 A2 的高指向性，使最终形成的近距离定点还原声波 C ，仅为位于空间交会区域 E 中的聆听者所听见，而不致被传递至空间交会区域 E 外，进而使旁人无法听得近距离定点还原声波 C ，达到防干扰效果。进一步而言，定点还原声波 C 至少包括一重合高频载波信号 S4 及由音频信号 B1 、 B2 所迭加的一重合音频信号，需知上述音频信号 B1 及音频信号 B2 系发出自 同一音频信号源。其中重合高频载波信号 S4 的频率大于原本各高频载波信号 A1 、 A2 的频率，且该重合高频载波信号 S4 的振幅小于原本各高频载波信号 A1 、 A2 的振幅；较佳地，若高频载波信号的数量为 n ，则重合高频载波信号 S4 的频率为原本各高频载波信号 A1 、 A2 的 n 倍 。

上述近距离定点还原声波装置 200 中，调变器 201 、 202 亦可替换为加法器。并且，使用放大器分别连接至调变器 201 、 202 ，再将经放大后的加载信号分别传送至指向性发送器 204 、 205 亦是可能的作法。

实施例三：参见附图 4 所示，与实施例三相似的，附图 4 为本实施例的近距离定点还原声波装置 300 示意图。本实施例使用多个指向性发送器 204 、 205 、 206 得以使近距离定点还原声波 C 被更好地还原，聆听者可听得具有更好指向性及更不失真的声音信号。据此，本实施例所公开的近距离定点还原声波装置 300 中，其与实施例三的近距离定点还原声波装置 200 的差异，在于多组设一调变器 203 及指向性发送器 206 。

近距离定点还原声波装置 300 包括三个调变器 201 、 202 、 203 ，以及三个指向性发送器 204 、 205 、 206 。透过此配置方式，音频信号 B1 透过调变器 201 被加载至高频载波信号 A1 而形成一加载信号；音频信号 B2 透过调变器 202 被加载至高频载波信号 A2 而形成另一加载信号；而音频信号 B3 透过调变器 203 被加载至高频载波信号 A3 而形成又一加载信号。三个加载信号各自为指向性发送器 204 、 205 、 206 发送而交会于空间交会区域 E 。指向性发送器 204 、 205 、 206 得以数组式排列方式为之，以得到更好的声音还原效果。

实施例二、实施例三的近距离定点还原声波装置 200 、 300 中，得以视实际状况需求改变高频载波信号及音频信号的数量，且各高频载波信号或各加载信号间的相位差亦可择优选取。例如，高频载波信号的数量为 n ，则各高频载波信号的相位差为 360/n 度；加载信号的数量为 n ，则各加载信号的相位差为 360/n 度。透过此种相位差选取方式，得以使声音的还原更为准确不失真。

实施例四：如附图 5 所示，附图 5 为本实施例的近距离定点还原声波装置 400 示意图。于近距离定点还原声波装置 400 中，使用了与实施例二、实施例三中相同的调变器 201 、 202 。差异在其搭配了追踪式指向性发送器 401 、 402 ；而于聆听者身上则配戴有定位装置 403 。据此，于聆听者移动时，近距离定点还原声波 C 亦随之移动，令聆听者随时随处可听得具指向性及不失真的声音信号，而不致干扰旁人或为旁人所干扰。

综合上述，运用本发明提供的近距离定点还原声波形成方法及装置得以于近距离形成封闭的聆听空间，不受外界干扰或干扰外界。其具有诸多例如：深夜观赏电影时不会影响其它人作息；可于同一空间存在多个音乐拨放系统而互不干扰；于吵杂环境下亦能清楚欣赏音乐；以及于接听来电时，同车乘客听不到对方来电内容等应用方式。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内 。

Claims (20)

1.一种近距离定点还原声波形成方法，包括：

产生至少一个音频信号；

产生至少两个对应该音频信号的高频载波信号，该音频信号分别被加载至对应的各该高频载波信号，以便形成至少两个加载信号；

其中该些加载信号各自被发送至一空间交会区域重合而形成一近距离定点还原声波，且该些高频载波信号重合后形成一重合高频载波信号；

其中该重合高频载波信号的频率大于原本各该高频载波信号的频率，且该重合高频载波信号的振幅小于原本各该高频载波信号的振幅。

2.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：该些高频载波信号的频率为16KHz以上。

3.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该些高频载波信号系使用一迭加方式，令该些高频载波信号彼此在该空间交会区域以该些高频载波信号的正负半周重合而形成该近距离定点还原声波。

4.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该些高频载波信号系使用一调变方式，令该些高频载波信号彼此在该空间交会区域以令该些高频载波信号以彼此具相位差方式重合而形成该近距离定点还原声波。

5.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该音频信号的数量系与高频载波信号数量相同。

6.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该音频信号为两个以上且各该音频信号间不具有相位差。

7.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该高频载波信号的数量为 n，且各该高频载波信号的相位差为360/n度。

8.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中各该高频载波信号间振幅差介于 0~20%。

9.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该高频载波信号的数量为 n，且该重合高频载波信号的频率为原本各该高频载波信号的n倍。

10.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中各该高频载波信号间频率相同且具有相位差。

11.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该加载信号的数量为3个以上。

12.根据权利要求1所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该加载信号系以正负半周有差量的方式发送。

13.一种近距离定点还原声波装置，包括：

至少两个调变器或加法器，用以将至少一个音频信号加载到至少两个对应该些音频信号的高频载波信号，并产生至少两个加载信号，其中各该高频载波信号间具有相位差；

多个指向性发送器，用以分别接收该些加载信号，并朝预期还原声波的空间交会区域方向发送该些加载信号；

其中，该些加载信号经该些指向性发送器分别发送后，于一空间交会区域重合并还原形成一近距离定点还原声波，该近距离定点还原声波至少包括一重合高频载波信号及一重合音频信号，且该重合高频载波信号的频率大于原本各该高频载波信号的频率，且该重合高频载波信号的振幅小于原本各该高频载波信号的振幅。

14.根据权利要求13所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：更包括至少两个放大器，其中该些放大器连接该些调变器，用以放大该些加载信号而输出至该些指向性发送器。

15.根据权利要求13所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中各该加载信号以正负半周有差量的方式发送。

16.根据权利要求13所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该些高频载波信号的频率为16KHz以上。

17.根据权利要求13所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该加载信号的数量为3以上。

18.根据权利要求13所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该高频载波信号的数量为 n，且各该高频载波信号的相位差为360/n度。

19.根据权利要求13所述的一种近距离定点还原声波形成方法，其特征在于：其中该高频载波信号的数量为 n，且该重合高频载波信号的频率为原本各高频载波信号的n倍。

20.一种近距离定点还原声波装置，包括：

一定位装置；

至少两调变器，用以将至少一音频信号加载至至少两对应该音频信号的高频载波信号，并产生至少两个加载信号，其中各该高频载波信号间具有相位差；以及

至少两个追踪式指向性发送器，用以追踪该定位装置，并跟随该定位装置朝其发送该些加载信号；

其中，该些加载信号经该些指向性发送器分别发送后，于一空间交会区域重合并还原形成一近距离定点还原声波；该些高频载波信号重合后形成一重合高频载波信号，该重合高频载波信号的频率大于原本各该高频载波信号的频率，且该重合高频载波信号的振幅小于原本各该高频载波信号的振幅。