CN109683845A - 声音播放装置、方法及非暂态存储媒体 - Google Patents

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Abstract

一种声音播放装置、方法及非暂态存储媒体，该声音播放方法应用于声音播放装置中，且包含：根据聆听者数据及声音数据，通过三维声音产生程序产生声音讯号；获取包含测试声音以及对应测试声音的多个不同聆听距离间的关系的预录声音数据，产生对应声音讯号的声音距离的目标距离函式；获取固定头部相关传输函式；通过将目标距离函式与固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于声音距离的目标头部相关传输函式；使声音播放电路通过将声音讯号乘以目标头部相关传输函式来重制声音讯号。本发明通过目标距离函式与头部相关传输函式模拟复杂的聆听状况，不需要耗费大量的运算资源。

Description

声音播放装置、方法及非暂态存储媒体
技术领域
本发明涉及声音播放技术，且特别涉及一种声音播放装置、方法及非暂态存储媒体。
背景技术
近年来，虚拟现实技术广泛地应用于例如游戏、工程或是军事的用途中。为了体验虚拟现实的环境，使用者需要通过设置于例如，但不限于头戴装置(head-mounted device；HMD)上的显示装置，来观看用以显示虚拟环境的画面。其中，头戴装置是穿戴于于使用者身上。进一步地，使用者可使用同样设置于头戴装置上的声音播放装置来聆听基于虚拟环境产生的声音。
当声音接触到聆听者时，聆听者的头部、耳朵与耳道的尺寸与形状、头部的密度、口鼻通道的尺寸与形状，都会将声音进行转换并影响最终的感受结果，提升部分的频率并降低部分的频率。为了获得更好的虚拟现实体验，使用者所感知到的声音须将上述的因素都予以考虑。然而，当这些因素都被考虑时，运算量将过大，而无法进行实时运算。
因此，如何设计一个新的声音播放装置、方法及非暂态存储媒体，以解决上述的缺失，乃为此一业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于通过目标距离函式与头部相关传输函式模拟复杂的聆听状况，不需要耗费大量的运算资源。
本发明的一实施方式在于提供一种声音播放方法，应用于声音播放装置中，且包含：根据聆听者数据以及声音数据，通过三维声音产生程序产生声音讯号；获取预录声音数据，预录声音数据包含测试声音以及对应测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应声音讯号的声音距离的目标距离函式；获取对应于固定距离的固定头部相关传输函式(head related transfer function；HRTF)；通过将目标距离函式与固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于声音距离的目标头部相关传输函式；以及通过将声音讯号乘以目标头部相关传输函式来重制声音讯号。
于一实施例中，声音播放方法还包含：根据聆听者数据以及声音数据判断声源位置以及聆听者位置间的声音距离是否小于预设数值；其中当声音距离小于预设数值时，预录声音数据才被获取，以产生目标距离函式。
于一实施例中，预录声音数据包含测试声音以及预录聆听声音，产生目标距离函式的步骤还包含：获取测试声音对应声音距离的第一区段以及预录聆听声音对应声音距离的第二区段；以及将第二区段除以第一区段，以产生目标距离函式。
于一实施例中，预录聆听声音是由在聆听位置录制测试声音所获得，其中测试声音连续地移动以远离聆听位置到对应于预设数值的距离；其中测试声音的第一区段以及预录聆听声音的第二区段，对应于测试声音移动至对应于声音距离的距离的时间。
于一实施例中，产生目标头部相关传输函式的步骤还包含：对固定头部相关传输函式以及目标距离函式进行卷积(convolution)，以产生目标头部相关传输函式。
于一实施例中，声音播放方法还包含：当声音距离不小于预设数值时，获取预设距离函式；以及通过将声音讯号乘以预设距离函式来重制声音讯号。
于一实施例中，当声音距离为D，预设距离函式为1/D2。
本发明的另一实施方式在于提供一种声音播放装置，包含：存储元件、声音播放电路以及处理器。存储元件配置以存储多个电脑可执行指令。处理器电性耦接于存储元件以及声音播放电路，并配置以获取并执行电脑可执行指令，以在电脑可执行指令被执行时执行声音播放方法。声音播放方法包含：根据聆听者数据以及声音数据，通过三维声音产生程序产生声音讯号；获取预录声音数据，预录声音数据包含测试声音以及对应测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应声音讯号的声音距离的目标距离函式；获取对应于固定距离的固定头部相关传输函式；通过将目标距离函式与固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于声音距离的目标头部相关传输函式；以及使声音播放电路通过将声音讯号乘以目标头部相关传输函式来重制声音讯号。
于一实施例中，预录声音数据包含测试声音以及预录聆听声音，产生目标距离函式的步骤还包含：获取测试声音对应声音距离的第一区段以及预录聆听声音对应声音距离的第二区段；以及将第二区段除以第一区段，以产生目标距离函式。
本发明的又一实施方式在于提供一种非暂态(non-transitory)电脑可读取存储媒体，配置以存储包含多个电脑可执行指令的电脑程序，用以执行应用在声音播放装置的声音播放方法，声音播放装置至少包含存储元件、声音播放电路以及电性耦接于存储元件及声音播放电路并配置以获取并执行电脑可执行指令，以在电脑可执行指令被执行时执行声音播放方法的处理器。声音播放方法包含：根据聆听者数据以及声音数据，通过三维声音产生程序产生声音讯号；获取预录声音数据，预录声音数据包含测试声音以及对应测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应声音讯号的声音距离的目标距离函式；获取对应于固定距离的固定头部相关传输函式；通过将目标距离函式与固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于声音距离的目标头部相关传输函式；以及使声音播放电路通过将声音讯号乘以目标头部相关传输函式来重制声音讯号。
应用本发明的优点在于本发明的声音播放装置以及声音播放方法可将对应于所需距离的目标距离函式与对应于固定距离的头部相关传输函式合并计算，以模拟复杂的聆听状况，而不需要耗费大量的运算资源。
附图说明
图1为本发明一实施例中，一种声音播放装置的方框图；
图2为本发明一实施例中，一种声音播放方法的流程图；
图3为本发明一实施例中，位于虚拟环境的聆听者以及声源的示意图；
图4A为本发明一实施例中，在实际环境中用以产生测试声音的声音产生器以及接收测试声音的聆听位置的示意图；以及
图4B为本发明一实施例中，测试声音以及预录聆听声音的范例性示意图。
附图标记说明：
1：声音播放装置
10：存储元件
100：电脑可执行指令
102：聆听者数据
104：声音数据
106：预录声音数据
11：声音讯号
12：声音播放电路
14：处理器
200：声音播放方法
201-208：步骤
3：虚拟环境
30：聆听者
32：声源
34：声音
40：声音产生器
400：测试声音
42：聆听位置
D：声音距离
Dp：距离
MD：方向
S1：第一区段
S2：第二区段
具体实施方式
请参照本公开内容的实施例，其中以下的范例将搭配附图进行说明。在附图及说明中所使用相同的元件符号，将指称相同或类似的元件。
须注意的是，在说明书以及权利要求中所进行的叙述中，当元件被描述为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可为直接连接或耦接至另一元件，或是可能存在有中间的元件。相对的，当元件被描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，将不会有中间的元件存在。更进一步地，“电性连接”或“连接”可更用以指称两个或多个元件间的交互操作以及互动。
须注意的是，在说明书以及权利要求中所进行的叙述中，虽然“第一”、“第二”等用语可用以描述不同的元件，这些元件可不被这些用语所限制。这些用语仅用以区分不同的元件。举例来说，第一元件亦可被改称为第二元件，且类似地，第二元件亦可被改称第一元件，而不会悖离实施例的范围。
须注意的是，在说明书以及权利要求中所进行的叙述中，“包含”、“包括”、“具有”、“含有”及类似的用语是被理解为开放性的，例如表示“包含，但不限于”。
须注意的是，在说明书以及权利要求中所进行的叙述中，“及/或”的语句包含所列举的一个或多个相关事物中的任何以及全部的组合。
须注意的是，在说明书以及权利要求中所进行的叙述中，在以下的实施例的叙述中用以指称方向的词汇，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”及“后”，是与附图中的方向相关。因此，这样指称方向的词汇是用以叙述，而非限制本公开内容。
须注意的是，在说明书以及权利要求中所进行的叙述中，除非另行定义，所有的用语(包含技术性或是科学性用语)具有任何本公开内容所属技术领域的通常知识者所普遍理解的相同意义。须更进一步了解的是，此些用语，例如定义于常用的字典者，除非特别定义，否则需解读为具有与在相关的技术领域所使用的相同意义，而不能被广泛地解读。
请参照图1。图1为本发明一实施例中，一种声音播放装置1的方框图。于一实施例中，声音播放装置1可应用于头戴装置中。更详细地说，声音播放装置1的元件可分布设置在头戴装置的不同位置上。
声音播放装置1包含存储元件10、声音播放电路12以及处理器14。
于一实施例中，存储元件10可为例如，但不限于光盘、随机存取存储器、只读存储器、软盘、硬盘或光学磁片。存储元件10配置以存储多个电脑可执行指令100。
声音播放电路12配置以播放由处理器14产生的声音讯号11。于一实施例中，声音播放电路12可包含第一播放单元以及第二播放单元(未示出)，配置以播放第一声道声音和第二声道声音。其中，使用者可穿戴头戴装置，并将第一播放单元和第二播放单元置入或是靠近使用者的双耳，以聆听播放结果。
处理器14电性耦接于存储元件10以及声音播放电路12。于一实施例中，处理器14配置以获取并执行电脑可执行指令100，并据以执行声音播放装置1的功能。
请参照图2。声音播放装置1的功能将在以下的段落搭配图1及图2进行详细的说明。
图2为本发明一实施例中，一种声音播放方法200的流程图。声音播放方法200可应用于图1的声音播放装置1中。
声音播放方法200包含下列步骤(应了解到，在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行)。
于步骤201，根据聆听者数据102以及声音数据104，通过三维声音产生程序产生声音讯号11。
请同时参照图3。图3为本发明一实施例中，位于虚拟环境3的聆听者30以及声源32的示意图。
于一实施例中，聆听者数据102包含聆听者30，例如头戴装置的使用者，在虚拟环境3的位置的信息。聆听者数据102可存储于存储元件10中，并可根据例如，但不限于游戏或是军事训练的模拟情境的过程实时地产生。处理器14可自存储元件10中获取聆听者数据102。
于一实施例中，声音数据104包含用以在虚拟环境3中产生可由使用者感知的声音34的声源32的位置的信息。声音数据104可由处理器14通过例如，但不限于声音播放装置1的网络模块(未示出)所获取，并可在模拟情境的过程中产生。
根据聆听者数据102以及声音数据104，处理器14可取得聆听者30以及声源32的位置。
在声源32以及聆听者30间，可形成声音34的传输路径。因此，声音讯号11可通过三维声音产生程序产生，以使声音讯号11在播放后产生具有方向性且对应于传输路径的声音34。
于步骤202，根据聆听者数据102以及声音数据104判断声源位置以及聆听者位置间的声音距离，例如图3所示出的声音距离D，是否小于预设数值。
于步骤203，当声音距离D小于预设数值时，获取预录声音数据106，预录声音数据106包含测试声音以及对应测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应声音讯号11的声音距离D的目标距离函式。
于一实施例中，预录声音数据106存储于存储元件10中，并包含测试声音以及预录聆听声音。
请参照图4A以及图4B。图4A为本发明一实施例中，在实际环境中用以产生测试声音400的声音产生器40以及接收测试声音400的聆听位置42的示意图。图4B为本发明一实施例中，测试声音400以及预录聆听声音402的范例性示意图。
声音产生器40朝方向MD移动，以使声音产生器40从聆听位置42旁的位置，逐渐远离聆听位置42而到达对应于预设数值的距离Dp。换句话说，距离Dp是声音产生器40在录音程序中所到达的最大距离。预录聆听声音402是由在聆听位置42录制测试声音400所获得，其中测试声音400在录音程序中连续地移动以远离聆听位置42。
如上所述，预录声音数据106的测试声音400以及预录聆听声音402存储于存储元件10中。根据声音距离D，声音讯号400的第一区段S1以及预录聆听声音402的第二区段S2可因此由存储元件10中被获取，其中第一区段S1以及第二区段S2对应于测试声音400移动至对应于声音距离D的距离的时间。
更进一步地，通过对第一区段S1以及第二区段S2进行运算，例如但不限于将第二区段S2除以第一区段S1，可产生目标距离函式。其中，目标距离函式代表由于声音距离D而对声音造成的聆听效应。
于步骤204，获取对应于固定距离的固定头部相关传输函式。
于一实施例中，固定头部相关传输函式存储于存储元件10中。头部相关传输函式是辨别耳朵如何接收来自空间中的一个点的声音的响应函式。其中，不同的头部相关传输函式对应于不同距离的声源。因此，固定头部相关传输函式是对应于一个特定固定距离的响应函式。
于步骤205，通过将目标距离函式与固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于声音距离D的目标头部相关传输函式。
于一实施例中，可通过对固定头部相关传输函式以及目标距离函式进行卷积(convolution)，以产生目标头部相关传输函式。因此，虽然固定头部相关传输函式是针对特定固定距离的响应函式，但是不同距离的效应，可由目标距离函式模拟推导出。
于步骤206，使声音播放电路12通过将声音讯号11乘以目标头部相关传输函式来重制声音讯号11并进行播放。
当声音距离D不小于预设数值时，于步骤207，获取预设距离函式。由于预录声音数据106仅包含相关于小于预设数值的距离的数据，因此当声音距离D不小于预设数值时，将采用预设距离函式处理。
于一实施例中，预设距离函式亦可存储于存储元件10中，且预设距离函式为1/D2。其中，预设距离函式将仅根据距离使声音的振幅下降。
更进一步地，于步骤208，使声音播放电路12通过将声音讯号11乘以预设距离函式来重制声音讯号11并进行播放。
当声音接触到聆听者时，聆听者的头部、耳朵与耳道的尺寸与形状、头部的密度、口鼻通道的尺寸与形状，都会将声音进行转换并影响最终的感受结果，提升部分的频率并降低部分的频率。为了获得更好的虚拟现实体验，使用者所感知到的声音须将上述的因素都予以考虑。然而，当这些因素都被考虑时，运算量将过大，而无法进行实时运算。
本发明的声音播放装置1以及声音播放方法200可将对应于所需距离的目标距离函式与对应于固定距离的头部相关传输函式合并计算，以模拟复杂的聆听状况，而不需要耗费大量的运算资源。
须注意的是，在部分实施例中，声音播放方法200可由电脑应用程序实作。当电脑应用程序由电脑、电子装置或是图1示出的处理器14执行时，此执行装置将执行声音播放方法200。电脑应用程序可存储于非暂态的电脑可读取存储媒体例如只读存储器、快闪存储器、软盘、硬盘、光学碟片、快闪碟片、快闪硬盘、磁带、可由网络存取的数据库或任何在属于本公开书的范围中，可由本领域熟知此技艺者所使用具有类似功能的存储媒体中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声音播放方法，应用于一声音播放装置中，其特征在于，该声音播放方法包含：
根据一聆听者数据以及一声音数据，通过一三维声音产生程序产生一声音讯号；
获取一预录声音数据，该预录声音数据包含一测试声音以及对应该测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应该声音讯号的一声音距离的一目标距离函式；
获取对应于一固定距离的一固定头部相关传输函式；
通过将该目标距离函式与该固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于该声音距离的一目标头部相关传输函式；以及
通过将该声音讯号乘以该目标头部相关传输函式来重制该声音讯号。
2.如权利要求1所述的声音播放方法，其特征在于，该声音播放方法还包含：
根据该聆听者数据以及该声音数据判断一声源位置以及一聆听者位置间的该声音距离是否小于一预设数值；
其中当该声音距离小于该预设数值时，该预录声音数据才被获取，以产生该目标距离函式。
3.如权利要求1所述的声音播放方法，其特征在于，该预录声音数据包含该测试声音以及一预录聆听声音，产生该目标距离函式的步骤还包含：
获取该测试声音对应该声音距离的一第一区段以及该预录聆听声音对应该声音距离的一第二区段；以及
将该第二区段除以该第一区段，以产生该目标距离函式。
4.如权利要求3所述的声音播放方法，其特征在于，该预录聆听声音是由在一聆听位置录制该测试声音所获得，其中该测试声音连续地移动以远离该聆听位置到对应于一预设数值的一距离；
其中该测试声音的该第一区段以及该预录聆听声音的该第二区段，对应于该测试声音移动至对应于该声音距离的距离的时间。
5.如权利要求1所述的声音播放方法，其特征在于，产生该目标头部相关传输函式的步骤还包含：
对该固定头部相关传输函式以及该目标距离函式进行卷积，以产生该目标头部相关传输函式。
6.如权利要求2所述的声音播放方法，其特征在于，该声音播放方法还包含：
当该声音距离不小于该预设数值时，获取一预设距离函式；以及
通过将该声音讯号乘以该预设距离函式来重制该声音讯号。
7.如权利要求6所述的声音播放方法，其特征在于，当该声音距离为D，该预设距离函式为1/D2。
8.一种声音播放装置，包含：
一存储元件，配置以存储多个电脑可执行指令；
一声音播放电路；以及
一处理器，电性耦接于该存储元件以及该声音播放电路，并配置以获取并执行所述多个电脑可执行指令，以在所述多个电脑可执行指令被执行时执行一声音播放方法，该声音播放方法包含：
根据一聆听者数据以及一声音数据，通过一三维声音产生程序产生一声音讯号；
获取一预录声音数据，该预录声音数据包含一测试声音以及对应该测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应该声音讯号的一声音距离的一目标距离函式；
获取对应于一固定距离的一固定头部相关传输函式；
通过将该目标距离函式与该固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于该声音距离的一目标头部相关传输函式；以及
使该声音播放电路通过将该声音讯号乘以该目标头部相关传输函式来重制该声音讯号。
9.如权利要求8所述的声音播放装置，其特征在于，该预录声音数据包含该测试声音以及一预录聆听声音，产生该目标距离函式的步骤还包含：
获取该测试声音对应该声音距离的一第一区段以及该预录聆听声音对应该声音距离的一第二区段；以及
将该第二区段除以该第一区段，以产生该目标距离函式。
10.一种非暂态电脑可读取存储媒体，配置以存储包含多个电脑可执行指令的一电脑程序，用以执行应用在一声音播放装置的一声音播放方法，该声音播放装置至少包含一存储元件、一声音播放电路以及电性耦接于该存储元件及该声音播放电路并配置以获取并执行所述多个电脑可执行指令，以在所述多个电脑可执行指令被执行时执行一声音播放方法的一处理器，该声音播放方法包含：
根据一聆听者数据以及一声音数据，通过一三维声音产生程序产生一声音讯号；
获取一预录声音数据，该预录声音数据包含一测试声音以及对应该测试声音的多个不同聆听距离间的关系，以进一步产生对应该声音讯号的一声音距离的一目标距离函式；
获取对应于一固定距离的一固定头部相关传输函式；
通过将该目标距离函式与该固定头部相关传输函式合并运算，以产生对应于该声音距离的一目标头部相关传输函式；以及
使该声音播放电路通过将该声音讯号乘以该目标头部相关传输函式来重制该声音讯号。
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