CN118104240A - 音频扬声器协同系统 - Google Patents

音频扬声器协同系统 Download PDF

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周鹏飞
张鹏锋
黄明意
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Abstract

公开了用于协同去往设备的内部扬声器和外部扬声器两者的声音的新方法和系统。在内部扬声器和外部扬声器之间分配并对齐音频信号，使得去往内部扬声器的信号与去往外部扬声器的信号对齐。

Description

音频扬声器协同系统
相关申请的交叉引用
本申请要求以下优先申请的优先权：于2021年10月27日提交的美国临时申请63/272,362和于2021年9月29日提交的PCT申请PCT/CN2021/121582。
技术领域
本公开涉及对利用多个扬声器的改进。更具体地，本公开涉及用于协同系统的内部扬声器与外部扬声器的方法和系统。
背景技术
许多设备具有内部扬声器，并且具有通过有线或无线连接将声音导入外部扬声器的选项。在这些系统中，通常的选项是使声音在内部扬声器与外部扬声器之间切换，使得在任何给定时间仅有一组扬声器工作，或者，将声音平等地(除了用户做出的一些音量调整之外)传输到内部扬声器和外部扬声器。
图1示出了上述系统的示例。编解码器(180)对音频内容(110)进行解压缩，以使其由设备(190)使用所述设备的内部扬声器被播放。外部扬声器(195)也可以连接到设备。
发明内容
本文呈现了对具有内部扬声器和外部扬声器二者的设备上的音频回放的增强。对音频信号进行处理，以使得信号在内部扬声器与外部扬声器之间分配，并且在时间上(时间戳)对齐信号。
呈现了用于实现一种方法的实施例，所述方法用于针对具有至少一个内部扬声器和至少一个外部扬声器的设备增强音频信号，所述方法包括：将所述音频信号分配给所述至少一个内部扬声器和所述至少一个外部扬声器；以及对齐分配的音频信号的时间戳，使得所述至少一个内部扬声器的信号与所述至少一个外部扬声器的信号对齐。
所述方法可以由包括处理器的设备执行。所述方法可以被并入设备的解码器。
呈现了用于实现设备的实施例，所述设备包括：音频输入；麦克风；至少一个内部扬声器；用于外部扬声器的至少一个连接器；无线通信模块；以及处理器；其中，所述设备配置为：解码来自所述音频输入的音频信号，从而产生解码的音频；确定连接到所述至少一个连接器和通过无线通信模块而连接的所述外部扬声器的连接状态；基于所述连接状态执行协作回放控制；确定连接到所述至少一个连接器和通过无线通信模块而连接的所述外部扬声器的位置；基于所述位置对所述外部扬声器执行动态调整；基于所述解码的音频、所述协作回放控制以及所述动态调整执行多通道混合，从而产生混合信号；对所述混合信号执行分频配置，从而产生分频信号；在所述外部扬声器和所述内部扬声器之间执行所述分频信号的信号分配，从而产生分配的信号；以及针对所述外部扬声器和所述内部扬声器的所述分配的信号执行时间对齐。
所述设备可以被配置为通过使用执行这些功能的软件模块和/或通过被设计为执行这些功能的硬件/固件来实施这些步骤。
附图说明
图1图示了示例现有声音系统。
图2图示了具有协同式扬声器系统的声音系统的示例。
图3图示了协同式扬声器系统的示例。
图4图示了外部扬声器和内部扬声器的频率响应的示例曲线图。
图5A至图5J图示了使用协同式扬声器系统的示例。
具体实施方式
图2示出了具有协同式声音的示例系统。音频内容(210)由包括处理步骤(230)和时间对齐步骤(240)的协同式声音系统(220)进行处理，然后发送到编解码器(280)，以供设备(290)的内部扬声器使用，并发送到外部USB和BluetoothTM等(250)连接、有线(260)和/或无线(270)，以去往一个或多个外部扬声器设备(295)。协同式声音系统(220)可以集成到设备(硬件、软件、和/或固件)，也可以在设备外部(例如USB插入件)。
如本文所使用的，术语“设备”指能够将来自数字音频内容的声音输出到一个或多个内部扬声器、并且也能够将来自数字音频内容的声音输出到一个或多个外部扬声器的任何电子机构或系统。设备的示例包括膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、智能手机、电视机等。
如本文所使用的，术语“音频内容”指包含音频内容的任何数字媒体。这包括音乐、视频、有声读物、语音录制、电影、电视、流媒体内容、广播、现场音频(麦克风)等。
如本文所使用的，“扬声器”指任何音频回放声音产生设备，比如压电扬声器、头戴式耳机扬声器、耳塞、条形音箱、动态扬声器等。扬声器可以是全频扬声器、高频扬声器、中频扬声器、低音扬声器、亚低音扬声器等。
扬声器也可以集成到其他设备，比如具有集成式换能器和支持电子器件的电源线适配器或计算机鼠标。与设备的数据连接可以是有线的或无线的，并且可以借助现有连接或添加为新连接。
如本文所使用的，“内部扬声器”指处于设备内部或与其集成并与设备的编解码器相连接的扬声器。
如本文所使用的，“外部扬声器”指处于设备外部并通过与设备的有线(USB、火线、音频插孔等)或无线(蓝牙等)连接来接收音频内容的扬声器。
系统(220)中的“处理”(230)可以包括用于准备要在多个扬声器上播放的音频的任何音频处理。例如，混合、分频、动态调整等。其可以包括系统辅助控制多个扬声器。例如，检测扬声器连接、检测扬声器位置、调整单个扬声器使用、调整单个扬声器音量等。可以例如通过使用设备的麦克风采集每个扬声器的距离和方向(在使用期间或通过自动音频测试)来确定扬声器位置。也可以通过用户输入(例如通过设备的图形用户界面)来确定扬声器位置。
系统(220)中的“时间对齐”(240)基于扬声器的位置调整每个扬声器的延迟，以产生期望的沉浸式音效(例如环绕声)。
图3示出了示例协同系统(300)。系统通过检查设备端口和无线连接来确定外部扬声器的连接状态(320)。这提供用于外部扬声器的协作回放控制(325)的信息，从而为扬声器指派通道。用于协作回放控制的信息至少包括外部扬声器是否连接、已连接的外部扬声器的数量、外部扬声器的声学性能(比如响度、频率响应、带宽等，所有这些都可以通过来自系统的自动测量、音频设备内置配置参数、和/或用户输入/定义来接收)。对外部扬声器的位置进行确定(330)(比如，基于估计的扬声器距离和强度)，从而提供用于扬声器的动态调整(335)的输入。其被馈送到多通道混合(315)中，以在扬声器之间划分通道(M个通道到N扬声器，比如Dolby 7.1.2TM)。然后，进行分频配置(340)，从而使得将哪些频率范围提供给哪些扬声器。例如，内部扬声器可能在低频范围内质量较差，因此给予它们高频和中频的音频，同时外部扬声器获得低频。或者，扬声器可能被识别为亚低音扬声器，因此被分配有恰当的频率范围。将信号分配(345)到合适的输出(例如Dolby ATMOSTM)，并基于扬声器位置和期望的效果对其进行时间对齐(350)。
协作回放控制可以检测/检查外部音频设备是否连接。在一些实施例中，用户和/或制造商可以定义哪些扬声器启用/不启用，用于协作使用。
图4示出了外部扬声器(410)与内部扬声器(420)之间的示例频率响应的曲线图。如图所示，通常内部扬声器(420)在中高频率(在此指2K Hz及以上)表现更好，而外部扬声器(410)具有更好的低频率响应。这可以取决于设备和外部扬声器的类型而改变，但通常情况下基于扬声器的频率响应的分频参数可以提供更好的听觉体验。
信号分配将对应的音频信号分别分配给内部扬声器和外部扬声器。
时间对齐确保内部扬声器和外部扬声器在回放期间具有相同的时间戳，并与伴随音频(例如视频)的任何附加回放彼此对齐。
可以通过用户数据(GUI输入)、操作系统信息(例如右手鼠标会定位在用户的右前方)、或者通过麦克风识别来确定外部扬声器的位置，从而定义不同的多通道扬声器。
可以基于可用扬声器数量和用例(例如杜比2.1、2.2、4.0、6.0、5.1.2、7.1.2等)来调整多通道混合。
动态调整可以在扬声器位置随时间改变时调整虚拟器和环绕声性能。
系统可以被配置为提供若干声音选项，以进行协同。在一些实施例中，基于频率响应在扬声器之间分离声音。在一些实施例中，基于划分通道在扬声器之间分离声音。在一些实施例中，在扬声器之间分离声音以提供环绕声效果。在一些实施例中，基于以上选项中的两个或更多个的组合在扬声器之间分离声音。
图5A至图5J示出了协作扬声器使用的示例。本领域技术人员将认识到，其他配置是可能的，并且在此所示的扬声器的位置和类型仅是示例性的。
图5A示出了将内部扬声器(510)与嵌入设备的电源适配器(506)中的外部扬声器(505)一起使用的示例。适配器(506)被专门配置为使得其与设备的连接包括电力和数据传输能力(例如USB-C)两者。电源适配器(506)可以放置在允许为设备供电的同时用作扬声器的位置。
图5B示出了将内部扬声器(510)与嵌入连接到设备的有线鼠标(516A)的外部扬声器(515A)一起使用的示例。其他类似的外部输入设备也是可能的，比如外部轨迹球、图形板、操纵杆或其他控制器。尽管鼠标在使用期间会移动，但其通常会处在相对用户而言相同的大致区域(例如右前方)，因此，其仍旧可以被认为与其他扬声器相比具有特定的位置，以便用于动态调整的目的。
图5C示出了将内部扬声器(510)与嵌入连接到设备的无线鼠标(516B)的外部扬声器(515B)一起使用的示例，与图5B类似。鼠标(516B)可以使用其与设备的无线连接(比如蓝牙、2.4G、5G等)接收音频输入。
图5D示出了将内部扬声器(510)与有线头戴式设备(520A)一起使用的示例。在一些实施例中，头戴式设备(520A)不是降噪式的，从而允许内部扬声器(510)与头戴式耳机(520A)产生环绕声效果。在一些实施例中，头戴式设备(520A)是降噪式的，但是被配置为允许来自内部扬声器(510)和任何其他外部扬声器的声音(例如，头戴式设备不认为回放音频是“噪声”)。这些实施例适用于涉及头戴式耳机的所有用例。
图5E示出了将内部扬声器(510)与无线头戴式设备(520B)一起使用的示例，与图5D类似。
图5F示出了将内部扬声器(510)与外部扬声器(525)一起使用的示例。扬声器(525)可以是有线的或无线的，并且可以用于增强环绕声效果和/或可以用于产生音频的低频音调。在一些实施例中，扬声器(525)可以是低音扬声器或亚低音扬声器。
图5G示出了使用协同式扬声器产生环绕声(例如，杜比4.0环绕声)的示例。内部扬声器充当前右扬声器(510R)和前左扬声器(510L)，而外部扬声器充当后右扬声器(530R)和后左扬声器(530L)。
图5H示出了使用协同式扬声器产生环绕声(例如，杜比6.0环绕声)的示例。内部扬声器充当前右扬声器(510R)和前左扬声器(510L)，而外部扬声器充当后右扬声器(530R)和后左扬声器(530L)。鼠标(535R)中的集成式扬声器提供右环绕扬声器，而电源适配器(535L)中的集成式扬声器提供左环绕扬声器。
图5I示出了使用协同式扬声器产生环绕声(例如，杜比5.1.2通道环绕声)的示例。内部扬声器充当前右扬声器(510R)和前左扬声器(510L)，而外部扬声器充当后右扬声器(545R)和后左扬声器(545L)。提供了附加的中心外部扬声器(550)以及外部亚低音扬声器(540)。系统还支持使用头戴式耳机，其具有右高置扬声器(520R-隐藏式)和左高置扬声器(520L)。
图5J示出了使用协同式扬声器产生环绕声(例如，杜比7.1.2通道环绕声)的示例。其设置与图5I相似，其中，添加了集成式鼠标(535L)扬声器和电源适配器(535R)扬声器，从而提供了左环绕声和右环绕声(在此，假设用户左手用鼠标——和所有示例一样，可以基于用户选择颠倒左右两侧)。
已经描述了本公开的多个实施例。然而，应当理解的是，可以做出各种修改而不脱离本公开的精神和范围。因此，其他实施例也在所附权利要求的范围内。
上文阐述的示例作为对如何制造和使用本公开的实施例的完整公开和描述提供给本领域普通技术人员，并且不旨在限制被发明人/多个发明人视为他们的公开的内容的范围。
对本领域技术人员显而易见的用于实施本文公开的方法和系统的上述图案的修改旨在落入所附权利要求的范围内。说明书中提到的所有专利和公开文本都指示与本公开所属技术领域的技术人员的技术水平。本公开中所引用的所有参考文献以相同的程度通过引用并入，就好像每个参考文献已单独通过引用以其全文并入一样。
应当理解，本公开不限于特定的方法或系统，所述方法或系统当然可以变化。还应当理解，本文使用的术语仅是出于对具体的实施进行说明的目的，并不旨在进行限制。除非内容另有清楚地规定，否则如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”包括复数个指示物。除非内容另有清楚地规定，否则术语“多个”包括两个或更多个指示物。除非另有定义，否则本文所使用的全部技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。

Claims (23)

1.一种用于针对具有至少一个内部扬声器和至少一个外部扬声器的设备增强音频信号的方法，所述方法包括：
将所述音频信号分配给所述至少一个内部扬声器和所述至少一个外部扬声器；以及
对齐分配的音频信号的时间戳，使得所述至少一个内部扬声器的信号与所述至少一个外部扬声器的信号对齐。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：检测所述至少一个外部扬声器中的每一个外部扬声器的位置，以及基于所述位置动态调整所述至少一个外部扬声器的信号。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，进一步包括检测所述至少一个外部扬声器中的每一个外部扬声器的连接状态。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括将所述音频信号多通道混合到所述至少一个内部扬声器和所述至少一个外部扬声器中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括配置所述音频信号的分频。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括与所述至少一个外部扬声器的无线扬声器以无线方式通信。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述无线方式是蓝牙。
8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括与所述至少一个外部扬声器的有线扬声器以有线方式通信。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述有线方式是USB-C。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述至少一个外部扬声器中的一个外部扬声器被集成到计算机鼠标中。
11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述至少一个外部扬声器中的一个外部扬声器被集成到所述设备的电源适配器中。
12.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述至少一个外部扬声器中的一个外部扬声器是头戴式设备。
13.如权利要求2所述的方法，其中，所述检测位置包括接收用户对扬声器位置的输入。
14.如权利要求2所述的方法，其中，所述检测位置包括从所述设备的操作系统确定扬声器位置。
15.如权利要求2所述的方法，其中，所述检测位置包括使用所述设备的麦克风来确定扬声器位置。
16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述设备是膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、智能手机和电视机之一。
17.一种解码器，被配置为实施如权利要求1至16中任一项所述的方法。
18.一种设备，被配置为实施如权利要求1至16中任一项所述的方法。
19.一种非瞬态计算机可读介质，包括数据，所述数据被配置为在被计算机读取时实施如权利要求1至16中任一项所述的方法。
20.一种设备，包括：
音频输入；
麦克风；
至少一个内部扬声器；
用于外部扬声器的至少一个连接器；
无线通信模块；以及
处理器；
其中，所述设备被配置为：
解码来自所述音频输入的音频信号，从而产生解码的音频；
确定连接到所述至少一个连接器和通过无线通信模块而连接的所述外部扬声器的连接状态；
基于所述连接状态执行协作回放控制；
确定连接到所述至少一个连接器和通过无线通信模块而连接的所述外部扬声器的位置；
基于所述位置对所述外部扬声器执行动态调整；
基于所述解码的音频、所述协作回放控制以及所述动态调整执行多通道混合，从而产生混合信号；
对所述混合信号执行分频配置，从而产生分频信号；
在所述外部扬声器和所述内部扬声器之间执行所述分频信号的信号分配，从而产生分配的信号；以及
针对所述外部扬声器和所述内部扬声器的所述分配的信号执行时间对齐。
21.如权利要求20所述的设备，其中，所述设备是膝上型计算机、平板计算机、台式计算机或智能手机中的任一个。
22.如权利要求20或21中任一项所述的设备，其中，所述至少一个连接器包括USB连接器。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的设备，其中，所述无线通信模块包括蓝牙发射器。
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