TW201415915A - 音效訊號輸出裝置、處理一音效訊號之方法及頭戴組 - Google Patents

音效訊號輸出裝置、處理一音效訊號之方法及頭戴組 Download PDF

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Abstract

本發明係為一種處理一音效訊號之方法，該方法包含：輸出一第一音效訊號之一第一部分；拾取該第一音效訊號之該第一部分作為一第二音效訊號；比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號；根據比較之結果，修改該第一音效訊號之該第二部分；以及輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。本發明亦揭露一種音效訊號輸出裝置。

Description

音效訊號輸出裝置、處理一音效訊號之方法及頭戴組
本發明之各種實施例概言之係關於音效訊號處理之領域，具體而言，係關於即時自適應音效頭相關傳遞函數(head-related transfer function；HRTF)系統。
數位訊號處理(digital signal processing；DSP)中之進步已使得應用於各種音效系統之硬體(HW)及軟體(SW)發展/解決方案激增，該等音效系統係自傳統2.1音效系統直至包括頭戴受話器(headphone)/頭戴組(headset)之虛擬7.1音效系統。具體而言，藉由在很大程度上利用此等新的DSP技術，在頭戴受話器/頭戴組中已出現大量變化。頭戴受話器、頭戴組及耳機(ear bud)之使用者正看到虛擬化5.1及7.1版本上市。此等擴展之版本需要更大之音效/聲音處理能力才能達到密切接近實際5.1及7.1聲音之所期望音效(聲音)結果並達成最佳化之音效以用於遊戲目的。
第1圖顯示配戴一頭戴受話器(或頭戴組)102之一使用者100之俯視示意圖。頭戴受話器102之右耳機104及左耳機106處之頭相關傳遞函數(head-related transfer function；HRTF)分別由HRR 108及HLL 110表示，HRR 108及HLL 110用於表示右耳及左耳將分別感知到之直接傳輸或音效脈衝。理想地，在一封閉式環境(contained environment)中，右耳機104與左耳機106之間應不存在串擾(crosstalk)，即自右耳機至左耳機之HRTF(HRL 112)及自左耳機至右耳機之HRTF(HLR 114)係為零。右耳機104與左耳機106彼此獨立。然而，應理解，實際上，音效訊號可具有固有串擾，該固有串擾可影響由使用者所感知到之聲音。
儘管已達成HRTF實施方式之進步，然而該等進步係以實施方式之「固定模型」為基礎。此意味著此等實施方式並非為自適應性的且並未慮及環境雜訊或一人類收聽者(或使用者)之耳朵之物理態樣。收聽者之外耳構型或結構(或耳廓)可藉由對進入之音效特徵(或訊號)施加與人類聽覺靈敏度相關之一「放大及/或衰減因數」而使該問題加劇。第2圖顯示收聽者耳朵200之示意圖。收聽者耳朵200之耳廓202起到一接收器之作用，以用於經由聽管(auditory canal)206將進入之音效訊號204傳送至鼓膜208中。由於聲能係根據平方反比定律(inverse square law)傳播，因而一較大之接收器(例如一大之耳廓202)會拾取更多能量，進而將人類聽覺靈敏度放大約為2或3之一因數。
由於當前HRTF實施方式之固定性質，無論環境(例如環境雜訊)、一給定收聽者之外/內耳道之大小及形狀之可變性、頭戴組(例如，與外/內耳道相關之第1圖所示頭戴組102)中音效驅動器之可變位置如何，皆無法慮及已知存在之變數並針對此等變數進行調整。
因此，需要提供一種用於在例如頭戴受話器、頭戴組及耳機等音效裝置內進行整合之方法及設備、一種將顯著改良所感知到之聲音品質之即時自適應音效調整系統，藉此力圖解決至少上述問題。
在一第一態樣中，本發明係關於一種處理一音效訊號之方法，該方法包含：輸出一第一音效訊號之一第一部分；拾取該第一音效訊號之該第一部分作為一第二音效訊號；比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號；根據比較之結果，修改該第一音效訊號之該第二部分；以及輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。
根據一第二態樣，本發明係關於一種音效訊號輸出裝置，該音效訊號輸出裝置包含：一揚聲器，用以輸出一第一音效訊號之一第一部分；一麥克風，用以拾取該第一音效訊號之該 第一部分作為一第二音效訊號；一比較器，用以比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號；以及一電路，用以根據該比較之結果修改該第一音效訊號之該第二部分；其中，該揚聲器更用以輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。
在一第三態樣中，本發明係關於一種頭戴組，該頭戴組包含：一對耳機；一或多個揚聲器，位於各該耳機中；以及一麥克風，位於該對耳機至少其中之一內；其中該揚聲器係實質居中地位於該耳機內；以及其中該麥克風係鄰近該揚聲器定位。
100‧‧‧使用者
102‧‧‧頭戴受話器
104‧‧‧右耳機
106‧‧‧左耳機
108‧‧‧右耳機處之HRTF/HRR
110‧‧‧左耳機處之HRTF/HLL
112‧‧‧自右耳機至左耳機之HRTF/HRL
114‧‧‧自左耳機至右耳機之HRTF/HLR
200‧‧‧耳朵
202‧‧‧耳廓
204‧‧‧音效訊號
206‧‧‧聽管
208‧‧‧鼓膜
300‧‧‧輸入訊號
302‧‧‧所需傳遞函數D
304‧‧‧自適應濾波器A
306‧‧‧所需訊號
308‧‧‧所量測訊號
310‧‧‧比較器
312‧‧‧誤差訊號
314‧‧‧真實傳遞函數R
316‧‧‧驅動訊號
400‧‧‧原音效流(或訊號)
402‧‧‧系統
404‧‧‧DSP功能
406‧‧‧經修改之音效流(或訊號)
408‧‧‧左耳機
410‧‧‧右耳機
412‧‧‧頭戴組
414‧‧‧方向符號
416‧‧‧箭頭
418‧‧‧箭頭
420‧‧‧麥克風MIC "L"
422‧‧‧麥克風MIC "R"
424‧‧‧MIC(L/R)音效訊號
426‧‧‧比較器
428‧‧‧比較結果
430‧‧‧移相器
432‧‧‧移相器
500‧‧‧方法
502~510‧‧‧步驟
600‧‧‧音效訊號輸出裝置
602‧‧‧揚聲器
604‧‧‧麥克風
606‧‧‧比較器
608‧‧‧電路
700‧‧‧頭戴組
702‧‧‧耳機
704‧‧‧揚聲器
706‧‧‧麥克風
800‧‧‧實例性耳機
802‧‧‧揚聲器
804‧‧‧揚聲器/驅動器
806‧‧‧揚聲器/驅動器
808‧‧‧揚聲器
810‧‧‧揚聲器/驅動器
820‧‧‧(音效)驅動器
822‧‧‧(音效)驅動器
824‧‧‧(音效)驅動器
826‧‧‧(音效)驅動器
828‧‧‧(音效)驅動器
830‧‧‧MEMS麥克風之較佳(或理想)位置
832‧‧‧中心軸線
840‧‧‧區域
842‧‧‧區域
844‧‧‧區域
900‧‧‧經修改之音效訊號
902‧‧‧經修改之音效訊號
904‧‧‧原始音效訊號
906‧‧‧原始音效訊號
在圖式中，在所有不同視圖中相同之參考符號一般指代相同之部件。該等圖式未必按比例繪製，而是一般著重於例示本發明之原理。為清晰起見，可任意擴大或縮小各種特徵/元件之尺寸。在以下說明中，將參照以下圖式來說明本發明之各種實施例，圖式中：第1圖顯示配戴一頭戴受話器(或頭戴組)之一使用者之俯視示意圖以及該頭戴受話器(或頭戴組)之HRTF；第2圖顯示一收聽者耳朵之示意圖；第3圖顯示根據各種實施例之一種實例性即時自適應反向過濾過程之方塊圖；第4圖顯示根據各種實施例之現有DSP HW技術與獨特SW/演算法之一組合(或經改良之組合)之實例性概覽，該組合能達成一特定之實施方式；第5圖顯示根據各種實施例之一種處理一音效訊號之方法之流程圖；第6圖顯示根據各種實施例之一音效訊號輸出裝置之示意性方塊圖；第7圖顯示根據各種實施例之一頭戴組之示意性方塊圖；第8A圖顯示根據各種實施例之一頭戴組之一實例性耳機之側視剖面圖；第8B圖顯示根據各種實施例之一頭戴組之一實例性耳機之 側視剖面圖，其繪示各種驅動器之位置；第8C圖顯示根據各種實施例之一頭戴組之一實例性耳機之側視剖面圖，其繪示MEMS麥克風之一較佳(或理想)位置；第8D圖顯示根據各種實施例之一頭戴組之一實例性耳機之側視剖面圖，其繪示其中可定位一MEMS麥克風之可能區域及其效果；以及第9圖根據各種實施例針對(A)左耳及(B)右耳在100赫茲至20千赫茲之頻率範圍內顯示基於一幅值修正因數之經修改之音效訊號、以及對應之原始音效訊號。
以下將參考附圖進行詳細說明，該等附圖以例示之方式顯示可用以實踐本發明之具體細節及實施例。將足夠詳細地說明此等實施例，以使熟習此項技術者能夠實踐本發明。可使用其他實施例，且可在不背離本發明之範圍之條件下作出結構及邏輯上之改變。各種實施例未必相互排斥，乃因一些實施例可與一或多個其他實施例相組合而形成新的實施例。
為使本發明可易於理解並實際達成，現在將藉由舉例而非限制方式參考圖式來說明特定實施例。
頭相關傳遞函數(head related transfer function；HRTF)之獨特修改方式或實施方式繼續演進。各種實施例提供現有DSP HW技術與獨特SW/演算法之一組合(或經改良之組合)，該組合能達成一特定之實施方式。各種HW及SW元件排列於耳機內並在SW層階上進行整合之方式容許藉由對進入收聽者耳朵之音效特徵應用複雜之即時訊號處理來改變(即修改)原音效流(raw audio stream)，以使收聽體驗能夠更清晰(或更純)。藉此，確保所感知之音效盡可能密切地匹配所欲聽到之原始/原音效流。
各種實施例包含音效DSP技術與位於耳機中之麥克風元件之一獨特組合或混合，俾使耳機拾取藉由聲音反彈出外耳道之方式而改變之右/左音效訊號並接著執行原始/原音效源左聲 道與右聲道之一比較。即時自適應DSP技術在DSP層階上調用並改變原始原音效流並確保在外耳處所感知之聲音特徵盡可能密切地匹配原始/原音效流。
各種實施例根據頭戴受話器之耳機中之一獨特HW驅動器而對原始原音效流提供頻率修正。頻率修正可與其他演算法函數(例如幅值修正(即放大修正或衰減修正)及相移修正(或延遲修正))相關或相關聯。第3圖顯示一種實例性即時自適應反向過濾過程之方塊圖。在第3圖中，將一輸入訊號300饋送至一所需傳遞函數D 302及一自適應濾波器A 304中。來自所需傳遞函數D 302之輸出係為一所需訊號306，一比較器310比較所需訊號306與一所量測訊號308以給出一誤差訊號312。所量測訊號308得自一真實傳遞函數R 314之輸出，真實傳遞函數R 314接受一驅動訊號316作為其輸入。驅動訊號316繼而得自自適應濾波器A 304之輸出，自適應濾波器A 304具有根據誤差訊號312而修改之過濾參數。如第3圖所示之自適應濾波器係為用於即時地自適應處理一音效訊號之一特定基礎演算法之一實例。
換言之，例如，波合成(wave synthesis)可係為將一基線音效波(base line audio wave)與來自每一耳機中所設置之麥克風之一反射音效波相比較。麥克風可設置於每一耳機中之各種位置處。然而，當設置於某些位置或策略性位置處時，麥克風可接收例如最大等級之反射音效波，藉此增強對所需音效訊號之拾取以進行處理。
波合成可即時地應用且係為例如第3圖所示之如下過程：在該過程中對原音效波或進入之音效波進行數位採樣並接著將其與來自每一耳機之反射音效波之一數位樣本進行比較。在應用修正因數(即，放大、衰減、移相、延遲、回聲及/或雜訊消除)後產生一第三或音效波。波合成即時地應用修正因數，並產生一獨特之第三音效波，該獨特之第三音效波係藉由應用修正因數而重構以盡可能密切地接近初始或原音效波。
第4圖顯示現有DSP HW技術與獨特SW/演算法之 一組合(或經改良之組合)之實例性概覽，該組合能達成一特定之實施方式。
在第4圖中，一原音效流(或訊號)400輸入至包含一DSP功能404之一系統402中。系統402可係為但不限於一外部音效PUCK/MICX放大器。可由DSP功能404將原音效流400修改為一經修改之音效流(或訊號)406，系統402輸出經修改之音效流(或訊號)406。DSP功能404亦可用於針對幅值改變、衰減及/或其他訊號異常而執行某一量之處理(諸如回聲及/或雜訊消除)。然後，將經修改之音效流406饋送至一頭戴組412之左耳機408及右耳機410中。一使用者(第4圖未示出)將他/她的頭定位於左耳機408與右耳機410之間，如一方向符號414所示。耳機408、410可貼靠使用者之相應耳朵(第4圖未示出)定位，分別如箭頭416、418所示。
左耳機408中之一麥克風420(MIC "L")及右耳機410中之一麥克風422(MIC "R")分別拾取一MIC(L/R)音效訊號424，MIC(L/R)音效訊號424被回饋至一比較器426中。比較器426亦接收原音效流400並比較此原音效流400與MIC(L/R)音效訊號424。比較器426輸出比較結果428，比較結果428被回饋至系統402中。系統402接收結果428並根據結果428而修改原音效流400。
為使比較器426執行MIC(L/R)音效訊號424相對於對應原音效流400之比較，在原音效流400進入比較器426之前由一移相器430將一延遲引入至原音效流400，藉此在該二訊號之間提供一種形式之定時同步以進行比較。
為使系統402根據對應之比較結果428而執行對原音效流400之修改，在比較結果428進入系統402之前由另一移相器432將另一延遲引入至比較結果428，藉此在該等訊號之間提供一種形式之定時同步以進行修改。
對於第4圖所示之實例，所有音效訊號皆可係為數位訊號。
在其他實例中，一些音效訊號在某些處理步驟中可係為類比訊號或數位訊號。舉例而言，原音效流可係為類比音效流或數位音效流。若原音效流係為類比音效流，則系統會將原音效流轉換成一數位訊號，俾可應用DSP功能。
在一第一態樣中，提供一種處理一音效訊號之方法500，如第5圖所示。在502中，輸出一第一音效訊號之一第一部分。舉例而言，第一音效訊號之第一部分可指第4圖所示經修改之音效流406，且第一音效訊號可指第4圖所示之原音效流400。第一音效訊號之第一部分係指在一時間段(例如表示為X)內之一音效訊號。用語「音效訊號」可被互換地稱為「音效流」，其可表示來自任何音效訊號源(例如一重放音軌(audio track))之任何音效訊號。
在504中，拾取該第一音效訊號之該第一部分作為一第二音效訊號。舉例而言，第二音效訊號可指第4圖所示之MIC(L/R)音效訊號424。本文中所用之用語「拾取」可籠統地指被接收到。
在506中，比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號。舉例而言，該第一音效訊號之第二部分可指基於第4圖所示原音效流400的且經由具有DSP功能404之系統402而被饋送至比較器406之一輸入端中的一音效訊號。在另一實例(圖未示出)中，該第一音效訊號之第二部分可係為基於原音效流之一音效訊號，且在不經過具有DSP功能之系統之條件下被饋送至比較器之一輸入端中。
在508中，根據比較結果，修改該第一音效訊號之該第二部分。舉例而言，該比較結果係指第4圖所示之比較結果428。
本文中所用之用語「修改」係指但不限於：改變、調整、放大或衰減。舉例而言，可藉由根據比較結果而放大該第一音效訊號之該第二部分之幅值來修改該第二部分，該比較結果可係為一放大修正因數。在另一非限制性實例中，可藉由根據比 較結果而改變該第一音效訊號之該第二部分之頻率來修改該第二部分，該比較結果可係為一頻率修正因數。應意識到，修改可呈根據比較結果進行的任何變化或變化組合形式。由於回饋機制，該修改可被稱為一自適應修改。該修改之目的在於使在一使用者之外耳處所感知之一聲音訊號盡可能密切地匹配原始/原音效流。
在510中，輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。
舉例而言，該第一音效訊號之經修改之該第二部分可指在另一時間段(例如表示為Y)內之第4圖所示經修改之音效流406。在一個實例中，時間段X及Y可係為相鄰之時間段。在另一實例中，時間段X及Y之至少某些部分可交疊。
在各種實施例中，以一預定時間間隔重複進行502、510中之輸出步驟、504中之拾取步驟、506中之比較步驟以及508中之修改步驟，該預定時間間隔容許實質即時地處理該音效訊號。舉例而言，當在510中輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分之後，可重複方法500所提供之步驟，俾使該第一音效訊號之經修改之該第二部分此時變成502中該第一音效訊號之該第一部分。在此種情形中，該第一音效訊號之該第一部分此時係指該另一時間段(例如表示為Y)內之一音效訊號。
可每隔一段時間或可連續地重複方法500，以提供實質即時之音效訊號處理。應意識到且應理解，用語「實質」可包含「精確地」及「類似的」，「類似的」在一定程度上可被理解為「精確的」。僅出於例示目的且並非作為一限制性實例，用語「實質」可相對於精確或實際而被量化為+/-5%之一變化量。舉例而言，片語「A(至少)實質相同於B」可包含如下實施例，其中A精確地相同於B或其中A可在B之+/-5%(例如一值)之一變化量範圍內，反之亦然。
在各種實施例中，在502中輸出該第一音效訊號之該第一部分之步驟可包含：經由一頭戴組之一揚聲器輸出該第一音效訊號之該第一部分。
在各種實施例之上下文中，用語「頭戴組」可指一具有一或多個聽筒(earphone)之裝置，該一或多個聽筒通常具有一頭帶(headband)以將該一或多個聽筒保持於一使用者之耳朵上。在一些實例中，用語「頭戴組」可互換地指頭戴受話器、耳機(ear piece)、聽筒或接收器。
在一實例中，一頭戴組包含呈耳機(例如第4圖所示之耳機408、410)形式之聽筒。每一耳機皆可包含一軟墊，該軟墊環繞該耳機之外圓周。當一使用者將耳機放置於耳朵上時，軟墊會覆蓋耳朵以圍繞耳朵提供一封閉環境，以使一音效訊號被導引至耳朵之聽管中。
本文中所用之用語「揚聲器(speaker)」一般係指任何一般形式之音效傳送器，且可互換地被稱為一擴音器(loudspeaker)。揚聲器可包含一音效驅動器。揚聲器可裝在頭戴組之耳機內。
在各種實施例中，在504中拾取該第一音效訊號之該第一部分作為該第二音效訊號之步驟可包含：由一麥克風接收該第一音效訊號之該第一部分。麥克風可策略性地定位於耳機內，俾麥克風接收最大等級之音效訊號及/或麥克風接收由頭戴組之一配戴者之耳道所接收之相似音效訊號。
本文中所用之用語「麥克風」一般係指任何一般形式之音效接收器。舉例而言，麥克風可係為一微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)麥克風。一MEMS麥克風一般係為一麥克風晶片或矽麥克風。為形成MEMS麥克風，藉由MEMS技術直接將一壓敏膜片蝕刻成一矽晶片，且該壓敏膜片通常伴隨有相整合之前置放大器(preamplifier)。大多數MEMS麥克風係為電容式麥克風設計之變型。MEMS麥克風常常在同一CMOS晶片上內建有類比-數位轉換器(analog-to-digital converter；ADC)電路，進而使晶片成為一數位麥克風且因此更易於與數位產品相整合。MEMS麥克風通常具有緊湊且小的尺寸，並可在一大的傳輸角度內接收音效訊號。MEMS麥克風亦在 一大的頻率範圍內具有一平坦響應。
在各種實施例中，該麥克風可位於該頭戴組之一耳機內，俾當一配戴者配戴該頭戴組時，該麥克風可被定位至實質位於該配戴者之耳道入口附近。
本文中所用之用語「配戴者」可互換地被稱為「使用者」。用語「實質」可係為如上所定義。在此上下文中，用語「附近」係指緊密地鄰近，俾使麥克風與耳道二者接收至少類似之音效訊號。用語「耳道」係指耳朵之聽管。
在各種實施例中，該第二音效訊號可包含該頭戴組之一左聲道音效訊號及一右聲道音效訊號。舉例而言，該左聲道音效訊號及該右聲道音效訊號可指第4圖所示之MIC(L/R)音效訊號424。
在一實施例中，該第二音效訊號可更包含一雜訊訊號。
本文中所用之片語「雜訊訊號」一般係指任何不期望之訊號，其可包含由各種電子組件(例如麥克風或電導體)所造成之非所欲之音效訊號及/或電性雜訊訊號。電性雜訊訊號可包含例如串擾、熱雜訊、散粒雜訊(shot noise)。非所欲之音效訊號可包含例如來自環境之聲音。
在各種實施例中，該第一音效訊號之該第一部分可包含該第一音效訊號之該第一部分之一反射。在各種實施例之上下文中，用語「反射」係指一回聲。
在一實施例中，該第一音效訊號之該第一部分之該反射可包含該第一音效訊號之該第一部分自該頭戴組之一配戴者之一耳廓之至少一部分之一反射。可藉由針對回聲及雜訊消除修正因數進行處理來調節所反射之訊號。
本文中所用之用語「耳廓」係指形成一個人之獨特耳朵形狀之外耳結構。
舉例而言，當一配戴者(或使用者)配戴頭戴組時，音效訊號自頭戴組之揚聲器輸出並傳播至耳朵。該音效訊號之部 分可進入耳道中，而該音效訊號之其他部分可到達耳朵之耳廓。該音效訊號之該等其他部分或其某些部分可自耳廓之表面反彈或反射，並可由麥克風拾取。
在另一實例中，該音效訊號之部分可進入耳道中，而該音效訊號之其他部分可到達耳機的與耳朵一起形成一至少實質封閉區域之一表面。該音效訊號之該等其他部分或其某些部分可自耳機之此表面反彈或反射，並可由麥克風拾取。
在各種實施例中，在506中比較該第一音效訊號之該第二部分與該第二音效訊號之步驟可包含進行以下比較至少其中之一：比較該第一音效訊號之該第二部分之一幅值與該第二音效訊號之一幅值以獲得一幅值修正因數、比較該第一音效訊號之該第二部分之一頻率與該第二音效訊號之一頻率以獲得一頻率修正因數、或比較該第一音效訊號之該第二部分之一相位與該第二音效訊號之一相位以獲得一相位修正因數。
舉例而言，該幅值修正因數、該頻率修正因數及/或該相位修正因數可係為第4圖所示之比較結果428。
用語「比較」可指但不限於獲取二或更多個訊號之差別。舉例而言，用語「比較」亦可包含應用於該差別之一權重或一倍增因數(multiplication factor)。
在各種實施例中，在508中修改該第一音效訊號之該第二部分之步驟可包含：根據該幅值修正因數、該頻率修正因數或該相位修正因數至少其中之一來修改該第一音效訊號之該第二部分。舉例而言，可根據該幅值修正因數、或該頻率修正因數、或該相位修正因數、或該幅值修正因數與該頻率修正因數之組合、或該幅值修正因數與該相位修正因數之組合、或該相位修正因數與該頻率修正因數之組合、或該幅值修正因數及該頻率修正因數與該相位修正因數之組合來修改該第一音效訊號之該第二部分。
在各種實施例中，在508中修改該第一音效訊號之該第二部分之步驟可包含：增大或減小該第一音效訊號之該第二 部分之一幅值、一頻率或一相位至少其中之一。
在各種實施例中，在508中修改該第一音效訊號之該第二部分之步驟可包含：根據一頭相關傳遞函數(Head Related Transfer Function；HRTF)修改該第一音效訊號之該第二部分。
在各種實施例之上下文中，一頭相關傳遞函數(head-related transfer function；HRTF)係為一種響應，用於表徵一耳朵如何自空間中之一點接收一聲音。用於雙耳之一對HRTF可用於合成一仿佛來自空間中之一特定點之雙耳聲(binaural sound)。一般而言，HRTF係為用於描述來自一特定點之一聲音如何到達耳朵或耳廓的一傳遞函數。
在各種實施例中，根據一動態HRTF來修改該第一音效訊號之該第二部分。換言之，動態HRTF根據若干因數(例如，耳朵位置之一改變及/或所接收之音效訊號之一改變)而改變。此與呈靜態而不變化之現有HRTF形成對照。舉例而言，現有立體聲系統可使用靜態HRTF進行其相應之訊號處理。
在各種實施例中，方法500可更包含：在506中比較該第一音效訊號之該第二部分與該第二音效訊號之前，可對該第一音效訊號之該第二部分增加一延遲。
該延遲可由一移相器(諸如第4圖所示之移相器430)執行。增加一延遲之目的在於在供比較之該二訊號之間提供一種定時同步形式，俾使第二音效訊號可與第一音效訊號之對應部分相比較。
在各種實施例中，方法500可更包含：在508中修改該第一音效訊號之該第二部分之前，可對該比較結果增加另一延遲。
該另一延遲可由一移相器(諸如第4圖所示之移相器432)執行。增加該另一延遲之目的在於在供修改之該等訊號之間提供一種定時同步形式，俾可根據對應之比較結果來修改第一音效訊號之第二部分。
在各種實施例中，該第一音效訊號之該第二部分可 係為一類比訊號或一數位訊號。若該第一音效訊號之該第二部分係為一類比訊號，方法500可更包含：將該第一音效訊號之該類比第二部分轉換成一數位訊號。該數位訊號可呈例如由並列位元或串列位元表示之任何格式，並可具有任何解析度，例如但不限於8位元表示形式、16位元表示形式、32位元表示形式、64位元表示形式、或高於64位元表示形式之其他表示形式。
在一第二態樣中，提供一種音效訊號輸出裝置600，如第6圖所示。音效訊號輸出裝置600包含：一揚聲器602，用以輸出一第一音效訊號之一第一部分；一麥克風604，用以拾取該第一音效訊號之該第一部分作為一第二音效訊號；一比較器606，用以比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號；以及一電路608，用以根據比較結果修改該第一音效訊號之該第二部分；其中，揚聲器602更用以輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。
舉例而言，揚聲器602可係為第4圖所示之左耳機408及右耳機410中所見之相應揚聲器。麥克風604可係為如上文所定義且可係為第4圖所示之麥克風MIC "L" 420或麥克風MIC "R" 422。比較器606可指第4圖所示之比較器426。比較器606可係為一加法電路(summing circuit)且可係為一數位比較器(即用於比較數位訊號之一比較器)。電路608可指第4圖所示之具有DSP功能404之系統402。
在其他實例中，電路608可整合於耳機(例如，第4圖所示之左耳機408及/或右耳機410)內。
在各種實施例之上下文中，一「電路」可被理解為任何類型之邏輯執行實體，其可係為專用電路或一用於執行一記憶體、韌體或其任意組合中所儲存之軟體之處理器。因此，一「電路」可係為一硬接線(hard-wired)邏輯電路或一可程式化邏輯電路，諸如一可程式化處理器(例如，一微處理器(例如，一複雜指令集電腦(Complex Instruction Set Computer；CISC)處理器或一精簡指令集電腦(Reduced Instruction Set Computer；RISC)處 理器))。一「電路」亦可係為一用於執行軟體(例如任何類型之電腦程式，例如使用一虛擬機器碼(例如Java或例如數位訊號處理演算法)之一電腦程式)之處理器。亦可將所述相應功能之任何其他類型之實施方式理解為根據本發明之一替代態樣之「電路」。
在各種實施例中，揚聲器602、麥克風604、比較器606及電路608可用以以一預定時間間隔重複地運作，該預定時間間隔容許進行實質即時之音效訊號處理。
用語「實質」係為如上所定義。用語「即時」係指用以在其中執行一操作之一時間框(time frame)可被一使用者接受及感知為類似於或等效於實際之時鐘時間。「即時」亦可指響應於其中不存在嚴格時間相關要求之真實世界事件或事務之一確定性時間。舉例而言，在此上下文中，「即時」可涉及在若干微秒、毫秒、秒或甚至分鐘以前所發生之操作或事件。
在一實例中，該預定時間間隔可係為但不限於約1微秒至約100微秒、或約10微秒至約50微秒、約1毫秒至約100毫秒、或約10毫秒至約50毫秒、約1秒至約10秒之一範圍。
用語「重複地」係指反復執行。
用語「麥克風」、「第一音效訊號之第一部分」、「第二音效訊號」、「第一音效訊號之第二部分」、「比較」、「修改」、「比較結果」以及「第一音效訊號之經修改之第二部分」可係為如上所定義。
在各種實施例中，比較器606可用以進行以下比較至少其中之一：比較該第一音效訊號之該第二部分之一幅值與該第二音效訊號之一幅值以獲得一幅值修正因數、比較該第一音效訊號之該第二部分之一頻率與該第二音效訊號之一頻率以獲得一頻率修正因數、或者比較該第一音效訊號之該第二部分之一相位與該第二音效訊號之一相位以獲得一相位修正因數。
片語「幅值修正因數」、「頻率修正因數」及「相位修正因數」可係為如上所定義。
在各種實施例中，電路608可用以根據該幅值修正因數、該頻率修正因數或該相位修正因數至少其中之一來修改該第一音效訊號之該第二部分。舉例而言，電路608可用以增大或減小該第一音效訊號之該第二部分之一幅值、一頻率或一相位至少其中之一。電路608亦可用以根據一頭相關傳遞函數(Head Related Transfer Function；HRTF)修改該第一音效訊號之該第二部分。
片語「HRTF」可係為如上所定義。
在各種實施例中，音效訊號輸出裝置600可更包含：一移相器，用以對該第一音效訊號之該第二部分增加一延遲。
在其他實施例中，音效訊號輸出裝置600可更包含：另一移相器，用以對該比較結果增加另一延遲。
該移相器及該另一移相器可分別指第4圖所示之移相器430及移相器432。若由於訊號在處理期間穿過各種元件或裝置而量測到一相位或延遲，則可使用移相器(或延遲區塊)。
在各種實施例中，音效訊號輸出裝置600可更包含：一類比數位轉換器(analog-to-digital converter)，用以將該第一音效訊號之該類比第二部分轉換成一數位訊號。
在一第三態樣中，提供一種頭戴組700，如第7圖所示。頭戴組700包含：一對耳機702；一揚聲器704，位於各該耳機702中；以及一麥克風706，位於該對耳機702至少其中之一內；其中揚聲器704係實質居中地位於該耳機702內；以及其中麥克風706係鄰近揚聲器704定位。
用語「鄰近」係指毗鄰、緊挨著或傍著。
舉例而言，該對耳機702可指第4圖所示之左耳機408及右耳機410，揚聲器704可係為第4圖所示之左耳機408及右耳機410中所見之相應揚聲器，且麥克風706可係為第4圖所示之麥克風MIC "L" 420及/或麥克風MIC "R" 422。
在各種實施例中，麥克風706可定位於揚聲器704下方，俾當一配戴者配戴該頭戴組時，麥克風706面朝該配戴者 之外聽管(auditory canal)之一實質下部部分。
如本文中所用之片語「外聽管」可互換地被稱為耳道或聽管。
在一實施例中，麥克風706可位於一區域內，該區域相對於實質居中定位之揚聲器704具有約1公分至2公分之一半徑。在其他實例中，麥克風706可相對於實質居中定位之揚聲器704位於約0.5公分、約1公分、約1.2公分、約1.5公分、約1.8公分、約2公分、約2.2公分、或約2.5公分處。
在一些實施例中，頭戴組700可在各該耳機中具有複數個揚聲器。舉例而言，頭戴組700可在各該耳機中具有2個或3個或4個或5個揚聲器。
用語「麥克風」可係為如上所定義。
各種實施例提供一種自適應方法及裝置，以用於即時地調整(原始)原音效流(例如，第4圖所示之原音效流400)，進而容許改變(原始)原音效流以便無論音效驅動器相對於外耳之位置及其獨特形狀如何，皆使收聽者(配戴者)感到音效內容係為完整無損的並保持預期聲音特徵。
例如如第3圖所示之方法之即時自適應部分可基於：具體針對頭戴組之專門HW驅動器頻率修正與一SW波合成演算法之一獨特組合，該組合根據與初始音效訊號之一比較而即時地調整其他關鍵性音效因數(例如，相位、延遲、訊號幅值、(衰減/放大)因數)。在一些實例中，可在一具有DSP功能之系統(例如第4圖所示之系統402)中進行修正與演算法二者。
藉由鄰近如第2圖所示通向鼓膜之耳道入口以一容許麥克風自外耳或耳廓拾取關鍵性音效脈衝之距離而策略性地且最佳地放置數位矽或MEMS麥克風，可達成用於處理音效訊號之自適應方法及裝置。
第8A圖顯示一頭戴組之一實例性耳機800之側視剖面圖。在此實例中，五個揚聲器802、804、806、808及810被顯示為位於耳機800內，其中揚聲器808實質居中地位於耳機800 中。其餘揚聲器802、804、806及810圍繞中心揚聲器808定位。舉例而言，揚聲器802定位於揚聲器808之左上角；驅動器804定位於揚聲器808之左下角；驅動器806定位於揚聲器808之右上角；以及驅動器810定位於揚聲器808之右下角。
第8B圖顯示第8A圖所示之實例性耳機800，其繪示各種驅動器之位置。
在第8B圖中，五個(音效)驅動器820、822、824、826、828位於相應之揚聲器802、804、806、808、810處。當一配戴者配戴頭戴組並使耳機800位於耳朵上而使耳機800具有如第8B圖所示之直立取向時，配戴者面朝左側且耳機800係為配戴者之左耳機。驅動器820可係為直徑為約30公釐之一前方驅動器；驅動器822可係為直徑為約30公釐之一中心驅動器；驅動器824可係為直徑為約20公釐之一後方環繞驅動器；驅動器826可係為直徑為約40公釐之一超低音驅動器(subwoofer driver)；以及驅動器828可係為直徑為約20公釐之一環繞驅動器。
第8C圖顯示第8A圖所示之實例性耳機800，其繪示MEMS麥克風之較佳(或理想)位置830。在第8C圖中，MEMS麥克風係沿中心軸線832並鄰近耳機800之底部(即，在中心驅動器822及環繞驅動器828下方)定位。
第8D圖顯示第8A圖所示之實例性耳機800，其繪示其中可定位一MEMS麥克風之三個可能區域840、842、844及其效果。
舉例而言，使MEMS麥克風位於區域840中係並非理想的，乃因區域840之位置距配戴者之耳道最遠。使MEMS麥克風位於區域842中則能夠使自適應音效訊號處理工作且相較於位於區域840中更佳。使MEMS麥克風位於區域844中係為(最)理想的，乃因區域844之位置距配戴者之耳道最近。
如上所述根據各種實施例之方法可更自適應於尤其是處於微水凖下之音效收聽環境(例如，當音效訊號(或聲音)進入外耳時在耳朵之入口處)，在此種微水準中，在用於將音效 訊號或聲音引導至鼓膜之表面(其由使用者之外耳或耳廓及內耳道之形狀提供)中存在固有差別。所述方法亦可慮及環境雜訊位凖以及應用根據收聽環境而不同之各種雜訊消除方法。相比之下，現有HRTF功能係為靜態性質且無法慮及此等不測事件(eventuality)/環境因數或針對此等不測事件/環境因數進行修正。
藉由應用所述方法，在經修改之一音效訊號與對應之原始音效訊號之間進行比較。第9圖針對(A)左耳及(B)右耳在100赫茲至20千赫茲之頻率範圍內顯示基於一幅值修正因數之經修改之音效訊號900、902、以及對應之原始音效訊號904、906。須注意者，在右耳與左耳之間存在約4分貝至約8分貝之一固有差別。
如第9圖所示，經修改之音效訊號900、902根據幅值修正因數而自原始音效訊號904、906衰減。一使用者在配戴一輸出經修改之音效訊號900、902之頭戴組時，會感知到原始音效訊號904、906。總之，第9圖顯示一原始音效波及在應用波合成或修正因數後所得之波之一實例。
在各種實施例之上下文中，應用於一數值之用語「約」包含精確值以及該值之+/-5%之一變化量。
儘管已參照具體實施例具體地顯示並說明瞭本發明，然而熟習此項技術者應理解，在不背離由隨附申請專利範圍所界定之本發明之精神及範圍之條件下，可對本發明作出形式及細節上之各種改變。因此，本發明之範圍係由隨附申請專利範圍表示，且因此旨在包括處於申請專利範圍之等效內容之意義及範圍內之所有變化。
800‧‧‧實例性耳機
822‧‧‧(音效)驅動器
828‧‧‧(音效)驅動器
830‧‧‧MEMS麥克風之較佳(或理想)位置
832‧‧‧中心軸線

Claims (33)

  1. 一種處理一音效訊號之方法，包含：輸出一第一音效訊號之一第一部分；拾取該第一音效訊號之該第一部分作為一第二音效訊號；比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號；根據比較之結果，修改該第一音效訊號之該第二部分；以及輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該等輸出步驟、該拾取步驟、該比較步驟及該修改步驟於一預定時間間隔重複，該預定時間間隔容許實質即時地處理該音效訊號。
  3. 如請求項1所述之方法，其中輸出該第一音效訊號之該第一部分之步驟包含：經由一頭戴組之一揚聲器輸出該第一音效訊號之該第一部分。
  4. 如請求項3所述之方法，其中拾取該第一音效訊號之該第一部分作為該第二音效訊號之步驟包含：由一麥克風接收該第一音效訊號之該第一部分。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該麥克風位於該頭戴組之一耳機(ear cup)內，俾一配戴者配戴該頭戴組時，該麥克風被定位至實質位於該配戴者之耳道入口附近。
  6. 如請求項4所述之方法，其中該麥克風係為一微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)麥克風。
  7. 如請求項3所述之方法，其中該第二音效訊號包含該頭戴組之一左聲道音效訊號及一右聲道音效訊號。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該第二音效訊號更包含一雜訊訊號。
  9. 如請求項3所述之方法，其中該第一音效訊號之該第一部分包含該第一音效訊號之該第一部分之一反射。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該第一音效訊號之該第一部分之該反射包含該第一音效訊號之該第一部分自該頭戴組之一配戴者之一耳廓之至少一部分之一反射。
  11. 如請求項1所述之方法，其中比較該第一音效訊號之該第二部分與該第二音效訊號之步驟包含進行以下比較至少其中之一：比較該第一音效訊號之該第二部分之一幅值與該第二音效訊號之一幅值以獲得一幅值修正因數、比較該第一音效訊號之該第二部分之一頻率與該第二音效訊號之一頻率以獲得一頻率修正因數、或比較該第一音效訊號之該第二部分之一相位與該第二音效訊號之一相位以獲得一相位修正因數。
  12. 如請求項11所述之方法，其中修改該第一音效訊號之該第二部分之步驟包含：根據該幅值修正因數、該頻率修正因數或該相位修正因數至少其中之一來修改該第一音效訊號之該第二部分。
  13. 如請求項1所述之方法，其中修改該第一音效訊號之該第二部分之步驟包含：增大或減小該第一音效訊號之該第二部分之一幅值、一頻率或一相位至少其中之一。
  14. 如請求項1所述之方法，其中修改該第一音效訊號之該第二部分之步驟包含：根據一頭相關傳遞函數(Head Related Transfer Function；HRTF)修改該第一音效訊號之該第二部分。
  15. 如請求項1所述之方法，更包含：在比較該第一音效訊號之該第二部分與該第二音效訊號之前，對該第一音效訊號之該第二部分增加一延遲。
  16. 如請求項1所述之方法，更包含：在修改該第一音效訊號之該第二部分之前，對該比較之結果增加另一延遲。
  17. 如請求項1所述之方法，其中該第一音效訊號之該第二部分係為一類比訊號。
  18. 如請求項17所述之方法，更包含：將該第一音效訊號之該類比第二部分轉換成一數位訊號。
  19. 一種音效訊號輸出裝置，包含：一揚聲器，用以輸出一第一音效訊號之一第一部分；一麥克風，用以拾取該第一音效訊號之該第一部分作為 一第二音效訊號；一比較器，用以比較該第一音效訊號之一第二部分與該第二音效訊號；以及一電路，用以根據該比較之結果修改該第一音效訊號之該第二部分；其中，該揚聲器更用以輸出該第一音效訊號之經修改之該第二部分。
  20. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，其中該揚聲器、該麥克風、該比較器及該電路用以以一預定時間間隔重複地運作，該預定時間間隔容許進行實質即時之音效訊號處理。
  21. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，其中該麥克風係為一微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)麥克風。
  22. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，其中該比較器用以進行以下比較至少其中之一：比較該第一音效訊號之該第二部分之一幅值與該第二音效訊號之一幅值以獲得一幅值修正因數、比較該第一音效訊號之該第二部分之一頻率與該第二音效訊號之一頻率以獲得一頻率修正因數、或者比較該第一音效訊號之該第二部分之一相位與該第二音效訊號之一相位以獲得一相位修正因數。
  23. 如請求項22所述之音效訊號輸出裝置，其中該電路用以根據該幅值修正因數、該頻率修正因數或該相位修正因數至少其中之一來修改該第一音效訊號之該第二部分。
  24. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，其中該電路用以增大或減小該第一音效訊號之該第二部分之一幅值、一頻率或一相位至少其中之一。
  25. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，其中該電路用以根據一頭相關傳遞函數(Head Related Transfer Function；HRTF)修改該第一音效訊號之該第二部分。
  26. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，更包含：一移相器，用以對該第一音效訊號之該第二部分增加一延遲。
  27. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，更包含：一移相器，用以對該比較之結果增加另一延遲。
  28. 如請求項19所述之音效訊號輸出裝置，更包含：一類比數位轉換器(analog-to-digital converter)，用以將該第一音效訊號之該第二部分轉換成一數位訊號。
  29. 一種頭戴組，包含：一對耳機；一揚聲器，位於各該耳機中；以及一麥克風，位於該對耳機至少其中之一內；其中該揚聲器係實質居中地位於該耳機內；以及其中該麥克風係鄰近該揚聲器定位。
  30. 如請求項29所述之頭戴組，其中該麥克風係定位於該揚聲器下方，俾一配戴者配戴該頭戴組時，該麥克風面朝該配戴者之外聽管(auditory canal)之一實質下部部分。
  31. 如請求項30所述之頭戴組，其中該麥克風位於一區域內，該區域相對於該實質居中定位之揚聲器具有約1公分至2公分之一半徑。
  32. 如請求項29所述之頭戴組，其中該頭戴組在各該耳機中具有複數個揚聲器。
  33. 如請求項29所述之頭戴組，其中該麥克風係為一微機電系統(MEMS)麥克風。
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