TW201635273A - 近距離定點還原聲波形成方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一近距離定點還原聲波形成方法，包含產生至少一個音頻訊號；以及產生至少二個對應此音頻訊號之高頻載波訊號。此音頻訊號分別被加載至對應之各高頻載波訊號，以便形成至少二個加載訊號。此等加載訊號各自被發送至一空間交會區域重合而形成一近距離定點還原聲波。藉此，近距離定點還原聲波具有高度指向性，得以於空間交會區域內形成一近距離單獨封閉聆聽區域而不致遭受外界環境干擾。

Description

近距離定點還原聲波形成方法及裝置

本發明係關於一種近距離定點還原聲波形成方法及裝置；特別地，係有關於利用高頻載波訊號加載音頻訊號而形成加載訊號，並將多個加載訊號於一空間交會區域重合而能形成具高指向性近距離定點還原聲波之方法及裝置。

聲音之傳遞於現代人生活中扮演一重要角色。聲音與畫面的結合替現代人帶來感官視聽上的滿足。基於現代人對個人隱私的重視，能於聆聽音樂時不致干擾他人或不致受他人干擾，已是一重要考量。為達前述目的，許多人於其住所中建置專屬之音響視聽室。然而，其需使用一定數量之隔音設備或材料，所費不貲，亦非每個人之住所都有足夠之空間供建置此音響視聽室。因此，其應用受限，且空間之便利性不足。

針對前述問題，已有人思考如何在有限空間讓聲音之傳遞具指向性。亦即，如何形成僅於一特定區域可聆聽之聲音訊號，而於特定區域之外則無法聽到聲音訊號。藉此，可排除聆聽者對他人或他人對聆聽者的干擾。其一方式，係利用超聲波為之。

超聲波之頻寬超過人耳可聽之頻率範圍，不致對人聽覺有所影響。然而，超聲波於空氣中傳播時，其物理作用所呈現出之高指向性則可被利用。將可被人耳聽見之聲音訊號調變加載至超聲波後，基於超聲波的高指向性，將聲音訊號集中發送至特定區域。於傳送過程中，調變後之聲波和空氣形成非線性交互作用(此稱為自解調)，從而將可聽聲音還原釋放。

前述是藉由超聲波在空氣中，以非線性方式進行自解調。經一傳遞距離後，聲音訊號從超聲波(載波)中解調出來，還原為人耳可聽之聲音訊號。習知為達到聲音不失真、更高的指向性以及更長傳遞距離等效果，需使用相當數量的發送元件將超聲載波集中。另外，由於自解調是依靠空氣介質而達成，因此需要一段距離方能達到足夠的解調程度。亦即，前述之方式並不適用於近距離封閉空間的應用。並且，龐大數量的發送元件不僅不利於小型空間，亦大幅加製造成本。若因空間及成本考量減少發送元件的使用，勢必對聲音的失真度需做出妥協，進而影響還原聲音的品質。

基於前述的原因，習知的技術無法於近距離形成還原的聲音訊號。無論如何，於近距離封閉空間內聆聽音樂而不受他人干擾的需求，仍隨著對個人隱私性的愈趨注重而增加。緣此，仍亟需於近距離封閉空間內可聆聽聲音之方法或裝置。

明確言之，本發明提供一種近距離定點還原聲波形成方法及裝置。其係利用至少二高頻載波訊號各自加載音頻訊號而形成多 個加載訊號，並令此等加載訊號於一空間交會區域重合，而形成一近距離定點還原聲波。以此等方法及裝置所形成之近距離定點還原聲波具有高度指向性，得以令聆聽者於空間交會區域內聆聽音樂訊號而不受周遭環境影響。

為達前述目的，於一實施例中，本發明提供一種近距離定點還原聲波形成方法，包含：產生至少一個音頻訊號；以及產生至少二個對應音頻訊號之高頻載波訊號，音頻訊號分別被加載至對應之各高頻載波訊號，以便形成至少二個加載訊號；其中前述加載訊號各自被發送至一空間交會區域重合而形成一近距離定點還原聲波，且前述高頻載波訊號重合後形成一重合高頻載波訊號，重合高頻載波訊號之頻率大於原本各高頻載波訊號之頻率，且重合高頻載波訊號之振幅小於原本各高頻載波訊號之振幅。

前述之近距離定點還原聲波形成方法中，高頻載波訊號的頻率為16KHz以上。音頻訊號之較佳數量係與高頻載波訊號數量相同。音頻訊號可為兩個以上，且各音頻訊號間實質上不具有相位差。

前述高頻載波訊號係使用一疊加方式，令前述高頻載波訊號彼此在空間交會區域以前述高頻載波訊號之正負半周重合而形成近距離定點還原聲波。亦或，前述高頻載波訊號係使用一調變方式，令前述高頻載波訊號彼此在空間交會區域以令前述高頻載波訊號以彼此具相位差方式重合而形成近距離定點還原聲波。

前述之近距離定點還原聲波形成方法中，若高頻載波訊號之數量為n，則各高頻載波訊號之較佳相位差為360/n度。此外，各 高頻載波訊號間振幅差可小於50%。較佳地，各高頻載波訊號間振幅差介於0~20%。各高頻載波訊號間頻率相同且具有相位差。加載訊號之數量為n，且各加載訊號間之較佳相位差為360/n度。加載訊號係以正負半周有差量的方式發送。另外，若高頻載波訊號之數量為n，則重合高頻載波訊號之頻率為原本各高頻載波訊號的n倍。

於另一實施例中，本發明提供一種近距離定點還原聲波裝置，包含至少二個調變器或加法器以及多個指向性發送器。調變器或加法器用以將至少一個音頻訊號加載到至少二個對應音頻訊號之高頻載波訊號，並產生至少二個加載訊號，其中各高頻載波訊號間具有相位差。多個指向性發送器用以分別接收加載訊號，並朝預期還原聲波的空間交會區域方向發送加載訊號。其中，加載訊號經指向性發送器分別發送後，於一空間交會區域重合並還原形成一近距離定點還原聲波，近距離定點還原聲波至少包含一重合高頻載波訊號及一重合音頻訊號，重合高頻載波訊號之頻率大於原本各高頻載波訊號之頻率，且重合高頻載波訊號之振幅小於原本各高頻載波訊號之振幅。

前述之近距離定點還原聲波裝置中，更包含至少二放大器，其係連接調變器，並用以放大加載訊號而輸出至指向性發送器。各加載訊號以正負半周有差量的方式發送。各高頻載波訊號間之理想相位差為120度。前述加載訊號之數量可為3，此時各加載訊號間之理想相位差為120度。前述加載訊號之數量若為n，則各加載訊號間理想之相位差為360/n度。另外，若高頻載波訊號之數量為n，則重合高頻載波訊號之頻率為原本各高頻載波訊號的n倍。

於又一實施例中，本發明提供另一種近距離定點還原聲波裝置，包含一定位裝置、至少二調變器以及至少二追蹤式指向性發送器。至少二調變器用以將至少一音頻訊號加載至至少二對應音頻訊號之高頻載波訊號，並產生至少二加載訊號，其中各高頻載波訊號間具有相位差。至少二追蹤式指向性發送器用以追蹤定位裝置，並跟隨定位裝置朝其發送加載訊號。其中，加載訊號經指向性發送器分別發送後，於一空間交會區域重合並還原形成一近距離定點還原聲波；高頻載波訊號重合後形成一重合高頻載波訊號，重合高頻載波訊號之頻率大於原本各高頻載波訊號之頻率，且重合高頻載波訊號之振幅小於原本各高頻載波訊號之振幅。

S101~S104‧‧‧步驟

200‧‧‧近距離定點還原聲波裝置

201‧‧‧調變器

202‧‧‧調變器

203‧‧‧調變器

204‧‧‧指向性發送器

205‧‧‧指向性發送器

206‧‧‧指向性發送器

300‧‧‧近距離定點還原聲波裝置

400‧‧‧近距離定點還原聲波裝置

401‧‧‧追蹤式指向性發送器

402‧‧‧追蹤式指向性發送器

403‧‧‧定位裝置

S1‧‧‧高頻載波訊號

S2‧‧‧高頻載波訊號

S3‧‧‧高頻載波訊號

S4‧‧‧重合高頻載波訊號

A1‧‧‧高頻載波訊號

A2‧‧‧高頻載波訊號

A3‧‧‧高頻載波訊號

B1‧‧‧音頻訊號

B2‧‧‧音頻訊號

B3‧‧‧音頻訊號

C‧‧‧近距離定點還原聲波

E‧‧‧空間交會區域

第1圖係繪示依據本發明一實施例之近距離定點還原聲波形成方法流程示意圖；第2圖係繪示依據第1圖所示之方法中，將高頻載波訊號以疊加或調變方式形成近距離定點還原聲波之示意圖；第3圖係繪示依據本發明另一實施例之近距離定點還原聲波裝置示意圖；第4圖係繪示依據本發明又一實施例之近距離定點還原聲波裝置示意圖；以及 第5圖係繪示依據本發明再一實施例之近距離定點還原聲波裝置示意圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

請參照第1圖，第1圖係繪示依據本發明一實施例之近距離定點還原聲波形成方法流程示意圖。

於一實施例中，近距離定點還原聲波形成方法大致包含下列步驟：S101，產生至少一個音頻訊號。

S102，產生至少二個對應音頻訊號之高頻載波訊號。

S103，分別加載音頻訊號至對應之各高頻載波訊號，以便形成至少二個加載訊號。

S104，各自發送二加載訊號至一空間交會區域重合，進而形成一近距離定點還原聲波，其中前述高頻載波訊號重合後形成一重合高頻載波訊號，且重合高頻載波訊號之頻率大於原本各高頻載波 訊號之頻率，而重合高頻載波訊號之振幅小於原本各高頻載波訊號之振幅。

前述步驟S103中，高頻載波訊號係為頻率16kHz以上之超聲波訊號。一般此高頻載波訊號無法為人耳所聽見，其頻率、振幅或相位等特性皆與音頻訊號不同。為使音頻訊號可以被加載至高頻載波訊號，需對音頻訊號進行疊加或調變之動作。

前述步驟S104中，為使加載訊號於交會重合區域能將原音頻訊號還原而形成近距離定點還原聲波，高頻載波訊號係透過疊加方式令高頻載波訊號彼此在空間交會區域以高頻載波訊號之正負半周重合；或透過調變方式，令高頻載波訊號彼此在空間交會區域以令高頻載波訊號以彼此具相位差方式重合。關於前述高頻載波訊號之疊加或調變方式，將於後第2圖中詳述之。

前述近距離定點還原聲波形成方法中，音頻訊號之數量與高頻載波訊號之數量可自由選擇，較佳地，音頻訊號之數量可選擇與高頻載波訊號數量相同，藉此可提供訊噪比差異大、低雜訊之聲音訊號。

前述音頻訊號可為兩個以上，且較佳地，各音頻訊號間實質上不具有相位差(小於| 90 |°)。前述對相位差之選擇係基於若相位差為零度，各音頻訊號就會產生建設性干涉，若形成相位差，則各音頻訊號形成破壞性干涉而導致聲音失真。

前述之各高頻載波訊號間頻率相同且具有相位差。較佳地，若高頻載波訊號之數量為n，且各高頻載波訊號之相位差為360/n度。藉此可達到衰減高頻之目的，變成重合高頻載波訊號之頻率振幅。

前述之各高頻載波訊號間振幅差小於50%。較佳地，各高頻載波訊號間振幅差介於0~20%。藉此可達到衰減高頻之目的，變成重合高頻載波訊號之頻率振幅。

前述加載訊號間彼此以具有相位差或正負半周有差量的方式發送以得到近距離定點還原聲波。加載訊號可擇合適之數量，並依據選取之數量調變各加載訊號之相位差以使原音頻訊號得到較好的還原。較佳地，若加載訊號之數量為n，則各加載訊號間之相位差選取為360/n度。藉此可達到衰減高頻之目的，變成重合高頻載波訊號之頻率振幅。

前述高頻載波訊號之數量為n，則重合高頻載波訊號之頻率為原本各高頻載波訊號的n倍。

請參照第2圖，第2圖係繪示依據第1圖所示之方法中，將高頻載波訊號以疊加或調變方式形成近距離定點還原聲波之示意圖。值得一提的是，本發明非如習知利用高頻載波訊號(如超聲波)在空氣中自解調之特性還原聲波，而是透過調變高頻載波訊號本身之特性而還原聲波。如第2圖所例示，調變高頻載波訊號S1、高頻載波訊號S2及高頻載波訊號S3彼此頻率相同且具有相位差。於將高頻載波訊號S1、高頻載波訊號S2及高頻載波訊號S3疊加重合後，形成重合高頻載波訊號S4。基於波動的建設性干涉或破壞性干涉原理，使重合高頻載波訊號 S4之頻率大於原本各高頻載波訊號之頻率，而重合高頻載波訊號之振幅小於原本各高頻載波訊號之振幅。前所提及之正負半周有差量，則是於波形疊加時，令加載訊號能更有效的被送達空間交會區。

請參照第3圖及第4圖，第3圖係繪示依據本發明另一實施例之近距離定點還原聲波裝置200示意圖；第4圖係繪示依據本發明又一實施例之近距離定點還原聲波裝置300示意圖。前已述及形成近距離定點還原聲波之方法，後續將配合物理結構上之說明，以使本發明能更被清楚地理解。

第3圖中，近距離定點還原聲波裝置200至少包含二調變器201、202及二指向性發送器204、205。調變器201係用以接收高頻載波訊號A1及音頻訊號B1後，將音頻訊號B1調變或疊加後加載至高頻載波訊號A1，而形成一加載訊號。相同地，調變器202係用以接收高頻載波訊號A2及音頻訊號B2後，將音頻訊號B2調變或疊加後加載至高頻載波訊號A2，而形成另一加載訊號，需知前述音頻訊號B1及音頻訊號B2係發出自同一音頻訊號源。此二加載訊號各別經二指向性發送器204、205發送至一空間交會區域E而形成一近距離定點還原聲波C其波形如第3圖中編號C所繪示。如前述方法中提及，高頻載波訊號A1與高頻載波訊號A2頻率相同且具有相位差，且各自加載後之加載訊號以正負半周有差量的方式發送。藉此，可控制於特定距離還原形成可聽之近距離定點還原聲波C，而為位於空間交會區域E中之聆聽者所聽見。基於高頻載波訊號A1及高頻載波訊號A2的非線性物理特性，使近距離定點還原聲波C形成於聆聽者距指向性發送器204、205相當靠近之封 閉極小區域；再基於高頻載波訊號A1及高頻載波訊號A2的高指向性，使最終形成之近距離定點還原聲波C，僅為位於空間交會區域E中之聆聽者所聽見，而不致被傳遞至空間交會區域E外，進而使旁人無法聽得近距離定點還原聲波C，達到防干擾效果。進一步而言，定點還原聲波C至少包含一重合高頻載波訊號S4及由音頻訊號B1、B2所疊加之一重合音頻訊號，需知前述音頻訊號B1及音頻訊號B2係發出自同一音頻訊號源。其中重合高頻載波訊號S4之頻率大於原本各高頻載波訊號A1、A2之頻率，且該重合高頻載波訊號S4之振幅小於原本各高頻載波訊號A1、A2之振幅；較佳地，若高頻載波訊號的數量為n，則重合高頻載波訊號S4之頻率為原本各高頻載波訊號A1、A2的n倍。

前述近距離定點還原聲波裝置200中，調變器201、202亦可替換為加法器。並且，使用放大器分別連接至調變器201、202，再將經放大後之加載訊號分別傳送至指向性發送器204、205亦是可能的作法。

請續參照第4圖。於第4圖中，使用多個指向性發送器204、205、206得以使近距離定點還原聲波C被更好地還原，聆聽者可聽得具有更好指向性及更不失真之聲音訊號。據此，於第4圖所揭示之近距離定點還原聲波裝置300中，其與前述近距離定點還原聲波裝置200之差異，在於多組設一調變器203及指向性發送器206。

近距離定點還原聲波裝置300包含三個調變器201、202、203，以及三個指向性發送器204、205、206。透過此配置方式，音頻訊號B1透過調變器201被加載至高頻載波訊號A1而形成一加載訊 號；音頻訊號B2透過調變器202被加載至高頻載波訊號A2而形成另一加載訊號；而音頻訊號B3透過調變器203被加載至高頻載波訊號A3而形成又一加載訊號。三個加載訊號各自為指向性發送器204、205、206發送而交會於空間交會區域E。指向性發送器204、205、206得以陣列式排列方式為之，藉以得到更好的聲音還原效果。

前述近距離定點還原聲波裝置200、300中，得以視實際狀況需求改變高頻載波訊號及音頻訊號的數量，且各高頻載波訊號或各加載訊號間之相位差亦可擇優選取。例如，高頻載波訊號之數量為n，則各高頻載波訊號之相位差為360/n度；加載訊號之數量為n，則各加載訊號之相位差為360/n度。透過此種相位差選取方式，得以使聲音之還原更為準確不失真。

請參照第5圖。第5圖係繪示依據本發明再一實施例之近距離定點還原聲波裝置400示意圖。於近距離定點還原聲波裝置400中，使用了與前述實施例中相同之調變器201、202。差異在其搭配了追蹤式指向性發送器401、402；而於聆聽者身上則配戴有定位裝置403。據此，於聆聽者移動時，近距離定點還原聲波C亦隨之移動，令聆聽者隨時隨處可聽得具指向性及不失真之聲音訊號，而不致干擾旁人或為旁人所干擾。

綜合前述，運用本發明提供之近距離定點還原聲波形成方法及裝置得以於近距離形成封閉之聆聽空間，不受外界干擾或干擾外界。其具有諸多例如：深夜觀賞電影時不會影響其他人作息；可於同一空間存在多個音樂撥放系統而互不干擾；於吵雜環境下亦能清楚 欣賞音樂；以及於接聽來電時，同車乘客聽不到對方來電內容等應用方式。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S101~S104‧‧‧步驟

Claims (20)

1. 一種近距離定點還原聲波形成方法，包含：產生至少一個音頻訊號；以及產生至少二個對應該音頻訊號之高頻載波訊號，該音頻訊號分別被加載至對應之各該高頻載波訊號，以便形成至少二個加載訊號；其中該些加載訊號各自被發送至一空間交會區域重合而形成一近距離定點還原聲波，且該些高頻載波訊號重合後形成一重合高頻載波訊號；其中該重合高頻載波訊號之頻率大於原本各該高頻載波訊號之頻率，且該重合高頻載波訊號之振幅小於原本各該高頻載波訊號之振幅。
2. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該些高頻載波訊號的頻率為16KHz以上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該些高頻載波訊號係使用一疊加方式，令該些高頻載波訊號彼此在該空間交會區域以該些高頻載波訊號之正負半周重合而形成該近距離定點還原聲波。
4. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該些高頻載波訊號係使用一調變方式，令該些高頻載波訊號彼此在該空間交會區域以令該些高頻載波訊號以彼此具相位差方式重合而形成該近距離定點還原聲波。
5. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該音頻訊號之數量係與高頻載波訊號數量相同。
6. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該音頻訊號為兩個以上且各該音頻訊號間不具有相位差。
7. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該高頻載波訊號之數量為n，且各該高頻載波訊號之相位差為360/n度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中各該高頻載波訊號間振幅差介於0~20%。
9. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該高頻載波訊號之數量為n，且該重合高頻載波訊號之頻率為原本各該高頻載波訊號的n倍。
10. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中各該高頻載波訊號間頻率相同且具有相位差。
11. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該加載訊號之數量為3個以上。
12. 如申請專利範圍第1項所述之近距離定點還原聲波形成方法，其中該加載訊號係以正負半周有差量的方式發送。
13. 一種近距離定點還原聲波裝置，包含：至少二個調變器或加法器，用以將至少一個音頻訊號加載到至少二個對應該些音頻訊號之高頻載波訊號，並產生至少二個加載訊號，其中各該高頻載波訊號間具有相位差；以及多個指向性發送器，用以分別接收該些加載訊號，並朝預期還原聲波的空間交會區域方向發送該些加載訊號；其中，該些加載訊號經該些指向性發送器分別發送後，於一空間交會區域重合並還原形成一近距離定點還原聲波，該近距離定點還原聲波至少包含一重合高頻載波訊號及一重合音頻訊號，且該重合高頻載波訊號之頻率大於原本各該高頻載波訊號之頻率，且該重合高頻載波訊號之振幅小於原本各該高頻載波訊號之振幅。
14. 如申請專利範圍第13項所述之近距離定點還原聲波裝置，更包含至少二放大器，其中該些放大器連接該些調變器，用以放大該些加載訊號而輸出至該些指向性發送器。
15. 如申請專利範圍第13項所述之近距離定點還原聲波裝置，其中各該加載訊號以正負半周有差量的方式發送。
16. 如申請專利範圍第13項所述之近距離定點還原聲波裝置，其中該些高頻載波訊號的頻率為16KHz以上。
17. 如申請專利範圍第13項所述之近距離定點還原聲波裝置，其中該加載訊號之數量為3以上。
18. 如申請專利範圍第13項所述之近距離定點還原聲波裝置，其中該高頻載波訊號之數量為n，且各該高頻載波訊號之相位差為360/n度。
19. 如申請專利範圍第13項所述之近距離定點還原聲波裝置，其中該高頻載波訊號之數量為n，且該重合高頻載波訊號之頻率為原本各高頻載波訊號的n倍。
20. 一種近距離定點還原聲波裝置，包含：一定位裝置；至少二調變器，用以將至少一音頻訊號加載至至少二對應該音頻訊號之高頻載波訊號，並產生至少二加載訊號，其中各該高頻載波訊號間具有相位差；以及至少二追蹤式指向性發送器，用以追蹤該定位裝置，並跟隨該定位裝置朝其發送該些加載訊號；其中，該些加載訊號經該些指向性發送器分別發送後，於一空間交會區域重合並還原形成一近距離定點還原聲波；該些高頻載波訊號重合後形成一重合高頻載波訊號，該重合高頻載波訊號之頻率大於原本各該高頻載波訊號之頻率，且該重合高頻載波訊號之振幅小於原本各該高頻載波訊號之振幅。