TW201640921A - 虛擬實境音訊系統與其中播放器、以及虛擬實境音訊的產生方法 - Google Patents

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Abstract

一種虛擬實境音訊播放器，具有左耳以及右耳揚聲器、運動偵測模組以及處理器。左耳以及右耳揚聲器分別用於播放左耳、右耳聲音。運動偵測模組收集左耳、右耳揚聲器之聽者的運動資訊。基於該運動偵測模組偵測到的運動資訊、以及一麥克風陣列結構，處理器將多聲道音軌轉換為左耳以及右耳聲音。上述多聲道音軌是由組成該麥克風陣列結構的多個麥克風所提供。

Description

虛擬實境音訊系統與其中播放器、以及虛擬實境音訊的產生方法
本案係關於虛擬實境音效系統(virtual reality audio system)。
虛擬實境複製一種環境，令使用者模擬位於真實世界或想像世界的各地點、與該世界互動。虛擬實境人工創造感官體驗-如，聽覺。
虛擬實境音訊系統之模擬聚焦於藉由揚聲器或耳機為虛擬實境使用者提供真實聲音。如何提升聲音模擬的擬真度為本領域重要課題。
根據本案一種實施方式所實現的一虛擬實境音訊播放器具有左耳、右耳揚聲器、運動偵測模組以及處理器。左耳以及右耳揚聲器分別用於播放左耳、右耳聲音。運動偵測模組收集左耳、右耳揚聲器之聽者的運動資訊。基於該運動偵測模組偵測到的運動資訊、以及一麥克風陣列結構，處理器將多聲道音軌轉換為左耳以及右耳聲音。上述多聲道音軌是由組成該麥克風陣列結構的多個麥克風所提供。
根據本案一種實施方式所實現的一虛擬實境音訊系統包括前述虛擬實境音訊播放器以及至少三個麥克風。上述至少三個麥克風用於該虛擬實境音訊播放器的多聲道音軌錄製。
根據本案一種實施方式所實現的一虛擬實境音訊產生方法包括：使用左耳以及右耳揚聲器分別播放左耳、右耳聲音；收集左耳、右耳揚聲器之聽者的運動資訊；並且，基於上述運動資訊、以及一麥克風陣列結構，將多聲道音軌轉換為左耳以及右耳聲音，其中，上述多聲道音軌是由組成該麥克風陣列結構的多個麥克風所提供。
下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明本發明內容。
100‧‧‧虛擬實境音訊播放器
102‧‧‧左耳揚聲器
104‧‧‧右耳揚聲器
106‧‧‧運動偵測模組
108‧‧‧處理器
400‧‧‧虛擬實境音訊系統
402‧‧‧麥克風陣列
404‧‧‧儲存媒體
600‧‧‧手持裝置
S302...S310‧‧‧步驟
d‧‧‧距離
Pa、Pb以及Pc‧‧‧麥克風/多聲道音軌
X、Y以及Z‧‧‧座標軸
θ、Φ‧‧‧旋轉角度
第1圖圖解根據本案一種實施方式所實現的一虛擬實境音訊播放器100；第2A圖圖解相對垂直軸Z的一旋轉角度θ，可藉運動偵測模組106偵測獲得；第2B圖圖解相對水平軸X的一旋轉角度Φ，可藉運動偵測模組106偵測獲得；第3圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解虛擬實境音訊播放器100如何運作；第4圖根據本案一種實施方式圖解一虛擬實境音訊系統400，具有前述虛擬實境音訊播放器100、一麥克風陣列402 以及一儲存媒體404；第5A圖圖解一正三角形麥克風陣列，在三個端點包括三個麥克風Pa、Pb以及Pc；第5B圖為流程圖，說明虛擬實境音訊播放器100如何根據第5A圖正三角形麥克風陣列接收的多聲道音軌Pa、Pb以及Pc運作；以及第6圖圖解一手持裝置600，具有三個麥克風Pa、Pb以及Pc(安裝在手持裝置600上方)。
以下敘述列舉本發明的多種實施例。以下敘述介紹本發明的基本概念，且並非意圖限制本發明內容。實際發明範圍應依照申請專利範圍界定之。
第1圖圖解根據本案一種實施方式所實現的一虛擬實境音訊播放器100。虛擬實境音訊播放器100包括一左耳揚聲器102、一右耳揚聲器104、一運動偵測模組106以及一處理器108。左耳揚聲器102以及右耳揚聲器104分別用於播放左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr。運動偵測模組106收集左耳揚聲器102以及右耳揚聲器104之聽者(即虛擬實境使用者)的運動資訊motion。基於運動偵測模組106偵測到的運動資訊motion、以及一麥克風陣列結構，處理器108將多聲道音軌S1、S2...Sn轉換為左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr。多聲道音軌S1、S2...Sn係由組成該麥克風陣列結構的麥克風M1、M2...Mn提供。處理器108可根據方程式Sl(S1,S2...Sn,motion)計算左耳聲音Sl、且根據方程式Sr(S1,S2...Sn,motion)計算右耳聲音Sr。藉由方程式 Sl(S1,S2...Sn,motion)以及Sr(S1,S2...Sn,motion)，左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr的生成考量了虛擬實境使用者的運動資訊motion以及收集多聲道音軌S1、S2...Sn的麥克風M1、M2...Mn之麥克風陣列結構。
在一種實施方式中，處理器108產生左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr以便模擬虛擬實境使用者的左耳以及右耳感知差異。在另一種實施方式中，處理器108產生左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr以便模擬杜普勒效應(Doppler Effect)。在其他實施方式中，處理器108產生左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr以便模擬左、右耳感知差異以及杜普勒效應。
為了模擬左、右耳感知差異或/以及杜普勒效應，運動偵測模組106可偵測虛擬實境使用者相對垂直軸或/以及水平軸的旋轉。第2A圖圖解相對垂直軸Z的一旋轉角度θ，可藉運動偵測模組106偵測獲得。第2B圖圖解相對水平軸X的一旋轉角度Φ，可藉運動偵測模組106偵測獲得。在一些實施例中，運動偵測模組106更偵測虛擬實境使用者活動的加速度，作為運動資訊motion。虛擬實境使用者的運動資訊(例如，運動偵測模組106偵測到的旋轉角度θ或/以及旋轉角度Φ或/以及加速度)可被持續地收集，以顯示虛擬實境使用者位置、並顯示虛擬實境使用者在虛擬環境(對應真實世界或想像世界)中如何活動，據此，左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr各自有對應多聲道音軌S1、S2...Sn之權重參數，且係分開作權重參數調整獲得。
此段落揭露虛擬實境使用者的感知差異模擬。當運動偵測模組106偵測到的運動資訊motion顯示原先在虛擬實 境環境中面向前方的虛擬實境使用者轉向虛擬實境環境的右側或左側，處理器108逐步調降右耳聲道音軌的權重參數、且逐步提升左耳聲道音軌的權重參數以產生右耳聲音Sr，並逐步調降左耳聲道音軌的權重參數、且逐步提升右耳聲道音軌的權重參數以產生左耳聲音Sl。所述右耳聲道音軌係多聲道音軌S1、S2...Sn其中之一，對應虛擬實境環境的右側。所述左耳聲道音軌係多聲道音軌S1、S2...Sn其中之一，對應虛擬實境環境的左側。
本段落討論杜普勒效應的模擬。運動偵測模組106偵測到的運動資訊motion顯示虛擬實境使用者逐漸接近虛擬實境環境中的一音源時，處理器108可逐步提高左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr的頻率。此外，運動偵測模組106偵測到的運動資訊motion顯示虛擬實境使用者逐漸遠離虛擬實境環境中的該音源時，處理器108可逐步降低左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr的頻率。
第3圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解虛擬實境音訊播放器100如何運作。步驟S302，虛擬實境使用者的運動資訊由運動偵測模組106收集，偵測內容包括相對垂直軸Z的旋轉角度θ、相對水平軸X的旋轉角度Φ、以及虛擬實境使用者的加速度。步驟S304，基於麥克風陣列M1、M2...Mn的結構以及虛擬實境使用者的轉向(例如，旋轉角度θ以及Φ)，處理器108轉換多聲道音軌S1、S2...Sn為左耳聲音Sl’以及右耳聲音Sr’。左耳聲音Sl’以及右耳聲音Sr’的產生考量了虛擬實境使用者的左、右耳感知差異。除了麥克風陣列M1、M2...Mn的結構 以及旋轉角度θ以及Φ，處理器108更在步驟S306考量了虛擬實境使用者的加速度，以分別轉換左耳以及右耳聲音Sl’以及Sr’為Sl以及Sr，以便模擬杜普勒效應。例如，運動資訊motion顯示虛擬實境使用者逐漸接近虛擬實境環境中的一音源時，處理器108可將左耳聲音Sl’以及右耳聲音Sr’的頻率逐步提升以產生左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr；運動資訊motion顯示虛擬實境使用者逐漸遠離虛擬實境環境中的該音源時，處理器108可將左耳聲音Sl’以及右耳聲音Sr’的頻率逐步降低以產生左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr。步驟S308，左耳揚聲器102播放左耳聲音Sl，且右耳揚聲器104播放右耳聲音Sr。步驟S310檢查虛擬實境使用者是否變換其動作(自運動資訊motion(例如，運動偵測模組106偵測到的虛擬實境使用者之旋轉角度θ以及Φ以及加速度)觀察之)。若虛擬實境使用者的動作發生變化，步驟S302再次執行，以確認新的旋轉角度θ以及Φ以及新的加速度，繼而根據新的運動資訊motion進行步驟S304至S308。若虛擬實境使用者並未改變其動作，流程停留在步驟S308。在其他實施方式中，虛擬實境使用者的旋轉角度θ以及Φ以及加速度(即，運動參數)可能非全數考量於左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr的產生過程中。簡化版本允許在左耳聲音Sl以及右耳聲音Sr的產生過程中僅考量部分的運動參數。運動偵測模組106可包括重力感測器(G sensor)、羅盤以及加速度器，但並不限定於此。
第4圖根據本案一種實施方式圖解一虛擬實境音訊系統400，具有前述虛擬實境音訊播放器100、一麥克風陣列402以及一儲存媒體404。麥克風陣列402具有至少三個麥克 風，用於虛擬實境音訊播放器100所需的多聲道音軌之錄製。儲存媒體402儲存錄製的多聲道音軌，由虛擬實境音訊播放器100讀取。
第5A圖圖解一正三角形麥克風陣列，在三個端點包括三個麥克風Pa、Pb以及Pc。麥克風Pa、Pb以及Pc接收的三個音軌同樣命名為Pa、Pb以及Pc。任兩個麥克風之間的距離為d，可設計為343(m/s)/(2*fc(Hz))。對應16KHz的空間混疊(space aliasing of 16KHz，即fc=16KHz)，兩麥克風距離d可為1cm(求自343(m/s)/(2*16K(Hz)))。麥克風Pa在虛擬實境世界中視為前麥克風，軸Y指向前方。
第5B圖為流程圖，說明虛擬實境音訊播放器100如何根據第5A圖正三角形麥克風陣列接收的多聲道音軌Pa、Pb以及Pc運作。步驟S502偵測虛擬實境使用者相對垂直軸Z的旋轉角度θ。步驟S504，處理器108對應偵測到的旋轉角度θ計算出權重係數A、B以及C，並計算A*Pa-B*Pb+C*Pc作為左耳聲音Sl、A*Pa+B*Pb-C*Pc作為右耳聲音Sr。步驟S506，左耳揚聲器102播放左耳聲音Sl、且右耳揚聲器104播放右耳聲音Sr。步驟S508檢查旋轉角度θ是否變化。若旋轉角度θ有變化，步驟S502再次執行，確認新的旋轉角度θ，繼而根據此新的旋轉角度θ進行步驟S504至S506。若虛擬實境使用者沒有變化其旋轉角度θ，流程停留在步驟S506。一種實施方式中，音軌Pb可視為右耳音軌，音軌Pc可視為左耳音軌。若原先面向前方的虛擬實境使用者相對軸Z轉向右側或左側，權重參數B以及C可能削減。
第6圖圖解一手持裝置600，具有三個麥克風Pa、Pb以及Pc(安裝在手持裝置600上方)。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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。
100‧‧‧虛擬實境音訊播放器
102‧‧‧左耳揚聲器
104‧‧‧右耳揚聲器
106‧‧‧運動偵測模組
108‧‧‧處理器

Claims (16)

  1. 一種虛擬實境音訊播放器，包括：一左耳揚聲器以及一右耳揚聲器，分別播放左耳聲音以及右耳聲音；一運動偵測模組，收集上述左耳揚聲器以及右耳揚聲器的一聽者的運動資訊；以及一處理器，基於該運動偵測模組偵測到的上述運動資訊、以及一麥克風陣列結構，將多聲道音軌轉換為上述左耳聲音以及右耳聲音，其中上述多聲道音軌是由組成該麥克風陣列結構的複數個麥克風提供。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境音訊播放器，其中：該處理器產生上述左耳聲音以及右耳聲音以便模擬該聽者左耳以及右耳的感知差異。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之虛擬實境音訊播放器，其中：該運動偵測模組偵測到的上述運動資訊顯示原先在一虛擬實境環境中面向前方的該聽者正轉向該虛擬實境環境的右側或左側時，該處理器遞減一右耳聲道音軌的權重參數並遞增一左耳聲道音軌的權重參數以產生該右耳聲音，並遞減該左耳聲道音軌的權重參數並遞增該右耳聲道音軌的權重參數以產生該左耳聲音；該右耳聲道音軌為上述多聲道音軌中對應該虛擬實境環境之右側者；以及該左耳聲道音軌為上述多聲道音軌中對應該虛擬實境環境 之左側者。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之虛擬實境音訊播放器，其中：該運動偵測模組偵測該聽者相對該虛擬實境環境中一垂直軸的旋轉角度為上述運動資訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境音訊播放器，其中：該處理器產生上述左耳聲音以及右耳聲音以便模擬杜普勒效應。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之虛擬實境音訊播放器，其中：該運動偵測模組偵測到的上述運動資訊顯示該聽者正在接近一虛擬實境環境的一音源時，該處理器遞升該左耳聲音以及該右耳聲音的頻率；以及該運動偵測模組偵測到的上述運動資訊顯示該聽者正在遠離該虛擬實境環境的該音源時，該處理器遞減該左耳聲音以及該右耳聲音的頻率。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之虛擬實境音訊播放器，其中：該運動偵測模組偵測該聽者相對該虛擬實境環境中一垂直軸的旋轉角度、該聽者相對該虛擬實境環境中一水平軸的旋轉角度、以及該聽者的一加速度以便形成上述運動資訊。
  8. 一種虛擬實境音訊系統，包括：如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境音效播放器；以及為該虛擬實境音訊播放器錄製上述多聲道音軌的至少三個麥克風。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之虛擬實境音訊系統，更包括：一儲存媒體，儲存上述多聲道音軌，供該虛擬實境播放器讀 取。
  10. 一種虛擬實境音訊產生方法，包括：使用一左耳揚聲器以及一右耳揚聲器分別播放左耳聲音以及右耳聲音；收集上述左耳揚聲器以及右耳揚聲器的一聽者的運動資訊；以及基於上述運動資訊、以及一麥克風陣列結構，將多聲道音軌轉換為上述左耳聲音以及右耳聲音，其中上述多聲道音軌是由組成該麥克風陣列結構的複數個麥克風提供。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之虛擬實境音訊產生方法，其中：產生上述左耳聲音以及右耳聲音以便模擬該聽者左耳以及右耳的感知差異。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之虛擬實境音訊產生方法，其中：當上述運動資訊顯示原先在一虛擬實境環境中面向前方的該聽者正轉向該虛擬實境環境的右側或左側時，遞減一右耳聲道音軌的權重參數、並遞增一左耳聲道音軌的權重參數以產生該右耳聲音，並遞減該左耳聲道音軌的權重參數並遞增該右耳聲道音軌的權重參數以產生該左耳聲音；該右耳聲道音軌為上述多聲道音軌中對應該虛擬實境環境之右側者；以及該左耳聲道音軌為上述多聲道音軌中對應該虛擬實境環境 之左側者。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之虛擬實境音訊產生方法，其中：該聽者相對該虛擬實境環境中一垂直軸的旋轉角度經偵測為上述運動資訊。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之虛擬實境音訊產生方法，其中：產生上述左耳聲音以及右耳聲音以便模擬杜普勒效應。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之虛擬實境音訊產生方法，其中：當上述運動資訊顯示該聽者正在接近一虛擬實境環境的一音源時，遞升該左耳聲音以及該右耳聲音的頻率；以及當上述運動資訊顯示該聽者正在遠離該虛擬實境環境的該音源時，遞減該左耳聲音以及該右耳聲音的頻率。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之虛擬實境音訊產生方法，其中：該聽者相對該虛擬實境環境中一垂直軸的旋轉角度、該聽者相對該虛擬實境環境中一水平軸的旋轉角度、以及該聽者的一加速度經偵測以便形成上述運動資訊。
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