TW201914314A - 音訊處理裝置及其音訊處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種音訊處理裝置，包括：一定位單元，偵測一使用者的一原始位置及一最新位置，計算該最新位置與該原始位置的一偏移量；一數位訊號處理器，電性連接該定位單元，接收一音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之一環繞音場，以及接收該偏移量，根據該偏移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效。

Description

音訊處理裝置及其音訊處理方法
本發明是有關於音訊處理裝置，特別是有關於隨使用者變化位置而改變音場的音訊處理裝置及其方法。
目前使用者使用一般影音裝置看電影、玩遊戲或使用虛擬實境(Virtual Reality，VR)裝置時，如圖式第1圖所示，不論使用者100相對於曲面銀幕110的所在位置變化與否，使用者100聽到耳機120的聲音大小皆相同，且不論是使用耳機120或其他實體揚聲器，其產生的音場皆不會隨著使用者100的位置改變而跟著發生變化，導致使用者100感受到影音內容的音源方位可能不正確。
本發明提供一種隨使用者變化位置而改變音場的音訊處理裝置及其方法。
本發明之一實施例揭露一種音訊處理裝置，包括：一定位單元，偵測一使用者的一原始位置及一最新位置，計算該最新位置與該原始位置的一偏移量；一數位訊號處理器，電性連接該定位單元，接收一音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之一環繞音場，以及接收該偏移量，根據該偏 移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效。
本發明亦揭露一種音訊處理方法，用於一音訊處理裝置，包括：藉由該音訊處理裝置的一數位訊號處理器，接收一音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之一環繞音場；藉由該音訊處理裝置的一定位單元，偵測一使用者的一原始位置及一最新位置，計算該最新位置與該原始位置的一偏移量；藉由該數位訊號處理器接收該偏移量，根據該偏移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效。
100‧‧‧使用者
110‧‧‧曲面銀幕
120‧‧‧耳機
200‧‧‧音訊處理裝置
210‧‧‧輸入介面單元
220‧‧‧定位單元
230‧‧‧數位訊號處理器
231‧‧‧麥克風介面
240‧‧‧輸出介面單元
241‧‧‧數位類比轉換器
242‧‧‧耳機放大器
243‧‧‧多聲道放大器
250‧‧‧麥克風
260‧‧‧個人電腦
270‧‧‧音訊輸出裝置
271‧‧‧耳機
272‧‧‧多聲道揚聲器
300‧‧‧音訊處理裝置
301‧‧‧耳機
310‧‧‧使用者
320‧‧‧銀幕
321‧‧‧銀幕腳架
330‧‧‧虛擬揚聲器
401、402、403、404、405‧‧‧步驟
δ‧‧‧偏移角度
MUTE、VOL_UP、VOL_DOWN‧‧‧設定指令
XYZ_CAL‧‧‧校正指令
第1圖係顯示使用者使用一般影音裝置之示意圖。
第2A圖係根據本發明第一實施例之音訊處理裝置之示意圖。
第2B圖係根據本發明第二實施例之音訊處理裝置之示意圖。
第3A、3B圖係使用者、音訊處理裝置及銀幕之相對位置示意圖。
第4圖係根據本發明第一實施例之音訊處理方法流程圖。
為使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第2A圖係根據本發明第一實施例所述之音訊處理裝置200之示意圖。音訊處理裝置200主要包括輸入介面單元 210、定位單元220、數位訊號處理器230及輸出介面單元240。音訊處理裝置200接收來自個人電腦(PC)260之一影音資料，經過音訊處理裝置200處理後，由音訊輸出裝置270輸出聲音至一使用者(圖未繪示)。音訊處理裝置200可以是頭戴式耳機、電競耳機、智慧型眼鏡、頭戴式顯示器、虛擬實境裝置等頭戴式裝置、或穿戴式裝置。
在此實施例中，個人電腦260依據使用者所播放的影音內容，經由通用序列匯流排(USB)或高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，HDMI)或其他可傳輸影音資料之傳輸介面，傳送影音資料至音訊處理裝置200，個人電腦260亦可直接傳送音訊資料(audio data)至音訊處理裝置200。在其他實施例中，音訊處理裝置200亦可接收來自遊戲機、多媒體播放器(例如：DVD播放器、藍光光碟播放器)、隨身聽、智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦之影音資料或音訊資料，本發明實施例不限定於此。
輸入介面單元210接收來自個人電腦260之影音資料，並將影音資料轉換為視訊資料和音訊資料，前述視訊資料經過必要的處理後由顯示裝置進行顯示，前述音訊資料則傳送至數位訊號處理器230，音訊資料可以是立體聲雙聲道之音訊資料。當個人電腦260傳送音訊資料時，輸入介面單元210不經轉換直接將該音訊資料傳送至數位訊號處理器230。音訊資料可經由I2S(Integrated Interchip Sound)、HAD(High Definition Audio)、PCM(Pulse-Code Modulation)等任何聲音格式介面傳送至數位訊號處理器230。
定位單元220是九軸感應器，該九軸感應器由三軸加速度感測器(Accelerometer)、三軸磁場感測器(Magnetometer)及三軸陀螺儀感測器(Gyroscope)所構成，用以偵測使用者的最新位置與原始位置，定位單元220所偵測的使用者位置資訊可以是直角座標系、極座標系或圓柱座標系等，本發明不限定於此。當定位單元220透過數位訊號處理器230接收來自使用者之一校正指令(XYZ_CAL)時，定位單元220將使用者之當前位置設定為原始位置，該原始位置為(X,Y,Z)，接著不斷偵測使用者是否有旋轉或移動，若有旋轉或移動則偵測其最新位置(X1,Y1,Z1)，並計算出最新位置與原始位置的一偏移量(X1-X,Y1-Y,Z1-Z)且傳送該偏移量至數位訊號處理器230。上述接收來自使用者校正指令的方法包括於音訊處理裝置200設置一按鈕或於個人電腦260之軟體介面設置輸入選項，以供使用者輸入校正指令，並傳送至數位訊號處理器230。以第3A圖為例，當使用者戴著耳機面向銀幕320的正中央(或既定區域)且輸入校正指令時，定位單元偵測使用者現時的位置作為原始位置，之後若使用者有移動位置或是轉身動作時，則偵測其移動或轉向後的新位置，以取得新位置與原始位置的偏移量。
數位訊號處理器230可以是編解碼器(codec)，電性連接輸入介面單元210及定位單元220，接收音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之環繞音場(virtual surround sound)，數位訊號處理器230透過模擬聲音定位的方法，利用人耳聽音原理的效應，製造出環繞聲源來自使用者後方或側面等多個虛擬揚聲器的效果。其模擬方法包括使用聲音強度、相 位差、時間差以及透過頭部相關轉換函數(Head Related Transfer Function，HRTF)等方法產生出該虛擬環繞音場，細節在此不多做贅述。舉例而言，數位訊號處理器230可產生出不同方位的五個虛擬揚聲器音效之環繞音場，並可針對不同方位之虛擬揚聲器分別調整其增益值(gain)及/或輸出強度。
此外，數位訊號處理器230接收來自定位單元220的偏移量，根據該偏移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效。數位訊號處理器230可計算該偏移量，轉換為一偏移角度，並判斷該偏移角度是否大於一預設角度(例如，5度)，若該偏移角度大於預設角度，則調整該等虛擬揚聲器音效，若該偏移角度小於或等於預設角度，則不調整該等虛擬揚聲器音效。數位訊號處理器230根據該偏移角度，相對應調整該等虛擬揚聲器音效的增益值(gain)及/或該等虛擬揚聲器音效的輸出強度。
輸出介面單元240，接收來自數位訊號處理器230處理過的環繞音場，用以輸出至音訊輸出裝置270。輸出介面單元240具有數位類比轉換器(Digital to Analog Converter，DAC)(圖未繪示)，用以將數位訊號的環繞音場轉換為類比訊號，傳送到後級的放大器(圖未繪示)，再經由放大器推動輸出至音訊輸出裝置270。
音訊輸出裝置270可以是立體聲耳機、頭罩式耳機、雙聲道揚聲器、多聲道揚聲器等等，本發明不限定於此。音訊輸出裝置270接收來自輸出介面單元240的環繞音場，透過雙聲道或多聲道揚聲器，播放給使用者聆聽。
第2B圖係根據本發明第二實施例所述之音訊處理 裝置200之示意圖。音訊處理裝置200主要包括輸入介面單元210、定位單元220、數位訊號處理器230、輸出介面單元240及麥克風250。在此實施例中，和第一實施例中相同名稱的元件，其功能亦如上所述，在此不再贅述。第2B圖和第2A圖的主要差異在於音訊處理裝置200還包括一麥克風(MIC)250，用以接收來自外界或使用者之聲音資料，數位訊號處理器230還包括一麥克風介面231，用以接收來麥克風250之聲音資料，可將該聲音資料透過輸出介面單元240回傳給個人電腦260做後續處理或透過輸出介面單元240輸出至耳機271或多聲道揚聲器272播放。麥克風介面231可以是整合脈衝密度調變(Pulse-Density Modulation)及類比數位轉換器(Analog to Digital Converter，ADC)之介面。此外，數位訊號處理器230可接收來自使用者之設定指令，該設定指令包括音量調大(VOL_UP)、音量調小(VOL_DOWN)及靜音(MUTE)等功能，使用者之設定指令可透過設置於音訊處理裝置200之多個按鈕或於個人電腦260之軟體介面設置多個輸入選項，以供使用者輸入個人化設定指令，使得音訊處理裝置200的影音功能更加完善。
另外，在此實施例中，輸出介面單元240還包括複數數位類比轉換器(DAC)241、耳機放大器242以及多聲道放大器243，用以將環繞音場輸出至相對應的音訊輸出裝置，音訊輸出裝置是耳機271或多聲道揚聲器272，數位訊號處理器230根據使用者使用的音訊輸出裝置選擇將環繞音場經由耳機放大器242或多聲道放大器243輸出至相對應的耳機271或多聲道揚聲器272，其中，耳機271可以是立體聲雙聲道耳機或雙聲道 揚聲器，具有左聲道及右聲道輸出，而多聲道揚聲器272可以是2.1聲道、3.1聲道、4.1聲道、5.1聲道、6.1聲道、7.1聲道、10.2聲道、20.1聲道等多聲道揚聲器組，本發明不限定於此。多聲道揚聲器272可圍繞於使用者周邊以構成家庭劇院的環繞音效。
請參考第3A圖及第3B圖之使用者310、音訊處理裝置300及銀幕320之相對位置示意圖。在此實施例中，使用者310透過個人電腦、遊戲機、行動裝置等多媒體播放器(圖未繪示)播放任意影音內容，並戴上音訊處理裝置300搭配銀幕320看電影、玩遊戲或觀賞影音內容。銀幕320可以是曲面銀幕、液晶顯示器、OLED顯示器等顯示裝置，銀幕320還可以包括一銀幕腳架321，用以支撐銀幕320。音訊處理裝置300接收影音內容製造出有複數虛擬揚聲器音效之環繞音場，透過具有立體聲雙聲道的耳機301播放給使用者310聆聽，令使用者感受到有如在其周遭所設置的複數顆虛擬揚聲器發出聲音。在本實施例中，音訊處理裝置300在使用者310身旁虛擬出五顆虛擬揚聲器330，分別是虛擬揚聲器A~E。在使用者310按下音訊處理裝置300之校正指令後，音訊處理裝置300的定位單元將使用者310的當前位置設定為原始位置，並同時不斷地偵測使用者310之最新位置。在第3A圖之示意圖中，使用者310的原始位置為正對銀幕320，其偏移角度為0度。
接著，請參考第3B圖，使用者310相對於銀幕320向右轉了(順時針方向)一個偏移角度(δ)，音訊處理裝置300的定位單元偵測到使用者310的最新位置，計算出最新位置與原 始位置之偏移量並回傳給音訊處理裝置300的數位訊號處理器，數位訊號處理器計算該偏移量為偏移角度，判斷該偏移角度是否大於一預設角度，舉例而言，預設角度為5度，若該偏移角度大於5度則改變環繞音場，並使用一預設的增益值對應表(如表一所示)，該增益值對應表係依據使用者310之偏移角度分別對虛擬揚聲器A~E調整其增益值(gain)，改變不同的輸出強度(以分貝dB表示)，以達到音場變化的效果。在一個實施例中，當使用者310從原始位置的0度向右轉了(順時針方向)60度時，則虛擬揚聲器A從原本的+6dB增加為+9dB，虛擬揚聲器B從原本的+3dB增加為+6dB，虛擬揚聲器C從原本的+0dB增加為+3dB，而虛擬揚聲器D從原本的+3dB減少為+0dB，虛擬揚聲器E從原本的+6dB減少為+3dB。
在表一中，雖未詳列各個偏移角度之對應輸出強度，然本發明所屬技術領域之通常知識者應可理解其他偏移角度之對應輸出強度。另外，應可理解的是，在本實施例中，使用者310係使用耳機301聆聽環繞音場，在其他實施例中，使用者310亦可使用實體的5.1聲道揚聲器取代耳機301，播放該環繞音場。
第4圖係根據本發明第一實施例之音訊處理方法流程圖，用於一音訊處理裝置。配合參考本發明第一實施例之第2A圖，在步驟401中，藉由音訊處理裝置200的數位訊號處理器230接收使用者的校正指令，定位單元220設定使用者的原始位置。在步驟402中，藉由音訊處理裝置200的數位訊號處理器230，接收音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之環繞音場，並輸出至音訊輸出裝置270播放給使用者聆聽。在步驟403中，藉由音訊處理裝置200的定位單元220，偵測使用者的最新位置，計算最新位置與原始位置的偏移量。在步驟404中，藉由數位訊號處理器230判斷該偏移量是否大於一預設角度，若該偏移量小於或等於該預設角度，則不調整該等虛擬揚聲器音效，並回到步驟403，若該偏移量大於該預設角度，則進入步驟405。在步驟405中，藉由數位訊號處理器230根據該偏移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效，其中調整該等虛擬揚聲器音效係根據該使用者之該偏移角度，相對應調整該等虛 擬揚聲器音效的增益值(gain)及/或該等虛擬揚聲器音效的輸出強度，以達到改變環繞音場的效果。
更進一步地，在步驟402中，還包括藉由音訊處理裝置200的輸入介面單元210，接收影音資料，將該影音資料轉換為該音訊資料，傳送至該數位訊號處理器230做後續處理。另外，還包括藉由音訊處理裝置的輸出介面單元240，接收該環繞音場，用以輸出至音訊輸出裝置270。其中，該輸出介面單元240包括一耳機放大器及一多聲道放大器，用以將該環繞音場輸出至相對應的該音訊輸出裝置270。此外，該音訊輸出裝置270是一耳機或一多聲道揚聲器，該數位訊號處理器230根據該音訊輸出裝置270選擇將該環繞音場經由該耳機放大器或該多聲道放大器輸出至相對應的該耳機或該多聲道揚聲器。
因此，透過本發明之音訊處理裝置及音訊處理方法，使用者在觀賞影音內容時，除了可以聆聽到環繞音場之外，還可依據使用者的最新位置來做音場上的變化，讓使用者在觀賞影音時更有臨場感，擁有更佳的影音效果體驗。
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。

Claims (15)

  1. 一種音訊處理裝置，包括：一定位單元，偵測一使用者的一原始位置及一最新位置，計算該最新位置與該原始位置的一偏移量；一數位訊號處理器，電性連接該定位單元，接收一音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之一環繞音場，以及接收該偏移量，根據該偏移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該數位訊號處理器接收來一校正指令，當該數位訊號處理器接收該校正指令時，該定位單元設定該原始位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，其中該偏移量為一偏移角度，該數位訊號處理器判斷該偏移角度是否大於一預設角度，若該偏移角度大於該預設角度，則調整該等虛擬揚聲器音效。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之音訊處理裝置，其中係根據該使用者之該偏移角度，相對應調整該等虛擬揚聲器音效的增益值(gain)及/或該等虛擬揚聲器音效的輸出強度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，還包括一輸入介面單元，接收一影音資料，將該影音資料轉換為該音訊資料，傳送至該數位訊號處理器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，還包括一輸出介面單元，接收該環繞音場，用以輸出至一音訊輸出裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之音訊處理裝置，其中該輸 出介面單元包括一耳機放大器及一多聲道放大器，用以將該環繞音場輸出至相對應的該音訊輸出裝置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之音訊處理裝置，其中該音訊輸出裝置是一耳機或一多聲道揚聲器，該數位訊號處理器根據該音訊輸出裝置選擇將該環繞音場經由該耳機放大器或該多聲道放大器輸出至相對應的該耳機或該多聲道揚聲器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之音訊處理裝置，還包括一麥克風，該數位訊號處理器還包括一麥克風介面，用以接收來自該麥克風之聲音資料。
  10. 一種音訊處理方法，用於一音訊處理裝置，包括：藉由該音訊處理裝置的一數位訊號處理器，接收一音訊資料用以產生具有複數虛擬揚聲器音效之一環繞音場；藉由該音訊處理裝置的一定位單元，偵測一使用者的一原始位置及一最新位置，計算該最新位置與該原始位置的一偏移量；以及藉由該數位訊號處理器接收該偏移量，根據該偏移量調整該環繞音場之該等虛擬揚聲器音效。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之音訊處理方法，還包括：藉由該數位訊號處理器接收一校正指令，該定位單元設定該使用者之該原始位置。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之音訊處理方法，其中該偏移量為一偏移角度，該數位訊號處理器判斷該偏移角度是否大於一預設角度，若該偏移角度大於該預設角度，則調整該等虛擬揚聲器音效。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之音訊處理方法，其中係根據該使用者之該偏移角度，相對應調整該等虛擬揚聲器音效的增益值(gain)及/或該等虛擬揚聲器音效的輸出強度。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之音訊處理方法，還包括：藉由該音訊處理裝置的一輸入介面單元，接收一影音資料，將該影音資料轉換為該音訊資料，傳送至該數位訊號處理器。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之音訊處理方法，還包括：藉由該音訊處理裝置的一輸出介面單元，接收該環繞音場，用以輸出至一音訊輸出裝置。
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