TWI687104B - 定向聲音播放系統及其播放方法 - Google Patents

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Abstract

一種定向聲音播放系統，包括設置模組、第一偵測模組及驅動控制模組。設置模組用於根據每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在承載體表面的分佈位置。第一偵測模組用於獲取所述接收端的位置資訊。驅動控制模組用於從所述複數超聲波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。本發明還提供一種定向聲音播放系統的播放方法。

Description

定向聲音播放系統及其播放方法
本發明涉及聲音播放領域，尤其涉及一種定向聲音播放系統及其播放方法。
定向聲傳輸在現實生活中有著廣泛的應用，目前，在較近距離範圍內實現聲波的指向性一般採用參量陣技術，即將音訊聲調製到超聲載波上，利用超聲波在空氣中傳播過程中的非線性作用，就能夠把調製上去的音訊聲自解調出來，又因為超聲波具有很好的指向性，所以就使得自解調出來的音訊聲也具有了指向性，從而實現定向聲發射。定向聲發射源產生兩束經過特殊處理的超聲波束，當這兩個波束同時作用在人耳的鼓膜上時就可以因相互作用而產生聽覺。
但是對於運動的聲音接收端，如何控制定向聲發射源進行跟蹤，使得聲音接收端能夠即時接收到定向聲發射源發射的超聲波聲音是現有技術需要克服的技術難點
有鑑於此，有必要提供一種定向聲音播放系統及其播放方法，其能夠即時追蹤接收端的運動狀態，使得接收端能夠即時接收到定向聲發射源發射的超聲波聲音。
本發明一實施方式提供一種定向聲音播放系統，用於驅動複數超聲波音源。所述複數超聲波音源設置在一承載體表面。所述定向聲音播放系統包括設置模組、第一偵測模組及驅動控制模組。所述設置模組用於根據所述每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置。所述第一偵測模組用於獲取所述接收端的位置資訊。 所述驅動控制模組用於從所述複數超聲波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。其中，所述位置資訊為所述接收端以所述承載體為參照物的方位資訊。
本發明一實施方式還提供一種定向聲音播放系統的播放方法，用於驅動複數超聲波音源。所述複數超聲波音源設置在一承載體表面。所述播放方法包括以下步驟：根據所述每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置；獲取所述接收端的位置資訊；及從所述複數超聲波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。其中，所述位置資訊為所述接收端以所述承載體為參照物的方位資訊。
與現有技術相比，上述定向聲音播放系統及其播放方法，其能夠即時追蹤接收端的運動狀態，使得接收端能夠即時接收到超聲波音源輸出的超聲波聲音，亦可避免在運動過程中干擾到其他接收者的聲音需求。
1a、1b、1c、1d:超聲波音源
2:承載體
3:接收端
10:設置模組
20:第一偵測模組
30:驅動控制模組
22:基準點
23:中心點
40:第二偵測模組
100:定向聲音播放系統
圖1是本發明一實施方式的定向聲音播放系統的應用環境圖。
圖2是本發明一實施方式的定向聲音播放系統的功能模組圖。
圖3是本發明一實施方式的超聲波音源在四分之一球體上的角度坐標示意圖。
圖4是本發明一實施方式的複數超聲波音源在四分之一球體上的位置佈置示意圖。
圖5是本發明一實施方式的超聲波音源在承載體的分佈示意圖。
圖6是本發明一實施方式的承載體與四分之一球體的向量變換示意圖。
圖7是本發明一實施方式超聲波音源的驅動功率計算示意圖。
圖8是本發明一實施方式的定向聲音播放系統的播放方法的步驟流程圖。
請參閱圖1-2，定向聲音播放系統100用於驅動複數超聲波音源播放超聲波聲音。所述複數超聲波音源可以設置在承載體2的表面上。
在一實施方式中，以4個超聲波音源為例，即超聲波音源1a、1b、1c、1d，當然，超聲波音源的數量是可以多於四個或少於四個，在此不對超聲波音源的數量作限制。超聲波音源1a、1b、1c、1d可以採用現有技術的超聲波揚聲器來實現。承載體2可以是球形結構，柱形結構等等。
需要說明的是，每一超聲波音源1a、1b、1c、1d包括兩個超聲波揚聲器，該兩個超聲波揚聲器用於產生並輸出兩束超聲波聲音，進而該兩束超聲波聲音同時作用在人耳的鼓膜上時就可以因相互作用而使人耳產生聽覺。
定向聲音播放系統100包括設置模組10、第一偵測模組20及驅動控制模組30。設置模組10用於根據每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端3的需求角度來設置每一超聲波音源1a、1b、1c、1d在承載體2的表面的分佈位置。
在一實施方式中，接收端3的需求角度可以根據接收端3在靜止時的接收範圍或者接收端3在運動時的移動範圍並以承載體2的中心點23為圓心進行計算。
當超聲波音源生產成型時，單個超聲波音源的覆蓋角度(為一錐角)是一固定值，由於超聲波音源的指向性強，當接收端3未在超聲波音源的覆蓋區域時，接收端3將不能接收到聲音。在承載體2表面佈置複數超聲波音源1a、1b、1c、1d，從而使得複數超聲波音源1a、1b、1c、1d播放的超聲波聲音可以輻射空間360度的任意角度範圍，進而使得接收端3不管移動到那個位置資訊均可以接收到一超聲波音源發出的超聲波聲音。
在一實施方式中，當超聲波音源輻射的空間角度越大，所需要的超聲波音源個數越多。當接收端3活動區域是具有一預設區域範圍時，根據該預設區域範圍可計算出接收端的需求角度。為了避免不必要的超聲波音源的佈置，假設4個超聲波音源即可滿足接收端3的需求角度時，則在承載體2的表面佈置4個超聲波音源。
請同時參閱圖3-4，當複數超聲波音源1a、1b、1c、1d播放的超聲波聲音可以輻射空間360度的任意角度範圍時，即複數超聲波音源1a、1b、1c、1d覆蓋角度的組合可以形成一個球體。在圖3、4中，以覆蓋四分之一球體為例來介紹超聲波音源的佈置方式：
假設單個超聲波音源的覆蓋角度為30度錐角，則以相鄰或者部分重疊的30度錐角組成陣列形成一個四分之一球體，以(α,θ)為座標來標示超聲波音源在四分之一球體的分佈點，α為ZX座標的角度，θ為XY座標的角度，由於是四分之一球體，α的最大值為90度，θ的最大值為90度，圖4為複數超聲波音源1a覆蓋角度的組合形成一個四分之一球體。從圖4中可以看出，當α角度越大，球表面所需要佈置的超聲波音源相對更多，以下以表1為例來示意超聲波音源在二分之一球體的分佈。
表1內容見下。
Figure 106105660-A0305-02-0006-1
其中，數位01表示需要佈置超聲波音源，數位00表示不需要佈置超聲波音源。α範圍為0°~90°，θ範圍為-90°~90°。
第一偵測模組20用於獲取接收端3的位置資訊，所述位置資訊為接收端3以承載體2為參照物的方位資訊。
在一實施方式中，第一偵測模組20可以是一攝像模組，藉由以預設頻次對接收端3進行照相成像來計算接收端3的位置資訊。第一偵測模組20也可以是其他可以實現計算出接收端3的位置資訊的功能模組。
驅動控制模組30用於從複數超聲波音源1a、1b、1c、1d中選擇並驅動與接收端3的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。具體地，驅動控制模組30可以根據接收端3的位置資訊及每一超聲波音源1a、1b、1c、1d的覆蓋角度來確定與接收端3當前位置資訊對應的超聲波音源，並控制與接收端3的當前位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
舉例而言，當接收端3的位置資訊為地點A時，而地點A屬於超 聲波音源1a的覆蓋範圍，則驅動控制模組30選擇並驅動超聲波音源1a輸出超聲波聲音，接收端3的位置資訊為地點B時，而地點B屬於超聲波音源1b的覆蓋範圍，驅動控制模組30選擇並驅動超聲波音源1b輸出超聲波聲音。
在一實施方式中，當接收端3與承載體2均可進行移動時，第一偵測模組20還用於獲取接收端3與承載體2的一基準點22的初始位移，其中初始位移為接收端3與承載體2在初始狀態下，接收端3與基準點22的位移。第一偵測模組20還用於計算接收端3相對於基準點22的相對移動距離及相對移動角度，並根據所述初始位移、所述相對移動距離及所述相對移動角度計算得出接收端3的位置資訊。
在一實施方式中，承載體2為圓柱形穿戴設備且穿戴在人的手臂時，此時接收端3為穿戴者的耳朵。承載體2預先定義有多種運動模式，例如跑步模式、快走模式、騎車模式，該三種模式下的手臂晃動幅度及角度均不同，進而承載體2的運動狀態也不同。定向聲音播放系統100還包括第二偵測模組40。第二偵測模組40用於偵測承載體2的當前運動模式，並根據承載體2的當前運動模式所對應的頻次來更新接收端3的位置資訊，驅動控制模組30重新根據更新後的接收端3的位置資訊來從複數超聲波音源1a、1b、1c、1d中選擇並驅動對應的超聲波音源輸出超聲波聲音，進而避免由於運動過程中干擾到其他接收者的聲音需求。舉例而言，跑步模式對應的頻次可以是1秒3次，快走模式對應的頻次可以是1秒2次，騎車模式對應的頻次可以是5秒1次。
此時，設置模組10還用於將每一超聲波音源1a、1b、1c、1d的覆蓋角度依據承載體2的中心點23進行角度變換，並根據每一超聲波音源1a、1b、1c、1d變換後的覆蓋角度及接收端3的需求角度來設置每一超聲波音源1a、1b、1c、1d在承載體2表面的分佈位置。
請同時參閱圖5，假設承載體2為圓柱形穿戴設備，超聲波音源1a的覆蓋角度範圍為θ 1，超聲波音源1b的覆蓋角度範圍為θ 2，超聲波音源1c的覆蓋角度範圍為θ 3，θ 1、θ 2和θ 3存在部分重疊避免存在覆蓋盲區。此時超聲波音源1a、1b、1c總覆蓋角度為θ 4，超聲波音源1a、1b、1c的總覆蓋角度經過中心點23進行角度變換後的覆蓋角度為θ 5。
在一實施方式中，驅動控制模組30還用於根據接收端3的需求角度來計算驅動被選中的超聲波音源的驅動功率及增益，及根據所計算得到的驅 動功率及增益驅動與接收端3的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
請同時參閱圖6-7，舉例而言，承載體2為圓柱形穿戴設備，承載體2可以穿戴在使用者手臂，球面上的超聲波音源映射到圓柱形的承載體2上具有一比例因數f，球面上的一超聲波音源的向量為S2(以球心O為起始點)，映射到承載體2時，向量為S1，其中S1=f*S2，其中f的值與超聲波音源在球面上的位置有關，f的值小於等於1。
以接收端3為正負15°的需求角度為例，此時驅動控制模組30根據正負15°角度計算得出的驅動功率假設為1W(對應圖7中的線段為為中心點23到a點的位移，其長度為半徑R)。根據增益公式：20* Log(功率值，10)，可以計算得出此時的增益G1=20* Log(1,10)=0。若接收端3為正負30°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負30°角度計算得出的驅動功率約等於1.9W(R/0.518R=1.93)，此時的增益G1=20* Log(1.93,10)=5.7。其中，0.518R表示中心點23到b點的位移，a點為正15°時映射到承載體2的交點，b點為正30°時映射到承載體2的交點。依據上述計算原理可以得出接收端3的需求角度為正負45°、正負60°、正負75°及正負90°時分別對應的功率及增益。請參見表2，表2即為各個角度對應的功率。
表2內容見下。
Figure 106105660-A0305-02-0008-2
從表2中可以得知，當接收端3為正負45°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負45°角度計算得出的驅動功率約等於2.7W。當接收端3為正負60°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負60°角度計算得出的驅動功率約等於3.3W。當接收端3為正負75°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負75°角度計算得出的驅動功率約等於3.7W。當接收端3為正負90°的需求角 度，此時驅動控制模組30根據正負90°角度計算得出的驅動功率約等於3.9W。
請參見表3，表3為各個角度對應的增益。
表3內容見下。
Figure 106105660-A0305-02-0009-3
從表3中可以得知，當接收端3為正負45°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負45°角度計算得出的增益約等於8.7。當接收端3為正負60°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負60°角度計算得出的增益約等於10.5。當接收端3為正負75°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負75°角度計算得出的增益約等於11.4。當接收端3為正負90°的需求角度，此時驅動控制模組30根據正負90°角度計算得出的增益約等於11.7。
圖8本發明實施方式的定向聲音播放系統的播放方法的步驟流程圖。本播放方法可以運行在圖2所示的定向聲音播放系統100中。
步驟S500，設置模組10根據每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端3的需求角度來設置每一超聲波音源1a、1b、1c、1d在承載體2的表面的分佈位置。
步驟S502，第一偵測模組20獲取接收端3的位置資訊。其中，所述位置資訊為接收端3以承載體2為參照物的方位資訊。
步驟S504，驅動控制模組30從複數超聲波音源1a、1b、1c、1d中選擇並驅動與接收端3的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
在一實施方式中，第一偵測模組20還獲取接收端3與承載體2的一基準點22的初始位移，其中初始位移為接收端3與承載體2在初始狀態下，接收端3與基準點22的位移。第一偵測模組20還用於計算接收端3相對於基準點22的相對移動距離及相對移動角度，並根據所述初始位移、所述相對移動距 離及所述相對移動角度計算得出接收端3的位置資訊。
在一實施方式中，驅動控制模組30可以根據接收端3的位置資訊及每一超聲波音源1a、1b、1c、1d的覆蓋角度來確定與接收端3當前位置資訊對應的超聲波音源，並控制與接收端3的當前位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
在一實施方式中，承載體2預先定義有多種運動模式，例如跑步模式、快走模式、騎車模式，該三種模式下的手臂晃動幅度及角度存在差異，進而承載體2的運動狀態也不同。第二偵測模組40偵測承載體2的當前運動模式，並根據承載體2的當前運動模式所對應的頻次來更新接收端3的位置資訊，進而驅動控制模組30根據更新後的接收端3的位置資訊來從複數超聲波音源1a、1b、1c、1d中選擇並驅動對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
在一實施方式中，設置模組10還將每一超聲波音源1a、1b、1c、1d的覆蓋角度依據承載體2的中心點23進行角度變換，並根據每一超聲波音源1a、1b、1c、1d變換後的覆蓋角度及接收端3的需求角度來設置每一超聲波音源1a、1b、1c、1d在承載體2表面的分佈位置。
在一實施方式中，驅動控制模組30還根據接收端3的需求角度來計算驅動被選中的超聲波音源的驅動功率及增益，及根據所計算得到的驅動功率及增益驅動與接收端3的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10:設置模組
20:第一偵測模組
30:驅動控制模組
40:第二偵測模組
100:定向聲音播放系統

Claims (8)

  1. 一種定向聲音播放系統的播放方法，用於驅動複數超聲波音源，所述複數超聲波音源設置在一承載體表面，所述播放方法包括以下步驟：根據所述每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置；獲取所述接收端的位置資訊，包括：獲取所述接收端與所述承載體的一基準點的初始位移；計算所述接收端相對於所述基準點的相對移動距離及相對移動角度；及根據所述初始位移、所述相對移動距離及所述相對移動角度計算所述接收端的位置資訊；及從所述複數超聲波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音；其中，所述位置資訊為所述接收端以所述承載體為參照物的方位資訊；所述接收端的需求角度根據所述接收端在靜止時的接收範圍或者所述接收端在運動時的移動範圍並以承載體的中心點為圓心進行計算；所述承載體預先定義有多種運動模式，所述播放方法還包括：偵測所述承載體的當前運動模式；及根據所述承載體的當前運動模式所對應的頻次來更新所述接收端的位置資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之播放方法，其中所述承載體為類圓柱形形狀，所述根據所述每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置的步驟包括：將所述每一超聲波音源的覆蓋角度依據所述承載體的中心點進行角度變換；及根據所述每一超聲波音源變換後的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之播放方法，其中所述從所述複數超聲波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音的步驟包括：根據所述接收端的位置資訊及所述每一超聲波音源的覆蓋角度來確定與所述接收端對應的超聲波音源；及控制與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之播放方法，其中所述從所述複數超聲 波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音的步驟包括：從所述複數超聲波音源中選擇與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源；根據所述接收端的需求角度來計算驅動所述被選中的超聲波音源的驅動功率及增益；及根據所計算得到的驅動功率及增益來驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
  5. 一種定向聲音播放系統，用於驅動複數超聲波音源，所述複數超聲波音源設置在一承載體表面，所述承載體預先定義有多種運動模式，所述定向聲音播放系統包括：設置模組，用於根據所述每一超聲波音源的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置；第一偵測模組，用於獲取所述接收端的位置資訊，其中所述第一偵測模組還用於獲取所述接收端與所述承載體的一基準點的初始位移，計算所述接收端相對於所述基準點的相對移動距離及相對移動角度，並根據所述初始位移、所述相對移動距離及所述相對移動角度計算所述接收端的位置資訊；驅動控制模組，用於從所述複數超聲波音源中選擇並驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音；及第二偵測模組，所述第二偵測模組用於偵測所述承載體的當前運動模式，並根據所述承載體的當前運動模式所對應的頻次來更新所述接收端的位置資訊；其中，所述位置資訊為所述接收端以所述承載體為參照物的方位資訊；所述接收端的需求角度根據所述接收端在靜止時的接收範圍或者所述接收端在運動時的移動範圍並以承載體的中心點為圓心進行計算。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之定向聲音播放系統，其中所述承載體為類圓柱形形狀，所述設置模組還用於將所述每一超聲波音源的覆蓋角度依據所述承載體的中心點進行角度變換，並根據所述每一超聲波音源變換後的覆蓋角度及接收端的需求角度來設置所述每一超聲波音源在所述承載體表面的分佈位置。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之定向聲音播放系統，其中所述驅動控制模組還用於根據所述接收端的位置資訊及所述每一超聲波音源的覆蓋角度來 確定與所述接收端對應的超聲波音源，並控制與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之定向聲音播放系統，其中所述驅動控制模組還用於根據所述接收端的需求角度來計算驅動所述被選中的超聲波音源的驅動功率及增益，及根據所計算得到的驅動功率及增益來驅動與所述接收端的位置資訊對應的超聲波音源輸出超聲波聲音。
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