TWI700004B - 減少干擾音影響之方法及聲音播放裝置 - Google Patents

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Abstract

一種減少干擾音影響之方法，適用於聲音播放裝置，其中聲音播放裝置包括第一麥克風及第二麥克風，該方法包括下列步驟：透過第一麥克風及第二麥克風接收輸入聲音，以分別取得第一聲音訊號及第二聲音訊號；根據第一聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與第二聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料；根據各聲源定位資料計算輸入聲音之主要方向來源符合目標方位之機率；根據該機率，以調整第一聲音訊號之低頻聲音訊號與第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量。

Description

減少干擾音影響之方法及聲音播放裝置
本發明係關於一種減少干擾音影響之方法，特別是一種藉由消除干擾音來減少干擾音影響之方法。
早期的助聽器僅有單一麥克風進行收音，因此，聽障者不論是透過第一揚聲器抑或第二揚聲器，所聽到的聲音都是相同的。為使聽障者在使用助聽器時，可以有更為接近真實的聽覺感受，現有助聽器的麥克風多為兩個，且於聽障者使用時，麥克風會分別位在左耳及右耳上。
此外，現有部分的智慧型手機或平板電腦等手持裝置也會配備有兩個麥克風，通常會分別設置在裝置的頂端和底端，間隔有一定距離。
又雙麥克風的設置固然可大大提升收音的範圍及效果，但相對地常常也會收集到環境中的干擾音，導致語音內容會聽不清楚。故思考應如何消除或減少干擾音之音量，實為助聽器研發上的重要課題。
本發明之主要目的係在提供一種減少干擾音影響之方法及執行該方法之聲音播放裝置。
為達成上述之目的，本發明之減少干擾音影響之方法適用於一聲音播放裝置，其中該聲音播放裝置包括第一麥克風及第二麥克風。本發明之減少干擾音影響之方法包括下列步驟：透過第一麥克風及第二麥克風接收輸入聲音，以分別取得第一聲音訊號及第二聲音訊號；根據第一聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與第二聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料；根據各聲源定位資料計算輸入聲音之主要方向來源符合目標方位之機 率；根據輸入聲音之主要方向來源符合目標方位之機率，以調整第一聲音訊號之低頻聲音訊號與第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量。
本發明之聲音播放裝置包括第一麥克風、第二麥克風及微控制器。第一麥克風用以接收輸入聲，以取得第一聲音訊號。第二麥克風用以接收同一輸入聲音，以取得第二聲音訊號。微控制器係與第一麥克風及第二麥克風電性連接，所述微控制器包括低頻音訊分析模組、計算模組及低頻音訊處理模組。低頻音訊分析模組用以根據第一聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與第二聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料。計算模組用以根據各聲源定位資料計算輸入聲音之主要方向來源符合目標方位之機率。低頻音訊處理模組用以根據輸入聲音之主要方向來源符合目標方位之機率，以調整第一聲音訊號之低頻聲音訊號與第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量。
1:聲音播放裝置
10:第一麥克風
20:第二麥克風
30:微控制器
31:低頻音訊分析模組
33:計算模組
35:低頻音訊處理模組
37:濾波模組
40:第一揚聲器
50:第二揚聲器
81:左輸出聲音訊號
82:右輸出聲音訊號
90A、90B:輸入聲音
91:第一聲音訊號
92:第二聲音訊號
圖1係本發明之聲音播放裝置之裝置架構圖。
圖2係本發明之聲音播放裝置之一實施例之示意圖。
圖3係本發明之聲音播放裝置之另一實施例之示意圖。
圖4係本發明之減少干擾音影響之方法之步驟流程圖。
為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。
請先參考圖1係關於本發明之聲音播放裝置之裝置架構圖。
如圖1所示，本發明之聲音播放裝置1包括有第一麥克風10、第二麥克風20、微控制器30、第一揚聲器40及第二揚聲器50。如圖2所示，在本發明之一具體實施例中，聲音播放裝置1為一助聽器；當使用者配戴使用本發明之助聽器時，第一麥克風10與第二麥克風20會分別位於使用者的左耳及右耳上。此時，第一麥克風10與第二麥克風20間之距離D約10-30公分，即大約相當於人臉寬度大小。如圖3所示，在本發明之另一具體實施例中，聲音播放裝置1為一智慧型手機，且第一麥克風10與第二麥克風20分別位於該智慧型手機相對應的兩端處，兩者間之距離D約7-15公分，視手機長度而定。惟本發明之聲音播放裝置1並不 以前揭助聽器或智慧型手機為限，其也可為平板電腦或其他設有雙麥克風之電子裝置，當聲音播放裝置1為平板電腦時，第一麥克風10與第二麥克風20間之距離大約為20-40公分。
在本發明之一實施例中，第一麥克風10及第二麥克風20可接收來自外界的輸入聲音90A或90B。當第一麥克風10接收輸入聲音90A或90B後，會產生取得一第一聲音訊號91。當第二麥克風20接收輸入聲音90A或90B後，會產生取得第二聲音訊號92。
在本發明之一實施例中，微控制器30係與第一麥克風10及第二麥克風20電性連接。微控制器30包括有低頻音訊分析模組31、計算模組33、低頻音訊處理模組35及濾波模組37。需注意的是，上述各個模組除可配置為硬體裝置、軟體程式、韌體或其組合外，亦可藉電路迴路或其他適當型式配置；並且，各個模組除可以單獨之型式配置外，亦可以結合之型式配置。一個較佳實施例是各模組皆為軟體程式儲存於微控制器30之記憶體(圖未示)上，藉由微控制器30中的處理器(圖未示)執行各模組以達成本發明之功能。此外，本實施方式僅例示本發明之較佳實施例，為避免贅述，並未詳加記載所有可能的變化組合。然而，本 領域之通常知識者應可理解，上述各模組未必皆為必要。且為實施本發明，亦可能包含其他較細節之習知模組或元件。各模組或元件皆可能視需求加以省略或修改，且任兩模組間未必不存在其他模組或元件。
在本發明之一實施例中，低頻音訊分析模組31用以根據第一聲音訊號91之複數定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與第二聲音訊號92之複數定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料。在本發明之具體實施例中，定位用低頻聲音訊號之頻率介於500赫茲(Hz)至1500赫茲(Hz)之間，但本發明不以此為限。關於低頻音訊分析模組31如何分析取得聲源定位資料，在以下會有詳細之說明，在此暫不予贅述。
在本發明之一實施例中，計算模組33用以根據各聲源定位資料計算輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率。關於計算模組33如何計算輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率，以下會有詳細之說明，在此暫不予贅述。
在本發明之一實施例中，低頻音訊處理模組35用以根據輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率，以 調整第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量，其中符合目標方位之機率越高，第一聲音訊號之低頻聲音訊號與第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量就會被調降的越少。在本發明之具體實施例中，所稱低頻聲音訊號係指頻率在4000赫茲以下之聲音訊號，但本發明不以此為限。關於如何根據計算取得之機率來調整低頻聲音訊號之聲音音量，以下會有詳細之說明，在此暫不予贅述。
在本發明之一實施例中，濾波模組37用以記錄第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號之音量變化，並進行平滑化處理。關於如何對低頻聲音訊號為平滑化處理，在以下會有詳細之說明，在此暫不予贅述。
在本發明之一實施例中，第一揚聲器40用以根據接收到的左輸出聲音訊號81播放聲音，其中左輸出聲音訊號81係第一聲音訊號91經由微控制器30處理後所產生。第二揚聲器50用以根據接收到的右輸出聲音訊號82播放聲音，其中右輸出聲音訊號82係第二聲音訊號92經由微控制器30處理後所產生。
接著，請參考圖4關於本發明之減少干擾音影響之方法之步驟流程圖。惟需注意的是，以下雖是以前揭所述之聲音播放 裝置1為例，說明本發明之減少干擾音影響之方法，但本發明揭示之方法並不以應用於該聲音播放裝置1為限。
首先，執行步驟S1：透過第一麥克風10及第二麥克風20接收輸入聲音90A或90B，以分別取得第一聲音訊號91及第二聲音訊號92。
當使用者使用本發明之聲音播放裝置1時，可透過第一麥克風10及第二麥克風20接收由外界傳來的輸入聲音90A或90B。當第一麥克風10接收輸入聲音90A或90B後會產生取得第一聲音訊號91。當第二麥克風20接收輸入聲音90A或90B後會產生取得第二聲音訊號92。第一聲音訊號91及第二聲音訊號92均會被傳送到微控制器30。
執行步驟S2：根據第一聲音訊號91之複數定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與第二聲音訊號92之複數定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料。
當使用者使用本發明之聲音播放裝置1時，第一麥克風10與第二麥克風20會分別位於相對應之兩端處且兩者間之距離為L公分，其中7≦L≦40。由於聲波傳遞至第一麥克風10和第二麥克風20的時間會有所落差，故藉由比較第一聲音訊號91與 第二聲音訊號92之相位差，可分析判斷出輸入聲音90A或90B之主要方向來源。
由於聲音訊號之波長若小於第一麥克風10與第二麥克風20間隔之距離時，會導致欲比較之訊號判別上之困難，因此，在具體實施上，本發明之微控制器30之低頻音訊分析模組31僅會擷取第一聲音訊號91及第二聲音訊號92中，頻率在特定範圍之聲音訊號作為定位判斷之用(即定位用低頻聲音訊號)。在本發明之具體實施例中，定位用低頻聲音訊號包含頻率為500、700、900、1100、1300及1500赫茲之聲音訊號，但本發明不以此為限。
除此之外，為求更精準判斷輸入聲音90A或90B之來源方位，本發明之本發明之微控制器30之低頻音訊分析模組31進一步地會對於各定位用低頻聲音訊號做複數聲音段之取樣。舉例來說，對第一聲音訊號91及第二聲音訊號92中，各定位用低頻聲音訊號取前10幀(frame)之聲音段作為判斷資料。
據此，本發明之微控制器30之低頻音訊分析模組31係根據第一聲音訊號91和第二聲音訊號92中，頻率相同之定位用低頻聲音訊號之同一聲音段之相位差，分析判斷輸入聲音90A或90B是否來自目標方位，並由各判斷結果取得複數聲源定位資料。 在本發明之具體實施例中，假設根據第一聲音訊號91和第二聲音訊號92中，頻率為500赫茲之定位用低頻聲音訊號的第1幀之聲音段，判斷出輸入聲音90A是來自目標方位，此時取得代號「1」之聲源定位資料；又假設根據第一聲音訊號91和第二聲音訊號92中，頻率為500赫茲之定位用低頻聲音訊號的第2幀之聲音段，判斷出輸入聲音90B並非來自目標方位，則取得代號「0」之聲源定位資料，其餘聲音段亦依照判斷結果取得對應的聲源定位資料。同理，第一聲音訊號91和第二聲音訊號92中，其他頻段之定位用低頻聲音訊號亦可依照相同方式取得對應的聲源定位資料。
一般而言，在與人交談時，說話者和受話者通常會是面對面的，故一旦第一麥克風10與第二麥克風20所接收到的輸入聲音90A之主要來源方向係來自使用者正前方時，可將該輸入聲音90A認定為非干擾音。反之，如果輸入聲音90B之主要來源方向並非來自正前方時，則認定該輸入聲音90B為干擾音。同樣地，當使用者手持智慧型手機或平板電腦透過網路來與其他人連線遊戲時，如欲和其他遊戲參與者語音通話時，亦會以臉正向智慧型手機或平板電腦螢幕說話。因此，在本發明之實施例中，前揭所 稱「目標方位」是指第一麥克風10及第二麥克風20分別位於相對應之兩側時，由第一麥克風10至第二麥克風20之直線中點，以扇形方式向使用者正前方延伸出去之範圍，其中扇形夾角θ為40度(參圖1虛線標示)，但本發明不以此為限。由於利用同一聲源所產生的不同聲音訊號之相位差以分析該聲源之方位為現有之習用技術，已為熟悉聲音處理技術領域中具有通常知識者所熟知，故在此即不再多做贅述。
執行步驟S3：根據各聲源定位資料計算輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率。
於步驟S2中取得複數聲源定位資料後，本發明之微控制器30之計算模組33會根據各聲源定位資料計算輸入聲音90A、90B之主要方向來源符合目標方位之機率。在本發明具體實施中，如上所述，假設根據第一聲音訊號91和第二聲音訊號92中，頻率為500赫茲之定位用低頻聲音訊號的前10幀之聲音段所取得的複數聲源定位資料分別為〔1,0,1,1,1,1,0,1,0,1〕，則計算輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率為70%(計算式：7/10*100%)。同理，根據其他頻段之前10幀之聲音段取得的複數聲源定位資料，也可各自計算出輸入聲音90A或90B之主要 方向來源符合目標方位之機率，假設分別為80%、80%、80%、70%及70%。最後，計算模組33會以此6個機率之平均機率，即75%(計算式：(70+80+80+80+70+70)/6*%)，作為輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率。
執行步驟S4：根據輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率，以調整第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量。
在本發明具體實施例中，假設計算出輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位之機率為75%，則微控制器30之低頻音訊處理模組35會將第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量減少25%，亦即低頻音訊處理模組35會將第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號原本被輸出時的音量乘上計算取得的機率的數值，作為第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號調整後被輸出的音量。換句話說，如果輸入聲音90A或90B之主要方向來源符合目標方位的機率越高，則第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號被輸出的音量就會被調降越少。在本發明之具體實施 例中，此處所稱之低頻聲音訊號係指頻率在4000赫茲(Hz)以下之聲音訊號，也就是說，只有頻率在4000赫茲(Hz)以下的聲音音量會被調整。惟需注意的是，本發明之音量調整方式並不以前揭所述方式為限，也可根據計算出的不同機率值各自定義需要調整的音量大小，並不以原先輸出的音量乘上機率數值之方式為限。
執行步驟S5：記錄第一聲音訊號之低頻聲音訊號與第二聲音訊號之低頻聲音訊號之音量變化，並進行平滑化處理。
由於各低頻段之聲音訊號突然地驟降會導致聲音變得很不自然，因此，在執行步驟S4後，本發明之微控制器30之濾波模組37會記錄第一聲音訊號91之低頻聲音訊號與第二聲音訊號92之低頻聲音訊號之音量變化，並進行平滑化處理。具體實施例中，濾波模組37可依據公式：Y(n)=Y(n)*α+Y(n-1)*(1-α)對低頻聲音訊號做平滑化處理，其中0<α<1，具體實施例可為0.9；Y(n)表示當前的低頻聲音訊號，Y(n-1)表示前一幀的低頻聲音訊號。由於平滑化處理為訊號處理領域常見之技術，其相關技術及原理已散見在許多文獻上，且本發明並不限定以特定方式實施，故在此不再多做贅述。
經由前揭說明可知，當本發明之減少干擾音影響之方法應用於助聽器時，可消除目標方位以外的聲音，或降低目標方位以外聲音的音量，讓助聽器的使用者可以把說話者說的話聽得更清楚。又當本發明之減少干擾音影響之方法應用於智慧型手機或平板電腦時，可在以智慧型手機進行網路連線遊戲時，藉由消除目標方位以外的聲音，或降低目標方位以外聲音的音量，來使連線遊戲的其他參與者把說話者的聲音聽得更清楚。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請 貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
聲音播放裝置1                 第一麥克風10 第二麥克風20                   微控制器30 低頻音訊分析模組31         計算模組33 低頻音訊處理模組35         濾波模組37 第一揚聲器40                   第二揚聲器50 左輸出聲音訊號81            右輸出聲音訊號82 輸入聲音90A、90B           第一聲音訊號91 第二聲音訊號92

Claims (16)

  1. 一種減少干擾音影響之方法，用於一聲音播放裝置，該聲音播放裝置包括一第一麥克風及一第二麥克風，該方法包括下列步驟：透過該第一麥克風及該第二麥克風接收一輸入聲音，以分別取得一第一聲音訊號及一第二聲音訊號；根據該第一聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與該第二聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料；根據各該聲源定位資料計算該輸入聲音之一主要方向來源符合一目標方位之一機率；以及根據該機率，以調整該第一聲音訊號之低頻聲音訊號與該第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該機率越高，該第一聲音訊號之低頻聲音訊號與該第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量被調降的越少。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該至少一定位用低頻聲音訊號之頻率為X赫茲，500≦X≦1500。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該至少一定位用低頻聲音訊號之數量為複數個。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該第一聲音訊號之低頻聲音訊號及該第二聲音訊號之低頻聲音訊號之頻率在4000赫茲(Hz)以下。
  6. 如申請專利範圍第1至5項任一項所述之方法，更包括下列步驟：記錄該第一聲音訊號之低頻聲音訊號與該第二聲音訊號之低頻聲音訊號之音量變化，並進行平滑化處理。
  7. 如申請專利範圍第1至5項任一項所述之方法，其中該第一麥克風與該第二麥克風間之距離為L公分(cm)，7≦L≦40。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該聲音播放裝置為一助聽器、一智慧型手機或一平板電腦。
  9. 一種聲音播放裝置，包括：一第一麥克風，用以接收一輸入聲音，以取得一第一聲音訊號； 一第二麥克風，用以接收該輸入聲音，以取得一第二聲音訊號；以及一微控制器，係與該第一麥克風及該第二麥克風電性連接，該微控制器包括：一低頻音訊分析模組，用以根據該第一聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段與該第二聲音訊號之至少一定位用低頻聲音訊號之複數聲音段間之相位差，以分析取得複數聲源定位資料；一計算模組，用以根據各該聲源定位資料計算該輸入聲音之一主要方向來源符合一目標方位之一機率；以及一低頻音訊處理模組，用以根據該機率，以調整該第一聲音訊號之低頻聲音訊號與該第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之聲音播放裝置，其中該機率越高，該第一聲音訊號之低頻聲音訊號與該第二聲音訊號之低頻聲音訊號被輸出時之聲音音量被調降的越少。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之聲音播放裝置，其中該至少一定位用低頻聲音訊號之頻率為X赫茲(Hz)，500≦X≦1500。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之聲音播放裝置，其中該至少一定位用低頻聲音訊號之數量為複數個。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之聲音播放裝置，其中該第一聲音訊號之低頻聲音訊號及該第二聲音訊號之低頻聲音訊號之頻率在4000赫茲(Hz)以下。
  14. 如申請專利範圍第9至13項任一項所述之聲音播放裝置，其中該微控制器更包括一濾波模組，該濾波模組用以記錄該第一聲音訊號之低頻聲音訊號與該第二聲音訊號之低頻聲音訊號之音量變化，並進行平滑化處理。
  15. 如申請專利範圍第9至13項任一項所述之聲音播放裝置，其中該第一麥克風與該第二麥克風間之距離為L公分(cm)，7≦L≦40。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之聲音播放裝置，其中該聲音播放裝置為一助聽器、一智慧型手機或一平板電腦。
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