TWI701659B - 聲音播放裝置、方法及非暫態儲存媒體 - Google Patents

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Abstract

一種聲音播放方法，應用於聲音播放裝置中，且包含：根據聆聽者資料以及聲音資料，藉由三維聲音產生程序產生聲音訊號；根據聆聽者資料以及聲音資料判斷在虛擬環境中，聲源位置是否位於相對聆聽者位置的目標區域內；當聲源位置位於目標區域中時，使聲音訊號與調整函式相乘，以在維持聲音訊號的趨勢行為下，加強聲音訊號的頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及播放經處理的聲音訊號。

Description

聲音播放裝置、方法及非暫態儲存媒體
本發明是有關於聲音播放技術，且特別是有關於一種聲音播放裝置、方法及非暫態儲存媒體。
近年來，虛擬實境技術廣泛地應用於例如遊戲、工程或是軍事的用途中。為了體驗虛擬實境的環境，使用者需要透過設置於例如，但不限於頭戴裝置(head-mounted device；HMD)上的顯示裝置，來觀看用以顯示虛擬環境的畫面。其中，頭戴裝置是穿戴於於使用者身上。進一步地，使用者可使用同樣設置於頭戴裝置上的聲音播放裝置來聆聽基於虛擬環境產生的聲音。
當聲音的方向性可被加強時，使用者可得到更好的虛擬實境體驗感。傳統的三維聲音模型並無法提供接近真實環境的聲音方向感。然而，當想要採用足以接近真實環境的模型時，必須要耗費大量的運算資源才能達成。
因此，如何設計一個新的聲音播放裝置、方法及非暫態儲存媒體，以解決上述的缺失，乃為此一業界亟待解 決的問題。
本發明之目的在於提供一種聲音播放方法，應用於聲音播放裝置中，且包含：根據聆聽者資料以及聲音資料，藉由三維聲音產生程序產生聲音訊號；根據聆聽者資料以及聲音資料判斷在虛擬環境中，聲源位置是否位於相對聆聽者位置的目標區域內；當聲源位置位於目標區域中時，使聲音訊號與調整函式相乘，以在維持聲音訊號的趨勢行為下，加強聲音訊號的頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及播放經處理的聲音訊號。
本發明之另一目的在於提供一種聲音播放裝置，包含：儲存元件、聲音播放電路以及處理器。儲存元件配置以儲存複數個電腦可執行指令。處理器電性耦接於儲存元件以及聲音播放電路，並配置以擷取並執行電腦可執行指令，以在電腦可執行指令被執行時執行聲音播放方法。聲音播放方法包含：根據聆聽者資料以及聲音資料，藉由三維聲音產生程序產生聲音訊號；根據聆聽者資料以及聲音資料判斷在虛擬環境中，聲源位置是否位於相對聆聽者位置的目標區域內；當聲源位置位於目標區域中時，使聲音訊號與調整函式相乘，以在維持聲音訊號的趨勢行為下，加強聲音訊號的頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及使聲音播放電路播放經處理的聲音訊號。
本發明之又一目的在於提供一種非暫態 (non-transitory)電腦可讀取儲存媒體，配置以儲存包含複數電腦可執行指令的電腦程式，用以執行應用在聲音播放裝置的聲音播放方法，聲音播放裝置至少包含儲存元件、聲音播放電路以及電性耦接於儲存元件及聲音播放電路並配置以擷取並執行電腦可執行指令，以在電腦可執行指令被執行時執行聲音播放方法的處理器。聲音播放方法包含：根據聆聽者資料以及聲音資料，藉由三維聲音產生程序產生聲音訊號；根據聆聽者資料以及聲音資料判斷在虛擬環境中，聲源位置是否位於相對聆聽者位置的目標區域內；當聲源位置位於目標區域中時，使聲音訊號與調整函式相乘，以在維持聲音訊號的趨勢行為下，加強聲音訊號的頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及使聲音播放電路播放經處理的聲音訊號。
應用本發明之優點在於本發明的聲音播放裝置以及聲音播放方法可根據聆聽者以及聲源的位置的關係來加強，而不會耗費過多的運算資源。藉由加強聲音訊號的波峰與波谷，聆聽者可對聲音訊號有較強的方向感。
1:聲音播放裝置
10:儲存元件
100:電腦可執行指令
102:聆聽者資料
104:聲音資料
11:聲音訊號
12:聲音播放電路
14:處理器
200:聲音播放方法
201-205:步驟
3:虛擬環境
30:聆聽者
300:中央平面
302、304:軸線
32:聲源
400、402、404、406:波峰
410、412、414、416:波谷
第1圖為本發明一實施例中，一種聲音播放裝置的方塊圖；第2圖為本發明一實施例中，一種聲音播放方法的流程圖；第3圖為本發明一實施例中，位於虛擬環境的聆聽者 以及聲源的示意圖；以及第4圖為本發明一實施例中，聲音訊號在乘以調整函式前以及乘以調整函式後的頻譜的示意圖。
請參照本揭示內容的實施例，其中以下的範例將搭配圖式進行說明。在圖式及說明中所使用相同的元件符號，將指稱相同或類似的元件。
須注意的是，在說明書以及申請專利範圍中所進行的敘述中，當元件被描述為「連接」或「耦接」至另一元件時，其可為直接連接或耦接至另一元件，或是可能存在有中間的元件。相對的，當元件被描述為「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，將不會有中間的元件存在。更進一步地，「電性連接」或「連接」可更用以指稱兩個或多個元件間的交互操作以及互動。
須注意的是，在說明書以及申請專利範圍中所進行的敘述中，雖然「第一」、「第二」等用語可用以描述不同的元件，這些元件可不被這些用語所限制。這些用語僅用以區分不同的元件。舉例來說，第一元件亦可被改稱為第二元件，且類似地，第二元件亦可被改稱第一元件，而不會悖離實施例的範圍。
須注意的是，在說明書以及申請專利範圍中所進行的敘述中，「包含」、「包括」、「具有」、「含有」及類似的用語是被理解為開放性的，例如表示「包含，但 不限於」。
須注意的是，在說明書以及申請專利範圍中所進行的敘述中，「及/或」的語句包含所列舉的一個或多個相關事物中的任何以及全部的組合。
須注意的是，在說明書以及申請專利範圍中所進行的敘述中，在以下的實施例的敘述中用以指稱方向的詞彙，例如「上」、「下」、「左」、「右」、「前」及「後」，是與圖式中的方向相關。因此，這樣指稱方向的詞彙是用以敘述，而非限制本揭示內容。
須注意的是，在說明書以及申請專利範圍中所進行的敘述中，除非另行定義，所有的用語(包含技術性或是科學性用語)具有任何本揭示內容所屬技術領域的通常知識者所普遍理解的相同意義。須更進一步了解的是，此些用語，例如定義於常用的字典者，除非特別定義，否則需解讀為具有與在相關的技術領域所使用的相同意義，而不能被廣泛地解讀。
請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種聲音播放裝置1的方塊圖。於一實施例中，聲音播放裝置1可應用於頭戴裝置中。更詳細地說，聲音播放裝置1的元件可分布設置在頭戴裝置的不同位置上。
聲音播放裝置1包含儲存元件10、聲音播放電路12以及處理器14。
於一實施例中，儲存元件10可為例如，但不限於光碟、隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、硬碟或光 學磁片。儲存元件10配置以儲存複數電腦可執行指令100。
聲音播放電路12配置以播放由處理器14產生的聲音訊號11。於一實施例中，聲音播放電路12可包含第一播放單元以及第二播放單元(未繪示)，配置以播放第一聲道聲音和第二聲道聲音。其中，使用者可穿戴頭戴裝置，並將第一播放單元和第二播放單元置入或是靠近使用者的雙耳，以聆聽播放結果。
處理器14電性耦接於儲存元件10以及聲音播放電路12。於一實施例中，處理器14配置以擷取並執行電腦可執行指令100，並據以執行聲音播放裝置1的功能。
請參照第2圖。聲音播放裝置1的功能將在以下的段落搭配第1圖及第2圖進行詳細的說明。
第2圖為本發明一實施例中，一種聲音播放方法200的流程圖。聲音播放方法200可應用於第1圖的聲音播放裝置1中。
聲音播放方法200包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。
於步驟201，根據聆聽者資料102以及聲音資料104，藉由三維聲音產生程序產生聲音訊號11。
請同時參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，位於虛擬環境3的聆聽者30以及聲源32的示意圖。
於一實施例中，聆聽者資料102包含聆聽者 30，例如頭戴裝置的使用者，在虛擬環境3的位置的資訊。聆聽者資料102可儲存於儲存元件10中，並可根據例如，但不限於遊戲或是軍事訓練的模擬情境的過程即時地產生。處理器14可自儲存元件10中擷取聆聽者資料102。
於一實施例中，聲音資料104包含用以在虛擬環境3中產生可由使用者感知的聲音34的聲源32的位置的資訊。聲音資料104可由處理器14透過例如，但不限於聲音播放裝置1的網路模組(未繪示)所擷取，並可在模擬情境的過程中產生。
根據聆聽者資料102以及聲音資料104，處理器14可取得聆聽者30以及聲源32的位置。
在聲源32以及聆聽者30間，可形成聲音34的傳輸路徑。因此，聲音訊號11可藉由三維聲音產生程序產生，以使聲音訊號11在播放後產生具有方向性且對應於傳輸路徑的聲音34。
於步驟202，根據聆聽者資料102以及聲音資料104判斷在虛擬環境中，聲源位置是否位於相對聆聽者位置的目標區域內。
於一實施例中，根據在虛擬環境3中聲源32的聲源位置以及聆聽者30的聆聽者位置，可判斷出聲源32以及聆聽者30的位置關係。
如第3圖所示，從聆聽者30的聆聽位置可延伸出一個中央平面300。於一實施例中，中央平面300位於聆聽者30的頭部，並實質地與聆聽者30的視線平行。然而，本 發明並不以此為限。
傳輸路徑相對於中央平面300形成角度α。於第3圖中，示例性地繪示出具有預設數值的角度的軸線302及304。於一實施例中，當角度α不小於此預設數值，例如60度時，聲源位置被判斷為位於相對聆聽者位置30的目標區域內。其中，目標區域在第3圖中繪示為灰色的區域。
須注意的是，第3圖是一個側視圖。因此，在三維的虛擬環境3中，目標區域實際上包含位於中央平面300的兩側的兩個錐狀區域。
另一方面，當角度α小於此預設數值時，聲源位置被判斷為不位於相對聆聽者位置30的目標區域內。
當聲源位置如第3圖所示，被判斷為位於目標區域內時，於步驟203，使聲音訊號11與調整函式相乘，以在維持聲音訊號11的趨勢行為下，加強聲音訊號11的頻譜上的複數個波峰與複數個波谷。
於一實施例中，聲音訊號的振幅為X，且調整函式為XN或eX的指數函式，其中N為大於一的整數，e為自然對數的底數。
於另一實施例中，聲音訊號的振幅為X，調整函式為tan-1X的三角函式。
請參照第4圖。第4圖為本發明一實施例中，聲音訊號11在乘以調整函式前以及乘以調整函式後的頻譜的示意圖。第4圖中的X軸代表頻率，Y軸則代表頻率的震幅。
如第4圖所示，函式XN是用來當作調整函式的 範例，其中在乘以調整函式前的聲音訊號11的頻譜波型是以虛線繪示，在乘以調整函式後的聲音訊號11的頻譜波型是以實線繪示。
如第4圖所示，在乘以調整函式後的聲音訊號11的波峰(例如波峰400和402)以及波谷(例如波谷410和412)間的差距，比在乘以調整函式前的聲音訊號11的波峰(例如波峰404和406)以及波谷(例如波谷414和416)間的差距來的大。然而，在乘以調整函式後的聲音訊號11的波峰及波谷的位置，仍然與在乘以調整函式前的聲音訊號11的波峰及波谷的位置相對應。
因此，聲音訊號11的頻譜上的波峰與波谷可在維持聲音訊號11的趨勢行為下被加強。
當聲源的位置在聆聽者的位置的上側或是下側時，聆聽者將根據聲音的波峰和波谷來感知聲音。因此，藉由加強聲音訊號11的波峰和波谷，聆聽者將對於聲音訊號11有更強的方向感。
於一實施例中，在聲音訊號11乘以調整函式後，聲音訊號11整體的振幅可能會變小。在此情形下，聲音訊號11可進一步乘以一個增益參數，以將振幅增加至可接受的程度。
更進一步地，在步驟204，使聲音播放電路12重製聲音訊號11並進行播放。
在另一方面，當聲源位置並未位於目標區域時，於步驟205，聲音訊號11直接由聲音播放電路12所重 製並進行播放。須注意的是，上述的用語「直接」是指聲音訊號11不須經過上述的步驟203的處理，但仍可能經過其他的聲音處理程序。
於一實施例中，在聲音訊號11的處理中，可決定複數個調整參數，以增加聲音訊號11的前方成分與後方成分間的差距，以及增加聲音訊號11的左方成分與右方成分間的差距。這樣的程序可以加強聲音訊號11的立體感。
於一實施例中，可根據聲源位置相對中央平面300的角度α決定權重值。當角度α愈大時，權重值愈小。另一方面來說，當角度α愈小時，權重值愈大。權重值以及角度α的關係可由一個儲存於儲存元件10的查找表(未繪示)實現，以使處理器14可擷取查找表並根據角度α得到權重值。更進一步地，調整參數可根據權重值被加權，並以加權後的調整參數對聲音訊號11調整。
因此，聲音訊號11的立體感可根據聲源位置以及聆聽者位置間的關係而被加強。
本發明的聲音播放裝置1以及聲音播放方法200可根據聆聽者以及聲源的位置的關係來加強，而不會耗費過多的運算資源。藉由加強聲音訊號11的波峰與波谷，聆聽者可對聲音訊號11有較強的方向感。
須注意的是，在部分實施例中，聲音播放方法200可由電腦應用程式實作。當電腦應用程式由電腦、電子裝置或是第1圖繪示的處理器14執行時，此執行裝置將執行聲音播放方法200。電腦應用程式可儲存於非暫態的電腦可 讀取儲存媒體例如唯讀記憶體、快閃記憶體、軟碟、硬碟、光學碟片、快閃碟片、快閃硬碟、磁帶、可由網路存取的資料庫或任何在屬於本揭露書的範圍中，可由本領域熟知此技藝者所使用具有類似功能的儲存媒體中。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護範圍之內。
200:聲音播放方法
201-205:步驟

Claims (10)

  1. 一種聲音播放方法，應用於一聲音播放裝置中，且包含：根據一聆聽者資料以及一聲音資料，藉由一三維聲音產生程序產生一聲音訊號；根據該聆聽者資料以及該聲音資料判斷在一虛擬環境中，一聲源位置是否位於相對一聆聽者位置的一目標區域內；當該聲源位置位於該目標區域中時，使該聲音訊號與一調整函式相乘，以在維持該聲音訊號的一趨勢行為下，加強該聲音訊號的一頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及播放經處理的該聲音訊號。
  2. 如請求項1所述的聲音播放方法，其中該聲音訊號的振幅為X，且該調整函式為XN或eX的指數函式，其中N為大於一的整數，e為自然對數的底數，或該調整函式為tan-1X的三角函式。
  3. 如請求項1所述的聲音播放方法，其中當該聲源位置與自該聆聽者位置延伸的一中央平面相對的一角度不小於一預設數值，該聲源位置被判斷為位於相對該聆聽者位置的該目標區域內。
  4. 如請求項3所述的聲音播放方法，更包含：決定複數個調整參數，以增加該聲音訊號的一前方成分與一後方成分間的差距，以及增加該聲音訊號的一左方成分與一右方成分間的差距；根據該聲源位置相對該中央平面的該角度決定一權重值，其中當該角度愈大時，該權重值愈小；以及根據該權重值對該等調整參數加權，並以加權後的該等調整參數對該聲音訊號調整。
  5. 如請求項1所述的聲音播放方法，其中在使該聲音訊號與該調整函式相乘的步驟後，該聲音播放方法更包含：使該聲音訊號與一增益參數相乘。
  6. 一種聲音播放裝置，包含：一儲存元件，配置以儲存複數個電腦可執行指令；一聲音播放電路；以及一處理器，電性耦接於該儲存元件以及該聲音播放電路，並配置以擷取並執行該等電腦可執行指令，以在該等電腦可執行指令被執行時執行一聲音播放方法，該聲音播放方法包含：根據一聆聽者資料以及一聲音資料，藉由一三維聲音產生程序產生一聲音訊號；根據該聆聽者資料以及該聲音資料判斷在一虛擬 環境中，一聲源位置是否位於相對一聆聽者位置的一目標區域內；當該聲源位置位於該目標區域中時，使該聲音訊號與一調整函式相乘，以在維持該聲音訊號的一趨勢行為下，加強該聲音訊號的一頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及使該聲音播放電路播放經處理的該聲音訊號。
  7. 如請求項6所述的聲音播放裝置，其中該聲音訊號的振幅為X，且該調整函式為XN或eX的指數函式，其中N為大於一的整數，e為自然對數的底數，或該調整函式為tan-1X的三角函式。
  8. 如請求項6所述的聲音播放裝置，其中當該聲源位置與自該聆聽者位置延伸的一中央平面相對的一角度不小於一預設數值，該聲源位置被判斷為位於相對該聆聽者位置的該目標區域內。
  9. 如請求項8所述的聲音播放裝置，其中該聲音播放方法更包含：決定複數個調整參數，以增加該聲音訊號的一前方成分與一後方成分間的差距，以及增加該聲音訊號的一左方成分與一右方成分間的差距；根據該聲源位置相對該中央平面的該角度決定一權 重值，其中當該角度愈大時，該權重值愈小；以及根據該權重值對該等調整參數加權，並以加權後的該等調整參數對該聲音訊號調整。
  10. 一種非暫態(non-transitory)電腦可讀取儲存媒體，配置以儲存包含複數電腦可執行指令的一電腦程式，用以執行應用在一聲音播放裝置的一聲音播放方法，該聲音播放裝置至少包含一儲存元件、一聲音播放電路以及電性耦接於該儲存元件及該聲音播放電路並配置以擷取並執行該等電腦可執行指令，以在該等電腦可執行指令被執行時執行一聲音播放方法的一處理器，該聲音播放方法包含：根據一聆聽者資料以及一聲音資料，藉由一三維聲音產生程序產生一聲音訊號；根據該聆聽者資料以及該聲音資料判斷在一虛擬環境中，一聲源位置是否位於相對一聆聽者位置的一目標區域內；當該聲源位置位於該目標區域中時，使該聲音訊號與一調整函式相乘，以在維持該聲音訊號的一趨勢行為下，加強該聲音訊號的一頻譜上的複數個波峰與複數個波谷；以及使該聲音播放電路播放經處理的該聲音訊號。
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