TWI749569B - 聲音播放調整方法及可攜式裝置 - Google Patents

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Abstract

一種聲音播放調整方法及可攜式裝置，所述方法在所述可攜式裝置非處於聲音播放狀態時，播放偵測音頻信號並接收所述偵測音頻信號的反射音頻信號，計算獲取所述反射音頻信號的音量權值列表。根據所述可攜式裝置的當前音量設定值，獲取對應的參考音頻信號的音量權值列表，根據所述參考音頻信號的音量權值列表以及所述反射音頻信號的音量權值列表計算不同頻段對應的第一調整參數。當所述可攜式裝置播放音頻文件前，根據所述不同頻段對應的第一調整係數，調整所述音頻文件的音頻信號後再進行播放。

Description

聲音播放調整方法及可攜式裝置
本發明是有關於數位信號處理的技術領域，尤其關於一種聲音播放調整方法及可攜式裝置。
當可攜式裝置在播放音樂時，將其放置在不同材質的物體表面上，或是將其攜入不同的房間時，將會發現音量發生明顯變化，同時間，音質也發生改變。因此，如何實現根據可攜式裝置所放置的物體表面、所處的空間自動調整播放的聲音，是有待解決的問題。
有鑑於此，在本發明的目的在於提供一種聲音播放調整方法及可攜式裝置，可以根據所放置處以及所處空間自動調整播放的聲音。
本發明提供一種用於可攜式裝置的聲音播放調整方法，其特徵在於，所述方法包含以下步驟：檢測所述可攜式裝置是否處於聲音播放狀態，若檢測所述可攜式裝置非處於聲音播放狀態，則繼續執行以下步驟：播放偵測音頻信號；接收所述偵測音頻信號的反射音頻信號；根據音量設定值，獲取對應的參考音頻信號的音量權值列表；計算獲取所述反射音頻信號的音量權值列表，並根據所述參考音頻信號的音量權值列表及所述反射音頻信號的音量權值列表計算不同頻段對應的第一調整係數；以及接收要播放的音頻文件，根據所述不同頻段對應的第一調整係數，調整所述音頻文件的音頻信號後進行播放。
本發明還提供一種可攜式裝置，其特徵在於，所述裝置包含：聲音播放裝置；聲音接收裝置；處理器；以及記憶體，用於存儲至少一個計算機程式，其中，所述計算機程式包含由所述處理器執行的指令，使得所述處理器執行以下步驟：檢測所述可攜式裝置是否處於聲音播放狀態，若檢測所述可攜式裝置非處於聲音播放狀態，則繼續執行以下步驟：經由所述聲音播放裝置播放偵測音頻信號；經由所述聲音接收裝置接收所述偵測音頻信號的反射音頻信號；根據音量設定值，獲取對應的參考音頻信號的音量權值列表；計算獲取所述反射音頻信號的音量權值列表，並根據所述參考音頻信號的音量權值列表及所述反射音頻信號的音量權值列表計算不同頻段對應的第一調整係數；以及接收要播放的音頻文件，根據所述不同頻段對應的第一調整係數，調整所述音頻文件的音頻信號後經由所述聲音播放裝置進行播放。
100:可攜式裝置
102:處理器
104:記憶體
106:聲音播放裝置
104:聲音接收裝置
S202~S212,S502~S510:步驟
401:偵測音頻頻率矩陣
402:參考音頻強度矩陣
403:轉換後的偵測音頻頻率矩陣
404:轉換後的參考音頻強度矩陣
405:重新排序的偵測音頻頻率矩陣
406:重新排序的參考音頻強度矩陣
圖1為根據本發明一實施例的可攜式裝置的方塊圖。
圖2為根據本發明一實施例的聲音播放調整方法的流程圖。
圖3為根據本發明一實施例的聲音播放調整方法的等響曲線的示意圖。
圖4為根據本發明一實施例的聲音播放調整方法的矩陣操作的示意圖。
圖5為根據本發明另一實施例的聲音播放調整方法的流程圖。
藉由以下對具體實施例詳細的描述結合附圖，將可輕易的瞭解上述內容及此項發明之諸多優點。
請參閱圖1，所示為本發明一實施例中可攜式裝置100的方塊圖。所述可攜式裝置100可以是手機、平板、機上盒、多媒體播放裝置以及音箱等能夠運行應用程式的可攜式裝置。所述可攜式裝置100包括處理器102、記憶體104、聲音播放裝置106以及聲音接收裝置108。所述處理器102電性耦接於所述記憶體104、聲音播放裝置106以及聲音接收裝置108。所述處理器102可以是微控制器、微處理器、複雜指令集運算微處理器、精簡指令集運算微處理器、超長指令字組微處理器、超平行指令集運算微處理器、數位訊號處理器或其他具有運算處理能力的電路。所述處理器102被配置為執行或處理存儲在所述記憶體104中的指令、資料以及計算機程式。所述存儲單元104包含唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、磁片存儲介質裝置、光存儲介質裝置、快閃記憶體裝置、電氣、光學或其他物理/有形(例如，非暫時性)等計算機可讀存儲介質，用於存儲控制所述可攜式裝置100運行的一個或多個計算機程式，並且由所述處理器102執行。所述聲音播放裝置106可以是任何適合播放聲音信號的裝置，例如但不限於揚聲器。所述聲音接收裝置108可以是任何適合接收聲音信號的裝置，例如但不限於麥克風。
在一實施例中，所述可攜式裝置100還包括至少一種感測器(圖1中未示出)，包括但不限於運動感測器、光感測器以及接近感測器。
請參閱圖2，所示為本發明一實施例中聲音播放調整方法的流程圖，所述方法應用在所述可攜式裝置100中，由所述處理器102執行存儲在所述記憶體104的計算器程式，以執行以下步驟：
步驟S202，檢測所述可攜式裝置100是否處於聲音播放狀態。如果檢測所述可攜式裝置100處於聲音播放狀態時，為了不影響用戶的收聽體驗，結束所述流程，不進行聲音播放調整。如果檢測所述可攜式裝置100非處於聲音播放狀態，則接著執行步驟S204。
步驟S204，控制所述聲音播放裝置106播放偵測音頻信號。在一實施例中，所述偵測音頻信號為具有頻率變化的重複波形，包括斜坡鋸齒、三 角形、正弦波形。在一實施例中，所述偵測音頻信號可以是人耳聽不到的三角波形偵測音頻信號。
人類能感知的聲音頻率有一定的範圍，大多數人能夠聽到的頻率範圍在20Hz到20000Hz之間。然而人耳的聽覺對於所有頻率的感知不是線性的，而是遵循等響度曲線。例如，圖3所示為人耳感知的等響度曲線圖，其中，Y軸代表實際聲壓強度(Sound Pressure Level)，單位為分貝(dB-SPL)，X軸代表不同頻率，單位為赫茲(Hz)。響度(又稱為音響或音量)級的單位為方(Phon)，0方代表人耳能聽到聲音的最微弱響度，又稱為可聽閾，低於可聽閾曲線的聲音人耳是聽不見的。圖3中的各條響度曲線是以每20方為測量單位進行量測的結果，顯示出不同頻率的聲音引起同等響度所需要的聲壓強度。響度主要決定於聲壓強度，提高聲壓強度，響度級也相應增加。但是聲音的響度並不是單純由聲壓強度決定，還取決於頻率。如圖3所示，對於20赫茲的聲音，需要有70分貝的聲壓強度，人耳才能剛剛好聽見；而對於3000赫茲的聲音，只要有-5分貝的聲壓強度，人耳就可以聽見。
在一實施例中，所述等響度曲線，包括響度級、頻率以及聲音強度的映射關係，存儲在所述記憶體104中。為使所述可攜式裝置100的使用者無法察覺所述三角形偵測音頻信號，所述處理器102可以查詢所述等響度曲線，根據所述等響曲線調整所述三角形偵測音頻信號的聲壓強度使得所述聲壓強度低於所述等響曲線的可聽閾，使得人耳剛好聽不見所述聲音播放裝置106播放的三角形偵測音頻信號。根據人耳的聽覺特性，在中低頻的頻率跨度分辨能力大於高頻區段，根據實測發現，例如手機等可攜式裝置一般放置的空間及物體的共振頻率都在10000赫茲以下，所以在本實施例中，依人耳聽覺特性，將20赫茲至10000赫茲的區間以頻率對數切割成m組頻段，例如13組頻段。所述三角形偵測音頻信號的基頻頻率預先設置成從20赫茲至770赫茲逐步提高，共分成n組，例如16組，而三角波由基頻弦波至11次諧波共有6個組成，所以所述三角形偵測音頻信號最高可以偵測到10000赫茲的反射波頻域特性。具體地，所述處理器102 可以控制所述聲音播放裝置106由低頻至高頻依序播放n組不同頻率的三角形偵測音頻信號。
步驟S206，經由所述聲音接收裝置108接收反射音頻信號。可以理解的是，步驟S204播放的n組偵測音頻信號中的一部分經由空氣傳播到達所述聲音接收裝置108，另一部分經由空氣傳播與所述可攜式裝置100中所處環境中的物體形成反射後再到達所述聲音接收裝置108，所述聲音接收裝置108接收到的是直達聲和反射聲的迭加信號，經過所述聲音接收裝置108的類比數位轉換器(圖1中未示出)轉換為所述n組反射音頻信號。
步驟S208，根據音量設定值，獲取對應的參考音頻信號音量權值列表。在一實施例中，所述可攜式裝置100在出廠前，根據可經由使用者介面讓使用者進行設置的不同音量設定值，預先存儲有對應的參考音頻信號音量權值列表。具體地，所述可攜式裝置100可以在出廠前，以實驗室實現的自由空間(Free Space)中獲取對應於不同音量設定值的參考音頻信號。在一實施例中，所述參考音頻信號是所述可攜式裝置100在自由空間中，經由所述聲音播放裝置106播放的偵測音頻信號後，由所述聲音接收裝置108接收到的反射音頻信號。在一實施例中，所述參考音頻信號的音量權值列表的具體獲取方式為，在特定音量設定值設置下，將16組不同頻率的三角波偵測音頻信號，由低頻至高頻分別由所述聲音播放裝置106播放，並以所述聲音接收裝置108接收所述參考音頻信號。以各組偵測音頻基頻幅值為100%，計算得到6個參考音頻頻譜強度，共得到16×6個參考音頻強度值，形成維度為16×6的參考音頻強度矩陣。接著，分別將16×6的偵測音頻頻率矩陣(圖4中401)與參考音頻強度矩陣(圖4中402)對應於m組頻段進行維度轉換，在本實施例中，將原本維度為16×6的矩陣轉換為維度為13×7的矩陣，亦即m設置為13，不足的矩陣元素部分以特殊值NaN或極小值補足。轉換後的偵測音頻頻率矩陣為圖4中的403，以及轉換後的參考音頻強度矩陣為圖4中的404。將維度轉換後的偵測音頻頻率矩陣以行列掃描方式將矩陣元素依照頻率值大小進行昇冪排序，如圖4中的405，與此同時，參考音頻強度矩陣中的矩陣 元素也依照其對應的偵測音頻頻率重新排序，如圖4中的406。重新排序後的參考音頻強度矩陣將每列矩陣元素開平方並相加後，取均方根植，共得到13組有效值，作為所述參考音頻信號的音量權值列表。
步驟S210，計算獲取反射音頻信號的音量權值列表，並根據所述參考音頻信號的音量權值列表與所述反射音頻信號的音量權值列表計算獲取不同頻段的第一調整係數。
其中，所述反射音頻信號的音量權值列表計算獲取方式，與所述參考音頻信號的音量權值列表獲取方式相同。具體地，以16組偵測音頻基頻幅值為100%，分別計算得到6個反射音頻頻譜強度，共可得到16×6個反射音頻強度值，形成維度為16×6的反射音頻強度矩陣。接著，分別將16×6的偵測音頻頻率矩陣與反射音頻強度矩陣對應於m組頻段進行維度轉換，在本實施例中，將原本維度為16×6的矩陣轉換為維度為13×7的矩陣，亦即m設置為13，不足的矩陣元素部分以特殊值NaN或極小值補足。將維度轉後的偵測音頻頻率矩陣以行列掃描方式將矩陣元素依照頻率值大小進行昇冪排序，與此同時，反射音頻強度矩陣中的矩陣元素也依照其對應的偵測音頻頻率重新排序。重新排序後的反射音頻強度矩陣將每列矩陣元素開平方並相加後，取均方根植，共得到13組有效值，作為所述反射音頻信號的音量權值列表。
在本實施例中，所述不同頻段的第一調整係數的計算獲取方式為：計算所述參考音頻信號的音量權值列表中每一個元素與所述反射音頻信號的音量權值列表中相應位置的元素的比值，共計算獲取13組比值，作為13組不同頻段的第一調整係數。
步驟S212，接收要播放的音頻文件，根據所述不同頻段對應的第一調整係數，調整所述音頻文件的音頻信號後，經由所述聲音播放裝置106進行播放。
在本實施例中，將所述音頻文件以2048點為單位分割成多個播放幀，並對每一個播放幀進行快速傅立葉變換，將信號從原始域轉換為頻域，將 每一個播放幀及其對應的頻段的第一調整係數相乘後，再進行反傅立葉變換轉換到時域，最後經由所述聲音播放裝置106播放調整過後的音頻文件。
在本實施例中，所述步驟S202至步驟S210是用於獲取所述可攜式裝置100所處環境的頻率響應特性。在另一實施例中，為避免所述可攜式裝置100頻繁執行該些步驟造成的耗電問題，可以在所述流程中增加觸發條件以減少所述可攜式裝置100的功耗。例如，利用所述可攜式裝置100的感測器獲取的傳感資料，判斷所述可攜式裝置100是否由運動狀態轉為靜止狀態，並判斷所述可攜式裝置100是否持續第一時長保持靜止狀態。如果所述可攜式裝置100持續第一時長姿態沒有發生改變，則可認為所述可攜式裝置100處於保持靜止狀態，此時，觸發所述可攜式裝置100執行所述步驟S202至步驟S210以獲取所述可攜式裝置100所處環境的頻率響應特性。所述第一時長可以在出廠時默認，例如，預設值為一分鐘，也可以由使用者根據進行設置。在另一實施例中，所述觸發條件還可以是使用者輸入的特定指令。
在一實施例中，當收到使用者加大播放音量的控制指令時，可以不改變所述可攜式裝置100的當前音量設定值，直接調整各個不同頻段的強度值，在允許一定程度的失真下，最大化播放的音量。具體的流程步驟如圖5所示。
步驟S502，獲取反射音頻強度矩陣中大於平均值的元素。其中，所述反射音頻強度矩陣取得方式如步驟S210中所述。將所述反射音頻強度矩陣中所有元素計算取得平均值後，進一步獲取大於平均值的所有元素。
步驟S504，將大於平均值的元素進行標準化處理，得到新的反射音頻強度矩陣。也就是說，所述反射音頻強度矩陣中，原本已大於平均值的元素，其強度值將再加強，進而形成所述新的反射音頻強度矩陣。
步驟S506，根據當前音量設定值，取得對應的參考音頻信號的音量權值列表。
步驟S508，計算獲取反射音頻信號的音量權值列表，並根據所述參考音頻信號的音量權值列表與所述反射音頻信號的音量權值列表計算獲取不同頻段的第二調整係數，所述第二調整係數的具體計算方式與步驟S210相同。
步驟S510，根據所述第二調整係數，調整欲播放的音頻文件的音頻信號後進行播放。具體實施方式與步驟S212相同。
總結來說，本發明的聲音播放調整方法及可攜式裝置在未播放任何聲音時，先播放人耳不易察覺到的偵測聲音以確認環境的頻率響應特性。當要播放音頻文件時，以微調各頻段幅值的方式，達到同等音量的感受，可以節省所述可攜式裝置的電量。當使用者要求加大音量，且允許一定程度失真的前提下，藉由強化有明顯頻率響應特性的頻段，達到最大化音量。值得注意的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
S202~S212:步驟

Claims (6)

  1. 一種用於可攜式裝置的聲音播放調整方法，其中，所述方法包含以下步驟：檢測所述可攜式裝置是否處於聲音播放狀態，若檢測所述可攜式裝置非處於聲音播放狀態，則繼續執行以下步驟：播放偵測音頻信號；接收所述偵測音頻信號的反射音頻信號；根據音量設定值，獲取對應的參考音頻信號的音量權值列表，其中，所述參考音頻信號是所述可攜式裝置於一預設特定空間中播放所述偵測音頻信號後接收的反射音頻信號，所述可攜式裝置在出廠前預先存儲有對應於不同音量設定值的所述參考音頻信號的音量權值列表，所述參考音頻信號的音量權值量列表是將多組不同頻率的所述偵測音頻信號由低頻至高頻於所述預設特定空間中依序播放後，將接收到的音頻信號以各組的所述偵測音頻信號的基頻幅值為基礎，獲取多個諧波的頻譜強度，形成參考音頻強度矩陣，將所述參考音頻強度矩陣對應於預設多組頻段進行維度轉換後形成的有效值列表；計算獲取所述反射音頻信號的音量權值列表，並根據所述參考音頻信號的音量權值列表及所述反射音頻信號的音量權值列表計算不同頻段對應的第一調整係數，其中，所述反射音頻信號的音量權值列表是將多組不同頻率的所述偵測音頻信號由低頻至高頻依序播放後，將接收到的音頻信號以各組的所述偵測音頻信號的基頻幅值為基礎，獲取多個諧波的頻譜強度，形成反射音頻強度矩陣，將所述參考音頻強度矩陣對應於所述預設多組頻段進行維度轉換後形成的有效值列表；以及 接收要播放的音頻文件，根據所述不同頻段對應的第一調整係數，調整所述音頻文件的音頻信號後進行播放。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，所述偵測音頻信號的波形為三角波形，所述多組不同頻率的所述偵測音頻信號的基頻頻率預先設置於20赫茲至770赫茲之間。
  3. 如請求項2所述的方法，其中，所述播放偵測音頻信號的步驟還包含：根據等響曲線中的可聽閾調整所述偵測音頻信號的聲壓強度，使得所述聲壓強度低於所述可聽閾。
  4. 一種可攜式裝置，其中，所述可攜式裝置包含：聲音播放裝置；聲音接收裝置；處理器；以及記憶體，用於存儲至少一個計算機程式，其中，所述計算機程式包含由所述處理器執行的指令，使得所述處理器執行以下步驟：檢測所述可攜式裝置是否處於聲音播放狀態，若檢測所述可攜式裝置非處於聲音播放狀態，則繼續執行以下步驟：經由所述聲音播放裝置播放偵測音頻信號；經由所述聲音接收裝置接收所述偵測音頻信號的反射音頻信號；根據音量設定值，獲取對應的參考音頻信號的音量權值列表，其中，所述參考音頻信號是所述可攜式裝置於一預設特定空間中播放所述偵測音頻信號後接收的反射音頻信號，所述可攜式裝置在出廠前預先存儲有對應於不同音量設定值的所述參考音頻信號的音量權值列表，所述參考音頻信號的音量權值量列表是將多組不同頻率的所述偵測音頻信號由低頻至高頻於所述預設特定空間中依序播放後，將接收到的音頻信號以各組的所述偵測音頻信號的基頻幅值為基礎，獲取多個諧波的頻譜強度，形成參考音頻強度矩陣， 將所述參考音頻強度矩陣對應於預設多組頻段進行維度轉換後形成的有效值列表；計算獲取所述反射音頻信號的音量權值列表，並根據所述參考音頻信號的音量權值列表及所述反射音頻信號的音量權值列表計算不同頻段對應的第一調整係數，其中，所述反射音頻信號的音量權值列表是將多組不同頻率的所述偵測音頻信號由低頻至高頻依序播放後，將接收到的音頻信號以各組的所述偵測音頻信號的基頻幅值為基礎，獲取多個諧波的頻譜強度，形成反射音頻強度矩陣，將所述參考音頻強度矩陣對應於所述預設多組頻段進行維度轉換後形成的有效值列表；以及接收要播放的音頻文件，根據所述不同頻段對應的第一調整係數，調整所述音頻文件的音頻信號後經由所述聲音播放裝置進行播放。
  5. 如請求項4所述的可攜式裝置，其中，所述偵測音頻信號的波形為三角波形，所述多組不同頻率的所述偵測音頻信號的基頻頻率預先設置於20赫茲至770赫茲之間。
  6. 如請求項5所述的可攜式裝置，其中，所述經由所述聲音播放裝置播放偵測音頻信號的步驟還包含：根據等響曲線中的可聽閾調整所述偵測音頻信號的聲壓強度，使得所述聲壓強度低於所述可聽閾。
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