频率响应的补偿方法及其电子装置与流程

本发明涉及一种频率响应的补偿方法及其电子装置。

背景技术：

随着数据处理、个人管理、娱乐以及通信功能可整合至掌上型的便携式计算机系统中，智能手机等移动电子装置已逐渐成为多功能导向。相较于传统的电话通信，前述装置的多功能性得以让使用者进行多种开发与应用。

除了电话喇叭，前述装置会额外配置多媒体喇叭以播放音乐、视频等多媒体内容。一般而言，电话喇叭(亦称为“接收器”)配置于装置的屏幕上方，而基于有限的空间以及美观的考虑，多媒体喇叭大多配置于装置的两侧或是背面。上述两个不共平面配置的喇叭所输出的声音将会使得人类听觉上产生偏差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种频率响应的补偿方法及其电子装置，其不仅可消除不共平面配置的喇叭所造成的听觉偏差，也可制造出更为显著的立体声效，以提供使用者更为愉悦的听觉体验。

本发明提出一种频率响应的补偿方法，其适用于具有第一喇叭以及第二喇叭的电子装置，其中第一喇叭与第二喇叭不共平面地配置于电子装置。此方法包括下列步骤。首先，立体声音信号将分别输入至高频滤波器以及低频滤波器，以产生高频右声道信号、高频左声道信号、低频右声道信号以及低频左声道信号。接着，将针对高频右声道信号以及高频左声道信号进行声场处理，以产生修改后的高频右声道信号以及修改后的高频左声道信号，以及针对低频右声道信号以及低频左声道信号进行声场处理，以产生修改后的低频右声道信号以及修改后的低频左声道信号。之后，修改后的高频右声道信号以及修改后的低频右声道信号将输出至第一喇叭，并且修改后的高频左声道信号以及修改后的低频左声道信号将输出至第二喇叭，其中修改后的高频右声道信号以及修改后的高频左声道信号将分别自第一喇叭以及第二喇叭发散地输出，而修改后的低频右声道信号以及修改后的低频左声道信号将分别自第一喇叭以及第二喇叭置中(置中centrally)地输出。

本发明另提出一种电子装置，其包括第一喇叭、第二喇叭、存储器以及控制器。第一喇叭与第二喇叭不共平面地配置于电子装置，而控制器耦接于第一喇叭、第二喇叭以及存储器。控制器用以将立体声音信号分别输入至高频滤波器以及低频滤波器，以产生高频右声道信号、高频左声道信号、低频右声道信号以及低频左声道信号，再针对高频右声道信号以及高频左声道信号进行声场处理，以产生修改后的高频右声道信号以及修改后的高频左声道信号，并且针对低频右声道信号以及低频左声道信号进行声场处理，以产生修改后的低频右声道信号以及修改后的低频左声道信号，之后将修改后的高频右声道信号以及修改后的低频右声道信号输出至第一喇叭，并且将修改后的高频左声道信号以及修改后的低频左声道信号输出至第二喇叭，其中修改后的高频右声道信号以及修改后的高频左声道信号将分别自第一喇叭以及第二喇叭发散地输出，而修改后的低频右声道信号以及修改后的低频左声道信号将分别自第一喇叭以及第二喇叭置中(centrally)地输出。

基于上述，本发明提供具有不共平面配置的喇叭的电子装置一种频率响应的补偿技术，其可藉由频率的分离以及平行地针对高频信号以及低频信号进行声场处理，以让使用者可感受到更为广阔的高频声音信号以及更为集中的低频声音信号。本发明不仅可消除不共平面配置的喇叭所造成的听觉偏差，也可制造出更为显著的立体声效，以提供使用者更为愉悦的听觉体验。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示依据本发明一实施例的频率响应的补偿方法所提出的一种电子装置的硬件架构。

图2绘示依据本发明一实施例的频率响应的补偿方法的流程图。

图3绘示依据本发明一实施例的高频信号的频率响应的补偿方法的功能方块图。

图4绘示依据本发明一实施例的低频信号的频率响应的补偿方法的功能方块图。

图5绘示依据本发明一实施例的频率响应的补偿方法的功能方块图。

【符号说明】

100：电子装置

110a：第一喇叭

110b：第二喇叭

130：处理器

140：存储器

s202～s210：频率响应的补偿方法流程

ss：立体声音信号

ls：左声道信号

rs：右声道信号

hf_rs：高频右声道信号

hf_ls：高频左声道信号

eq：均衡处理

mbdrc：多频带动态范围控制处理

h_rr：第一转移函数

h_rl：第二转移函数

h_ll：第三转移函数

h_rl：第四转移函数

hf_rr：主高频右声道信号

hf_rl：副高频右声道信号

hf_ll：主高频左声道信号

hf_lr：副高频左声道信号

hf_r：修改后的高频右声道信号

hf_l：修改后的高频左声道信号

hf_r’：高频右声道输出信号

hf_l’：高频左声道输出信号

l_rr：第五转移函数

l_rl：第六转移函数

l_ll：第七转移函数

l_lr：第八转移函数

lf_rr：主低频右声道信号

lf_rl：副低频右声道信号

lf_ll：主低频左声道信号

lf_lr：副低频右声道信号

lf_r：修改后的低频右声道信号

lf_l：修改后的低频左声道信号

lf_r’：低频右声道输出信号

lf_l’：低频左声道输出信号

er：右耳

el：左耳

510：立体声音信号

520：频率响应补偿

522：高频信号

523：高频滤波处理

524：声场处理

525：低频信号

526：低频滤波处理

527：声场处理

具体实施方式

本发明的部分实施例接下来将会配合附图来详细描述，以下的描述所引用的元件符号，当不同附图出现相同的元件符号将视为相同或相似的元件。这些实施例只是本发明的一部分，并未揭示所有本发明的可实施方式。更确切的说，这些实施例只是本发明的权利要求书中的方法以及电子装置的范例。

图1绘示依据本发明一实施例的频率响应的补偿方法所提出的一种电子装置的硬件架构，但此仅是为了方便说明，并不用以限制本发明。首先图1先介绍系统的所有构件以及配置关系，详细功能将配合图2一并公开。

请参照图1，电子装置100可包括第一喇叭110a、第二喇叭110b、存储器120以及控制器130。电子装置100可以是移动电话、个人数字助理、平板计算机等装置。

第一喇叭110a与第二喇叭110b不共平面地配置于电子装置100。举例而言，电子装置100可以是移动电话，第一喇叭110a可以是配置于电子装置100前侧的电话喇叭，第二喇叭110b可以是配置于电子装置100的另一侧并且垂直于前侧的多媒体喇叭。

存储器120可以例如是任意型式的固定式或可移动式随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、只读存储器(read-onlymemory，rom)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘或其他类似装置或这些装置的组合。存储器120可存储缓冲或是永久数据，此些数据可以是例如是声音数据等缓冲或永久数据以及用于执行电子装置100的功能的计算机程序代码。

控制器130可以例如是北桥(northbridge)、南桥(southbridge)、场效可编程逻辑门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)、可编程逻辑装置(programmablelogicdevice，pld)、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、其他类似装置或是上述任意组合。控制器130也可包括中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)、可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、图形处理单元(graphicprocessingunit，gpu)、其他类似装置或是上述任意组合。举例而言，控制器130可包括中央处理单元以及声音处理器，其中声音处理器更可包括数字信号处理器以及音效编解码器(soundcodec)。控制器130耦接于第一喇叭110a、第二喇叭110b以及存储器120并且用以执行频率响应的补偿方法。

图2绘示依据本发明一实施例的频率响应的补偿方法。本实施例的方法适用于图1的电子装置100，其中第一喇叭110a与第二喇叭110b不共平面地配置。

基于声音的特性，高频声音较有方向性并且其能量较易损耗，而低频声音较无方向性并且其较不易被人类正确地定位。在此所提出的频率响应的补偿方法会先将立体声音信号分离成高频信号部分以及低频信号部分并且同步地针对各部分进行处理。因此，请参照图2，为了平行地处理前述两个程序，控制器130在自声音来源提取到立体声音信号后，会将立体声音信号分别输入至高频滤波器以及低频滤波器，以产生高频右声道信号、高频左声道信号、低频右声道信号以及低频左声道信号(步骤s202)。上述的声音来源可以是电话应用程序、电视或广播、声音文件、声音串流、视频文件的声音数据、视频串流的声音数据等等。高频滤波器以及低频滤波器可以是两个个别的滤波器或是整合为单一个滤波器，其中用以判别高频信号与低频信号的频率门槛值可依需求设定。理想而言，高频滤波器仅允许高频信号通过而阻挡低频信号，低频滤波器仅允许低频信号通过而阻挡高频信号。在此，立体声音信号包括左声道以及右声道(以下称为“右声道输入信号”以及“左声道声音信号”)。换句话说，控制器130会将立体声音信号的右声道输入信号以及左声道输入信号输入至高频滤波器，以分别产生高频右声道信号以及高频左声道信号，亦会将立体声音信号的右声道输入信号以及左声道输入信号输入至低频滤波器，以分别产生低频右声道信号以及低频左声道信号。

接着，控制器130将针对高频右声道信号以及高频左声道信号进行声场处理，以分别产生修改后的高频右声道信号以及修改后的高频左声道信号(步骤s204)。此时，控制器130亦会针对低频右声道信号以及低频左声道信号进行声场处理，以分别产生修改后的低频右声道信号以及修改后的低频左声道信号(步骤s206)。之后，控制器130会将修改后的高频右声道信号以及修改后的低频右声道信号输出至第一喇叭(步骤s208)，并且会将修改后的高频左声道信号以及修改后的低频左声道信号输出至第二喇叭(步骤s210)。在此，修改后的高频右声道信号以及修改后的高频左声道信号在进行数字模拟转换后，人类的听觉将感测到两者自两个喇叭发散地输出。也就是说，使用者将会感受到更为广阔的高频声效。另一方面，修改后的低频右声道信号以及修改后的低频左声道信号在进行数字模拟转换后，人类的听觉将感测到两者自两个喇叭置中(centrally)地输出。也就是说，使用者将会感受到更为集中的低频声效。藉此，可制造出更为显著的立体声效以提供更为愉悦的听觉体验。

步骤s204以及步骤s206的声场处理可包括例如是均衡、多频带动态范围控制以及转换函数等声音信号的操控处理。均衡处理是一种针对声音信号中的频率成份进行调整以达到均衡的程序。多频带动态范围控制处理则是一种针对声音信号的振幅进行调整的程序，而信号振幅的调整可使信号增强或柔和以提升听觉上的质量。在高频信号以及低频信号分别独立所采用的均衡处理以及多频带动态范围控制处理可针对不共平面地配置的两个喇叭的频率响应特性进行补偿。本领域技术人员可藉由多种已知的算法来使控制器130可进行均衡处理以及多频带动态范围控制处理。

为了更进一步明了转移函数结合均衡以及多频带动态范围控制的处理，图3绘示依据本发明一实施例的高频信号的频率响应的补偿方法的功能方块图。

请参照图3，控制器130会将立体声音信号ss的右声道信号rs以及左声道信号ls分别输入至高频滤波器hf产生高频右声道信号hf_rs以及高频左声道信号hf_ls。接着，控制器130会针对高频右声道信号后hf_rs进行均衡处理eq和/或多频带动态范围控制处理mbdrc并且分成两个相同的信号，并利用第一转移函数h_rr以及第二转移函数h_rl分别针对两个信号进行运算，以产生主高频右声道信号hf_rr以及副高频右声道信号hf_rl。类似地，控制器130会针对高频左声道信号后hf_ls进行均衡处理eq和/或多频带动态范围控制处理mbdrc并且分成两个相同的信号，并利用第三转移函数h_ll以及第四转移函数h_lr分别针对两个信号进行运算，以产生主高频左声道信号hf_ll以及副高频右声道信号hf_lr。

之后，控制器130将针对主高频右声道信号hf_rr与副高频左声道信号hf_lr进行相加，以产生修改后的高频右声道信号hf_r。控制器130亦将针对主高频左声道信号hf_ll与副高频右声道信号hf_rl进行相加，以产生修改后的高频左声道信号hf_l。接着，控制器130会将修改后的高频右声道信号hf_r以及修改后的高频左声道信号hf_l分别输出至第一喇叭110a以及第二喇叭110b，并且在经过数字模拟转换后，使用者的右耳er以及左耳el将会感受到高频右声道输出信号hf_r’以及高频左声道输出信号hf_l’分别自第一喇叭110a以及第二喇叭110b发散地输出。

修改后的高频右声道信号hf_r以及修改后的高频左声道信号hf_l是根据预存在存储器120中的前述四个转移函数所修改。在一实施例中，四个转移函数可以是采用假人头录音技术(dummyheadrecordingtechnique)来进行估计，其利用一个左右耳配戴麦克风的假人头来进行实验。详细地说，一个与便携式电子装置100具有实质相同硬件规格的被测器件(deviceundertest，dut)将设置在来源位置，而假人头将设置在目标位置。如同电子装置100的一般使用，来源位置靠近目标位置的前方。此外，额外的麦克风将会设置在目标位置与来源位置之间(以下称为“中介位置”)。被测器件的第一测试喇叭以及第二测试喇叭将会输出高频声音信号。在中介位置以及目标位置所测量到的频率响应相较于来源位置所测量到的频率响应来得发散的前提下，此三个位置所测量到的频率响应将用以估计四个转移函数。此些转移函数可以是根据不同声音效果、声音播放环境以及硬件规格以不同的方式来估计，本发明不在此设限。

在另一实施例中，四个转移函数可以是利用数学推导的方式来取得。此些转移函数可以方程式(1)的转移矩阵h1来表示：

必须说明的是，转移矩阵h1为声音反矩阵与声音转移矩阵的乘积，其中声音转移矩阵为已知(已采用于目前的技术中)并且用以表示自两个喇叭110a、110b至使用者耳朵的声音传输路径。为了重制可使人耳感受发散的高频信号(亦即，无声音串扰以及干扰)，声音反矩阵将会设定为声音转移矩阵的反矩阵。换句话说，转移矩阵h1将成为方程式(2)所表示的单位矩阵(identitymatrix)：

图4将以相似的方式绘示依据本发明一实施例的低频信号的频率响应的补偿方法的功能方块图。

请参照图4，控制器130会将立体声音信号ss的右声道信号rs以及左声道信号ls分别输入至低频滤波器lf产生低频右声道信号lf_rs以及低频左声道信号lf_ls。接着，控制器130会针对低频右声道信号后lf_rs进行均衡处理eq和/或多频带动态范围控制处理mbdrc并且分成两个相同的信号，并利用第五转移函数l_rr以及第六转移函数l_rl分别针对两个信号进行运算，以产生主低频右声道信号lf_rr以及副低频右声道信号lf_rl。类似地，控制器130会针对低频左声道信号后lf_ls进行均衡处理eq和/或多频带动态范围控制处理mbdrc并且分成两个相同的信号，并利用第七转移函数l_ll以及第八转移函数l_lr分别针对两个信号进行运算，以产生主低频左声道信号lf_ll以及副低频右声道信号lf_lr。

之后，控制器130将针对主低频右声道信号lf_rr与副低频左声道信号lf_lr进行相加，以产生修改后的低频右声道信号lf_r。控制器130亦将针对主低频左声道信号lf_ll与副低频右声道信号lf_rl进行相加，以产生修改后的低频左声道信号lf_l。接着，控制器130会将修改后的低频右声道信号lf_r以及修改后的低频左声道信号lf_l分别输出至第一喇叭110a以及第二喇叭110b，并且在经过数字模拟转换后，使用者的右耳er以及左耳el将会感受到低频右声道输出信号lf_r’以及低频左声道输出信号lf_l’分别自第一喇叭110a以及第二喇叭110b置中地输出。

类似地，在一实施例中，前述的四个转移函数可以是利用实验所估计并且预存在存储器120中。在此，被测器件的第一测试喇叭以及第二测试喇叭将会输出低频声音信号。在中介位置以及目标位置所测量到的频率响应相较于来源位置所测量到的频率响应来得集中的前提下，此三个位置所测量到的频率响应将用以估计四个转移函数。此些转移函数可以是根据不同声音效果、声音播放环境以及硬件规格以不同的方式来估计，本发明不在此设限。

在另一实施例中，四个转移函数可以是利用数学推导的方式来取得。此些转移函数可以方程式(3)的转移矩阵h2来表示：

同样必须说明的是，转移矩阵h2为声音反矩阵与声音转移矩阵的乘积，其中声音转移矩阵为已知并且用以表示自两个喇叭110a、110b至使用者耳朵的声音传输路径。为了重制可使人耳感受置中的低频信号，声音反矩阵将会设定为声音转移矩阵的反矩阵以使转移矩阵h2成为方程式(4)所表示的单位矩阵：

前述频率响应的补偿方法可以图5依照本发明一实施例所绘示的功能方块图来进行总结。

请参照图5，自声音来源所提取的立体声音信号510将会分离成高频信号以及低频信号以进行频率响应补偿520。接着，将针对高频信号522进行高频滤波处理523以及声场处理524，并且处理后的结果将输出至第一喇叭110a以及第二喇叭110b。此外，将针对低频信号525进行低频滤波处理526以及声场处理527，并且处理后的结果将输出至第一喇叭110a以及第二喇叭110b。处理后的结果在进行数字模拟转换后，使用者的右耳er以及左耳er将会感受到低频右声道输出信号lf_r’以及低频左声道输出信号lf_l’分别自第一喇叭110a以及第二喇叭110b置中地输出并且高频右声道输出信号rf_r’以及高频左声道输出信号rf_l’分别自第一喇叭110a以及第二喇叭110b发散地输出。

综上所述，本发明提供具有不共平面配置的喇叭的电子装置一种频率响应的补偿技术，其可藉由频率的分离以及平行地针对高频信号以及低频信号进行声场处理，以让使用者可感受到更为广阔的高频声音信号以及更为集中的低频声音信号。本发明不仅可消除不共平面配置的喇叭所造成的听觉偏差，也可制造出更为显著的立体声效，以提供使用者更为愉悦的听觉体验。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。