自动调整发声方向的系统、音频信号输出装置及其方法与流程

本发明涉及一种自动调整发声方向的系统、音频信号输出装置及其方法，特别涉及一种用以模拟全景音效的系统、音频信号输出装置及其方法。

背景技术：

传统用以产生环绕音效的音频信号输出装置包含5.1声道、7.1声道、9.1声道等的配置，这些声道的配置可以让音频信号在空间中产生良好的二维音效，但无法模拟真实物体在三维空间中移动的全景音效。目前于部分的电影院中，为了提升观赏者对于电影情节的临场感，电影院的影厅中除了以往使用的环绕声道以外，更于影厅的天花板上增加声道阵列，以更完善的重现电影的音效内容。

而一般的家庭空间，无法像影厅一样在天花板上增加声道阵列，而是藉由向上发声的音频信号输出装置，向天花板投射音频信号，经由天花板反射音频信号至观赏者，让观赏者感受到三维的听觉效果。然而，由于每个家庭建构视听空间的环境条件不同，例如视听空间的大小、视听空间天花板的高度或天花板的材质等，目前市面上贩卖的音频信号输出装置无法针对不同家庭的环境条件而调整，因此造成音频信号输出装置无法在家庭中呈现预定效果的三维音效，亦即当家庭的环境条件不符合音频信号输出装置设计时预估的环境条件时，家庭环境的条件降低了音频信号输出装置的全景音效。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动调整发声方向的系统、音频信号输出装置及其方法，藉以解决目前市面上的音频信号输出装置无法依据每个视听空间的环境条件进行调整的问题。

本发明所揭露的自动调整发声方向的系统，具有音频信号输出装置及收音装置。音频信号输出装置至少具有一个向上扬声器。于测试程序中，音频信号 输出装置控制向上扬声器分别朝向多个测试仰角输出至测试音频信号，并依据收音信息，选择一个测试仰角做为预设仰角。于播放程序中，音频信号输出装置受控于模式选择信号，自模式对应表中选择多个修正数值其中之一调整预设仰角，以控制向上扬声器朝向调整后的预设仰角输出音频信号。模式对应表定义每一个音频信号输出模式的修正数值，模式选择信号指定一个音频信号输出模式。收音装置于测试程序中，位于收音区域接收测试音频信号，并依据接收到的测试音频信号产生收音波形。收音波形用以产生收音信息。

本发明所揭露的自动调整发声方向的音频信号输出装置，具有向上扬声器、转动件、控制器及数据储存器。向上扬声器用以输出音频信号。转动件用以承载向上扬声器，并受控于控制信号，以调整向上扬声器的发声方向。控制器电性连接转动件，用以产生控制信号以控制转动件调整向上扬声器的发声方向。于测试程序中，控制器控制转动件调整向上扬声器分别朝向多个测试仰角输出测试音频信号，并依据收音信息，选择一个测试仰角做为预设仰角。收音信息关联于收音区域对测试音频信号的接收状况。于播放程序中控制器依据模式选择信号，自模式对应表中选择一个修正数值调整预设仰角，并控制转动件调整向上扬声器朝向调整后的预设仰角输出音频信号。模式选择信号指定一个音频信号输出模式。数据储存器用以储存模式对应表，模式对应表定义每一个音频信号输出模式的修正数值。

本发明所揭露的自动调整发声方向的方法，包括于测试程序中，以向上扬声器分别朝向多个测试仰角输出测试音频信号。于测试程序中，以收音装置位于收音区域接收测试音频信号，并依据接收到的测试音频信号产生收音波形。依据收音波形产生收音信息。依据收音信息，选择一个测试仰角做为预设仰角。于播放程序中，依据模式选择信号，自模式对应表中选择一个修正数值调整预设仰角。模式对应表定义每一个音频信号输出模式的修正数值，且模式选择信号指定一个音频信号输出模式。于播放程序中，向上扬声器朝向调整后的预设仰角输出音频信号。

根据上述，本发明所揭露的自动调整发声方向的系统、音频信号输出装置及其方法，利用向上扬声器朝向不同的测试角度输出测试音频信号，使收音装置位于聆听者的位置，依据接收到的测试音频信号来产生收音波形，并提供给音频信号输出装置据以判断让使用者位置可以有较佳听觉感受的预设仰角，避 免不同环境条件降低音频信号输出装置的全景音效的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的自动调整发声方向的系统配置于视听空间中的示意图；

图2为根据本发明一实施例所绘示的测试音频信号的波形和收音波形的示意图；

图3为根据本发明另一实施例所绘示的测试音频信号的波形和收音波形的示意图；

图4为根据本发明再一实施例所绘示的音频信号输出装置的功能方框图；

图5为依据本发明又一实施例的自动调整发声方向的方法的流程图。

其中，附图标记

10 系统

12、30 音频信号输出装置

121、31 向上扬声器

122 水平扬声器

14 收音装置

20 视听空间

22 天花板

24 收音区域

W1、W2、W3 波形

T1、T3 第一时间区间

T2、T4 第二时间区间

R1 第一收音波形

R2 第二收音波形

A、B 测试仰角

V1、V2 波形强度差值

d1、d2 时间差值

33 转动件

35 控制器

37 数据储存器

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1至图3，图1为根据本发明一实施例所绘示的自动调整发声方向的系统配置于视听空间中的示意图，图2为根据本发明一实施例所绘示的测试音频信号的波形和收音波形的示意图，图3为根据本发明另一实施例所绘示的测试音频信号的波形和收音波形的示意图。如图1所示，自动调整发声方向的系统10具有音频信号输出装置12及收音装置14。音频信号输出装置12及收音装置14配置于视听空间20中，例如家庭中的客厅或其他合适的空间中。音频信号输出装置12具有向上扬声器121，用以朝向视听空间20中的天花板22输出音频信号。于一个实施例中，音频信号输出装置12更具有水平扬声器122，用以朝向视听空间的水平面输出音频信号，但不以此为限。此外，音频信号输出装置12可用以输出数字或模拟音频信号。

收音装置14例如为遥控器、智能型手机或其他具有收音功能的装置。当音频信号输出装置12新配置于视听空间20时，音频信号输出装置12通过执行测试程序来调整向上扬声器121适当的发声方向。于测试程序中，收音装置14被放置于如图1所示的收音区域24，收音区域24例如为聆听者的位置、客厅中沙发的位置，且于一个实施例中，收音装置14放置的高度可以等于聆听者于坐姿时，耳朵高度的位置，但不以此为限。实务上，收音装置14以有线或无线的方式连接音频信号输出装置12。

于一个实施例中，音频信号输出装置12可以受控于收音装置14来执行测试程序，例如以收音装置14为智能型手机而言，智能型手机可以执行用以控制音频信号输出装置12的应用程序，并从应用程序中控制音频信号输出装置 12执行测试模式。于其他实施例中，音频信号输出装置12亦可以受控于音频信号输出装置12的一个触发键或其他音频信号来源器，如电视机、扩大机或其他合适的装置来执行测试程序，本实施例不予限制。

于测试模式中，音频信号输出装置12控制向上扬声器121分别朝向多个测试仰角输出测试音频信号。测试仰角例如为向上扬声器121轴心方向与水平面的夹角。以图1所示来说，向上扬声器121朝向测试仰角A或测试仰角B来输出测试音频信号，使位于收音区域24中的收音装置14依据所在位置接收到测试音频信号来产生收音波形。

举例来说，如图2所示，向上扬声器121于第一时间区间T1中，朝向测试仰角A输出一段测试音频信号，如波形W1。收音装置14于该第一时间区间T1依据接收到的音频信号内容产生第一收音波形R1。向上扬声器121于第二时间区间T2中，朝向测试仰角B输出另一段测试音频信号，如波形W2。收音装置14于第二时间区间T2依据接收到的音频信号内容产生第二收音波形R2。向上扬声器121于第一时间区间T1输出的测试音频信号及第二时间区间T2输出的测试音频信号不限制为相同或不同。

于另一实施例中，如图3所示，向上扬声器121连续地改变测试仰角并输出测试音频信号，如波形W3，使收音装置14具产生收音波形R3。例如于第一时间区间T3中，向上扬声器121保持朝向测试仰角A输出测试音频信号，接着调整向上扬声器121的测试仰角至测试仰角B，并于第二时间区间T4中，向上扬声器121保持朝向测试仰角B输出测试音频信号。收音装置14于收音区域24产生的收音波形R3亦会于第一时间区间T3和第二时间区间T4中，随着向上扬声器121的测试仰角改变而有所变化。

接着，于一个实施例中，收音装置14将产生的收音波形输出给音频信号输出装置12，由音频信号输出装置12依据收音波形，判断收音信息。收音信息例如为每一个时间区间中，测试音频信号的波形和收音波形之间的声音强度表现和传输时间延迟表现。以图2所示的实施例来说，音频信号输出装置12比对于第一时间区间T1中，测试音频信号的波形W1强度和第一收音波形R1的波形强度，判断测试音频信号的波形W1和第一收音波形R1的波形强度差值V1。并且，音频信号输出装置12比对于第二时间区间T2中，测试音频信号的波形W2强度和第二收音波形R2的波形强度，判断测试音频信号的波形W2和 第二收音波形R2的波形强度差值V2。以波形强度差值V1和波形强度差值V2做为收音波形的声音强度表现。

再者，音频信号输出装置12亦依据于第一时间区间T1中的比对，判断第一收音波形R1与测试音频信号的波形W1之间的波形变化的时间差值d1。并且，音频信号输出装置12依据于第二时间区间T2中的比对，判断第二收音波形R2与测试音频信号的波形W2之间的波形变化的时间差值d2。以时间差值d1和时间差值d2做为收音波形中的传输时间延迟表现。

于一个实施例中，测试音频信号具有一个特征波形，例如一个特定振幅的脉冲或一个特定周期的正弦波，音频信号输出装置12可以依据测试音频信号中特征波形产生的时间点，比对收音波形中对应特征波形的时间点，据以计算测试音频信号的波形和收音波形的时间差值，做为收音波形中的传输时间延迟表现，但不以此为限。

接着，音频信号输出装置12从多个测试仰角中选择一个测试仰角做为预设仰角。举例来说，音频信号输出装置12比对收音波形于第一时间区间T1的声音强度表现和于第二时间区间T2的声音强度表现，并且比对收音波形于第一时间区间T1的传输时间延迟表现和于第二时间区间T2的传输时间延迟表现，判断收音波形于第一时间区间T1的声音强度和传输时间延迟表现较符合判断标准，则音频信号输出装置12依据向上扬声器121于第一时间区间T1的测试仰角A做为预设仰角。

判断声音强度和传输时间延迟表现的标准可以依据不同向上扬声器的特性、视听空间的环境条件或使用者的需求来决定，本实施例不予限制。于一个实施例中，判断标准可以是声音强度表现较强者或传输时间延迟表现较短者，但不以此为限。

当音频信号输出装置12依据收音信息选择出一个预设仰角后，接着，于播放程序中，音频信号输出装置12受控于模式选择信号，自模式对应表中选择多个修正数值其中之一调整预设仰角，以控制向上扬声器121朝向调整后的预设仰角输出音频信号。模式对应表定义多个音频信号输出模式中每一个音频信号输出模式的修正数值，模式选择信号指定一个音频信号输出模式。举例来说，音频信号输出模式例如电影模式、标准模式、游戏模式和音乐模式等。模式对应表中定义电影模式的修正数值为100％，使三唯立体音效的效果最佳化。 标准模式的修正数值为80％，让使用者观赏文艺影片时，避免感受到三唯立体音效的压迫感。游戏模式的修正数值为90％，让游戏搭配立体声音，得到较佳的声光效果。音乐模式的修正数值为40％，用意在尽可能消除来自上方的反射音道，使聆听者有平静的音乐感受。当模式选择信号指定音频信号输出装置12执行电影模式时，音频信号输出装置12依据电影模式的修正数值100％调整预设角度，并控制向上扬声器121朝向100％的预设角度输出音频信号。换言之，当模式选择信号指定电影模式时，向上扬声器121朝向预设角度输出音频信号。

模式选择信号可以由另一个控制器产生，例如音频信号输出装置12附属的控制器、电视机、扩大机或其他装置产生。以电视机或扩大机为例来说，使用者通过电视机或扩大机选择影音播放模式，电视机或扩大机再依据使用者选择的影音播放模式，产生模式选择信号给音频信号输出装置，使音频信号输出装置12可以依据影音播放模式的选择而执行对应的音频信号输出模式。

于另一个实施例中，模式选择信号可以由同样做为收音装置14的智能型手机产生。为了清楚说明，以下兹以智能型手机做为收音装置14为例，描述自动调整发声方向的系统的实际运作方式。

首先，当音频信号输出装置12安装于视听空间20后，音频信号输出装置12和智能型手机连线，并将智能型手机放置于收音区域24中。接着音频信号输出装置12的向上扬声器121以30°～70°之间每5°差值的测试仰角输出测试音频信号，亦即向上扬声器朝向30°输出一次测试音频信号，朝向35°输出一次测试音频信号，朝向40°输出一次测试音频信号，以此类推。

智能型手机将依据收音内容，产生收音波形，并将收音波形传送给音频信号输出装置12。音频信号输出装置12依据从智能型手机接收的收音波形，判断当向上扬声器121以50°的测试仰角输出测试音频信号时，智能型手机产生的收音波形的声音强度和传输时间延迟表现较为符合判断标准。音频信号输出装置12则选择以50°做为预设仰角。之后，于播放模式中，当聆听者从智能型手机中指定音频信号输出装置12执行音乐模式时，音频信号输出装置12依据音乐模式的修正数值40％，调整预设仰角，使向上扬声器121朝向50°×40％＝20°的发声仰角输出音频信号。修正数值不一定是比例值，也可以是偏移量。例如，音乐模式的修正数值为-20°，则向上扬声器121朝向50°－20°＝30°的 发声仰角输出音频信号。

于实务上，当音频信号输出装置12控制向上扬声器121朝向调整后的该预设仰角时，音频信号输出装置12更依据传输时间延迟表现调整输出音频信号的时间。以相同的实施例来说，当向上扬声器121朝向20°的仰角输出音频信号时，声音传输的距离亦随着向上扬声器121的仰角而改变，因此，音频信号输出装置12依据向上扬声器121朝向20°时，收音波形的传输时间延迟表现调整输出音频信号的时间。于一个实施例中，调整后的预设仰角包含于音频信号输出装置12于测试模式中进行测试的测试仰角。于其他实施例中，当调整后的预设仰角并未于测试模式中测试时，音频信号输出装置12亦可以测试模式中其他测试仰角造成的传输时间延迟表现，以内插法或其他合适的演算法来计算调整后的预设仰角造成的传输时间延迟表现。

于前述的实施例中，收音信息是由音频信号输出装置12依据收音装置14产生的收音波形判断出来的结果，于其他实施例中，收音信息亦可以由收音装置14判断出来。以收音装置14为智能型手机来说，智能型手机可以要求音频信号输出装置12传送测试音频信号的波形至智能型手机，以智能型手机比对同一时间区间中测试音频信号的波形和收音波形，据以判断收音信息。的后，再将收音信息传送给音频信号输出装置12，使音频信号输出装置12依据收音信息选择预设仰角。收音装置14判断收音信息的方式例如前一个实施例所述，于此不再加以赘述。

请一并参照图4，图4为根据本发明再一实施例所绘示的音频信号输出装置的功能方框图。如图所示，音频信号输出装置30具有向上扬声器31、转动件33、控制器35及数据储存器37。向上扬声器31用以输出音频信号。转动件33用以承载向上扬声器31，并受控于控制信号，以调整向上扬声器31的发声方向。控制器35电性连接转动件33，用以产生控制信号以控制转动件33调整向上扬声器31的发声方向。于测试程序中，控制器35控制转动件33调整向上扬声器31朝向多个测试仰角输出测试音频信号，并依据收音信息，选择一个测试仰角做为预设仰角。

收音信息关联测试音频信号于收音区域中的接收状况，例如以智能型手机于收音区域检测向上扬声器31发出的测试音频信号，并依据接收到的音频信号内容产生收音波形。智能型手机产生收音波形后，再从音频信号输出装置 30接收测试音频信号的波形，以判断收音波形和测试音频信号的波形的强度和波形变化，据以产生收音信息。智能型手机从音频信号输出装置30接收测试音频信号的波形例如是测试音频信号波形的音频信号文件或其他合适的文件类型。于本实施例中，智能型手机从音频信号输出装置30接收的测试音频信号，非由智能型手机的收音器检测到的音频信号，而是通过智能型手机与音频信号输出装置30之间有线或无线地连接所得到的文件。于其他实施例中，智能型手机亦可以将产生的收音波形通过有线或无线地连接传输给音频信号输出装置30，由音频信号输出装置30的控制器35判断收音波形和测试音频信号的波形的强度和波形变化，据以产生收音信息。

于播放程序中，控制器35依据模式选择信号，自模式对应表中选择一个修正数值调整预设仰角，并控制转动件33调整向上扬声器31朝向调整后的预设仰角输出音频信号。模式选择信号指定一个音频信号输出模式。于本实施例中，模式选择信号可以由智能型手机产生，亦可以由其他的控制器产生。换言之，音频信号输出装置30可以藉由一个收音装置来产生收音波形，由另一个控制器来选择音频信号输出模式，于其他实施例中，收音装置和控制器可以为同一个装置，例如智能型手机，以产生收音波形并指定音频信号输出模式。

数据储存器37用以储存模式对应表，模式对应表定义每一个音频信号输出模式的修正数值。音频信号输出模式例如为电影模式、标准模式、游戏模式和音乐模式，模式对应表中定义电影模式的修正数值为100％，标准模式的修正数值为80％、游戏模式的修正数值为90％和音乐模式的修正数值为40％。

于其他实施例中，模式对应表亦可以定义为不同使用者的修正数值。举例来说，使用者例如父亲、母亲、小孩，而其中父亲身高180cm、母亲身高165cm，小孩身高120cm。模式对应表中依据父亲、母亲、小孩的身高，定义父亲的修正数值为100％、母亲的修正数值为90％、小孩的修正数值为70％。于此实施例中，当音频信号输出装置30执行测试程序时，是以父亲的身高为基准来进行测试，故父亲的修正数值为100％。于本实施例中，使用者的人数、身高和修正数值仅为方便说明之用，并非加以限制本发明。

为了解释本发明的自动调整发声方向的方法，以下搭配图1所示的自动调整发声方向的系统一并说明。请一并参考图1与图5，图5绘示依据本发明又一实施例的自动调整发声方向的方法的流程图。如图所示，于步骤S401中， 于执行测试程序时，以向上扬声器12分别朝向多个测试仰角输出测试音频信号。于步骤S403中，于执行测试程序时，以收音装置14位于收音区域24接收向上扬声器121输出的测试音频信号，并依据接收到的测试音频信号产生收音波形。于步骤S405中，依据收音波形产生收音信息。于步骤S407中，依据收音信息，选择一个测试仰角做为预设仰角。于步骤S409中，于执行播放程序时，依据模式选择信号，自模式对应表中选择一个修正数值调整预设仰角。模式对应表定义多个音频信号输出模式中每一个音频信号输出模式的修正数值，且模式选择信号指定一个音频信号输出模式。于步骤S411中，于执行播放程序时，向上扬声器121朝向调整后的预设仰角输出音频信号。本发明所述的自动调整发声方向的方法实际上均已经揭露在前述记载的实施例中，本实施例在此不重复说明。

综合以上所述，本发明实施例提供一种自动调整发声方向的系统、音频信号输出装置及其方法，藉由向上扬声器朝向多个测试扬角输出测试音频信号，使收音装置位于聆听者的位置，检测测试音频信号，并据以产生收音信息，使得音频信号输出装置可以依据收音信息判断出适合视听空间的向上扬声器仰角，藉以解决在不同的环境条件中无法达到最佳全景音效的问题。此外，通过模式对应表中不同音频信号输出模式的修正数值来修正预设仰角，音频信号输出装置除了可以让聆听者具有较好的全景音效感受外，亦使聆听者在多种情境下都能得到最适当的音效。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。