音频信号播放装置及对应的音频信号处理方法与流程

本发明涉及音频处理技术领域，具体而言，涉及一种能校正因聆听者与耳机或音频拨放装置之间的角度变化而导致聆听者所感受到的声音源定位的偏移的音频信号播放装置及对应的音频信号处理方法。

背景技术：

声音自立体空间中的各个点发出，因此，聆听到这些声音的人可使用各种听觉提示来判定声音源自哪一空间点。举例而言，人类大脑快速且有效地处理声音定位提示，诸如耳间时延(亦即，声音冲击每一鼓膜之间的时间延迟)、听者双耳之间的声压电平差、冲击左右耳的声音在感觉上的相移等等，以准确地识别声音的起源点。基于此特性，现今许多音频拨放装置或系统可利用特殊的音频处理方式及/或对应电路，将多声道的信息通过两声道的系统播放，只要聆听者的双耳恰好正对两声道喇叭，或聆听者坐在两声道喇叭的轴线交会点，或者使用耳机聆听，就能感受到环绕效果。如此一来，可通过两声道声音输出创造出多声道的虚拟环境，使得多声道的环绕效果通过双声道呈现。

然而，于实际使用时，聆听者的耳朵与耳机或音频拨放装置之间的角度仍可能发生偏移，导致聆听者所感受到的声音源定位错误，或者聆听到的声音会失真。

举例而言，市面上的耳机在配戴时为了适合使用者的耳廓，针对每个人不同的需求，在角度上有些微的弹性可以做调整，但是播放的音源信号并没有随着使用者配戴角度的不同而跟着转换，因此，使用者所感受到的音频信号便会随着配戴耳机的角度不同，而有所不同。

为了解决上述问题，本发明提出一种音频信号播放装置及对应的音频信号处理方法，可克服因聆听者与耳机或音频拨放装置之间的角度变化而导致聆听者所感受到的声音源定位错误，或者聆听到的声音会失真的问题。

技术实现要素：

本发明公开一种音频信号播放装置，包括一感应器以及一处理器。感应器用以检测该音频信号播放装置的至少一扬声平面与一基准平面的一夹角。处理器耦接至感应器，用以接收一组输入音频信号，以及接收夹角的信息，并且根据夹角的信息处理输入音频信号，以产生一组输出音频信号。

本发明公开一种音频信号处理方法，包括：接收一组输入音频信号；检测一音频信号播放装置的至少一扬声平面与一基准平面的一夹角；以及根据夹角的信息处理输入音频信号，以产生一组输出音频信号，用以补偿因夹角而造成输入音频信号所模拟的至少一等效声音源的一位置变化。

附图说明

图1是显示根据本发明的一实施例所述的音频信号播放装置的范例方框图。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的一夹角示意图。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的音频信号处理方法流程图。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的多声道音频信号的夹角与夹角变化关系图。

附图标记说明：

100～音频信号播放装置；

110～音频信号输入电路；

120～处理器；

130～音频信号输出电路；

140～感应器；

lt、rt、lout、rout、xc、xl、xr、xrl、xrr

ycl、ycr、yl、yr、yrl、yrr～音频信号；

θl、θr、θrl、θrr～等校声音源之间的夹角；

δθl、δθr～夹角变化量。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。目的在于说明本发明的构思而非用以限定本发明的保护范围，应理解下列实施例可经由软件、硬件、固件、或上述任意组合来实现。

图1是显示根据本发明的一实施例所述的音频信号播放装置的范例方框图。音频信号播放装置100可包括一音频信号输入电路110、一处理器120、一音频信号输出电路130以及一感应器140。根据本发明的一实施例，音频信号播放装置100可为一耳机装置、一音频信号播放器、或者一虚拟现实穿戴装置。举例而言，一耳机装置或者一虚拟现实耳机装置的左声道耳机与右声道耳机均可配置如图1所示的音频信号播放装置100。

音频信号输入电路110用以接收由一传送端(图未示)所传送的一组输入音频信号(rt,lt)。感应器140用以检测音频信号播放装置100的至少一扬声平面与一基准平面的一夹角。举例而言，如图2所示，于音频信号播放装置100被配置于一左声道耳机或右声道耳机的实施例中，所述的基准平面可以是根据使用者耳廓所定义出的一平面或平行使用者耳廓的一平面、或者一水平面或一垂直面，而音频信号播放装置100的外壳可定义出一扬声平面(即，播放出音频信号的一平面)。因此，夹角θ可代表音频信号播放装置的一扬声平面与聆听者的一接收平面的一夹角。图2中是以两轴线代表基准平面与扬声平面，以显示出两平面之间的夹角θ，其中代表扬声平面的轴线可以是穿越耳机的扬声平面中的任一轴、或者根据音频信号播放装置100的一壳体形状所定义出的一x轴、y轴或z轴。

根据本发明的一实施例，感应器140可以是一方向感应器、一电子罗盘感应器(e-compass)或者一加速度感应器(g-sensor)，其中感应器140输出数据的单位可以是角度。更具体的说，感应器140可持续检测音频信号播放装置100的一扬声平面与聆听者的一接收平面的一夹角θ，或者感应器140可持续检测音频信号播放装置100的至少一轴线(例如，于音频信号播放装置100的扬声平面或穿越音频信号播放装置100的扬声平面的一轴线)与一基准平面的一夹角。

处理器120耦接至感应器140，并且接收输入音频信号(rt,lt)，以及接收夹角θ的信息，并且根据夹角θ的信息处理输入音频信号(rt,lt)，以产生一组输出音频信号(rout,lout)。根据本发明的一实施例，输入音频信号(rt,lt)可为一组双声道音频信号，其中rt可代表右声道音频信号，lt可代表左声道音频信号。根据本发明的一实施例，输出音频信号(rout,lout)亦可为一组双声道音频信号，其中rout可代表右声道音频信号，lout可代表左声道音频信号。

根据本发明的一实施例，于输出音频信号前，处理器120可根据夹角θ的信息处理输入音频信号(rt,lt)，以产生输出音频信号(rout,lout)，用以补偿或校正因夹角θ而造成输入音频信号所模拟的至少一等效声音源的一位置变化或偏移。此外，由于传送端可持续提供输入音频信号(rt,lt)，且聆听者可能于聆听过程中转动头部或调整音频信号播放装置100的配戴方式、角度等，感应器140或处理器120可持续检测夹角θ的变化或偏移量，并且由处理器120持续根据夹角θ的变化或偏移量处理后续接收到的输入音频信号(rt,lt)，以补偿或校正后续因夹角θ的变化或偏移而造成输入音频信号所模拟的至少一等效声音源的位置变化或偏移。以下段落将针对处理器120所执行的信号处理做更进一步说明。

值得注意的是，处理器120亦可直接接收输入音频信号(rt,lt)，或直接输出音频信号(rout,lout)。因此，于本发明的一些实施例中，音频信号播放装置100可无须包括特定的音频信号输入电路110及/或音频信号输出电路130。此外，根据本发明的其他实施例，处理器120亦可仅被配置于双声道耳机的其中一者，并且感应器140可通过有线或无线的方式将其检测到的对应的夹角θ的信息或夹角θ的变化的信息传送给处理器120。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的音频信号处理方法流程图。首先，接收一组输入音频信号(rt,lt)(步骤s302)，其中输入音频信号可包含左声道音频信号lt与右声道音频信号rt。接着，利用感应器检测左声道的一扬声平面与聆听者的一接收平面的一夹角或夹角的变化量δθl，以及检测右声道的一扬声平面与聆听者的一接收平面的一夹角或夹角的变化量δθr(步骤s304)。接着，将输入的左右声道音频信号转换为多个多声道音频信号(步骤s306)。举例而言，处理器120可将输入的左右声道音频信号转换为五声道音频信号，包含中心信号xc、左侧信号xl、右侧信号xr、左后侧信号xrl以及右后侧信号xrr。

接着，处理器120根据角度的信息计算多个权重增益(步骤s308)。接着，处理器120根据所得的权重增益与多声道音频信号合成新的多声道音频信号(步骤s308)。举例而言，合成的多声道音频信号可包含中心信号ycl与ycr、左侧信号yl、右侧信号yr、左后侧信号yrl以及右后侧信号yrr。最后，处理器120将合成的多声道音频信号转换为一组输出音频信号(rout,lout)(步骤s310)。

值得注意的是，由双声道音频信号转换为多声道(例如，5声道、7声道等)音频信号的转换方式以及由多声道音频信号转换为双声道的转换方式可有许多种不同的实施方式，且为业界众所周知的，因此，本发明并不加以赘述。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的多声道音频信号的夹角与夹角变化关系图。于此实施例中，处理器120可将输入的左右声道音频信号(rt,lt)转换为立体空间的五声道音频信号，包含位于0^°的中心信号xc、与中心信号xc的夹角为θl的左侧信号xl、与中心信号xc的夹角为θr的右侧信号xr、与中心信号xc的夹角为θrl的左后侧信号xrl，以及与中心信号xc的夹角为θrr的右后侧信号xrr。于图4中，直接以对应的音频信号xc、xl、xr、xrl以及xrr表示出各音频信号所模拟的等效声音源的一位置。举例而言，由于输入的左右声道音频信号(rt,lt)可被转换为五声道音频信号，基于此转换，输入的左右声道音频信号(rt,lt)可模拟出五个等效声音源，其中等效声音源的位置于图中分别由对应的音频信号xc、xl、xr、xrl以及xrr表示，用以表示出聆听者所感受到的各声道的声音是由以图中所表示的方位角0^°、θl、θr、θrl、θrr从对应的等效声音源位置入射至聆听者。

假设音频信号播放装置100的左声道的一扬声平面与聆听者的左耳的一接收平面的夹角的变化量为δθl，音频信号播放装置100的右声道的一扬声平面与聆听者的右耳的一接收平面的夹角的变化量为δθr，则此夹角的变化，会造成输入音频信号(rt,lt)所模拟的等效声音源产生位置的改变，其中改变后的等效声音源的位置于图中分别由对应的音频信号ycl、ycr、yl、yr、yrl以及yrr表示。由于输入音频信号(rt,lt)所模拟的等效声音源因夹角变化产生位置的改变，导致聆听者所感受到的声音源定位错误，或者聆听到的声音会失真。因此，为了校正此偏移，处理器120根据夹角的信息计算多个权重增益，并且根据所得的权重增益与多声道音频信号合成新的多声道音频信号。

根据本发明的一实施例，处理器120根据感应器140所检测到扬声平面与聆听者的一接收平面的夹角的变化量δθr/δθl与各等效声音源之间的夹角的比值计算各多声道音频信号所对应的偏移权重，并跟据偏移权重计算出权重增益，其中等效声音源之间的夹角θl、θr、θrl、θrr为处理器120已知的。

根据本发明的一实施例，处理器120可根据下列第(1)～(4)式分别计算右侧信号、左侧信号、右后信号以及左后信号的偏移权重φ：

并且根据下列第(5)～(12)式跟据偏移权重计算出用以合成各多声道音频信号所对应的权重增益g：

接着，处理器120可根据下列第(13)～(18)式合成新的多声道音频信号，其中ycr为利用利用原始中心信号及右侧信号所合成的位于0^°的中心信号，ycl为利用利用原始中心信号及左侧信号所合成的另一个位于0^°的中心信号，yl为合成的左侧信号、yr为合成的右侧信号、yrl为合成的左后侧信号，yrr为合成之右后侧信号：

最后，处理器120可根据下列第(19)～(20)式将合成的多声道音频信号转换为一组输出音频信号(rout,lout)：

rout＝k0·ycr+k1·yr+k2·yrr式(19)

lout＝k0·ycl+k1·yl+k2·yrl式(20)

其中系数k0＝0.707，k1＝1，k2＝0.707。所得的输出音频信号(rout,lout)可有效补偿或校正因夹角变化或偏移而造成输入音频信号所模拟的至少一等效声音源的一位置变化或偏移。

值得注意的是，上述的第(1)～(20)式仅为实施本发明的多种可能实施例的其中一种，因此，本发明并不限于上述计算方式。举例而言，于一般耳机的实施例中，由于左耳与右耳的扬声平面与聆听者的接收平面的夹角的变化量是独立的，因此，于上述计算方式中，左右耳的音频信号被独立计算。然而，于虚拟现实穿戴装置的实施例中，左耳与右耳的扬声平面与聆听者的接收平面的夹角的变化量是相关的，因此须以不同于以上第(1)～(20)式的方式计算。

如上述，本发明提出的音频信号播放装置及对应的音频信号处理方法，可有效克服因聆听者的接收平面与耳机或音频拨放装置的扬声平面之间的角度变化而导致聆听者所感受到的声音源定位错误，或者聆听到的声音会失真的问题，以达到更真实的立体音效设计。

本发明的上述实施例能够以多种方式执行，例如使用硬件、软件或其结合来执行。本领域技术人员应了解执行上述功能的任何组件或组件的集合可被视为一个或多个控制上述功能的处理器。此一个或多个处理器可以多种方式执行，例如通过指定硬件，或使用微码或软件来编程的通用硬件来执行上述功能。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。