CN113727240B - 声音播放调整方法及可携式装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于可携式装置的声音播放调整方法，所述方法在所述可携式装置非处于声音播放状态时，播放侦测音频信号并接收所述侦测音频信号的反射音频信号，计算获取所述反射音频信号的音量权值列表。根据所述可携式装置的当前音量设定值，获取对应的参考音频信号的音量权值列表，根据所述参考音频信号的音量权值列表以及所述反射音频信号的音量权值列表计算不同频段对应的第一调整参数。当所述可携式装置播放音源文件前，根据所述不同频段对应的第一调整系数，调整所述音源文件的音频信号后再进行播放。本发明还公开一种可携式装置。本发明可以使得所述可携式装置自适应所属环境的频率响应特性并进行声音播放的调整。

Description

声音播放调整方法及可携式装置
技术领域
本发明是有关于数字信号处理的技术领域，尤其关于一种声音播放调整方法及可携式装置。
背景技术
当可携式装置在播放音乐时，将其放置在不同材质的物体表面面上，或是将其携入不同的房间时，将会发现音量发生明显变化，同时间，音质也发生改变。因此，如何实现根据可携式装置所放置的物体表面、所处的空间自动调整播放的声音，是有待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，在本发明的目的在于提供一种声音播放调整方法及可携式装置，可以根据所放置处以及所处空间自动调整播放的声音。
本发明提供一种用于可携式装置的声音播放调整方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤:检测所述可携式装置是否处于声音播放状态，若检测所述可携式装置非处于声音播放状态，则继续执行以下步骤:播放侦测音频信号；接收所述侦测音频信号的反射音频信号；根据音量设定值，获取对应的参考音频信号的音量权值列表；计算获取所述反射音频信号的音量权值列表，并根据所述参考音频信号的音量权值列表及所述反射音频信号的音量权值列表计算不同频段对应的第一调整系数；以及接收要播放的音源文件，根据所述不同频段对应的第一调整系数，调整所述音源文件的音频信号后进行播放。
本发明还提供一种可携式装置，其特征在于，所述装置包含:声音播放装置；声音接收装置；处理器；以及存储器，用于存储至少一个计算机程序，其中，所述计算机程序包含由所述处理器执行的指令，使得所述处理器执行以下步骤:检测所述可携式装置是否处于声音播放状态，若检测所述可携式装置非处于声音播放状态，则继续执行以下步骤:经由所述声音播放装置播放侦测音频信号；经由所述声音接收装置接收所述侦测音频信号的反射音频信号；根据音量设定值，获取对应的参考音频信号的音量权值列表；计算获取所述反射音频信号的音量权值列表，并根据所述参考音频信号的音量权值列表及所述反射音频信号的音量权值列表计算不同频段对应的第一调整系数；以及接收要播放的音源文件，根据所述不同频段对应的第一调整系数，调整所述音源文件的音频信号后经由所述声音播放装置进行播放。
相较于现有技术，所述声音播放调整方法及可携式装置在未播放音源文件前，先行侦测环境的频率响应，取得调整系数，以动态调整后续的声音播放。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的可携式装置的方块图。
图2为根据本发明一实施例的声音播放调整方法的流程图。
图3为根据本发明一实施例的声音播放调整方法的等响曲线的示意图。
图4为根据本发明一实施例的声音播放调整方法的矩阵操作的示意图。
图5为根据本发明另一实施例的声音播放调整方法的流程图。
主要元件符号说明
具体实施方式
请参阅图1，所示为本发明一实施例中可携式装置100的方块图。所述可携式装置100可以是手机、平板、机顶盒、多媒体播放装置以及音箱等能够运行应用程序的可携式装置。所述可携式装置100包括处理器102、存储器104、声音播放装置106以及声音接收装置108。所述处理器102电性耦接于所述存储器104、声音播放装置106以及声音接收装置108。所述处理器102可以是微控制器、微处理器、复杂指令集运算微处理器、精简指令集运算微处理器、超长指令字组微处理器、超平行指令集运算微处理器、数字信号处理器或其他具有运算处理能力的电路。所述处理器102被配置为执行或处理存储在所述存储器104中的指令、数据以及计算机程序。所述存储单元104包含只读存储器(ROM)、随机存取内存(RAM)、磁盘存储介质装置、光存储介质装置、闪存装置、电气、光学或其他物理/有形(例如，非暂时性)等计算机可读存储介质，用于存储控制所述可携式装置100运行的一个或多个计算机程序，并且由所述处理器102执行。所述声音播放装置106可以是任何适合播放声音信号的装置，例如但不限于扬声器。所述声音接收装置108可以是任何适合接收声音信号的装置，例如但不限于麦克风。
在一实施例中，所述可携式装置100还包括至少一种传感器(图1中未示出)，包括但不限于运动传感器、光传感器以及接近传感器。
请参阅图2，所示为本发明一实施例中声音播放调整方法的流程图，所述方法应用在所述可携式装置100中，由所述处理器102执行存储在所述存储器104的计算器程序，以执行以下步骤:
步骤S202，检测所述可携式装置100是否处于声音播放状态。如果检测所述可携式装置100处于声音播放状态时，为了不影响用户的收听体验，结束所述流程，不进行声音播放调整。如果检测所述可携式装置100非处于声音播放状态，则接着执行步骤S204。
步骤S204，控制所述声音播放装置106播放侦测音频信号。在一实施例中，所述侦测音频信号为具有频率变化的重复波形，包括斜坡锯齿、三角形、正弦波形。在一实施例中，所述侦测音频信号可以是人耳听不到的三角波形侦测音频信号。
人类能感知的声音频率有一定的范围，大多数人能够听到的频率范围在20Hz到20000Hz之间。然而人耳的听觉对于所有频率的感知不是线性的，而是遵循等响度曲线。例如，图3所示为人耳感知的等响度曲线图，其中，Y轴代表实际声压强度(Sound PressureLeve l)，单位为分贝(dB-SPL)，X轴代表不同频率，单位为赫兹(Hz)。响度(又称为音响或音量)级的单位为方(Phon)，0方代表人耳能听到声音的最微弱响度，又称为可听阈，低于可听阈曲线的声音人耳是听不见的。图3中的各条响度曲线是以每20方为测量单位进行量测的结果，显示出不同频率的声音引起同等响度所需要的声压强度。响度主要决定于声压强度，提高声压强度，响度级也相应增加。但是声音的响度并不是单纯由声压强度决定，还取决于频率。如图3所示，对于20赫兹的声音，需要有70分贝的声压强度，人耳才能刚刚好听见；而对于3000赫兹的声音，只要有-5分贝的声压强度，人耳就可以听见。
在一实施例中，所述等响度曲线，包括响度级、频率以及声音强度的映像关系，存储在所述存储器104中。为使所述可携式装置100的使用者无法察觉所述三角形侦测音频信号，所述处理器102可以查询所述等响度曲线，根据所述等响曲线调整所述三角形侦测音频信号的声压强度使得所述声压强度低于所述等响曲线的可听阈，使得人耳刚好听不见所述声音播放装置106播放的三角形侦测音频信号。根据人耳的听觉特性，在中低频的频率跨度分辨能力大于高频区段，根据实测发现，例如手机等可携式装置一般放置的空间及物体的共振频率都在10000赫兹以下，所以在本实施例中，依人耳听觉特性，将20赫兹至10000赫兹的区间以频率对数切割成m组频段，例如13组频段。所述三角形侦测音频信号的基频频率预先设置成从20赫兹至770赫兹逐步提高，共分成n组，例如16组，而三角波由基频弦波至11次谐波共有6个组成，所以所述三角形侦测音频信号最高可以侦测到10000赫兹的反射波频域特性。具体地，所述处理器102可以控制所述声音播放装置106由低频至高频依序播放n组不同频率的三角形侦测音频信号。
步骤S206，经由所述声音接收装置108接收反射音频信号。可以理解的是，步骤S204播放的n组侦测音频信号中的一部分经由空气传播到达所述声音接收装置108，另一部分经由空气传播与所述可携式装置100中所处环境中的物体形成反射后再到达所述声音接收装置108，所述声音接收装置108接收到的是直达声和反射声的迭加信号，经过所述声音接收装置108的模拟数字转换器(图1中未示出)转换为所述n组反射音频信号。
步骤S208，根据音量设定值，获取对应的参考音频信号音量权值列表。在一实施例中，所述可携式装置100在出厂前，根据可经由用户接口让用户进行设置的不同音量设定值，预先存储有对应的参考音频信号音量权值列表。具体地，所述可携式装置100可以在出厂前，以实验室实现的自由空间(F r ee Space)中获取对应于不同音量设定值的参考音频信号。在一实施例中，所述参考音频信号是所述可携式装置100在自由空间中，经由所述声音播放装置106播放的侦测音频信号后，由所述声音接收装置108接收到的反射音频信号。在一实施例中，所述参考音频信号的音量权值列表的具体获取方式为，在特定音量设定值设置下，将16组不同频率的三角波侦测音频信号，由低频至高频分别由所述声音播放装置106播放，并以所述声音接收装置108接收所述参考音频信号。以各组侦测音频基频幅值为100％，计算得到6个参考音频频谱强度，共得到16x6个参考音频强度值，形成维度为16×6的参考音频强度矩阵。接着，分别将16×6的侦测音频频率矩阵(图4中401)与参考音频强度矩阵(图4中402)对应于m组频段进行维度转换，在本实施例中，将原本维度为16x6的矩阵转换为维度为13x7的矩阵，亦即m设置为13，不足的矩阵元素部分以特殊值NaN或极小值补足。转换后的侦测音频频率矩阵为图4中的403，以及转换后的参考音频强度矩阵为图4中的404。将维度转后的侦测音频频率矩阵以行列扫描方式将矩阵元素依照频率值大小进行升序排序，如图4中的405，与此同时，参考音频强度矩阵中的矩阵元素也依照其对应的侦测音频频率重新排序，如图4中的406。重新排序后的参考音频强度矩阵将每列矩阵元素开平方并相加后，取均方根植，共得到13组有效值，作为所述参考音频信号的音量权值列表。
步骤S210，计算获取反射音频信号的音量权值列表，并根据所述参考音频信号的音量权值列表与所述反射音频信号的音量权值列表计算获取不同频段的第一调整系数。
其中，所述反射音频信号的音量权值列表计算获取方式，与所述参考音频信号的音量权值列表获取方式相同。具体地，以16组侦测音频基频幅值为100％，分别计算得到6个反射音频频谱强度，共可得到16x6个反射音频强度值，形成维度为16×6的反射音频强度矩阵。接着，分别将16×6的侦测音频频率矩阵与反射音频强度矩阵对应于m组频段进行维度转换，在本实施例中，将原本维度为16x6的矩阵转换为维度为13x7的矩阵，亦即m设置为13，不足的矩阵元素部分以特殊值NaN或极小值补足。将维度转后的侦测音频频率矩阵以行列扫描方式将矩阵元素依照频率值大小进行升序排序，与此同时，反射音频强度矩阵中的矩阵元素也依照其对应的侦测音频频率重新排序。重新排序后的反射音频强度矩阵将每列矩阵元素开平方并相加后，取均方根植，共得到13组有效值，作为所述反射音频信号的音量权值列表。
在本实施例中，所述不同频段的第一调整系数的计算获取方式为:计算所述参考音频信号的音量权值列表中每一个元素与所述反射音频信号的音量权值列表中相应位置的元素的比值，共计算获取13组比值，作为13组不同频段的第一调整系数。
步骤S212，接收要播放的音源文件，根据所述不同频段对应的第一调整系数，调整所述音源文件的音频信号后，经由所述声音播放装置106进行播放。
在本实施例中，将所述音源文件以2048点为单位分割成多个播放帧，并对每一个播放帧进行快速傅里叶变换，将信号从原始域转换为频域，将每一个播放帧及其对应的频段的第一调整系数相乘后，再进行反傅里叶变换转换到时域，最后经由所述声音播放装置106播放调整过后的音源文件。
在本实施例中，所述步骤S202至步骤S210是用于获取所述可携式装置100所处环境的频率响应特性。在另一实施例中，为避免所述可携式装置100频繁执行该些步骤造成的耗电问题，可以在所述流程中增加触发条件以减少所述可携式装置100的功耗。例如，利用所述可携式装置100的传感器获取的传感数据，判断所述可携式装置100是否由运动状态转为静止状态，并判断所述可携式装置100是否持续第一时长保持静止状态。如果所述可携式装置100持续第一时长姿态没有发生改变，则可认为所述可携式装置100处于保持静止状态，此时，触发所述可携式装置100执行所述步骤S202至步骤S210以获取所述可携式装置100所处环境的频率响应特性。所述第一时长可以在出厂时默认，例如，默认值为一分钟，也可以由用户根据进行设置。在另一实施例中，所述触发条件还可以是用户输入的特定指令。
在一实施例中，当收到用户加大播放音量的控制指令时，可以不改变所述可携式装置100的当前音量设定值，直接调整各个不同频段的强度值，在允许一定程度的失真下，最大化播放的音量。具体的流程步骤如图5所示。
步骤S502，获取反射音频强度矩阵中大于平均值的元素。其中，所述反射音频强度矩阵取得方式如步骤S210中所述。将所述反射音频强度矩阵中所有元素计算取得平均值后，进一步获取大于平均值的所有元素。
步骤S504，将大于平均值的元素进行标准化处理，得到新的反射音频强度矩阵。也就是说，所述反射音频强度矩阵中，原本已大于平均值的元素，其强度值将再加强，进而形成所述新的反射音频强度矩阵。
步骤S506，根据当前音量设定值，取得对应的参考音频信号的音量权值列表。
步骤S508，计算获取反射音频信号的音量权值列表，并根据所述参考音频信号的音量权值列表与所述反射音频信号的音量权值列表计算获取不同频段的第二调整系数，所述第二调整系数的具体计算方式与步骤S210相同。
步骤S510，根据所述第二调整系数，调整欲播放的音源文件的音频信号后进行播放。具体实施方式与步骤S212相同。
总结来说，本发明的声音播放调整方法及可携式装置在未播放任何声音时，先播放人耳不易察觉到的侦测声音以确认环境的频率响应特性。当要播放音源文件时，以微调各频段幅值的方式，达到同等音量的感受，可以节省所述可携式装置的电量。当用户要求加大音量，且允许一定程度失真的前提下，藉由强化有明显频率响应特性的频段，达到最大化音量。
值得注意的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于可携式装置的声音播放调整方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
检测所述可携式装置是否处于声音播放状态，若检测所述可携式装置非处于声音播放状态，则继续执行以下步骤：
播放侦测音频信号；
接收所述侦测音频信号的反射音频信号；
根据音量设定值，获取对应的参考音频信号的音量权值列表，其中，所述参考音频信号是所述可携式装置于一预设特定空间中播放所述侦测音频信号后接收的反射音频信号，所述可携式装置在出厂前预先存储有对应于不同音量设定值的所述参考音频信号的音量权值列表，所述参考音频信号的音量权值量列表是将多组不同频率的所述侦测音频信号由低频至高频于所述预设特定空间中依序播放后，将接收到的音频信号以各组的所述侦测音频信号的基频幅值为基础，获取多个谐波的频谱强度，形成参考音频强度矩阵，将所述参考音频强度矩阵对应于预设多组频段进行维度转换后形成的有效值列表；
计算获取所述反射音频信号的音量权值列表，并根据所述参考音频信号的音量权值列表及所述反射音频信号的音量权值列表计算不同频段对应的第一调整系数，其中，所述反射音频信号的音量权值列表是将多组不同频率的所述侦测音频信号由低频至高频依序播放后，将接收到的音频信号以各组的所述侦测音频信号的基频幅值为基础，获取多个谐波的频谱强度，形成反射音频强度矩阵，将所述参考音频强度矩阵对应于所述预设多组频段进行维度转换后形成的有效值列表；以及
接收要播放的音源文件，根据所述不同频段对应的第一调整系数，调整所述音源文件的音频信号后进行播放。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侦测音频信号的波形为三角波形，所述多组不同频率的所述侦测音频信号的基频频率预先设置于20赫兹至770赫兹之间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述播放侦测音频信号的步骤还包含：根据等响曲线中的可听阈调整所述侦测音频信号的声压强度，使得所述声压强度低于所述可听阈。
4.一种可携式装置，其特征在于，所述装置包含：
声音播放装置；
声音接收装置；
处理器；以及
存储器，用于存储至少一个计算机程序，其中，所述计算机程序包含由所述处理器执行的指令，使得所述处理器执行以下步骤：
检测所述可携式装置是否处于声音播放状态，若检测所述可携式装置非处于声音播放状态，则继续执行以下步骤：
经由所述声音播放装置播放侦测音频信号；
经由所述声音接收装置接收所述侦测音频信号的反射音频信号；
根据音量设定值，获取对应的参考音频信号的音量权值列表，其中，所述参考音频信号是所述可携式设备于一预设特定空间中播放所述侦测音频信号后接收的反射音频信号，所述可携式设备在出厂前预先存储有对应于不同音量设定值的所述参考音频信号的音量权值列表，所述参考音频信号的音量权值量列表是将多组不同频率的所述侦测音频信号由低频至高频于所述预设特定空间中依序播放后，将接收到的音频信号以各组的所述侦测音频信号的基频幅值为基础，获取多个谐波的频谱强度，形成参考音频强度矩阵，将所述参考音频强度矩阵对应于预设多组频段进行维度转换后形成的有效值列表；
计算获取所述反射音频信号的音量权值列表，并根据所述参考音频信号的音量权值列表及所述反射音频信号的音量权值列表计算不同频段对应的第一调整系数，其中，所述反射音频信号的音量权值列表是将多组不同频率的所述侦测音频信号由低频至高频依序播放后，将接收到的音频信号以各组的所述侦测音频信号的基频幅值为基础，获取多个谐波的频谱强度，形成反射音频强度矩阵，将所述参考音频强度矩阵对应于所述预设多组频段进行维度转换后形成的有效值列表；以及
接收要播放的音源文件，根据所述不同频段对应的第一调整系数，调整所述音源文件的音频信号后经由所述声音播放装置进行播放。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述侦测音频信号的波形为三角波形，所述多组不同频率的所述侦测音频信号的基频频率预先设置于20赫兹至770赫兹之间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述经由所述声音播放装置播放侦测音频信号的步骤还包含：根据等响曲线中的可听阈调整所述侦测音频信号的声压强度，使得所述声压强度低于所述可听阈。
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