扬声器阵列控制方法及扬声器阵列控制系统

摘要

本发明公开了一种扬声器阵列控制方法，其包含侦测位于一扬声器阵列前的一观众的位置，其中该扬声器阵列包含N个扬声器，N为一大于1的正整数；根据该观众的位置定义对应该N个扬声器中的第i个扬声器的一目标处以及一非目标处，i为一小于或等于N的正整数；根据该目标处与该非目标处计算对应该第i个扬声器的一权重向量；以该权重向量调整该第i个扬声器的输出信号的指向性，并且抑制该第i个扬声器的输出信号的多个侧波瓣能量；以及当所述多个侧波瓣能量皆低于一门限值时，控制该第i个扬声器输出调整后的输出信号。

说明书

技术领域

本发明有关于一种扬声器阵列控制方法及扬声器阵列控制系统，尤指一种可根据观众的位置调整扬声器的输出信号的指向性并且抑制其他干扰信号的扬声器阵列控制方法及扬声器阵列控制系统。 

背景技术

随着窄边框电视的蓬勃发展，利用多个小尺寸的窄边框电视拼接成一个大型电视墙以满足消费者对于视觉享受的要求将是可预期的。请参阅图1，图1为先前技术利用多个小尺寸的电视100拼接成大型电视墙10的示意图。如图1所示，现有的电视100会内建一对左右声道的扬声器(speaker)120，以播放声音信号。因此，当多个小尺寸的电视100拼接成大型电视墙10时，所有的电视100的扬声器120即会形成一个扬声器阵列(speaker array)12。然而，如图1所示，现有的扬声器阵列12的输出信号的主波束122朝向电视墙10的正前方，当观众20位于电视墙10的左右两侧时，扬声器阵列12发出的声音信号便无法有效地传送到观众20所在的位置。 

发明内容

本发明提供一种扬声器阵列控制方法及扬声器阵列控制系统，其可根据观众的位置调整扬声器的输出信号的指向性并且抑制其他干扰信号，进而解决上述的问题。 

本发明揭露一种扬声器阵列控制方法，其包含侦测位于一扬声器阵列前的一观众的位置，其中该扬声器阵列包含N个扬声器，N为一大于1的正整数；根据该观众的位置定义对应该N个扬声器中的第i个扬声器的一目标处以及一非目标处，i为一小于或等于N的正整数；根据该目标处与该非目标处计算对应该第i个扬声器的一权重向量；以该权重向量调整该第i个扬声器的输出信号的指向性，并且抑制该第i个扬声器的输出信号的多个侧波瓣能量；以及当所述多个侧波瓣能量皆低于一门限值时，控制该第i个扬声器 输出调整后的输出信号。 

本发明另揭露根据该目标处与该非目标处计算对应该第i个扬声器的一权重向量的步骤包含根据该目标处与该非目标处计算对应该第i个扬声器的一延迟时间；根据该延迟时间计算对应该第i个扬声器的一指向向量；以及根据该目标处与该非目标处的能量比值以及该指向向量计算该权重向量。 

本发明另揭露抑制该第i个扬声器的输出信号的侧波瓣能量的步骤包含朝该非目标处发出干扰信号；判断所述多个侧波瓣能量是否皆低于该门限值；以及若所述多个侧波瓣能量中的第一部分侧波瓣能量低于该门限值且第二部分侧波瓣能量高于该门限值，针对该第一部分侧波瓣能量减少干扰信号能量且针对该第二部分侧波瓣能量增加干扰信号能量。 

本发明另揭露该扬声器阵列控制方法还包含根据于该非目标处增加的干扰信号能量，利用叠代法重新计算该指向向量，以最佳化该权重向量。 

本发明另揭露一种扬声器阵列控制系统，其包含一扬声器阵列，包含N个扬声器，N为一大于1的正整数；一侦测器，用以侦测位于该扬声器阵列前的一观众的位置；以及一处理器，电性连接于该扬声器阵列与该侦测器，该处理器根据该观众的位置定义对应该N个扬声器中的第i个扬声器的一目标处以及一非目标处，根据该目标处与该非目标处计算对应该第i个扬声器的一权重向量，以该权重向量调整该第i个扬声器的输出信号的指向性，并且抑制该第i个扬声器的输出信号的多个侧波瓣能量，当所述多个侧波瓣能量皆低于一门限值时，该处理器控制该第i个扬声器输出调整后的输出信号，i为一小于或等于N的正整数。 

本发明另揭露该处理器根据该目标处与该非目标处计算对应该第i个扬声器的一延迟时间，根据该延迟时间计算对应该第i个扬声器的一指向向量，并且根据该目标处与该非目标处的能量比值以及该指向向量计算该权重向量。 

本发明另揭露该处理器朝该非目标处发出干扰信号，并且判断所述多个侧波瓣能量是否皆低于该门限值，若所述多个侧波瓣能量中的第一部分侧波瓣能量低于该门限值且第二部分侧波瓣能量高于该门限值，该处理器针对该第一部分侧波瓣能量减少干扰信号能量且针对该第二部分侧波瓣能量增加干扰信号能量。 

本发明另揭露该处理器根据于该非目标处增加的干扰信号能量，利用叠代法重新计算该指向向量，以最佳化该权重向量。 

综上所述，本发明根据观众的位置计算对应每一个扬声器的权重向量，接着，再以权重向量调整扬声器的输出信号的指向性，并且抑制扬声器的输出信号的侧波瓣能量。进一步来说，在侦测出观众的位置后，本发明利用波束形成(beamforming)技术计算扬声器阵列中每一个扬声器往特定方向发出声波所需的权重向量，并且利用适应性演算法来最佳化权重向量。由此，本发明即可将扬声器阵列的输出信号的主波束对准位于扬声器阵列前任意位置的观众，并且同时抑制其他干扰信号，进而强化观众所听到的声音品质。 

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。 

附图说明

图1为先前技术利用多个小尺寸的电视拼接成大型电视墙的示意图。 

图2为本发明一实施例利用多个小尺寸的电视拼接成大型电视墙的示意图。 

图3为本发明一实施例的扬声器阵列控制系统的功能方块图。 

图4为图2中的扬声器阵列的其中一列的示意图。 

图5为声波经最佳化前后的波瓣图。 

图6为本发明一实施例的扬声器阵列控制方法的流程图。 

图7为图6中的步骤S104的详细流程图。 

其中，附图标记说明如下： 

3：扬声器阵列控制系统 

10、30：电视墙 

12、32：扬声器阵列 

34：侦测器 

36：处理器 

20、40：观众 

100、300：电视 

120、320：扬声器 

122、322：主波束 

S100-S116、S1040-S1044：步骤 

具体实施方式

请参阅图2至图5，图2为本发明一实施例利用多个小尺寸的电视300拼接成大型电视墙30的示意图，图3为本发明一实施例的扬声器阵列控制系统3的功能方块图，图4为图2中的扬声器阵列32的其中一列的示意图，图5为声波经最佳化前后的波瓣图。如图2所示，电视300内建一对左右声道的扬声器320，以播放声音信号。因此，当多个小尺寸的电视300拼接成大型电视墙30时，所有的电视300的扬声器320即会形成一个扬声器阵列32。需说明的是，电视300泛指各种内建有扬声器320的显示装置或其他电子装置。此外，扬声器阵列32也可不需搭配多个电视300拼接成的电视墙30，而仅由多个扬声器320组成。 

如图3所示，本发明的扬声器阵列控制系统3包含一扬声器阵列32、一侦测器34以及一处理器36，其中处理器36电性连接于扬声器阵列32与侦测器34。扬声器阵列32包含N个扬声器320，其中N为一大于1的正整数。如图2所示，N等于18，但不以此为限。侦测器34可为用以侦测位于扬声器阵列32前的一观众40的位置的红外线侦测器或其他侦测器。 

请参阅图6以及图7，图6为本发明一实施例的扬声器阵列控制方法的流程图，图7为图6中的步骤S104的详细流程图。图6中的扬声器阵列控制方法利用图2和图3中的扬声器阵列控制系统3来实现。首先，执行步骤S100，侦测器34侦测位于扬声器阵列32前的观众40的位置。接着，执行步骤S102，处理器36根据观众40的位置定义对应N个扬声器320中的第i个扬声器320的目标处以及非目标处，其中i为一小于或等于N的正整数。接着，执行步骤S104，处理器36根据目标处与非目标处计算对应第i个扬声器的权重向量，其中权重向量可经由图7中的步骤S1040至步骤S1044计算出。于步骤S1040中，处理器36根据目标处与非目标处计算对应第i个扬声器320的延迟时间。接着，于步骤S1042中，处理器36根据延迟时间计算对应第i个扬声器320的指向向量。最后，于步骤S1044中，处理器36根据目标处与非目标处的能量比值以及指向向量计算权重向量。 

在计算出权重向量后，执行步骤S106，处理器36以权重向量调整第i个扬声器320的输出信号的指向性，并且抑制第i个扬声器320的输出信号的多个侧波瓣能量。接着，执行步骤S108，处理器36朝非目标处发出干扰信号，并且执行步骤S110，处理器36判断所有侧波瓣能量是否皆低于门限值。若侧波瓣能量中的第一部分侧波瓣能量低于门限值且第二部分侧波瓣能量高于门限值，则执行步骤S112，处理器36针对第一部分侧波瓣能量减少干扰信号能量且针对第二部分侧波瓣能量增加干扰信号能量。接着，执行步骤S114，处理器36根据于非目标处增加的干扰信号能量，利用叠代法重新计算指向向量，以最佳化权重向量，并且回到步骤S106。当所有侧波瓣能量皆低于门限值时，执行步骤S116，处理器36控制第i个扬声器320输出调整后的输出信号。 

以下利用图4与图5来说明本发明的作用原理。 

首先，本发明可根据图4中的一维周期性扬声器阵列32利用延迟相位推算出指向性(θ)声波，表示为如下的公式一： 

公式一：$\left(\begin{array}{c}{x}_1\left(t\right)\\ x_2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ x_N\left(t\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{A}_{1}v(t-{\tau }_1)\\ A_{2}v(t-{\tau }_2)\\ .\\ .\\ .\\ A_{N}v(t-{\tau }_N)\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\left(t\right)\\ n_2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ n_N\left(t\right)\end{array}\right).$

公式一可改写成如下的公式二： 

公式二：x(t)＝Asv(t-τ)+Aip(t-τ)+n(t)。 

于公式二中，As为音源信号的振幅，且其随音量大小而变；Ai为干扰信号的振幅，且其一开始设为0；n(t)为噪声；t为时间；τ为上述的延迟时间。 

上述的延迟时间τ可以如下的公式三计算出： 

公式三：${\tau }_j=\frac{\left[\underset{s=1}{\overset{j-1}{\Sigma }}{\left(\sqrt[\frac{2}{3}]{\frac{3·(L_{\max }+L_{\min })}{4·(L_{\max }-L_{\min })}}\right)}_s\right]·\sin \theta }{c}.$

于公式三中，τj为第N-1个扬声器320的延迟时间；Lmax为最大周期性间距(如图4所示)；Lmin为最小周期性间距(如图4所示)。 

公式三可经傅立叶转换成频率域，表示为如下的公式四： 

公式四：X(ω)＝V(ω)b+N(ω)。 

于公式四中，b为上述的指向向量，表示为如下的公式五： 

公式五：b＝[exp(-j2πfτ0)，...，exp(-j2πfτN-1)]T。 

在计算出特定方向的权重向量W后，输出信号Y可表示为如下的公式六： 

公式六：$Y\left(\omega \right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_n^{*}\left(\omega \right)X_n\left(\omega \right)=W^{H}X.$

接着，将声音的目标处(target)与非目标处(non-target)的能量比值J表示为如下的公式七： 

公式七：$J=\frac{B_{t\arg \mathrm{et}}}{B_{\mathrm{non}-t\arg \mathrm{et}}}\frac{W^H{U}_{t\arg \mathrm{et}}W}{W^H{U}_{\mathrm{non}-t\arg \mathrm{et}}W}$其中B＝|W^Hb|²、