TWI715139B - 聲音播放裝置及其透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法 - Google Patents

Abstract

一種聲音播放裝置及其透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法。該方法包括以下步驟：播放聲音訊號作為遮噪音訊；接收環境之環境音；分析環境音於N個不同頻段中有無干擾音；若有，找到至少一干擾音頻段及時間區段，其中5≦N≦1000，且干擾音合乎：該環境音於該干擾音頻段之即時聲音亂度值大於動態聲音平均亂度值，其中：即時聲音亂度值是於當下取樣時間中計算出的聲音亂度值；取樣時間為0.1秒至2秒之間；動態聲音平均亂度值為之前即時聲音亂度值所累計之平均亂度值；以及於干擾音頻段與時間區段提昇遮噪音訊之能量。

Description

聲音播放裝置及其透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法

本發明係關於一種聲音播放裝置及其透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，特別是一種能藉由計算環境音不同頻段的聲音亂度值（熵），分析噪音之信息含量與干擾程度，判斷干擾音是否存在的聲音播放裝置及其透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法。

使用者時常在需要集中注意力於單一事物，或是想要放空休息、甚至睡覺時，被外界的噪音所干擾。於先前技術中，可以透過白噪音(如海浪聲、下雨聲、風聲等)，來遮蓋掉外界干擾音(如哭聲、喇叭聲、人講話的吵雜聲等)。然而，先前技術之遮噪音訊大多侷限於使用白噪音遮噪，變化性較低，若能將使用者喜愛的音樂、聲音訊號作為遮噪音訊，更可符合使用者需求。更重要的是，先前技術僅能根據環境音的能量改變，自動化調整白噪音的遮噪音量播放。其所播放的白噪音會遮住所有環境音，包含環境中聲音亂度值（熵）較小、信息含量較低的背景噪音（如風扇聲、冷氣聲），以及聲音亂度值（熵）較大、信息含量較高、真正會影響（如分散注意力、吵醒）使用者活動的干擾音。而事實上於此功能需要被遮蓋的只有干擾音，先前技術未先藉由計算環境聲音亂度值（熵），分析噪音之信息含量與干擾程度，也未判斷干擾音是否存在、根據環境音中真正的干擾音進行遮噪音訊的調整。如此一來，其所播放的白噪音往往能量太大、遮蓋效率較差，無形之中本身也成為一種噪音。

因此，有必要發明一種新的聲音播放裝置及其透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，以解決先前技術的缺失。

本發明之主要目的係在提供一種聲音播放裝置，其能藉由計算環境音不同頻段的聲音亂度值（熵），分析噪音之信息含量與干擾程度，判斷干擾音是否存在。

本發明之另一主要目的係在提供一種用於上述聲音播放裝置的透過聲音訊號遮蓋干擾音之方法。

為達成上述之目的，本發明之聲音播放裝置用以讓使用者可在一具干擾音之環境內使用。聲音播放裝置包括揚聲模組、聲音接收模組、運算模組及聲音處理模組。揚聲模組用以播放聲音訊號作為遮噪音訊。聲音接收模組用以接收環境之環境音。運算模組係電性連接聲音接收模組，用以分析環境音於N個不同頻段中有無干擾音；若有，找到至少一干擾音頻段及時間區段，其中5≦N≦1000，且干擾音合乎：該環境音於該干擾音頻段之即時聲音亂度值大於動態聲音平均亂度值，其中：即時聲音亂度值是於當下一取樣時間中計算出的聲音亂度值，取樣時間為0.1秒至2秒之間；動態聲音平均亂度值為之前即時聲音亂度值所累計之平均亂度值。聲音處理模組係電性連接運算模組及揚聲模組，用以於干擾音頻段與時間區段提昇遮噪音訊之能量，使得揚聲模組放大遮噪音訊於干擾音頻段與時間區段之能量。

本發明透過聲音訊號遮蓋干擾音之方法，包括以下步驟：播放一聲音訊號作為遮噪音訊；接收環境之環境音；分析環境音於N個不同頻段中有無干擾音；若有，找到至少一干擾音頻段及時間區段，其中5≦N≦1000，且干擾音合乎：該環境音於該干擾音頻段之即時聲音亂度值大於動態聲音平均亂度值，其中：即時聲音亂度值是於當下一取樣時間中計算出的聲音亂度值；取樣時間為0.1秒至2秒之間；動態聲音平均亂度值為之前即時聲音亂度值累計之平均亂度值；以及於干擾音頻段與時間區段提昇遮噪音訊之能量。

為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。

以下請參考圖1係本發明之聲音播放裝置之架構示意圖。

本發明之聲音播放裝置10係用以讓一使用者可在一具干擾音之環境內使用，以播放出聲音訊號來遮蓋環境內噪音的干擾。該聲音播放裝置包括揚聲模組20、聲音接收模組30、運算模組40及聲音處理模組50。揚聲模組20可以為一喇叭，用以播放聲音訊號作為遮噪音訊。聲音訊號可以為白噪音(如海浪聲、下雨聲、風聲等)或是其他的音樂，但本發明並不限於此。聲音接收模組30可以為麥克風，用以接收該環境之環境音S1。運算模組40係電性連接聲音接收模組30，用以分析該環境音於N個不同頻段中有無干擾音，其中N 可以大於等於5，但小於等於1000，但本發明並不限制頻段分割的數量。

在此請一併參考圖2係本發明之一實施例之環境音於不同頻段之頻譜示意圖、圖3A係根據圖2，為環境音頻段於125Hz時之即時聲音亂度值與動態聲音平均亂度值之能量示意圖及圖3B係根據圖2，為環境音頻段於4000Hz時之即時聲音亂度值與動態聲音平均亂度值之能量示意圖。

假設環境音S1分為32Hz、64Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz及16000Hz多個頻段，但本發明並不限於此區分方式。以圖2中為例，環境音S1於125Hz及4000Hz處有干擾音。運算模組40對於干擾音的定義方式為干擾音要合乎該環境音S1於某一頻段(如圖2的125Hz或4000Hz)內之一即時聲音亂度值大於一動態聲音平均亂度值。即時聲音亂度值是於當下的取樣時間中計算出的聲音亂度值，該取樣時間可以為0.1秒至2秒之間，且該動態聲音平均亂度值即為之前該即時聲音亂度值累計之平均亂度值。故運算模組40對環境音S1的每一頻段計算後，可以分析出環境音中具有干擾音的頻段以及此頻段中干擾音出現的時間區段。

以圖3A為例，圖3A中以實線代表環境音S1於125Hz時的即時聲音亂度曲線S2，虛線代表動態聲音平均亂度曲線S3。即時聲音亂度曲線S2即為運算模組40計算環境音S1於某一頻段、某一時間點在取樣時間0.1秒至2秒之間的亂度值的曲線。而於不同時間點的動態聲音平均亂度曲線S3會隨著該時間點之前的即時聲音亂度曲線S2所累計之平均亂度值而改變。兩者的大小關係可能會隨著改變，故圖3A中可以分為時間區段T1到T5，其中時間區段T1、T3、T5中為即時聲音亂度曲線S2大於動態聲音平均亂度曲線S3，時間區段T2、T4中為動態聲音平均亂度曲線S3大於即時聲音亂度曲線S2。如此一來，運算模組40就可以得知於頻段125Hz時，干擾音出現於時間區段T1、T3、T5。

另外，圖3B音出實線代表環境音S1於頻段4000Hz時的即時聲音亂度曲線S2’，虛線代表動態聲音平均亂度曲線S3’。圖3B中分為時間區段T1’到T5’，其中時間區段T1’、T3’、T5’中為即時聲音亂度曲線S2’大於動態聲音平均亂度曲線S3’，時間區段T2’、T4’中為動態聲音平均亂度曲線S3’大於即時聲音亂度曲線S2’。如此一來，運算模組40就可以得知於頻段4000Hz時，干擾音出現於時間區段T1’、T3’、T5’。

接著聲音處理模組50要再對作為遮噪音訊的聲音訊號進行處理。聲音處理模組50係電性連接揚聲模組20及運算模組40。聲音處理模組50於該干擾音頻段與其時間區段提昇遮噪音訊之能量，使得該揚聲模組20放大該遮噪音訊於該干擾音頻段與時間區段之能量。故聲音處理模組50將時間區段T1、T3、T5內，頻段為125Hz的遮噪音訊放大，以及將時間區段T1’、T3’、T5’內，頻段為4000Hz的遮噪音訊放大，讓遮噪音訊可以遮蓋干擾音的干擾。藉此該聲音處理模組50於該干擾音頻段與時間區段提昇遮噪音訊之能量增益為M倍，其中M≧該即時聲音亂度值除以該動態聲音平均亂度值的數值，且M≦30，但本發明並不限於此數值。

另外在有干擾音之時間區段，該聲音處理模組50也可於該干擾音頻段兩旁各一頻段提昇遮噪音訊之能量，但小於該聲音處理模組50於該干擾音頻段提昇遮噪音訊之能量。就如同圖4所示，圖4係根據圖2，為本發明之一實施例之遮噪音訊之能量調整之頻譜示意圖。

運算模組40找出125Hz及4000Hz處有干擾音，且聲音處理模組50干擾音頻段皆為時間區段T1、T3、T5，故聲音處理模組50在時間區段T1、T3、T5的時候都在環境音S1的125Hz及4000Hz頻段處增加遮噪音訊S4之能量，且在64Hz、250Hz、2000Hz及8000Hz頻段處也增加遮噪音訊S4’之能量，此處遮噪音訊S4’之能量會小於遮噪音訊S4之能量。

需注意的是，聲音播放裝置10具有的各模組可以為硬體裝置、軟體程式結合硬體裝置、韌體結合硬體裝置等方式架構而成，例如可以將一電腦程式產品儲存於一電腦可讀取媒體中讀取並執行以達成本發明之各項功能，但本發明並不以上述的方式為限。此外，本實施方式僅例示本發明之較佳實施例，為避免贅述，並未詳加記載所有可能的變化組合。然而，本領域之通常知識者應可理解，上述各模組或元件未必皆為必要。且為實施本發明，亦可能包含其他較細節之習知模組或元件。各模組或元件皆可能視需求加以省略或修改，且任兩模組間未必不存在其他模組或元件。

接著請參考圖5係本發明之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以上述聲音播放裝置10為例說明本發明之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，但本發明之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法並不以使用在上述相同結構的聲音播放裝置10為限。

首先聲音播放裝置10進行步驟501：播放一聲音訊號作為遮噪音訊。

首先聲音播放裝置10利用揚聲模組20播放一聲音訊號作為遮噪音訊。

同時進行步驟502：接收該環境之環境音。

同時聲音接收模組30會接收該環境之環境音。

接著進行步驟503：分析該環境音於N個不同頻段中有無干擾音。

接著運算模組40會分析該環境音於N個不同頻段中有無干擾音，其中N可以大於等於5，但小於等於1000，但本發明並不限制頻段分割的數量。

當干擾音出現時，運算模組40可進行步驟504：找到至少一干擾音頻段及時間區段。

此時運算模組40再將分析出環境音中具有干擾音之頻段以及此頻段中干擾音出現的時間區段。故運算模組40對環境音S1的每一頻段計算後，找出合乎該環境音S1於某一頻段內之一即時聲音亂度值大於一動態聲音平均亂度值的時間區段，即為具有干擾音的頻段及時間區段。

最後進行步驟505：於該干擾音頻段與時間區段提昇遮噪音訊之能量。

最後聲音處理模組50可於干擾音頻段與時間區段處提昇遮噪音訊S4之能量，以放大該遮噪音訊S4於該干擾音頻段與時間區段之能量來遮蓋干擾音。聲音處理模組50於該干擾音頻段與時間區段提昇遮噪音訊之能量增益為M倍，其中M≧該即時聲音亂度值除以該動態聲音平均亂度值的數值，且M≦30，但本發明並不限於此數值。在有干擾音之時間區段，該聲音處理模組50也可於該干擾音頻段兩旁各一頻段提昇遮噪音訊S4’之能量，但兩旁的頻段遮噪音訊S4’所提昇的能量會小於該聲音處理模組50於該干擾音頻段提昇遮噪音訊S4之能量。如此一來，揚聲模組20即可撥放出放大能量的遮噪音訊S4及S4’，來遮蓋干擾音。

此處需注意的是，本發明之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。

由上述的說明可知，根據上述實施方式，使用者使用聲音播放裝置10時就可以利用計算不同頻段的聲音亂度值判斷干擾音是否存在，藉此調整不同頻段與時間區段之遮噪音訊的能量，用以更有效率的遮蓋干擾音。

需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如 此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

10:聲音播放裝置 20:揚聲模組 30:聲音接收模組 40:運算模組 50:聲音處理模組 S1:環境音 S2、S2’:即時聲音亂度曲線 S3、S3’:動態聲音平均亂度曲線 S4、S4’:遮噪音訊 T1、T2、T3、T4、T5、T1’、T2’、T3’、T4’、T5’:時間區段

圖1係本發明之聲音播放裝置之架構示意圖。 圖2係本發明之一實施例之環境音於不同頻段之頻譜示意圖。 圖3A係根據圖2，為環境音頻段於125Hz時之即時聲音亂度值與動態聲音平均亂度值之能量示意圖。 圖3B係根據圖2，為環境音頻段於4000Hz時之即時聲音亂度值與動態聲音平均亂度值之能量示意圖。 圖4係根據圖2，為本發明之一實施例之遮噪音訊之能量調整之頻譜示意圖。 圖5係本發明之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法之步驟流程圖。

10:聲音播放裝置

20:揚聲模組

30:聲音接收模組

40:運算模組

50:聲音處理模組

Claims (8)

1. 一種透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，係應用於一聲音播放裝置，讓一使用者可在一環境內使用該聲音播放裝置，該方法包括以下步驟： 播放一聲音訊號作為一遮噪音訊； 接收該環境之一環境音； 分析該環境音於N個不同頻段中有無一干擾音； 若有，找到至少一干擾音頻段及一時間區段，其中5≦N≦1000，且該干擾音合乎： 該環境音於該干擾音頻段之一即時聲音亂度值大於一動態聲音平均亂度值，其中： 該即時聲音亂度值是於當下一取樣時間中計算出的聲音亂度值；該取樣時間為0.1秒至2秒之間；以及 該動態聲音平均亂度值為之前該即時聲音亂度值所累計之平均亂度值；以及 於該干擾音頻段與該時間區段提昇該遮噪音訊之能量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，更包括以下步驟： 於該干擾音頻段與該時間區段提昇遮噪音訊之能量增益為M倍，其中M≧（該即時聲音亂度值/該動態聲音平均亂度值）。
3. 如申請專利範圍第2項所述之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，其中M≦30。
4. 如申請專利範圍第1項所述之透過遮噪音訊遮蓋干擾音之方法，更包括以下步驟： 在有干擾音之該時間區段，於該干擾音頻段兩旁各一頻段提昇該遮噪音訊之能量，但小於該干擾音頻段提昇之該遮噪音訊之能量。
5. 一種聲音播放裝置，用以讓一使用者可在一環境內使用；該聲音播放裝置包括： 一揚聲模組，用以播放一聲音訊號作為一遮噪音訊； 一聲音接收模組，用以接收該環境之一環境音； 一運算模組，係電性連接該聲音接收模組，用以分析該環境音於N個不同頻段中有無一干擾音；若有，找到至少一干擾音頻段及一時間區段，其中5≦N≦1000，且該干擾音合乎： 該環境音於該干擾音頻段之一即時聲音亂度值大於一動態聲音平均亂度值，其中： 該即時聲音亂度值是於當下一取樣時間中計算出的聲音亂度值，該取樣時間為0.1秒至2秒之間； 該動態聲音平均亂度值為之前該即時聲音亂度值累計之平均亂度值；以及 一聲音處理模組，係電性連接該運算模組及該揚聲模組，用以於該干擾音頻段與該時間區段提昇該遮噪音訊之能量，使得該揚聲模組放大該遮噪音訊於該干擾音頻段與該時間區段之能量。
6. 如申請專利範圍第5項所述之聲音播放裝置，其中該聲音處理模組於該干擾音頻段與該時間區段提昇該遮噪音訊之能量增益為M倍，其中M≧（該即時聲音亂度值/該動態聲音平均亂度值）。
7. 如申請專利範圍第6項所述之聲音播放裝置，其中M≦30。
8. 如申請專利範圍第5項所述之聲音播放裝置，在有干擾音之該時間區段，其中該聲音處理模組進一步於該干擾音頻段兩旁各一頻段提昇遮噪音訊之能量，但小於該聲音處理模組於該干擾音頻段提昇之該遮噪音訊之能量。

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