一种定向声音播放系统，包括设置模块、第一侦测模块及驱动控制模块。设置模块用于根据每一超声波音源的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在承载体表面的分布位置。第一侦测模块用于获取所述接收端的位置信息。驱动控制模块用于从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。本发明还提供一种定向声音播放系统的播放方法。上述定向声音播放系统及其播放方法，其能够实时追踪接收端的运动状态，使得接收端能够实时接收到超声波音源输出的超声波声音。
1.一种定向声音播放系统的播放方法，用于驱动多个超声波音源，所述多个超声波音源设置在一承载体表面，其特征在于，所述播放方法包括以下步骤：根据所述每一超声波音源的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置，其中，所述承载体为类圆柱形形状，所述根据所述每一超声波音源的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置的步骤包括：将所述每一超声波音源的覆盖角度依据所述承载体的中心点进行角度变换；及根据所述每一超声波音源变换后的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置；
从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音；
其中，所述位置信息为所述接收端以所述承载体为参照物的方位信息。
2.如权利要求1所述的播放方法，其特征在于，所述获取所述接收端的位置信息的步骤包括：获取所述接收端与所述承载体的一基准点的初始位移；
计算所述接收端相对于所述基准点的相对移动距离及相对移动角度；及根据所述初始位移、所述相对移动距离及所述相对移动角度计算所述接收端的位置信息。
3.如权利要求2所述的播放方法，其特征在于，所述承载体预先定义有多种运动模式，所述播放方法还包括：侦测所述承载体的当前运动模式；及
根据所述承载体的当前运动模式所对应的频次来更新所述接收端的位置信息。
4.如权利要求1所述的播放方法，其特征在于，所述从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音的步骤包括：根据所述接收端的位置信息及所述每一超声波音源的覆盖角度来确定与所述接收端对应的超声波音源；及控制与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
5.如权利要求1所述的播放方法，其特征在于，所述从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音的步骤包括：从所述多个超声波音源中选择与所述接收端的位置信息对应的超声波音源；
根据所述接收端的需求角度来计算驱动所述被选中的超声波音源的驱动功率及增益：及
根据所计算得到的驱动功率及增益来驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
6.一种定向声音播放系统，用于驱动多个超声波音源，所述多个超声波音源设置在一承载体表面，其特征在于，所述定向声音播放系统包括：设置模块，用于根据所述每一超声波音源的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置，其中所述承载体为类圆柱形形状，所述设置模块还用于将所述每一超声波音源的覆盖角度依据所述承载体的中心点进行角度变换，并根据所述每一超声波音源变换后的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置：第一侦测模块，用于获取所述接收端的位置信息；及
驱动控制模块，用于从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音；
其中，所述位置信息为所述接收端以所述承载体为参照物的方位信息。
7.如权利要求6所述的定向声音播放系统，其特征在于，所述第一侦测模块还用于获取所述接收端与所述承载体的一基准点的初始位移，计算所述接收端相对于所述基准点的相对移动距离及相对移动角度，并根据所述初始位移、所述相对移动距离及所述相对移动角度计算所述接收端的位置信息。
8.如权利要求7所述的定向声音播放系统，其特征在于，所述承载体预先定义有多种运动模式，所述定向声音播放系统还包括第二侦测模块，所述第二侦测模块用于侦测所述承载体的当前运动模式，并根据所述承载体的当前运动模式所对应的频次来更新所述接收端的位置信息。
9.如权利要求6所述的定向声音播放系统，其特征在于，所述驱动控制模块还用于根据所述接收端的位置信息及所述每一超声波音源的覆盖角度来确定与所述接收端对应的超声波音源，并控制与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
10.如权利要求6所述的定向声音播放系统，其特征在于，所述驱动控制模块还用于根据所述接收端的需求角度来计算驱动所述被选中的超声波音源的驱动功率及增益，及根据所计算得到的驱动功率及增益来驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
定向声音播放系统及其播放方法
技术领域
[0001] 本发明涉及声音播放领域，尤其涉及一种定向声音播放系统及其播放方法。
背景技术
[0002] 定向声传输在现实生活中有着广泛的应用，目前，在较近距离范围内实现声波的指向性一般采用参量阵技术，即将音频声调制到超声载波上，利用超声波在空气中传播过程中的非线性作用，就能够把调制上去的音频声自解调出来，又因为超声波具有很好的指向性，所以就使得自解调出来的音频声也具有了指向性，从而实现定向声发射。定向声发射源产生两束经过特殊处理的超声波束，当这两个波束同时作用在人耳的鼓膜上时就可以因相互作用而产生听觉。
[0003] 但是对于运动的声音接收端，如何控制定向声发射源进行跟踪，使得声音接收端能够实时接收到定向声发射源发射的超声波声音是现有技术需要克服的技术难点。
发明内容
[0004] 有鉴于此，有必要提供一种定向声音播放系统及其播放方法，其能够实时追踪接收端的运动状态，使得接收端能够实时接收到定向声发射源发射的超声波声音。
[0005] 本发明一实施方式提供一种定向声音播放系统，用于驱动多个超声波音源。所述多个超声波音源设置在一承载体表面。所述定向声音播放系统包括设置模块、第一侦测模块及驱动控制模块。所述设置模块用于根据所述每一超声波音源的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置。所述第一侦测模块用于获取所述接收端的位置信息。所述驱动控制模块用于从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。其中，所述位置信息为所述接收端以所述承载体为参照物的方位信息。
[0006] 本发明一实施方式还提供一种定向声音播放系统的播放方法，用于驱动多个超声波音源。所述多个超声波音源设置在一承载体表面。所述播放方法包括以下步骤：根据所述每一超声波音源的覆盖角度及接收端的需求角度来设置所述每一超声波音源在所述承载体表面的分布位置；获取所述接收端的位置信息；及从所述多个超声波音源中选择并驱动与所述接收端的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。其中，所述位置信息为所述接收端以所述承载体为参照物的方位信息。
[0007] 与现有技术相比，上述定向声音播放系统及其播放方法，其能够实时追踪接收端的运动状态，使得接收端能够实时接收到超声波音源输出的超声波声音，亦可避免在运动过程中干扰到其他接收者的声音需求。
附图说明
[0008] 图1是本发明一实施方式的定向声音播放系统的应用环境图。
[0009] 图2是本发明一实施方式的定向声音播放系统的功能模块图。
[0010] 图3是本发明一实施方式的超声波音源在四分之一球体上的角度坐标示意图。
[0011] 图4是本发明一实施方式的多个超声波音源在四分之一球体上的位置布置示意图。
[0012] 图5是本发明一实施方式的超声波音源在承载体的分布示意图。
[0013] 图6是本发明一实施方式的承载体与四分之一球体的向量变换示意图。
[0014] 图7是本发明一实施方式超声波音源的驱动功率计算示意图。
[0015] 图8是本发明一实施方式的定向声音播放系统的播放方法的步骤流程图。
[0016] 主要元件符号说明
[0017]
[0018]
[0019] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0020] 请参阅图1-2，定向声音播放系统100用于驱动多个超声波音源播放超声波声音。所述多个超声波音源可以设置在承载体2的表面上。
[0021] 在一实施方式中，以4个超声波音源为例，即超声波音源1a、1b、1c、1d，当然，超声波音源的数量是可以多于四个或少于四个，在此不对超声波音源的数量作限制。超声波音源1a、1b、1c、1d可以采用现有技术的超声波扬声器来实现。承载体2可以是球形结构，柱形结构等等。
[0022] 需要说明的是，每一超声波音源1a、1b、1c、1d包括两个超声波扬声器，该两个超声波扬声器用于产生并输出两束超声波声音，进而该两束超声波声音同时作用在人耳的鼓膜上时就可以因相互作用而使人耳产生听觉。
[0023] 定向声音播放系统100包括设置模块10、第一侦测模块20及驱动控制模块30。设置模块10用于根据每一超声波音源的覆盖角度及接收端3的需求角度来设置每一超声波音源1a、1b、1c、1d在承载体2的表面的分布位置。
[0024] 在一实施方式中，接收端3的需求角度可以根据接收端3在静止时的接收范围或者接收端3在运动时的移动范围并以承载体2的中心点23为圆心进行计算。
[0025] 当超声波音源生产成型时，单个超声波音源的覆盖角度(为一锥角)是一固定值，由于超声波音源的指向性强，当接收端3未在超声波音源的覆盖区域时，接收端3将不能接收到声音。在承载体2表面布置多个超声波音源1a、1b、1c、1d，从而使得多个超声波音源1a、1b、1c、1d播放的超声波声音可以辐射空间360度的任意角度范围，进而使得接收端3不管移动到那个位置信息均可以接收到一超声波音源发出的超声波声音。
[0026] 在一实施方式中，当超声波音源辐射的空间角度越大，所需要的超声波音源个数越多。当接收端3活动区域是具有一预设区域范围时，根据该预设区域范围可计算出接收端的需求角度。为了避免不必要的超声波音源的布置，假设4个超声波音源即可满足接收端3的需求角度时，则在承载体2的表面布置4个超声波音源。
[0027] 请同时参阅图3-4，当多个超声波音源1a、1b、1c、1d播放的超声波声音可以辐射空间360度的任意角度范围时，即多个超声波音源1a、1b、1c、1d覆盖角度的组合可以形成一个球体。在图3、4中，以覆盖四分之一球体为例来介绍超声波音源的布置方式：
[0028] 假设单个超声波音源的覆盖角度为30度锥角，则以相邻或者部分重叠的30度锥角组成阵列形成一个四分之一球体，以(α,θ)为坐标来标示超声波音源在四分之一球体的分布点，α为ZX坐标的角度,θ为XY坐标的角度，由于是四分之一球体，α的最大值为90度，θ的最大值为90度，图4为多个超声波音源1a覆盖角度的组合形成一个四分之一球体。从图4中可以看出，当α角度越大，球表面所需要布置的超声波音源相对更多，以下以表1为例来示意超声波音源在二分之一球体的分布。
[0029] 表1
[0030]
[0031] 其中，数字01表示需要布置超声波音源，数字00表示不需要布置超声波音源。α范围为0°～90°，θ范围为-90°～90°。
[0032] 第一侦测模块20用于获取接收端3的位置信息，所述位置信息为接收端3以承载体2为参照物的方位信息。
[0033] 在一实施方式中，第一侦测模块20可以是一摄像模块，通过以预设频次对接收端3进行照相成像来计算接收端3的位置信息。第一侦测模块20也可以是其他可以实现计算出接收端3的位置信息的功能模块。
[0034] 驱动控制模块30用于从多个超声波音源1a、1b、1c、1d中选择并驱动与接收端3的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。具体地，驱动控制模块30可以根据接收端3的位置信息及每一超声波音源1a、1b、1c、1d的覆盖角度来确定与接收端3当前位置信息对应的超声波音源，并控制与接收端3的当前位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
[0035] 举例而言，当接收端3的位置信息为地点A时，而地点A属于超声波音源1a的覆盖范围，则驱动控制模块30选择并驱动超声波音源1a输出超声波声音，接收端3的位置信息为地点B时，而地点B属于超声波音源1b的覆盖范围，驱动控制模块30选择并驱动超声波音源1b输出超声波声音。
[0036] 在一实施方式中，当接收端3与承载体2均可进行移动时，第一侦测模块20还用于获取接收端3与承载体2的一基准点22的初始位移，其中初始位移为接收端3与承载体2在初始状态下，接收端3与基准点22的位移。第一侦测模块20还用于计算接收端3相对于基准点22的相对移动距离及相对移动角度，并根据所述初始位移、所述相对移动距离及所述相对移动角度计算得出接收端3的位置信息。
[0037] 在一实施方式中，承载体2为圆柱形穿戴设备且穿戴在人的手臂时，此时接收端3为穿戴者的耳朵。承载体2预先定义有多种运动模式，例如跑步模式、快走模式、骑车模式，该三种模式下的手臂晃动幅度及角度均不同，进而承载体2的运动状态也不同。定向声音播放系统100还包括第二侦测模块40。第二侦测模块40用于侦测承载体2的当前运动模式，并根据承载体2的当前运动模式所对应的频次来更新接收端3的位置信息，驱动控制模块30重新根据更新后的接收端3的位置信息来从多个超声波音源1a、1b、1c、1d中选择并驱动对应的超声波音源输出超声波声音，进而避免由于运动过程中干扰到其他接收者的声音需求。举例而言，跑步模式对应的频次可以是1秒3次，快走模式对应的频次可以是1秒2次，骑车模式对应的频次可以是5秒1次。
[0038] 此时，设置模块10还用于将每一超声波音源1a、1b、1c、1d的覆盖角度依据承载体2的中心点23进行角度变换，并根据每一超声波音源1a、1b、1c、1d变换后的覆盖角度及接收端3的需求角度来设置每一超声波音源1a、1b、1c、1d在承载体2表面的分布位置。
[0039] 请同时参阅图5,假设承载体2为圆柱形穿戴设备，超声波音源1a的覆盖角度范围为θ1，超声波音源1b的覆盖角度范围为θ2，超声波音源1c的覆盖角度范围为θ3，θ1、θ2和θ3存在部分重叠避免存在覆盖盲区。此时超声波音源1a、1b、1c总覆盖角度为θ4，超声波音源1a、1b、1c的总覆盖角度经过中心点23进行角度变换后的覆盖角度为θ5。
[0040] 在一实施方式中，驱动控制模块30还用于根据接收端3的需求角度来计算驱动被选中的超声波音源的驱动功率及增益，及根据所计算得到的驱动功率及增益驱动与接收端3的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
[0041] 请同时参阅图6-7，举例而言，承载体2为圆柱形穿戴设备，承载体2可以穿戴在使用者手臂，球面上的超声波音源映射到圆柱形的承载体2上具有一比例因数f，球面上的一超声波音源的向量为S2(以球心O为起始点)，映射到承载体2时，向量为S1，其中S1＝f*S2，其中f的值与超声波音源在球面上的位置有关，f的值小于等于1。
[0042] 以接收端3为正负15°的需求角度为例，此时驱动控制模块30根据正负15°角度计算得出的驱动功率假设为1W(对应图7中的线段为为中心点23到a点的位移，其长度为半径R)。根据增益公式：20*Log(功率值,10)，可以计算得出此时的增益G1＝20*Log(1,10)＝0。若接收端3为正负30°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负30°角度计算得出的驱动功率约等于1.9W(R/0.518R＝1.93)，此时的增益G1＝20*Log(1.93,10)＝5.7。其中，0.518R表示中心点22到b点的位移，a点为正15°时映射到承载体2的交点，b点为正30°时映射到承载体2的交点。依据上述计算原理可以得出接收端3的需求角度为正负45°、正负60°、正负
75°及正负90°时分别对应的功率及增益。请参见表2，表2即为各个角度对应的功率。
[0043] 表2
[0044]
[0045]
[0046] 从表2中可以得知，当接收端3为正负45°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负45°角度计算得出的驱动功率约等于2.7W。当接收端3为正负60°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负60°角度计算得出的驱动功率约等于3.3W。当接收端3为正负75°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负75°角度计算得出的驱动功率约等于3.7W。当接收端3为正负90°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负90°角度计算得出的驱动功率约等于3.9W。
[0047] 请参见表3，表3为各个角度对应的增益。
[0048] 表3
[0049]
[0050] 从表3中可以得知，当接收端3为正负45°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负45°角度计算得出的增益约等于8.7。当接收端3为正负60°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负60°角度计算得出的增益约等于10.5。当接收端3为正负75°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负75°角度计算得出的增益约等于11.4。当接收端3为正负90°的需求角度，此时驱动控制模块30根据正负90°角度计算得出的增益约等于11.7。
[0051] 图8本发明实施方式的定向声音播放系统的播放方法的步骤流程图。本播放方法可以运行在图2所示的定向声音播放系统100中。
[0052] 步骤S500，设置模块10根据每一超声波音源的覆盖角度及接收端3的需求角度来设置每一超声波音源1a、1b、1c、1d在承载体2的表面的分布位置。
[0053] 步骤S502，第一侦测模块20获取接收端3的位置信息。其中，所述位置信息为接收端3以承载体2为参照物的方位信息。
[0054] 步骤S504，驱动控制模块30从多个超声波音源1a、1b、1c、1d中选择并驱动与接收端3的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
[0055] 在一实施方式中，第一侦测模块20还获取接收端3与承载体2的一基准点22的初始位移，其中初始位移为接收端3与承载体2在初始状态下，接收端3与基准点22的位移。第一侦测模块20还用于计算接收端3相对于基准点22的相对移动距离及相对移动角度，并根据所述初始位移、所述相对移动距离及所述相对移动角度计算得出接收端3的位置信息。
[0056] 在一实施方式中，驱动控制模块30可以根据接收端3的位置信息及每一超声波音源1a、1b、1c、1d的覆盖角度来确定与接收端3当前位置信息对应的超声波音源，并控制与接收端3的当前位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
[0057] 在一实施方式中，承载体2预先定义有多种运动模式，例如跑步模式、快走模式、骑车模式，该三种模式下的手臂晃动幅度及角度存在差异，进而承载体2的运动状态也不同。第二侦测模块40侦测承载体2的当前运动模式，并根据承载体2的当前运动模式所对应的频次来更新接收端3的位置信息，进而驱动控制模块30根据更新后的接收端3的位置信息来从多个超声波音源1a、1b、1c、1d中选择并驱动对应的超声波音源输出超声波声音。
[0058] 在一实施方式中，设置模块10还将每一超声波音源1a、1b、1c、1d的覆盖角度依据承载体2的中心点23进行角度变换，并根据每一超声波音源1a、1b、1c、1d变换后的覆盖角度及接收端3的需求角度来设置每一超声波音源1a、1b、1c、1d在承载体2表面的分布位置。
[0059] 在一实施方式中，驱动控制模块30还根据接收端3的需求角度来计算驱动被选中的超声波音源的驱动功率及增益，及根据所计算得到的驱动功率及增益驱动与接收端3的位置信息对应的超声波音源输出超声波声音。
[0060] 上述定向声音播放系统及其播放方法，其能够实时追踪接收端的运动状态，使得接收端能够实时接收到超声波音源输出的超声波声音，亦可避免在运动过程中干扰到其他接收者的声音需求。
[0061] 对本领域的技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明所公开的范围。
