环绕音响系统及将环绕音响技术应用在电竞座椅的方法
阅读说明：本技术 环绕音响系统及将环绕音响技术应用在电竞座椅的方法 (Surround sound system and method for applying surround sound technology to electronic contest seats ) 是由 杜博仁 张嘉仁 曾凯盟 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：环绕音响系统包含电竞座椅、环绕音响组和控制单元。针对环绕音响组中扬声器不同配置方式,控制单元依据每一扬声器的收放音距离来决定相对应的播放补偿时间。针对环绕音响组中扬声器不同的远场特性和近场特性,控制单元分别决定相对应的远场增益补偿或近场增益补偿。(The surround sound system comprises a sports seat, a surround sound set and a control unit. Aiming at different configuration modes of the loudspeakers in the surround sound group, the control unit determines corresponding playing compensation time according to the playing distance of each loudspeaker. The control unit determines corresponding far-field gain compensation or near-field gain compensation according to different far-field characteristics and near-field characteristics of the loudspeakers in the surround sound group.)
技术领域
本发明相关于一种环绕音响系统及将环绕音响技术应用在电竞座椅的方法，尤指一种依据扬声器的收放音距离和声音信号的频率来决定相对应的播放补偿时间和增益补偿的环绕音响系统及将环绕音响技术应用在电竞座椅的方法。
背景技术
电子竞技(eSports)是指使用电子游戏来进行比赛的体育项目，竞赛内容由电子系统形成，比赛选手和队伍的操作都是通过人机互动界面来实现。由于电子系统是电竞赛事最主要的基础，因此硬件(个人电脑/手机/主机)、周边设备(键盘/滑鼠/耳机)与网络环境都是不可或缺的。另一方面，符合人体工程学的电竞座椅能提供玩家舒适的操作环境。
现有技术中电竞座椅的使用者需要使用耳机来体验环绕音效，而长时间佩戴耳机难免会造成不舒适。因此，需要一种环绕音响系统及将环绕音响技术应用在电竞座椅的方法，以提供更具临场感的体验。
发明内容
本发明提供一种环绕音响系统，其包含一电竞座椅、一环绕音响组和一控制单元。该环绕音响组包含设置在一第一位置的一第一扬声器和设置在一第二位置的一第二扬声器，其中该电竞座椅和该第一位置相隔一第一距离，且和该第二位置相隔一第二距离。该控制单元用来求出相关于一参考距离的一参考声功率；当判定该第一扬声器所发出一参考频率的一第一声音信号进入一远场范围时，指示该第一扬声器以一第一声功率发送该第一声音信号，其中该第一声功率的值为该参考声功率加上一远场补偿增益，且该远场补偿增益的值对应该参考距离和该第一距离的差值呈反向线性变化；且当判定该第二扬声器所发出该参考频率的一第二声音信号进入一近场范围时，指示该第二扬声器以一第二声功率发送该第二声音信号，其中该第二声功率的值为该参考声功率加上一第一近场补偿增益，且该第一近场补偿增益的值对应该参考距离和该第二距离的差值呈非线性变化。
本发明另提供一种将环绕音响技术应用在一电竞座椅的方法，其包含将一环绕音响组中一第一扬声器设置在一第一位置，其中该电竞座椅和该第一位置相隔一第一距离；将该环绕音响组中一第二扬声器设置在一第二位置，其中该电竞座椅和该第二位置相隔一第二距离；求出相关于一参考距离的一参考声功率；当判定该第一扬声器所发出一参考频率的一第一声音信号进入一远场范围时，该第一扬声器以一第一声功率发送该第一声音信号，其中该第一声功率的值为该参考声功率加上一远场补偿增益，且该远场补偿增益的值对应该参考距离和该第一距离的差值呈反向线性变化；以及当判定该第二扬声器所发出该参考频率的一第二声音信号进入一近场范围时，该第二扬声器以一第二声功率发送该第二声音信号，其中该第二声功率的值为该参考声功率加上一第一近场补偿增益，且该第一近场补偿增益的值对应该参考距离和该第二距离的差值呈非线性变化。
附图说明
图1为本发明实施例中一种环绕音响系统的功能方块图。
图2为本发明实施例中环绕音响系统实作方式的示意图。
图3为本发明实施例中环绕音响系统运作时的方法流程图。
图4为本发明实施例环绕音响组中扬声器的远场特性和近场特性的示意图。
图5为本发明实施例中针对固定频率的远场/近场声音信号补偿方式的示意图。
图6为本发明实施例中针对固定收放音距离下不同频率的声音信号补偿方式的示意图。
其中：
10：电竞座椅；
20：环绕音响组；
30：控制单元；
40：环绕音响系统；
310～330：步骤；
E1～ER：扬声器～；
d～d5：收放音距离。
具体实施方式
在标准的室内环绕音响设施配置中，每个声道的扬声器和使用者皆相距固定的参考距离d0，在将各声道信号做适当的信号处理后，每一扬声器可直接以相关于参考距离d0的参考声功率P0来播放不同频率的声音信号。在本发明实施例的环绕音响系统中，每个声道的扬声器和电竞座椅可能相距不同距离，进而提供不同的远场特性或近场特性，因此本发明会依据每一扬声器的收放音距离和声音信号的频率来决定相对应的播放补偿时间和增益补偿。
图1为本发明实施例中一种环绕音响系统100的功能方块图。环绕音响系统100包含一电竞座椅10、一环绕音响组20，以及一控制单元30。环绕音响组20包含复数组扬声器E1～ER(R为大于1的整数)，设置在电竞座椅10周围不同位置以提供环绕音效。控制单元30可依据环绕音响组20的配置方式来控制环绕音响组20的声功率(sound power)以提供相对应的听觉效果。控制单元30可设置在环绕音响系统100内任何合适位置，且控制单元30的实施方式不限定本发明的范畴。
图2为本发明实施例中环绕音响系统100实作方式的示意图。为了说明目的，图2显示了R＝5时的实施例，其中E1代表中心声道(C)和低频增强声道(LFE)扬声器，E2代表左声道(L)扬声器，E3代表右声道(R)扬声器，E4代表左后声道(RL)扬声器，E5代表右后声道(RR)扬声器，而d1～d5分别代表扬声器E1～E5的收放音距离(即扬声器E1～E5至使用者30位置的距离)。然而，环绕音响组20所包含音响数量和设置位置并不限定本发明的范畴。
图3为本发明实施例中环绕音响系统100运作时的方法流程图，其包含下列步骤：
步骤310：依据环绕音响组20中每一扬声器的收放音距离来决定相对应的播放补偿时间。
步骤320：依据每一扬声器的收放音距离和声音信号的频率来决定相对应的远场增益补偿或近场增益补偿。
步骤330：依据每一扬声器的相对应播放补偿时间，以及每一扬声器的相对应的远场增益补偿或近场增益补偿来控制环绕音响组20的运作以提供相对应的听觉效果。
在步骤310中，控制单元30会依据环绕音响组20中每一扬声器的收放音距离来调整相对应的播放补偿时间。同样以图2所示的实施例来作说明，在环绕音响组20所含的5组扬声器E1～E5中，假设扬声器E1～E3的收放音距离d1～d3皆为0.5m，而扬声器E4～E5的收放音距离d4～d5皆为0.1m。控制单元30可依据一参考距离d0为基准算出相对应收放音距离d1～d5的播放补偿时间t1～t5，并指示扬声器E1～E5依据播放补偿时间t1～t5来分别调整其播放时间点。
在一实施例中，参考距离d0的值可大于距离d1～d5，例如使用标准室内环绕音响距离配置的2m。因此，播放补偿时间t1～t5皆为正值，其中0<t1＝t2＝t3<t4＝t5，亦即当环绕音响组20收到发音指示时，扬声器E1～E5会分别延迟播放补偿时间t1～t5才发出声音信号，离使用者30距离越近的扬声器越晚送出声音信号。如此一来，当使用者30坐上电竞座椅100时，其会感受到扬声器E1～E5皆发出同样距离状态的声音信号。
在另一实施例中，参考距离d0的值可为距离d1～d5中的最大值，例如d0＝0.5m。因此，播放补偿时间t1～t3为0，而播放补偿时间t4～t5皆为正值，其中0＝t1＝t2＝t3<t4＝t5，亦即当环绕音响组20收到发音指示时，扬声器E1～E3会立即发出声音信号，而扬声器E4～E5会分别延迟播放补偿时间t4～t5才发出声音信号。如此一来，当使用者30坐上电竞座椅100时，其会感受到扬声器E1～E5皆发出同样距离状态的声音信号。
图4为本发明实施例环绕音响组20中扬声器的远场特性和近场特性的示意图。纵轴代表声功率，横轴代表收放音距离(d)与声音信号的频率(f)的乘积，也就是收放音距离(d)与声音信号的波长(λ)的比值。本领域技术人员皆知，声音信号的波长与频率成反比，因此越低的频率其波长越长。当扬声器发出声音信号时，其球形波阵面的形状会随着行经的路径长度而产生变化。收放音距离越长，对声音信号的球形波阵面的形状造成的影响越小。在一临界距离dT下当传输路径的差异不再对球形波阵面的形状产生影响时，小于临界距离dT的范围被定义为近场，而大于临界距离dT的范围则被定义为远场。在远场范围内，声音信号的声压和收放音距离成反向线性变化；在近场范围内，声波会产生干涉，使得声音信号的声压与质点速度不同相，因此其声功率和收放音距离会呈现非线性变化。
如图4所示，针对固定的收放音距离，低频(波长较长)声音信号越容易进入近场范围，而高频(波长较短)声音信号越容易进入远场范围；针对固定的频率，收放音距离越短的声音信号越容易进入近场范围，而收放音距离越长的声音信号越容易进入远场范围。因此，本发明在步骤320中会依据每一扬声器的收放音距离和声音信号的频率来决定相对应的远场增益补偿或近场增益补偿。
图5为本发明实施例中针对固定频率的远场/近场声音信号补偿方式的示意图。纵轴代表声功率，横轴代表收放音距离(d)与声音信号的频率(f)的乘积，也就是收放音距离(d)与声音信号的波长(λ)的比值。为了说明目的，以扬声器E1和E4为例，其中扬声器E1的收放音距离d1为0.5m，扬声器E4的收放音距离d4为0.1m，且参考距离d0＝2m。控制单元30可先求出相关于参考距离d0的参考声功率P0，并依据扬声器的收放音距离和特定频率f0的乘积来判断每一扬声器所发出特定频率f0的声音信号会进入远场范围或近场范围。假设微控制器14判定扬声器E1所发出特定频率f0的声音信号会进入远场范围(d1*f0>dTH*f0)，而扬声器E4所发出特定频率f0的声音信号会进入近场范围(d4*f0<dTH*f0)。接着，本发明控制单元30会指示扬声器E1以一第一声功率P1发送声音信号，其中第一声功率P1的值为参考声功率P0加上一远场补偿增益GFAR(f0,d1)，且远场补偿增益GFAR(f0,d1)的值和(d0-d1)的值呈反向线性变化。同理，本发明控制单元30会指示扬声器E4以一第二声功率P2发送声音信号，其中第二声功率P2的值为参考声功率P0加上一近场补偿增益GNEAR(f0,d4)，且近场补偿增益GNEAR(f0,d4)的值和(d0-d4)的值呈非线性变化。
图6为本发明实施例中针对固定收放音距离下不同频率的声音信号补偿方式的示意图。纵轴代表声功率，横轴代表收放音距离(d)与声音信号的频率(f)的乘积，也就是收放音距离(d)与声音信号的波长(λ)的比值。为了说明目的，以收放音距离d4为0.1m的扬声器E4为例，且参考距离d0＝2m。本发明控制单元30可先求出相关于参考距离d0的参考声功率P0，并依据扬声器的收放音距离和频率的乘积来判断每一扬声器在发出不同频率的声音信号会进入远场范围或近场范围。如前所述，参考距离d0时每一频率声音信号的声功率为固定值，由于收放音距离d4为0.1m的扬声器E4所发出特定频率f1和f2的声音信号会进入近场范围，因此控制单元30会指示扬声器E4以一第三声功率P3发送频率f1的声音信号，其中第三声功率P3的值为参考声功率P0加上一近场补偿增益GNEAR1(f1,d4)，且近场补偿增益GNEAR1(f1,d4)的值和(d0-d4)的值呈非线性变化。同理，控制单元30会指示扬声器E4以一第四声功率P4发送频率f4的声音信号，其中第四声功率P4的值为参考声功率P0加上一近场补偿增益GNEAR2(f2,d4)，且近场补偿增益GNEAR1(f2,d4)的值和(d0-d4)的值呈非线性变化。
综上所述，针对环绕音响组20中扬声器不同配置方式，本发明会依据每一扬声器的收放音距离来决定相对应的补偿时间；针对环绕音响组20中扬声器不同的远场特性和近场特性，本发明会分别决定相对应的远场增益补偿或近场增益补偿。因此，本发明电竞座椅100可在室内环绕音响技术的架构下提供更具临场感的声音体验。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
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