專利名稱：自操控有向揚(yáng)聲裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總體涉及揚(yáng)聲裝置，更具體地，涉及確定聲音傳輸?shù)姆较颉?br> 背景技術(shù)：
聲換能器在將聲音從一種能量形式轉(zhuǎn)換為另一種能量形式時(shí)被使用。例如，麥克風(fēng)被用于將聲音轉(zhuǎn)換為電信號(即，一種聲-電換能器)。這些電信號隨后可以被處理(例如，濾波、放大)并傳輸至一個(gè)或多個(gè)發(fā)聲裝置(以下簡稱為一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲裝置)。這些揚(yáng)聲裝置隨后被用于將經(jīng)處理的電信號轉(zhuǎn)換回聲音(即，一種電-聲換能器)。通常，例如在音樂會(huì)或演講中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置被布置以提供全區(qū)域的音頻覆蓋。換言之，這些揚(yáng)聲裝置被布置為將從一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)所接收到的聲音傳播至整個(gè)指定區(qū)域。因此，該區(qū)域中的每個(gè)人能夠聽到被傳輸?shù)穆曇簟?br>
發(fā)明內(nèi)容
—個(gè)方面提供了一種有向聲音系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該有向聲音系統(tǒng)包括(I)方向傳感器被配置來產(chǎn)生用于確定用戶注意力被指向的方向的數(shù)據(jù)，(2)麥克風(fēng)被配置來生成指示其中所接收的聲音的輸出信號，(3)多個(gè)揚(yáng)聲裝置被配置來將定向聲音信號轉(zhuǎn)換為定向聲音以及(4)聲音處理裝置被配置來與所述方向傳感器、所述麥克風(fēng)和所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置相耦合，所述聲音處理裝置被配置來將所述輸出信號轉(zhuǎn)換為所述定向聲音信號，并使用所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置以傳輸所述定向聲音至與所述方向相關(guān)聯(lián)的空間位置。另一個(gè)方面還提供了一種傳輸聲音至由用戶凝視所確定的空間位置的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括(I)確定與空間位置相關(guān)聯(lián)的用戶視覺注意力的方向，(2)生成指不由麥克風(fēng)接收的聲音的定向聲音信號，(3)利用具有已知相互間相對位置的多個(gè)揚(yáng)聲裝置，將所述定向聲音信號轉(zhuǎn)換為定向聲音以及(4)利用所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置在所述方向傳輸所述定向聲音，以在所述空間位置提供定向聲音。再一個(gè)方面還提供了一種有向通信系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該有向通信系統(tǒng)包括(I)鏡架，(2)方向傳感器位于所述鏡架上并被配置來提供指示佩戴所述鏡架的用戶的視覺注意力方向的數(shù)據(jù)，(3)麥克風(fēng)被配置來生成指示其中所接收的聲音的輸出信號，(4)聲換能器被按陣列布置并被配置來提供指示在所述麥克風(fēng)接收的聲音的輸出信號以及(5)聲音處理裝置被與所述方向傳感器、所述麥克風(fēng)以及所述聲換能器相耦合，所述聲音處理裝置被配置來將所述輸出信號轉(zhuǎn)換為定向聲音信號并利用所述聲換能器將基于所述定向聲音信號的定向聲音傳輸至與所述方向相關(guān)聯(lián)的空間位置。


現(xiàn)參考結(jié)合附圖的以下描述，其中圖IA是指示其身上的不同位置的用戶的高度示意圖，這些位置可以放置根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的有向聲音系統(tǒng)中的裝置；
圖IB是根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的有向聲音系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的高級框圖；圖IC是根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的有向通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的高級框圖；圖2A圖解說明圖IA中的用戶、該用戶的凝視點(diǎn)以及揚(yáng)聲裝置陣列之間的關(guān)系；圖2B圖解說明非接觸式光學(xué)眼動(dòng)追蹤 裝置的一個(gè)實(shí)施例，該眼動(dòng)追蹤裝置可以構(gòu)成圖IA中的有向聲音系統(tǒng)的方向傳感器；圖3圖解說明根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的并具有加速度計(jì)的有向聲音系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖4示出基本平面的二維揚(yáng)聲裝置陣列；圖5示出3個(gè)對應(yīng)聲換能器的3個(gè)輸出信號及其用于確定傳輸延遲的整數(shù)倍延遲，該等傳輸延遲被用于通過聲換能器傳輸定向聲音信號至空間位置來在該空間位置提供延遲相加(delay-and-sum)波束成形；及圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理所實(shí)施的傳輸聲音至空間位置的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，該空間位置由用戶的凝視所確定。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明解決如何將聲音定向至一空間位置(例如，一空間體積)，而非將聲音傳播至整個(gè)區(qū)域。如此，一個(gè)人類發(fā)言者可以將他的聲音選擇性地指向一個(gè)空間位置。因此，一個(gè)發(fā)言者可以選擇性地與另一個(gè)人說話，同時(shí)限制該區(qū)域的其他人能夠聽到他的講話內(nèi)容。在一些實(shí)施例中，該發(fā)言者可以選擇性地越過相當(dāng)?shù)木嚯x與另一個(gè)人說話。如在此所公開的，可操控的揚(yáng)聲裝置陣列可以與方向傳感器組合以對聲音定向。該可操控的揚(yáng)聲裝置陣列可為電子可操控的，甚或機(jī)械可操控的。用戶可以對著麥克風(fēng)講話(或低語)，他的聲音可以被揚(yáng)聲裝置陣列向該用戶正凝視的空間點(diǎn)甚或多個(gè)空間點(diǎn)選擇性地傳輸。這可以被實(shí)施，而無需對該聲音被定向至的一方有任何特殊的設(shè)備要求。聲音可以立體聲地被傳輸至空間點(diǎn)。方向傳感器可以是眼動(dòng)追蹤裝置，例如基于由眼角膜反射的紅外光的非接觸式眼動(dòng)追蹤裝置。納米傳感器可被用于提供緊湊的眼動(dòng)追蹤裝置，其可置于鏡架中。其他類型的方向傳感器，例如頭部追蹤設(shè)備，也可以被使用。揚(yáng)聲裝置陣列需要足夠大(同時(shí)在空間范圍和揚(yáng)聲裝置的數(shù)量這兩方面)，以提供用于定向聲音的期望的角度精度。該揚(yáng)聲裝置陣列可以包括內(nèi)置于用戶衣服的多個(gè)揚(yáng)聲裝置，以及與這些揚(yáng)聲裝置耦合的多個(gè)其他揚(yáng)聲裝置，以增強(qiáng)該用戶的陣列。該等其他揚(yáng)聲裝置可被無線地連接。該等其他揚(yáng)聲裝置可被附著于其他用戶或固定于不同的位置。 聲信號的處理可以實(shí)時(shí)進(jìn)行。在視線傳播情形下，延遲相加波束成形可以被使用。在多路徑情形下，更通用的濾波相加(filter-and-sum)波束成形裝置可能有效。如果用戶正將聲音定向至另一個(gè)人類發(fā)言者，并且如果該另一用戶講話，相互作用將有助于波束成形過程。在一些實(shí)施例中，麥克風(fēng)陣列可以與揚(yáng)聲裝置陣列布置在一起。例如，該麥克風(fēng)陣列可以是專利申請?zhí)枮?2/238，346，名稱為“自操控定向助聽器及其操作方法”，申請人為Thomas L. Marzetta,于2008年9月25日申請的美國專利申請所公開的陣列，并以全部引用的方式被包含于此并在此被稱作馬澤塔(Marzetta)。代替分立的麥克風(fēng)陣列，聲換能器陣列可以被使用，作為麥克風(fēng)和揚(yáng)聲裝置工作。
圖IA為指示其身上的不同位置的用戶100的高度示意圖，根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的有向聲音系統(tǒng)的各裝置可被置于該等位置?？偟膩碚f，如此有向聲音系統(tǒng)包括方向傳感器、麥克風(fēng)、聲音處理裝置和多個(gè)揚(yáng)聲裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，方向傳感器可以與用戶100的頭部的任何部分相關(guān)聯(lián)，如塊IlOa所示。這允許該方向傳感器產(chǎn)生基于用戶100的頭部朝向的頭位信號。在一個(gè)更具體的實(shí)施例中，方向傳感器緊鄰用戶100的一只或兩只眼睛，如塊IlOb所示。這允許該方向傳感器產(chǎn)生基于用戶100的凝視方向的眼位信號。在替代性實(shí)施例中，方向傳感器可以被放置于其他位置，其仍允許該方向傳感器產(chǎn)生基于用戶100的頭部、一只眼睛或兩只眼睛的朝向的信號。定點(diǎn)裝置也可以與方向傳感器一起被使用來指示空間位置。例如，如塊120b所示，用戶100可以使用帶有諸如掃描筆或激光束等方向指示器的方向傳感器，以將手的運(yùn)動(dòng)與指示空間位置的位置信號相關(guān)聯(lián)。該方向指示器可以與該方向傳感器無線通信以指示基于用戶的手所帶來的方向指示器的運(yùn)動(dòng)的空間位置。在一些實(shí)施例中，方向指示器可經(jīng)有線連接與方向傳感器連接。方向傳感器可以被用于指示基于用戶100的頭部位置或凝視點(diǎn)的兩個(gè)或更多空間位置。如此，多個(gè)揚(yáng)聲裝置可以被放置來將聲音同時(shí)傳輸至不同的空間位置中的每一個(gè)。例如，多個(gè)揚(yáng)聲裝置中的一部分可以被放置來將定向聲音傳輸至一個(gè)空間位置，而其他揚(yáng)聲裝置可以被放置來將該定向聲音同時(shí)傳輸至另一或其他空間位置。此外，用戶100所識別的空間位置的大小可基于該用戶的頭部位置或凝視點(diǎn)而變化。例如，用戶100可以通過使其眼睛轉(zhuǎn)圈來指示該空間位置為一個(gè)區(qū)域。因此，多個(gè)揚(yáng)聲裝置可以被定向來傳輸聲音至可容納多人的單個(gè)、連續(xù)的空間位置，而不是用于同時(shí)傳輸?shù)亩鄠€(gè)不同的空間位置。麥克風(fēng)被放置于鄰近用戶100來接收聲音，該聲音將被傳輸至依據(jù)方向傳感器的空間位置。在一個(gè)實(shí)施例中，麥克風(fēng)被放置于鄰近用戶100的嘴巴，如塊120a所示，來捕獲該用戶待傳輸?shù)穆曇?。麥克風(fēng)可以用夾子附著于用戶100所穿著的衣服。在一些實(shí)施例中，麥克風(fēng)可以附著于衣領(lǐng)(例如，襯衣、夾克、運(yùn)動(dòng)衫或披風(fēng))。在其他實(shí)施例中，麥克風(fēng)可以通過連接耳機(jī)或鏡架的支臂被放置于鄰近用戶100的嘴巴。麥克風(fēng)同樣也可以被放置于鄰近用戶100的手臂，如塊120b所示。例如，麥克風(fēng)可以被夾在衣服的袖子上或附著于手鐲上。在此情形下，當(dāng)用戶需要時(shí)，麥克風(fēng)可以鄰近該用戶的嘴巴放置。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置被放置于隔間，該隔間被調(diào)節(jié)尺寸以使其可被放入用戶100的襯衣口袋，如塊130a所示。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置被放置于隔間，該隔間被調(diào)節(jié)尺寸以使其可以被放入用戶100的褲子口袋，如塊130b所示。在另一個(gè)替代性實(shí)施例中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置可以被靠近方向傳感器放置，如塊IlOa或IlOb所示。前述實(shí)施例特別適用于布置為陣列的多個(gè)揚(yáng)聲裝置。然而，多個(gè)揚(yáng)聲裝置無須按此布置。因此，在另一個(gè)替代性實(shí)施例中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置被分布于用戶100身上的兩個(gè)或多個(gè)位置，包括但不限于那些由塊110a、110b、130a、130b所指示的位置。在又一個(gè)替代性實(shí)施例中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置中的一個(gè)或多個(gè)未被放置于用戶100的身上(即多個(gè)揚(yáng)聲裝置被放置于遠(yuǎn)離該 用戶)，而是在該用戶100的周圍，或許在該用戶100所在房間內(nèi)的固定位置。多個(gè)揚(yáng)聲裝置中的一個(gè)或多個(gè)也可以被放置于該用戶100周圍的其他人身上，并與該有向聲音系統(tǒng)中的其他裝置無線耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，聲音處理裝置被放置于隔間，該隔間被調(diào)節(jié)尺寸以使其可被放入用戶100的襯衣口袋，如塊130a所示。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，聲音處理裝置可以被放置于隔間，該隔間被調(diào)節(jié)尺寸以使其可被放入用戶100的褲子口袋，如塊130b所示。在另一個(gè)替代性實(shí)施例中，聲音處理裝置可以被放置于鄰近方向傳感器，如塊IlOa或IlOb所示。在再一個(gè)替代性實(shí)施例中，聲音處理裝置的部件可以分布于用戶100身上的兩個(gè)或多個(gè)位置，包括但不限于那些由塊110a、110b、130a、130b所指示的位置。在還一個(gè)替代性實(shí)施例中，聲音處理裝置可以與方向傳感器布置在一起，連同麥克風(fēng)或多個(gè)揚(yáng)聲裝置中的一個(gè)或多個(gè)一起。圖IB為根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的有向聲音系統(tǒng)140的一個(gè)實(shí)施例的高級框圖。該有向聲音系統(tǒng)140包括麥克風(fēng)141、聲音處理裝置143、方向傳感器145和多個(gè)揚(yáng)聲裝置147。麥克風(fēng)141被配置來提供基于所接收的聲信號的輸出信號，該聲信號在圖IB中被 稱為“原始聲音”。原始聲音通常包括用戶的聲音。在一些實(shí)施例中，多個(gè)麥克風(fēng)可以被使用以從用戶接收原始聲音。在一些實(shí)施例中，原始聲音可以來自錄音，或者可經(jīng)麥克風(fēng)141中繼自其他聲源，而不是用戶。例如，射頻收發(fā)裝置可以被使用來接收原始聲音，該原始聲音作為從麥克風(fēng)獲得的輸出信號的基礎(chǔ)。聲音處理裝置143有線或無線地與麥克風(fēng)141和多個(gè)揚(yáng)聲裝置147耦合。聲音處理裝置143可以是包括存儲器的計(jì)算機(jī)，該存儲器具有啟動(dòng)后指引其操作的一系列操作指令。聲音處理裝置143被配置來將自麥克風(fēng)141接收的輸出信號處理和定向輸出至多個(gè)揚(yáng)聲裝置147。多個(gè)揚(yáng)聲裝置147被配置來將來自聲音處理裝置143的經(jīng)處理的輸出信號(也即，定向聲音信號)轉(zhuǎn)換為定向聲音，并將該定向聲音傳輸至基于聲音處理裝置143自方向傳感器145接收的方向的空間點(diǎn)。為了在空間點(diǎn)提供期望的聲音,定向聲音信號可隨每一個(gè)特定的揚(yáng)聲裝置而變。例如，定向聲音信號可基于傳輸延遲而變，以允許在該空間點(diǎn)波束成形。定向聲音信號也可以在更高的頻段被傳輸，并在該空間點(diǎn)的接收器降回至聲音頻段。例如，甚至可以使用超聲波頻段。采用聲音頻移可以通過使用更小的揚(yáng)聲裝置陣列提供更好的定向性，以及可能更強(qiáng)的私密性。為了增加更多的私密性，頻移可以按照隨機(jī)跳頻模式。當(dāng)采用頻移時(shí)，在該空間點(diǎn)接收定向聲音信號的人可以使用特殊接收器，該特殊接收器被配置來接收被傳輸?shù)男盘柌⒃撔盘柦殿l至基帶。定向聲音信號也可以變化以允許在該空間點(diǎn)的立體聲。為了提供立體聲，多個(gè)揚(yáng)聲裝置可以被劃分多個(gè)左揚(yáng)聲裝置和多個(gè)右揚(yáng)聲裝置，每組揚(yáng)聲裝置接收不同的定向聲音信號以在空間點(diǎn)提供立體聲?？商鎿Q地，整個(gè)揚(yáng)聲裝置陣列可以被兩組定向聲音信號的疊加同時(shí)驅(qū)動(dòng)。聲音處理裝置143利用所接收的方向、多個(gè)揚(yáng)聲裝置147中已知的相互間相對位置以及多個(gè)揚(yáng)聲裝置147的朝向,來為多個(gè)揚(yáng)聲裝置147中的每個(gè)揚(yáng)聲裝置定向以傳輸定向聲音至空間點(diǎn)。多個(gè)揚(yáng)聲裝置147被配置來提供定向聲音,該定向聲音基于所接收的聲音信號(即，圖IB中的原始聲音)并依據(jù)由聲音處理裝置143提供的定向信號。該定向信號基于方向傳感器145提供的方向，并可隨多個(gè)揚(yáng)聲裝置147中的每個(gè)揚(yáng)聲裝置而變。方向傳感器145被配置來通過確定用戶注意力的指向來確定方向。因此,如圖IB所示，方向傳感器145可以接收頭部方向的指示、眼睛方向的指示或其兩者。聲音處理裝置143被配置來基于所確定的方向?yàn)槎鄠€(gè)揚(yáng)聲裝置147中的每個(gè)揚(yáng)聲裝置生成定向信號。如果用戶指示了多個(gè)方向，聲音處理裝置143可以為多個(gè)揚(yáng)聲裝置147生成定向信號，以同時(shí)傳輸定向聲音至用戶所指示的多個(gè)方向。圖I C示出根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)成的有向通信系統(tǒng)150的一個(gè)實(shí)施例的框圖。該有向通信系統(tǒng)150包括多個(gè)裝置，這些裝置可以被包括于圖IB中的有向聲音系統(tǒng)140。這些對應(yīng)裝置具有相同的附圖標(biāo)記。此外，該有向通信系統(tǒng)150包括多個(gè)聲換能器151、一個(gè)控制器153和一個(gè)揚(yáng)聲裝置155。有向通信系統(tǒng)150通過提供定向聲音至空間位置以及自該空間位置接收增強(qiáng)的聲音來允許增強(qiáng)的通信。多個(gè)聲換能器151被配置來作為多個(gè)麥克風(fēng)和多個(gè)揚(yáng)聲裝置工作。多個(gè)聲換能器151可以是陣列，例如圖2A和圖4中的揚(yáng)聲裝置陣列230，或馬澤塔(Marzetta)中所公開的麥克風(fēng)陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)聲換能器151可以是相交錯(cuò)的揚(yáng)聲裝置陣列和麥克風(fēng)陣列?？刂破?53被配置來控制聲換能器151作為麥克風(fēng)或揚(yáng)聲裝置工作?？刂破?53與聲音處理裝置143及多個(gè)聲換能器151相耦合。聲音處理裝置143可以被配置來，根據(jù)接收自控制器153的控制信號處理傳輸至多個(gè)聲換能器151的信號或接收自多個(gè)聲換能器151的信號?？刂破?53可以是開關(guān)，例如按鈕開關(guān)，該開關(guān)可以由用戶控制以在傳輸聲音至空間位置或接收聲音自空間位置之間切換。在一些實(shí)施例中，該開關(guān)可以基于由方向傳感器145所感知的用戶頭部或眼睛運(yùn)動(dòng)來操作。如圖IC中的虛線框所不，在一些實(shí)施例中，控制器可以被包括在聲音處理裝置143中?？刂破?53也可以由用戶使用來指示多個(gè)空間位置。揚(yáng)聲裝置155無線或有線地與聲音處理裝置143耦合。揚(yáng)聲裝置155被配置來將由聲音處理裝置143生成的增強(qiáng)的聲音信號轉(zhuǎn)換為馬澤塔(Marzetta)中所公開的增強(qiáng)的聲音。圖2A圖解說明了圖IA中的用戶100、凝視點(diǎn)220以及揚(yáng)聲裝置陣列230之間的關(guān)系，其中圖2A將揚(yáng)聲裝置陣列230示為周期性陣列(其中，大體等距地將揚(yáng)聲裝置230a至230η相間隔)。揚(yáng)聲裝置陣列230可以是如圖IB所示的多個(gè)揚(yáng)聲裝置147或圖IC所示的多個(gè)聲換能器151。圖2Α示出圖IA中用戶100的頭部210的俯視圖。頭部210包括未標(biāo)記出的眼睛和耳朵。未標(biāo)記出的箭頭自頭部210指向凝視點(diǎn)220，該凝視點(diǎn)為空間位置。例如，凝視點(diǎn)220可以是同該用戶進(jìn)行談話的人或該用戶希望的講話對象。未標(biāo)記出的聲波自揚(yáng)聲裝置陣列230發(fā)射至凝視點(diǎn)220，代表指向凝視點(diǎn)220的聲能(聲音)。揚(yáng)聲裝置陣列230包括多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a、230b、230c、230d... 230η。揚(yáng)聲裝置陣列230可以為一維(大致線性)陣列，二維(大致平面)陣列，三維(空間)陣列或任何其他配置。延遲，也被稱為傳輸延遲，可以與揚(yáng)聲裝置陣列230中的每一個(gè)揚(yáng)聲裝置相關(guān)聯(lián)，以控制聲波何時(shí)被發(fā)送。通過控制聲波何時(shí)被發(fā)送，多個(gè)聲波能夠同時(shí)到達(dá)凝視點(diǎn)220。因此，聲波的總和將被在凝視點(diǎn)220的用戶所感知，以提供增強(qiáng)的聲音。聲音處理裝置，例如圖IB中的聲音處理裝置143，可以為揚(yáng)聲裝置陣列230中的每個(gè)揚(yáng)聲裝置提供必要的傳輸延遲，以支持在凝視點(diǎn)220的增強(qiáng)聲音。聲音處理裝置143可以利用來自方向傳感器145的方向信息來為揚(yáng)聲裝置陣列230中的每個(gè)揚(yáng)聲裝置確定合適的傳輸延遲。夾角Θ和φ (見圖2Α和圖4)隔離了直線240和直線250，直線240與揚(yáng)聲裝置陣列230的邊線或平面垂直，直線250指示凝視點(diǎn)220和揚(yáng)聲裝置陣列230之間的方向。假設(shè)揚(yáng)聲裝置陣列230的朝向已知(或許通過將他們相對于圖IB中的方向傳感器145固定)。圖IB中的方向傳感器145確定直線250的方向。隨后直線250可知。因此，夾角Θ和φ可被確定。來自多個(gè)揚(yáng)聲裝置230&、23013、230(3、230(1...23011的定向聲音可基于夾角Θ和Φ被疊加，以在凝視點(diǎn)220產(chǎn)生增強(qiáng)的聲音。
在一個(gè)替代性實(shí)施例中，揚(yáng)聲裝置陣列230的朝向是利用輔助方向傳感器(未出)確定的，該輔助方向傳感器可以包括位置傳感器、加速度計(jì)或其他現(xiàn)有的或后續(xù)發(fā)現(xiàn)的朝向感知裝置。圖2Β圖解說明了非接觸式光學(xué)眼動(dòng)追蹤裝置的一個(gè)實(shí)施例，該眼動(dòng)追蹤裝置可以構(gòu)成圖IB中的有向聲音系統(tǒng)或圖IC中的有向通信系統(tǒng)的方向傳感器145。眼動(dòng)追蹤裝置利用相對眼睛280的角膜282產(chǎn)生的角膜反射。光源290，其可以是低功率激光，產(chǎn)生由角膜282反射的光，并作用于光傳感器295，該光傳感器位于與眼睛280的凝視(角位置)相關(guān)的位置。光傳感器295，其可以是電荷耦合器件的陣列，產(chǎn)生與該凝視相關(guān)的輸出信號。當(dāng)然，其他眼動(dòng)追蹤技術(shù)存在并落入本發(fā)明的寬廣范圍。此等技術(shù)包括接觸式技術(shù)，包括那些采用帶有嵌入鏡或磁場傳感器的特殊接觸式鏡片的技術(shù)，或其他非接觸式技術(shù)，包括那些通過放置于眼睛附近的接觸電極來測量電位的技術(shù)，其中最常見的是眼電圖(EOG)。圖3圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成的有向聲音系統(tǒng)300的一個(gè)實(shí)施例,該有向聲音系統(tǒng)具有加速度計(jì)310。頭部位置檢測可以被使用以替代眼動(dòng)追蹤或與眼動(dòng)追蹤一起使用。例如，頭部位置追蹤可以通過現(xiàn)有的或?qū)⒂械慕俏恢脗鞲衅骰蚣铀俣扔?jì)來實(shí)現(xiàn)。圖3中，加速度計(jì)310被包含于鏡架320或與其耦合。多個(gè)揚(yáng)聲裝置330，或至少揚(yáng)聲裝置陣列的一部分，同樣可以被包含于鏡架320或與其耦合。內(nèi)嵌于鏡架320或置于其上的導(dǎo)體(未示出)將加速度計(jì)310與多個(gè)揚(yáng)聲裝置330耦合。圖IB中的聲音處理裝置143同樣可以被包含于鏡架320或與其耦合，如框340所示。聲音處理裝置340可以有線方式與加速度計(jì)310及多個(gè)揚(yáng)聲裝置330耦合。在圖3所示的實(shí)施例中，支臂350將麥克風(fēng)360與鏡架320耦合。支臂350可以包括現(xiàn)有的、被用來將麥克風(fēng)耦合至鏡架320或耳機(jī)的支臂。麥克風(fēng)360也可以包括現(xiàn)有設(shè)備。支臂350可以包括引線，其連接麥克風(fēng)360與聲音處理裝置340。在另一個(gè)實(shí)施例中，麥克風(fēng)360可以通過無線連接與聲音處理裝置340電耦合。圖4圖解說明了一個(gè)基本平面的、規(guī)整的二維mXn揚(yáng)聲裝置陣列230。該陣列中的各揚(yáng)聲裝置被標(biāo)記為230a-l，…，230m-n，并被按中心以水平距離h和垂直距離v相分隔。多個(gè)揚(yáng)聲裝置230可以被視為如下所示的聲換能器。在圖4所示的實(shí)施例中，h和V是不相等的。在一個(gè)替代性的實(shí)施例中，h = V。假設(shè)來自聲音處理裝置143的聲能將被定向至圖2A中的凝視點(diǎn)220，用于為被傳遞至凝視點(diǎn)220的聲音定向的技術(shù)的實(shí)施例將被描述。該技術(shù)描述了為揚(yáng)聲裝置230a_l, ···, 230m_n中每一個(gè)確定相對時(shí)延(即傳輸延遲)，以支持在凝視點(diǎn)220的波束成形。傳輸延遲的確定可以在聲音處理裝置143的校準(zhǔn)模式下進(jìn)行。在圖4所示的實(shí)施例中，由于多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a_l，…，230m_n被按中心以已知的水平距離和垂直距離分隔，他們的相對位置是已知的。在一個(gè)替代性的實(shí)施例中，多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n的相對位置可以通過利用鄰近凝視點(diǎn)220的聲源來確定。多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n也可以被用作麥克風(fēng)來監(jiān)聽聲源，并且聲音處理裝置143可以基于多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n相互間的相對位置獲得來自其中每一個(gè)的聲源的延遲版本。聲音處理裝置143隨后可以為多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m_n中的每一個(gè)確定傳輸延遲。開關(guān)，例如控制器153，可以由用戶操作來配置聲音處理裝置143接收來自多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a_l,…，230m_n的聲源以用于確定傳輸延遲。此外,如馬澤塔(Marzetta)所公開的麥克風(fēng)陣列可以與揚(yáng)聲裝置陣列230相交錯(cuò)。在另一個(gè)實(shí)施例中，聲音處理裝置143可以啟動(dòng)校準(zhǔn)模式,來通過利用多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n中之一傳輸聲信號至凝視點(diǎn)220為多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n中的每一個(gè)確定相對該凝視點(diǎn)的傳輸延遲。其他剩余的揚(yáng)聲裝置可以被用作麥克風(fēng)來接收被傳輸?shù)穆曅盘柕姆瓷?。聲音處理裝置143隨后可以依據(jù)由剩余揚(yáng)聲裝置230a-l,…，230m-n所接收的反射聲信號來確定傳輸延遲。該過程可以被重復(fù)，以用于揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n中的多個(gè)。由于物體干擾，對所接收的反射聲信號的處理，例如濾波，可能是必要的。
校準(zhǔn)模式可以通過利用多個(gè)揚(yáng)聲裝置(被用作麥克風(fēng))捕獲聲能并確定聲能相對每個(gè)揚(yáng)聲裝置被延遲的長短，使聲能從已知位置發(fā)射或確定發(fā)射聲能的位置(可能通過攝像頭)。因而，正確的傳輸延遲可被確定。該實(shí)施例尤其有用，當(dāng)多個(gè)揚(yáng)聲裝置的位置為非周期性的(即，非規(guī)則的)、任意的、變化的或未知的。在額外的實(shí)施例中，多個(gè)無線揚(yáng)聲裝置可以被使用以替代多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n，或與其一起被使用。圖5不出根據(jù)本發(fā)明的原理為多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a_l,…，230m_n校準(zhǔn)傳輸延遲的實(shí)施例。對于以下討論，多個(gè)揚(yáng)聲裝置230a-l，…，230m-n可以被視為聲換能器陣列，并可根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用被稱為多個(gè)麥克風(fēng)或多個(gè)揚(yáng)聲裝置。圖5示出3個(gè)對應(yīng)聲換能器230a-l、230a-2、230a-3(作為麥克風(fēng)操作)所對應(yīng)的3個(gè)輸出信號及其整數(shù)延遲(也即，相對延遲倍數(shù))。此外，相對于作為揚(yáng)聲裝置的多個(gè)聲換能器，在凝視點(diǎn)220執(zhí)行的延遲相加波束成形，也被示出。為了便于展示，輸出信號中僅特殊瞬態(tài)被示出，并被理想化為具有固定寬度和單位高度的矩形。該3個(gè)輸出信號被分入組510和520。這些信號，當(dāng)由聲換能器230a-l、230a-2、230a-3接收時(shí)，被包括于組510并被標(biāo)記為510a、510b、510c。這些信號，在確定傳輸延遲并被傳輸至凝視點(diǎn)220后，被包括于組520并被標(biāo)記為520a、520b、520c。530隨后代表定向聲音，其利用傳輸延遲由聲換能器230a-l、230a-2、230a-3傳輸至指定空間位置(例如，凝視點(diǎn)220)。通過為聲換能器230a-l、230a-2、230a-3中的每一個(gè)提供合適的延遲，這些信號在該指定空間位置被疊加，以產(chǎn)生一個(gè)單一的增強(qiáng)聲音。信號510a包括代表自第一個(gè)源接收的聲能的瞬態(tài)540a，代表自第二個(gè)源接收的聲能的瞬態(tài)540b，代表自第三個(gè)源接收的聲能的瞬態(tài)540c，代表自第四個(gè)源接收的聲能的瞬態(tài)540d，以及代表自第五個(gè)源接收的聲能的瞬態(tài)540e。信號510b也包括代表源自第一個(gè)、第二個(gè)、第三個(gè)、第四個(gè)和第五個(gè)源的聲能的瞬態(tài)(其中最后一個(gè)太晚發(fā)生而未落入圖5的時(shí)域范圍)。同樣地，信號510c包括代表源自第一個(gè)、第二個(gè)、第三個(gè)、第四個(gè)和第五個(gè)源的聲能的瞬態(tài)(同樣，最后一個(gè)落在圖5之外)。盡管圖5并未示出，但可以看出，例如，恒定延遲將在第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)輸出信號510a、510b、510c中出現(xiàn)的瞬態(tài)540a相分隔。同樣地,一個(gè)不同但仍恒定的延遲將在第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)輸出信號510a、510b、510c出現(xiàn)的瞬態(tài)540b相分隔。對于剩余的瞬態(tài)540c、540d、540e，同樣如此。這是由來自不同源的聲能在不同但相關(guān)的時(shí)刻作用于聲換能器230a-l、230a-2、230a-3這一事實(shí)所帶來的后果，該時(shí)刻與聲能被接收的方向相關(guān)。聲音處理裝置的一個(gè)實(shí)施例利用了該現(xiàn)象，其通過根據(jù)所確定的相對時(shí)間延遲來延遲將由多個(gè)聲換能器230a-l, 230a-2, 230a-3中每一個(gè)傳輸?shù)妮敵鲂盘?。用于多個(gè)聲換能器230a-l, 230a-2, 230a_3中每一個(gè)的傳輸延遲基于自方向傳感器接收的輸出信號，即延遲所基于的夾角Θ的指示。以下等式描述了延遲與麥克風(fēng)中繼的水平及垂直距離間的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種有向聲音系統(tǒng)，包括 方向傳感器被配置來產(chǎn)生用于確定用戶注意力被指向的方向的數(shù)據(jù)； 麥克風(fēng)被配置來生成指示其中所接收的聲音的輸出信號； 多個(gè)揚(yáng)聲裝置被配置來將定向聲音信號轉(zhuǎn)換為定向聲音；及 聲音處理裝置被配置來與所述方向傳感器、所述麥克風(fēng)和所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置相耦合，所述聲音處理裝置被配置來將所述輸出信號轉(zhuǎn)換為所 述定向聲音信號，并使用所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置以傳輸所述定向聲音至與所述方向相關(guān)聯(lián)的空間位置。
2.如權(quán)利要求I所述的有向聲音系統(tǒng)，其中所述方向傳感器包括眼動(dòng)追蹤裝置，該眼動(dòng)追蹤裝置被配置來提供指示所述用戶的凝視方向的眼位信號。
3.如權(quán)利要求I所述的有向聲音系統(tǒng)，其中所述方向傳感器包括加速度計(jì)，該加速度計(jì)被配置來提供指示所述用戶的頭部運(yùn)動(dòng)的信號。
4.如權(quán)利要求I所述的有向聲音系統(tǒng)，其中所述聲音處理裝置被配置來根據(jù)延遲的整數(shù)倍將傳輸延遲應(yīng)用于所述輸出信號，該延遲基于所述用戶的凝視方向與垂直于所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置的直線之間的夾角。
5.如權(quán)利要求4所述的有向聲音系統(tǒng)，其中對于所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置中的每個(gè)揚(yáng)聲裝置，所述傳輸延遲基于所述每個(gè)揚(yáng)聲裝置與所述空間位置之間的距離而變化。
6.如權(quán)利要求I所述的有向聲音系統(tǒng)，其中所述方向傳感器、所述麥克風(fēng)以及所述聲音處理裝置被包含于鏡架。
7.如權(quán)利要求I所述的有向聲音系統(tǒng)，其中所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置的至少部分被無線耦合至所述聲音處理裝置并被布置得遠(yuǎn)離所述用戶。
8.如權(quán)利要求I所述的有向聲音系統(tǒng)，其中所述方向傳感器還被配置來產(chǎn)生用于確定用戶注意力被指向的多個(gè)方向的數(shù)據(jù)，以及所述聲音處理裝置還被配置來利用所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置將所述定向聲音同時(shí)傳輸至與所述多個(gè)方向相關(guān)聯(lián)的多個(gè)空間位置。
9.一種傳輸聲音至由用戶凝視所確定的空間位置的方法，包括 確定與空間位置相關(guān)聯(lián)的用戶視覺注意力的方向； 生成指不由麥克風(fēng)接收的聲音的定向聲音信號； 利用具有已知相互間相對位置的多個(gè)揚(yáng)聲裝置，將所述定向聲音信號轉(zhuǎn)換為定向聲音；及 利用所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置在所述方向傳輸所述定向聲音，以在所述空間位置提供定向聲曰
10.一種有向通信系統(tǒng)，包括 鏡架； 方向傳感器位于所述鏡架上并被配置來提供指示佩戴所述鏡架的用戶的視覺注意力方向的數(shù)據(jù)； 麥克風(fēng)被配置來生成指示其中所接收的聲音的輸出信號； 聲換能器被按陣列布置并被配置來提供指示在所述麥克風(fēng)接收的聲音的輸出信號；及 聲音處理裝置被與所述方向傳感器、所述麥克風(fēng)以及所述聲換能器相耦合，所述聲音處理裝置被配置來將所述輸出信號轉(zhuǎn)換為定向聲音信號并利用所述聲換能器將基于所述定向聲音信號的定向聲音傳輸至與所述方向相關(guān)聯(lián)的空間位置。
全文摘要
有向聲音系統(tǒng)、傳輸聲音至由用戶凝視所確定的空間位置的方法以及有向通信系統(tǒng)被提供。在一個(gè)實(shí)施例中，該有向聲音系統(tǒng)包括(1)方向傳感器被配置來產(chǎn)生用于確定用戶注意力被指向的方向的數(shù)據(jù)，(2)麥克風(fēng)被配置來生成指示其中所接收的聲音的輸出信號，(3)多個(gè)揚(yáng)聲裝置被配置來將定向聲音信號轉(zhuǎn)換為定向聲音以及(4)聲音處理裝置被配置來與所述方向傳感器、所述麥克風(fēng)和所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置相耦合，所述聲音處理裝置被配置來將所述輸出信號轉(zhuǎn)換為所述定向聲音信號，并使用所述多個(gè)揚(yáng)聲裝置以傳輸所述定向聲音至與所述方向相關(guān)聯(lián)的空間位置。
文檔編號H04R3/12GK102640517SQ201080049966
公開日2012年8月15日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者托馬斯·L·馬澤塔, 斯坦利·周 申請人:阿爾卡特朗訊