CN101682807A - 包括换能器组件的波束成形系统 - Google Patents

Abstract

波束成形系统(ASY)包括由多个换能器模块(TM1，TM2，TM3)构成的模块化换能器组件(MTA)。换能器模块包括多个具有不同几何指向的接口。接口允许把所述换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块。在侦测阶段中，所述波束成形系统识别出存在于所述模块化换能器组件(MTA)中的各换能器模块。所述波束成形系统还识别出所述各换能器模块以其为依据彼此物理地耦合的结构。在配置阶段中，所述波束成形系统基于在所述侦测阶段中获得的标识数据以及所期望的定向响应型式来定义所述各换能器模块之间的信号关系。

Description

包括换能器组件的波束成形系统

技术领域

本发明的一方面涉及一种包括换能器组件的波束成形系统。所述波束成形系统例如可以具有音频系统的形式，其包括多个扬声器，所述扬声器在一个或多个特定方向上辐射声能。本发明的其他方面涉及一种换能器模块、一种操作波束成形系统的方法以及一种计算机程序产品。

背景技术

波束成形是一种允许借助于多个换能器实现特定的定向响应型式的技术。在发射模式下，波束成形允许在将要于其中发送信号的特定方向上集束辐射功率。也就是说，波束成形允许发射器具有所期望的定向辐射型式。相反，在接收模式下，波束成形允许在所期望的信号于其中到达的特定方向上获得最大灵敏度。也就是说，波束成形允许接收器具有所期望的定向灵敏度型式。波束成形可以被视为空间过滤。波束成形例如可以对声波和任何波长的无线电波进行。声学波束成形可能涉及到扬声器或麦克风或全部二者的阵列。无线电波束成形可能涉及到天线阵列。

一般来说，波束成形涉及到形成波束成形系统的一部分的各换能器之间的特定信号关系。换能器在所述波束成形系统内具有特定几何位置。实现特定的定向响应型式所需要的特定信号关系取决于对应的换能器所具有的对应几何位置。适当编程的处理器可以在以下输入数据的基础上计算所需要的特定信号关系：所期望的特定定向响应型式以及对应的换能器的对应几何位置。所述适当编程的处理器还可以考虑到对应的换能器的对应特性。通常通过提供对应于每一个单独换能器的特定转移函数来定义所述特定信号关系。在这种情况下，所述适当编程的处理器计算对应的换能器的对应转移函数。

美国专利申请公开号US 2005/0175190A1公开了一种包括存储器的自描述麦克风阵列，所述存储器包含设备描述。所述设备描述包括定义所述麦克风阵列的操作特性和配置的参数化信息。一旦连接之后，所述麦克风阵列就将其设备描述提供给计算设备。驻留在所述计算设备内的声音处理软件随后被自动配置成与由所述麦克风阵列提供的一个或多个音频信号进行适当交互。所述麦克风阵列可以执行自校准，以便自动更新设备描述。在连接到所述计算设备后执行所述自校准，或者以规则的或用户指定的间隔执行所述自校准。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可以按照成本高效的方式定制的波束成形系统。独立权利要求限定本发明的各方面。从属权利要求限定用于有利地实施本发明的附加特征。

本发明考虑到以下几点。特定应用在换能器数目方面以及在结构方面可能需要特定的换能器组件。举例来说，一种特定应用可能需要被设置在H形结构中的7个换能器。另一种特定应用可能需要被设置成3x3的换能器正方形的9个换能器。对于给定应用可以测试许多不同的换能器组件。

在原理上有可能针对多种不同应用设计并制造多种换能器组件。对于每一个换能器组件可以建立设备描述并且将其存储在存储器中，类似于在上面提到的现有技术中所描述的那样。但是在所述多种换能器组件当中可能不包括足够适用于特定应用的任何种类。在这种情况下，必须针对该特定应用设计并制造新的换能器组件。这种做法的代价相对较高。还有可能发生的情况是事先不知道哪一种换能器组件最适用于特定应用。在这种情况下，需要有几种换能器组件可供测试。这种做法通常来说比较麻烦，并且因此代价相对较高。

根据本发明，一种波束成形系统包括由多个换能器模块构成的模块化换能器组件。换能器模块包括多个接口，所述接口具有不同的几何指向。接口允许所述换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块。在侦测阶段中，所述波束成形系统识别出存在于所述模块化换能器组件中的各换能器模块。所述波束成形系统进一步识别出所述各换能器模块以其为依据彼此物理地耦合的结构。在配置阶段中，所述波束成形系统基于在所述侦测阶段中获得的标识数据以及所期望的定向响应型式确定各换能器模块之间的信号关系。

相应地，本发明允许通过适当地组装各换能器模块针对特定应用建立定制换能器组件。可以利用给定的换能器模块集合建立具有不同结构的多种换能器组件。此外，通过添加或去除换能器模块可以很容易地修整给定的换能器组件。很重要的是，根据本发明的波束成形系统自动识别出存在于一个换能器组件中的各换能器模块并且识别出其结构。所述波束成形系统可以从该信息中导出对应的换能器的对应几何位置。所述波束成形系统因此可以自动定义对应的换能器之间的信号关系，从而提供所期望的定向响应型式。与现有技术不同，不需要设计并制造其中每一个单独的换能器组件都携带设备描述的多种不同的换能器组件。出于上述原因，本发明允许实现可以按照成本高效的方式定制的波束成形系统。

本发明的一种实现方式有利地包括以下附加特征当中的一项或多项，在对应于各个从属权利要求的单独段落中描述了所述附加特征。

换能器模块的接口优选地包括耦合元件，通过所述耦合元件该换能器模块可以与另一个换能器模块建立数据链接。

换能器模块优选地包括用于存储模块标识符的寄存器，所述标识符在所述模块化换能器组件内唯一地标识该换能器模块。

所述换能器模块优选地通过与接口标识符相关联的接口把所述标识符传送到相邻换能器模块，所述标识符标识由其将所述标识符传送到所述相邻换能器模块的接口。所述相邻换能器模块优选地识别出由其接收到所述标识符的接口。

波束成形系统优选地包括将令牌注入到所述模块化换能器组件中的驱动器。换能器模块检测到所述令牌，并且作为响应提供与一个接口标识符以及另一个接口标识符相关联的所述唯一模块标识符，其中所述一个接口标识符标识由其接收到所述令牌的接口，所述另一个接口标识符标识所述令牌将由其离开所述换能器模块的接口。

驱动器优选地在所述令牌中包括标识号，该标识号具有初始值。所述换能器模块优选地根据当所述令牌到达该换能器模块时存在于该令牌中的标识号来建立唯一标识符，并且在所述令牌离开该换能器模块之前修改该令牌中的标识号。

换能器模块可以优选地将接口置于以下模式的其中之一：接收模式、传送模式以及停用模式。

换能器模块的接口优选地包括一对磁耦合元件以用于把该换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块，所述另一个换能器模块同样配备有一对磁耦合元件。相应地，所述一个和另一个换能器模块通过磁吸引彼此物理地耦合。

换能器模块优选地把通过所述磁耦合元件对接收到的供电功率传输到形成该换能器模块的另一个接口的一部分的另一对磁耦合元件。

下面将参照附图详细描述本发明及其附加特征。

附图说明

图1是示出了音频呈现系统的方框图，其包括具有多个扬声器的模块化换能器组件。

图2是示出了形成所述模块化换能器组件的一部分的换能器模块的图示。

图3是示出了换能器模块的方框图。

图4A和4B是示出了在所述音频呈现系统中实施的一系列步骤的流程图。

图5A、5B和5C是示出了在换能器模块中实施的一系列步骤的流程图。

具体实施方式

图1示出了音频呈现系统ASY。所述音频呈现系统ASY包括音频源ASC、音频驱动器DRV、遥控设备RCD以及模块化换能器组件MTA。所述模块化换能器组件MTA通过电力和数据链接PDL耦合到所述音频驱动器DRV。所述模块化换能器组件MTA由多个换能器模块构成，所述换能器模块可以按照多种不同方式耦合在一起。

图1示出了一个基本实例，其中3个换能器模块TM1、TM2、TM3耦合在一起，从而形成一个阵列。每一个换能器模块包括至少一个扬声器。举例来说，如果每一个换能器模块包括单个扬声器，则所述模块化换能器组件MTA提供3个扬声器的阵列。还应当注意到，图1为了简单起见仅仅示出了单个模块化换能器组件。所述音频呈现系统ASY实际上可以包括两个模块化换能器组件以用于立体声再现。在环绕声再现的情况下，甚至可以有更多的模块化换能器组件。

所述音频呈现系统ASY基本上如下操作。用户可以通过所述遥控设备RCD选择特定的音频呈现简档。用户选择的该特定的音频呈现简档可以要求所述模块化换能器组件MTA根据特定的定向辐射型式发射声能。举例来说，所述特定的定向辐射型式可以使得基本上在一个特定方向上发射声能。这常常被称作波束成形。

音频驱动器DRV对每一个换能器模块进行配置，从而使得所述模块化换能器组件MTA提供感兴趣的特定定向辐射型式。在下文中将更加详细地对此进行解释。一旦对所述模块化换能器组件MTA进行了配置之后，所述音频驱动器DRV就对由所述音频源ASC所提供的音频信号AS进行处理，从而通过所述电力和数据链接PDL把经过处理的音频信号施加到所述模块化换能器组件MTA。作为响应，所述模块化换能器组件MTA产生根据所述感兴趣的特定定向辐射型式被发射的声学信号。

图2示出了换能器模块TM的视图，其可以代表图1中所示出的3个换能器模块当中的每一个。所述换能器模块TM例如具有矩形框的形式。所述换能器模块TM包括4个接口IF1、IF2、IF3、IF4、节点处理器NP以及扬声器LO。每一个接口对应于所述矩形框的特定侧。每一个接口单独耦合到所述节点处理器NP。每一个接口包括一对磁耦合元件和电容性耦合元件。举例来说，图2中示出了：接口IF1包括一对磁耦合元件MC11、MC12和电容性耦合元件CC1。

所述换能器模块TM具有给定的标准规格。所述扬声器LO在所述换能器模块TM内具有给定的几何位置。举例来说，所述扬声器LO可以位于所述换能器模块TM的中心处。相应地，如果所述换能器模块TM耦合到完全相同类型的另一个换能器模块，则可以基于完全相同的对应的换能器模块的所述给定标准规格来确定扬声器距离。

上述内容在所述换能器模块TM耦合到具有不同标准规格的不同类型的另一个换能器模块的情况下同样适用。能够根据可以是不相同的对应的换能器模块的对应标准规格来确定所述扬声器距离。换能器模块也可以包括多个扬声器，其中的每一个扬声器在该换能器模块内具有给定的几何位置。基于所述换能器模块耦合到另一个换能器模块的信息以及给定所述扬声器在所述一个和另一个换能器模块内的对应几何位置，可以按照类似方式确定扬声器距离。

接口的磁耦合元件对允许所述换能器模块TM物理地耦合到另一个换能器模块。为此，把所述换能器模块TM的接口与另一个换能器模块的接口配准。所述磁耦合元件对当中的具有给定极性的一个磁耦合元件面对另一个换能器模块的相反极性的磁耦合元件。类似地，所述磁耦合元件对当中的另一个磁耦合元件面对另一个换能器模块的相反极性的另一个磁耦合元件。相应地，对应的换能器模块通过磁吸引物理地耦合。每一对的磁耦合元件优选地具有相反的磁极性。在这种情况下，只有当两个换能器模块关于彼此具有特定指向时，所述两个换能器模块才能彼此耦合。

此外，所述磁耦合元件对用来在整个模块化换能器组件MTA内分配供电功率。举例来说，图2中所示的换能器模块TM可以通过接口IF1的磁耦合元件对MC11、MC12接收供电功率。所述换能器模块TM可以通过另一个接口IF2、IF3或IF4的磁耦合元件对把所述供电功率传递到另一个换能器模块。一对当中的一个磁耦合元件携带供电电压，而该对当中的另一个磁耦合元件则构成信号地。相应地，一对当中的磁耦合元件具有相反的电极性。在每一对磁耦合元件的相反电极性和相反磁极性之间优选地存在预先定义的关系。这就允许“操作简单”的组件。

接口的电容性耦合元件允许在所述换能器模块TM和与之物理地耦合的另一个换能器模块之间进行数据传输。假设所述换能器模块TM通过图2中所示的接口IF1物理地耦合到另一个换能器模块。在这种情况下，所述电容性耦合元件CC1将面对另一个换能器模块的电容性耦合元件。相应地，在所述两个换能器模块之间建立电容性耦合，通过所述电容性耦合可以在两个对应的换能器模块之间传输数据。

图3以方框图的形式示出了换能器模块TM。除了节点处理器NP和扬声器LO之外，所述换能器模块TM还包括各种其他功能实体：信号处理器SP、放大器AMP以及供电电路PSC。所述节点处理器NP耦合到所述换能器模块TM的对应的电容性耦合元件CC1、CC2、CC3、CC4，其中的每一个电容性耦合元件属于特定接口IF1、IF2、IF3、IF4。所述供电电路PSC耦合到对应的磁耦合元件对MC11、MC12；MC21、MC22；MC31、MC32；MC41、MC42，其中的每一对属于特定接口IF1、IF2、IF3、IF4。具有完全相同电极性的磁耦合元件被组合在一起，从而根据应用的情况形成供电电压线或信号地线。在图3中，磁耦合元件MC11、MC21、MC31、MC41形成供电电压线，并且磁耦合元件MC12、MC22、MC32、MC42形成信号地线。所述供电电路PSC提供从所述换能器模块TM所接收到的供电电压中导出的内部供电电压VDD。

所述换能器模块TM在呈现音频时基本上如下操作。所述节点处理器NP接收到由所述音频驱动器DRV施加到所述模块化换能器组件MTA的经过处理的音频信号，正如前面参照图1所提到的那样。所述节点处理器NP从所述经过处理的音频信号中导出用于所述信号处理器SP的输入信号IS。所述输入信号IS可以是所述经过处理的音频信号的特定分量，例如左声道分量或右声道分量。所述输入信号IS也可以与所述经过处理的音频信号完全相同。所述信号处理器SP根据特定的转移函数H_x对所述输入信号IS进行处理，以便获得局部驱动器信号DS。所述放大器AMP放大所述局部驱动器信号DS，以便获得被施加到所述扬声器LO的扬声器信号LS。

在呈现音频之前，所述节点处理器NP把处理参数PP施加到所述信号处理器SP。所述处理参数PP定义由所述信号处理器SP实施的转移函数H_x。有多个因素决定所述转移函数H_x。一个因素是与用户选择的音频呈现简档相关联的特定定向辐射型式。决定所述转移函数H_x的另一个因素是所述换能器模块TM在所述模块化换能器组件MTA内的几何位置。决定所述转移函数H_x的另一个因素是所述换能器模块TM的电-声属性。所述节点处理器NP可以根据这些因素来确定所述转移函数H_x。可替换地，所述音频驱动器DRV可以根据这些因素来确定所述转移函数H_x。在下面的描述中将假设应用后一种替换方案。

图4A和4B示出了当所述音频驱动器DRV被接通时由所述音频呈现系统ASY实施的一系列系统步骤SY1-SY11。图4A和4B被分成分别与所述音频驱动器DRV和所述模块化换能器组件MTA相关联的左手部分和右手部分。在左手部分中给出了在所述音频驱动器DRV中实施的系统步骤。在右手部分中给出了在所述模块化换能器组件MTA内实施的系统步骤。

当所述音频驱动器DRV被接通时(PWU)，所述模块化换能器组件MTA开始接收来自所述音频驱动器DRV的供电电压VCC。作为响应，所述模块化换能器组件MTA实施系统步骤SY1，在该步骤中把每一个换能器模块带入初始状态(INIT)。

系统步骤SY2-SY3构成侦测阶段，其中识别出存在于所述模块化换能器组件MTA中的各换能器模块。所述音频系统ASY进一步识别出所述各换能器模块以其为依据彼此物理地耦合的结构。

在系统步骤SY2中，所述音频驱动器DRV把令牌TK注入到所述模块化换能器组件MTA中(INJ_TK)。所述令牌TK是可以由所述模块化换能器组件MTA内的每一个换能器模块识别出的唯一数据字。为此，所述令牌TK例如可以包括唯一的前同步码。由所述音频驱动器DRV注入(I)到所述模块化换能器组件MTA中的所述令牌TK包括通行标志TFL(其被重置)以及初始标识号IDI_NIT。

在系统步骤SY3中，所述令牌TK可以说行经所述模块化换能器组件MTA(PRC_TK)。所述令牌TK访问每一个换能器模块。换能器模块在所述令牌TK第一次访问该换能器模块时接收唯一标识符。换能器模块可以在所述令牌TK驻留在该换能器模块TM内期间向该令牌TK附加一个或多个单元。被附加到所述令牌TK的所述一个或多个单元可以提供关于所涉及到的换能器模块的信息及其在所述模块化换能器组件MTA的结构内的几何位置。

所述令牌TK的尺寸在行经所述模块化换能器组件MTA时增大，从而携带关于其结构以及包括在其中的换能器模块的越来越多的信息。一旦所述令牌TK已经访问了每一个换能器模块之后，该令牌TK将离开所述模块化换能器组件MTA并且返回到所述音频驱动器DRV。所述令牌TK于是将包括关于所述模块化换能器组件MTA的结构以及包括在其中的换能器模块方面的足够信息。下面将更加详细地对此进行解释。

系统步骤SY4-SY9构成配置阶段，其中每一个换能器模块被配置成使得所述模块化换能器组件MTA提供感兴趣的定向辐射型式。在系统步骤SY4中，所述音频驱动器DRV基于由所述模块化换能器组件MTA返回的令牌TK来确定所述换能器组件的几何结构 $(\mathrm{TK}\left(O\right)\⇒\mathrm{STR}\_\mathrm{MTA}).$ 也就是说，所述音频驱动器DRV可以说是基于被包括在由所述模块化换能器组件MTA返回的令牌TK中的侦测数据建立该模块化换能器组件MTA的地图。

在系统步骤SY5中，所述音频驱动器DRV基于所述模块化换能器组件MTA的结构建立通过所述模块化换能器组件的传送网络 $(\mathrm{STR}\_\mathrm{MTA}\⇒\mathrm{TNW}\_\mathrm{MTA}).$ 所述传送网络优选地对于每一个换能器模块提供从所述音频驱动器DRV到所涉及的换能器模块的最短可能数据路径。可以通过绘制好像从每一个换能器模块到所述音频驱动器DRV的连接线来获得所述传送网络。所述传送网络通常将包括一条或多条分支，其中的每一条对应于特定的传送模块。

在系统步骤SY6中，所述音频驱动器DRV建立对应于所述模块化换能器组件MTA内的每一个换能器模块的各网络配置参数 $(\mathrm{TNW}\_\mathrm{MTA}\⇒\∀\mathrm{TM}:\mathrm{AD},\∀\mathrm{IF}:\mathrm{IP}).$ 为此，所述音频驱动器DRV为每一个换能器模块分配唯一的地址AD。所述唯一的地址AD优选地涉及代表所述换能器模块的几何位置的笛卡尔坐标。此外，所述音频驱动器DRV确定对应于每一个接口的参数IP。这种接口参数IP决定所涉及到的接口应当操作在接收模式还是传送模式下，或者决定所述接口是否应当被停用(RX/TX/XX)。举例来说，假设换能器模块TM的一个接口处于接收模式下，而另一个接口处于传送模式下，并且其他接口被停用。在这种情况下，所述换能器模块构成所述一个与另一个接口之间的单一连接线。现在假设所述换能器模块的一个接口处于接收模式下并且其他几个接口处于传送模式下。在这种情况下，所述换能器模块构成所述传送网络中的一条分支。

在图4B中所示的系统步骤SY7中，所述音频驱动器DRV建立用于每一个换能器模块中的信号处理器SP的处理参数PP $(\mathrm{STA}\_\mathrm{MTA}\⇒\∀\mathrm{TM}:\mathrm{PP}\left(F_x\right)).$ 所述音频驱动器DRV基于前面参照图3解释的多个因素建立所述处理参数PP。这些因素包括所述模块化换能器组件MTA的几何结构以及其中的换能器模块的几何位置，其是所述音频驱动器DRV先前从由所述模块化换能器组件MTA返回的令牌TK中导出的。另一个因素是感兴趣的定向辐射型式，其与用户所选择的音频呈现简档相关联。

在系统步骤SY8中，所述音频驱动器DRV向所述模块化换能器组件MTA发出相继的配置消息CFM(EM_CFM)。每一条配置消息CFM是去往特定的换能器模块的。第一条配置消息CFM去往直接耦合到所述音频驱动器DRV的换能器模块。第二条配置消息CFM去往直接耦合到前面提到的该换能器模块的换能器模块。也就是说，所述传送网络确定了发出所述各条配置消息CFM的顺序。配置消息CFM包括由所述音频驱动器DRV如上所述地建立的各单元。这些单元包括唯一的地址AD、接口参数IP以及处理参数PP。

在系统步骤SY9中，通过由所述音频驱动器DRV相继发出的各条配置消息CFM逐步地配置所述模块化换能器组件 $\mathrm{MTA}(\∀\mathrm{TM}:\mathrm{CFG}).$ 每一个特定的换能器模块处理针对该特定换能器模块的配置消息CFM。通过这样做，该特定的换能器模块执行以下操作：采取被包括在所述配置消息CFM中的所述唯一的地址AD；把每一个接口设置在接收模式或传送模式下，或者停用该接口；以及把所述处理参数PP施加到该换能器模块内的信号处理器SP。

系统步骤SY10-SY11构成呈现阶段，在已经完成所述配置阶段之后进入该呈现阶段。在所述呈现阶段中，所述音频呈现系统ASY呈现由所述音频源ASC提供的音频信号，正如图1中所示出的那样。在系统步骤SY10中，所述音频驱动器DRV把经过处理的音频信号施加到所述模块化换能器组件MTA(EM_AUD)。在系统步骤SY11中，每一个换能器模块根据特别适用于该换能器模块的转移函数Hx呈现所述经过处理的音频信号，正如前面参照图3所解释的那样(RND_AUD)。

图5A、5B和5C示出了由每一个换能器模块在接收到来自所述音频驱动器DRV的供电电压VCC(VCC^↑)之后单独实施的一系列换能器步骤ST1-ST29。所述一系列换能器步骤ST1-ST29提供了关于在所述模块化换能器组件MTA内对所述令牌TK进行处理的方式的一个详细实例。图2和3中所示的换能器模块TM内的节点处理器NP可以实施下面描述的各换能器步骤。可替换地，另一个处理器可以独立于所述节点处理器NP或者与之相组合地实施所述换能器步骤。

在换能器步骤ST1中，所涉及的换能器模块清除用来存储配置元素的各数据寄存器，所述配置元素比如有标识号、唯一的地址AD、接口参数IP以及处理参数PP(CLR)。也就是说，所述换能器模块被带入初始状态，其对应于图4A中所示的系统步骤SY1。在该初始状态下，每一个接口处于接收模式下。另行声明，所述换能器模块在所有侧进行侦听。

在换能器步骤ST2中，所述换能器模块确定是否接收到令牌TK(TK？)。如果所述令牌TK已经到达所述换能器模块，则该换能器模块实施图5B中所示的换能器步骤ST8、ST9...。后面将描述这些换能器步骤。如果所述换能器模块还没有接收到所述令牌TK，则实施换能器步骤ST3。

在换能器步骤ST3中，所述换能器模块确定是否接收到来自另一个换能器模块的查询(INQ？)。如果没有接收到查询，则所述换能器模块继续到换能器步骤ST4。在后一步骤中，所述换能器模块确定是否接收到配置消息CFM(CFM？)。如果配置消息CFM已经到达所述换能器模块，则该换能器模块实施图5C中所示的换能器步骤ST23以及可选地还有换能器步骤ST24、ST25...。后面将讨论这些步骤。如果没有接收到配置消息CFM，则重新实施换能器步骤ST2。

总之，在换能器步骤ST2-ST4中，所述换能器模块持续监控是否接收到任何以下类型的数据：令牌TK、来自另一个换能器模块的查询INQ或者配置消息CFM。如果接收到特定类型的数据，则所述换能器模块采取适当的动作。应当注意到，所述令牌TK和所述查询INQ出现在所述侦测阶段中，其包括系统步骤SY2和SY3，正如前面参照图4所提到的那样。所述配置消息CFM出现在所述配置阶段中，其包括系统步骤SY8和SY9。

如果所述换能器模块接收到在换能器步骤ST3中检测到的查询，则该换能器模块实施换能器步骤ST5。在后一步骤中，所述换能器模块检查是否已经有标识号被分配给该换能器模块(ID？)。如果所述换能器模块还没有标识号，则该换能器模块在换能器步骤ST6中发送针对所述查询的应答(RPL)。所述应答是通过所述查询所到达的接口发送的，以便确保只有发送了该查询的换能器模块才会接收到所述应答。如果所述换能器模块具有标识号，则不发送应答。也就是说，所述换能器模块在换能器步骤ST7中保持沉默(SIL)。相应地，发送所述查询的换能器模块可以确定该换能器模块是否已经被分配标识号。

假设所述换能器模块已经接收到所述令牌TK，其在换能器步骤ST3中被检测到。在这种情况下，所述换能器模块实施图5B中所示的换能器步骤ST8。在后一步骤中，所述换能器模块检查所述令牌TK内的通行标志TFL是否已经被设置(TFL＝ST？)。如果所述通行标志TFL还没有被设置，这表明所述令牌TK第一次到达该换能器模块。在这种情况下，所述换能器模块在到达换能器步骤ST12之前实施换能器步骤ST9-ST11。如果所述通行标志TFL已经被设置，这表明所述换能器模块先前接收到过所述令牌TK；这并不是第一次。在这种情况下，所述换能器模块直接继续到实施换能器步骤ST12。

在换能器步骤ST9中，所述换能器模块把接收到所述令牌TK的接口的标识存储为第一进入点(IF_TOK＝1EP)。相应地，所述换能器模块可以说能够记住所述令牌TK第一次到达该换能器模块的接口。这就是第一进入点。

在换能器步骤ST10中，所述换能器模块取得被包括在所述令牌TK中的标识号(ID→TM)。在某种意义上说，所述令牌TK用该令牌TK所携带的标识号给所述换能器模块加标记。在换能器步骤ST11中，所述换能器模块把所述标识号递增一个单位(ID^↑)。相应地，实际上用递增后的标识号替换在所述令牌TK到达所述换能器模块时存在于该令牌中的标识号。如果还有所述令牌TK尚未访问的任何换能器模块的话，该新的标识号将用来给这样的换能器模块加标记。

在换能器步骤ST12-ST16中，所述令牌TK实际上寻找离开所述换能器模块的出路。对于所述令牌TK可以由其离开所述换能器模块的该换能器模块的各接口存在预先定义的排序或优选顺序。优选地，相同的排序适用于所述模块化换能器组件MTA内的所有换能器模块。这种排序不是特别重要，并且可以任意选择。举例来说，参照图2，所述排序可以是如下：IF1、IF2、IF3、IF4。也就是说，所述排序在几何结构方面可以被表达为：右、下、左、上。所述换能器模块从具有最高排序的接口开始决定所述令牌TK是否应当通过特定接口离开。

在换能器步骤ST12中，所述换能器模块选择具有最高排序的接口以构成当前所考虑的接口(C_IF＝IF_H)。在换能器步骤ST13中，所述换能器模块通过当前所考虑的接口发出查询(EM_INQ)。在换能器步骤ST14中，所述换能器模块评估是否接收到针对所述查询的应答(RPL？)。如果没有接收到应答，则所述换能器模块确定当前所考虑的接口是否是具有最低排序的接口(C_IF＝IF_L？)。这是在换能器步骤ST15中进行的。如果当前所考虑的接口不具有最低排序，则实施换能器步骤ST16。在后一步骤中，排序低一位的接口变成当前所考虑的接口(C_IF＝IF_NXT)。随后重新实施换能器步骤ST13、ST14。

假设所述换能器模块通过给定接口接收到针对查询的应答，其在换能器步骤ST14中被检测到。这意味着所述换能器模块具有尚未被所述令牌TK访问的相邻换能器模块。在这种情况下，实施换能器步骤ST17-ST19。

在换能器步骤ST17中，所述换能器模块把附加的信息附着到所述令牌TK上(APP_TK)。如果所述令牌TK已经第一次访问过所述换能器模块，则该附加信息可以包括被分配给该换能器模块的标识号。被附着到所述令牌TK的所述附加信息还可以包括由其接收到该令牌TK的接口的标识(其是第一进入点)以及该令牌TK将由其离开所述换能器模块的接口的标识。所述附加信息还可以包括提供关于所述换能器模块的功能属性或几何属性或全部二者的信息的描述符单元。

在换能器步骤ST18中，所述换能器模块清除通行标志TFL(CLR_TFL)。这向相邻换能器模块表明其将第一次接收所述令牌TK。在换能器步骤ST19中，所述令牌TK经由所涉及的接口离开所述换能器模块(PAS_TK)。一旦所述令牌TK离开所述换能器模块之后，该换能器模块重新实施图5A中所示的换能器步骤ST2.

现在假设所述换能器模块在经由每一个接口发出了查询之后没有接收到任何应答。这种情况对应于在换能器步骤ST15中确定当前所考虑的接口是排序最低的接口。在这种情况下，所述令牌TK被传递到所涉及的换能器模块从中第一次接收到该令牌TK的相邻换能器模块。为此，实施换能器步骤ST20、ST21。按照这种方式，所述令牌TK总会找到回到所述驱动器DRV的路。

在换能器步骤ST20中，所述换能器模块选择被存储为第一进入点的接口(IF＝1EP)。在换能器步骤ST22中，所述换能器模块设置通行标志TFL(ST_TFL)。这将向所述令牌TK将被传递到的换能器模块表明所述令牌TK已经访问过该换能器模块。一旦所述令牌TK离开所述换能器模块之后(这在换能器步骤ST19中发生)，所述换能器模块重新实施图5A中示出的换能器步骤ST2。

参照图5A，假设在换能器步骤ST4中检测到配置消息CFM。这意味着所述侦测阶段已经完成，并且所述音频系统处于所述配置阶段中。在检测到配置消息CFM之后，所述换能器模块实施图5C中示出的换能器步骤ST23。

参照图5C，在配置步骤ST23中，所述换能器模块检查所述配置消息CFM是否携带与在所述侦测阶段中被分配给该换能器模块的标识号相匹配的标识号。如果在这两个对应的标识号之间没有匹配，则所述配置消息CFM是针对所述模块化换能器组件MTA中的另一个换能器模块的。在这种情况下，所述换能器模块重新实施图5A中所示的换能器步骤ST4。

假设在换能器步骤ST23中，所述配置消息CFM内的标识号与所述换能器模块的标识号相匹配(ID_CFM＝ID_TC？)。在这种情况下，所述换能器模块实施换能器步骤ST24-26，从而导致所述换能器模块被适当地配置。

在换能器步骤ST24中，所述换能器模块取得被包括在所述配置消息CFM中的地址AD(AD→TM)。正如前面参照图4A和4B所解释的那样，所述音频驱动器DRV已经建立了该唯一的地址AD。所述地址AD定义了所述传送网络内的特定位置。在换能器步骤ST25中，根据被包括在所述配置消息CFM中的接口参数IP，把所述换能器模块的每一个接口设置在接收模式或传送模式下或者将其停用 $(\∀\mathrm{IF}:\mathrm{RX}/\mathrm{TX}/\mathrm{XX}).$ 这就定义了所述换能器模块在所述传送网络中的特定角色。在换能器步骤ST26中，把所述处理参数PP施加到图3中所示的信号处理器SP(PP→SP(F_x))。这使得所述信号处理器SP提供为了获得感兴趣的定向辐射型式所需要的转移函数H_x。

一旦所述换能器模块被配置之后，该换能器模块等待呈现开始消息(ST_RND？)。这在换能器步骤ST27中发生。所述呈现开始消息向所述模块化换能器组件MTA表明，所述音频驱动器DRV将把所述经过处理的音频信号施加到在所述配置阶段中已经形成的传送网络。呈现阶段开始。

在换能器步骤ST28中，所述换能器模块基于所述经过处理的音频信号产生声学信号，正如前面参照图3所描述的那样(RND_AUD)。在换能器步骤ST29中，所述换能器模块监控所述音频驱动器DRV是否发出了退出信号(ESC？)。所述退出信号向所述换能器模块表明，所述音频驱动器DRV不再施加所述经过处理的音频信号，并且可以重新配置所述音频系统。所述呈现阶段结束。如果所述换能器模块检测到所述退出信号，则重新实施换能器步骤ST1。可以说这等于返回到零。

前面描述的音频呈现系统ASY自动配置其自身，以便针对所述模块化换能器组件MTA的任何给定结构提供感兴趣的定向辐射型式。下面的实例可以说明这一点。假设所述模块化换能器组件MTA包括3个换能器模块TM1、TM2、TM3，正如图1中所示出的那样。进一步假设在换能器模块TM1、TM2、TM3中的对应扬声器信号之间的幅度比分别为1/2∶1∶1/2时获得感兴趣的定向辐射型式。

考虑下面的情况。关断所述音频系统，并且向所述模块化换能器组件MTA中添加两个换能器模块：在换能器模块TM1左边添加一个换能器模块，并且在换能器模块TM3右边添加另一个换能器模块。相应地，形成5个换能器模块的阵列，这是一种新的结构。所述音频呈现系统ASY将在所述侦测阶段中自动识别出这种新结构。此外，所述音频呈现系统ASY在所述配置阶段中确定所述5个换能器模块中的对应扬声器信号之间的新的幅度比。该新的幅度比例如可以是1/3∶2/3∶1∶2/3∶1/3，从而使得所述模块化换能器组件MTA产生感兴趣的定向辐射型式，尽管已经对其做了修改。

结语

前面参照附图所做的详细描述仅仅是为了说明在权利要求书中限定的本发明及其附加特征。可以按照许多不同方式实施本发明。为了说明这一点，简短地指出一些替换方案。

本发明可以被有利地应用于涉及到通过换能器组件进行波束成形的任何类型的产品或方法。图1中所示的音频呈现系统ASY仅仅是一个例子。本发明同样可以被有利地应用于其中为各换能器模块提供一个或多个麦克风的音频记录系统。作为另一个例子，本发明可以被有利地应用在无线电接收系统和无线电发射系统中，其中为各换能器模块提供一个或多个天线。作为另一个例子，本发明可以被有利地应用在超声成像系统中，其中为各换能器模块提供一个或多个用于发射超声波束或用于拾取超声波束或用于全部二者的换能器。

可以通过许多不同方式来实施根据本发明的波束成形系统。参照附图所做的详细描述提供了一个例子，其中通过存在于对应的换能器模块中的对应信号处理器来实施所述对应的换能器模块的对应转移函数。这可以被视为分散式实现方式。作为另一个例子，可以在所述模块化换能器组件外部的驱动器内实施对应的转移函数，所述驱动器比如是图1中所示的音频驱动器DRV。可以通过按照时间多路复用的方式操作的单一信号处理器来实施对应的转移函数。在这种集中式实现方式中，所述模块化换能器组件接收包括不同时隙的时间多路复用信号。每一个时隙与特定的换能器模块相关联，所述关联可以在配置阶段中定义。与给定换能器模块相关联的时隙携带特别针对该给定换能器模块的音频信号分量。

根据本发明的波束成形系统可以通过许多不同方式识别出各换能器模块以其为依据彼此物理地耦合的结构。参照附图所做的详细描述提供了一个例子，其中所述波束成形系统通过被注入到所述模块化换能器组件中的令牌识别出所述结构。作为另一个例子，在侦测阶段中，每一个换能器模块可以在操作于双工模式下的同时经由每一个接口传送预先定义的唯一标识符。相应地，每一个换能器模块可以识别出其一个或多个相邻换能器模块，并且可以对于每一个相邻换能器模块识别出该相邻换能器模块由其物理地耦合到所涉及的换能器模块的接口。直接耦合到驱动器的换能器模块可以把这一相邻换能器模块信息提供给所述驱动器，并且可以向其各相邻换能器模块查询它们所收集的相邻换能器模块信息。随后，这些相邻换能器模块再对它们的相邻换能器模块进行查询，以便把相邻换能器模块信息传输到所述驱动器。相应地，所述驱动器按照类似于多米诺骨牌的方式逐渐获得关于所述模块化换能器组件的越来越多的信息。

从物理和电学的角度来看，可以按照许多不同方式实施换能器模块。图2示出了一个基本实现方式实例，其中换能器模块TM是矩形框，其具有4个接口，其中的每一个对应于该矩形框的特定侧。在另一种实现方式中，所述换能器模块例如可以具有六边形框的形式，其具有6个接口，其中的每一个对应于该六边形框的特定侧。可能有许多不同形状。唯一重要的是为所述换能器模块提供多个接口，其中的每一个具有特定的几何指向。

可以通过许多不同方式把各换能器模块彼此物理地耦合。图2示出了一个例子，其中通过磁吸引来实现物理耦合。作为另一个例子，可以例如通过棘爪连接或者任何其他类型的机械固定把各换能器模块彼此物理地耦合。

可以通过许多不同方式把各换能器模块彼此电耦合以便进行数据传输。图2示出了一个例子，其中通过电容性耦合把数据从一个换能器模块传输到另一个换能器模块。作为另一个例子，可以通过磁耦合或者通过令两个导电衬垫彼此接触来传输数据。

可以通过许多方式借助于硬件项、软件项或全部二者来实施各种功能。在这方面，附图是非常示意性的，每一幅图仅仅代表本发明的一个可能实施例。因此，虽然附图把不同功能显示为不同方框，但是这绝不能排除由单一硬件或软件项实施几项功能的情况。而且也不能排除由多项硬件或软件或全部二者的组合实施一项功能的情况。

上述内容表明，参照附图所做的详细描述是为了说明而不是限制本发明。存在许多落在所附权利要求书范围内的替换方案。权利要求中的任何附图标记不应被理解为限制该权利要求。“包括”一词不排除未在权利要求中列出的其他元件或步骤的存在。元件或步骤之前的“一个”不排除存在多个所述元件或步骤。

Claims (12)

1、一种包括模块化换能器组件(MTA)的波束成形系统，所述模块化换能器组件由多个换能器模块(TM1，TM2，TM3)构成，换能器模块(TM)包括多个具有不同几何指向的接口(IF1，IF2，IF3，IF4)，接口允许把所述换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块，所述波束成形系统被设置成实施以下阶段：

侦测阶段(SY2，SY3)，在此阶段中识别出存在于所述模块化换能器组件中的各换能器模块以及所述各换能器模块以其为依据彼此物理地耦合的结构；以及

配置阶段(SY4-SY8)，在此阶段中基于在所述侦测阶段中获得的标识数据以及所期望的定向响应型式来定义所述各换能器模块之间的信号关系(H_x)。

2、如权利要求1所述的波束成形系统，换能器模块(TM)的接口(IF1)包括耦合元件(CC1)，通过所述耦合元件所述换能器模块能够建立与另一个换能器模块的数据链接。

3、如权利要求1所述的波束成形系统，换能器模块包括用于存储模块标识符的寄存器，所述模块标识符在所述模块化换能器组件内唯一地标识换能器模块。

4、如权利要求3所述的波束成形系统，换能器模块被设置成通过与接口标识符相关联的接口把标识符传送到相邻换能器模块，标识符标识由其将所述标识符传送到所述相邻换能器模块的接口，所述相邻换能器模块被设置成识别出由其接收到所述标识符的接口。

5、如权利要求3所述的波束成形系统，包括被设置成将令牌(TK)注入到所述模块化换能器组件中的驱动器(DRV)，所述换能器模块被设置成检测所述令牌，并且作为响应提供与一个接口标识符以及另一个接口标识符相关联的唯一模块标识符，其中所述一个接口标识符标识由其接收到所述令牌的接口，所述另一个接口标识符标识所述令牌将由其离开所述换能器模块的接口。

6、如权利要求5所述的波束成形系统，驱动器(DRV)被设置成在所述令牌(TK)中包括标识号，该标识号具有初始值，所述换能器模块被设置成根据当所述令牌到达该换能器模块时存在于该令牌中的标识号来建立唯一标识符，并且在所述令牌离开该换能器模块之前修改该令牌中的标识号。

7、如权利要求1所述的波束成形系统，换能器模块被设置成将接口(IF1)置于以下模式的其中之一：接收模式、传送模式以及停用模式。

8、如权利要求1所述波束成形系统，换能器模块(TM)的接口(IF1)包括一对磁耦合元件(MC11，MC12)以用于通过磁吸引把该换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块，所述另一个换能器模块同样配备有一对磁耦合元件。

9、如权利要求8所述的波束成形系统，所述换能器模块(TM)被设置成把通过所述磁耦合元件对(MC11，MC12)接收到的供电功率传输到形成该换能器模块的另一个接口(IF2，IF3，IF4)的一部分的另一对磁耦合元件。

10、用在如权利要求1所述的波束成形系统中的换能器模块(TM)，所述换能器模块包括多个具有不同几何指向的接口(IF1，IF2，IF3，IF4)，接口允许把所述换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块。

11、一种操作包括模块化换能器组件(MTA)的波束成形系统的方法，所述模块化换能器组件由多个换能器模块(TM1，TM2，TM3)构成，换能器模块(TM)包括多个具有不同几何指向的接口(IF1，IF2，IF3，IF4)，接口允许把所述换能器模块物理地耦合到另一个换能器模块，所述方法包括：

侦测阶段(SY2，SY3)，在此阶段中识别出存在于所述模块化换能器组件中的各换能器模块以及所述各换能器模块以其为依据彼此物理地耦合的结构；以及

配置阶段(SY4-SY8)，在此阶段中基于在所述侦测阶段中获得的标识数据以及所期望的定向辐射型式来定义所述各换能器模块之间的信号关系(H_x)。

12、一种用于可编程处理器的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令集，当所述指令集被加载到所述可编程处理器中时，使得所述可编程处理器实施根据权利要求11的方法。

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