CN101765042A - 声波输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序 - Google Patents

声波输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序 Download PDF

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Abstract

本发明提供了声波输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序。提供了一种声波输出装置，包括：接收单元，用于接收从预定信号源发送的无线信号；确定单元，用于利用由接收单元接收的无线信号来确定取决于信号源的位置的参数值；以及声波输出单元，用于基于参数值来输出指向性朝着信号源的方向的声波。

Description

声波输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序
技术领域
本发明涉及声波(sonic wave)输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序。
背景技术
已经开发了各种使指向性(directionality)朝向声音的听取者来输出声波的技术。例如，根据日本未实审专利申请公布No.S58-119293中公开的技术，通过对声音信号的幅度调制而生成的超声波被发出到空气中以便通过非线性参数功能来获得可听见的声音。根据日本未实审专利申请公布No.H11-145915或2004-147311中公开的技术，通过对声音信号的幅度调制而生成的超声波被从两个扬声器之一输出，而未经调制的超声波被从另一扬声器输出，从而生成拍音(beat)，并且通过该拍音的二次成分来向用户提供声音。
另外，日本未实审专利申请公布No.H7-87590中公开了一种通过使用成像装置、传感器等等来检测用户的位置并且在可听范围中优化声波的指向性的技术。
发明内容
然而，日本未实审专利申请公布No.S58-119293、H11-145915和2004-147311中公开的技术不能以适应于目标位置的方式来调整指向性。因此，它们的用途局限于在展览会上说明物品等等，在这种情况下，听取者的位置是可预测的。
另外，在日本未实审专利申请公布No.H7-87590中公开的技术中，必须经过一个复杂的过程，该过程涉及在与扬声器相对的位置安装麦克风阵列并且基于来自麦克风阵列的反馈和预先定义的系数来确定指向性。另外，在该技术中，由于扬声器和麦克风阵列之间的位置关系的约束，每次都必须设定布局，这导致了用途的局限。
考虑到以上情况，希望提供一种新颖且改进的声波输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序，其能够使指向性朝向位于没有预先限制的任意方向或场所的目标来输出声波。
根据本发明的一个实施例，提供了一种声波输出装置，包括：接收单元，用于接收从预定信号源发送的无线信号；确定单元，用于利用由接收单元接收的无线信号来确定取决于信号源的位置的参数值；以及声波输出单元，用于基于参数值来输出指向性朝着信号源的方向的声波。
接收单元可包括用于接收无线信号的多个接收天线，并且声波输出单元可包括多个扬声器，该多个扬声器中的每一个能够以预定延迟量来输出声波，从而确定单元可根据接收天线之间无线信号的到达时间差或相位差，来为扬声器中的每一个确定延迟量。
接收单元可包括用于接收无线信号的多个接收天线，从而确定单元可根据接收天线之间无线信号的到达时间差或相位差，来确定无线信号的到达方向。
接收单元可包括用于接收无线信号的三个或更多个接收天线，并且确定单元可根据接收天线之间无线信号的两个或更多个到达时间差或相位差，来确定信号源的位置。
声波输出单元的扬声器可分别被安装在接收单元的接收天线的近旁(close proximity)，并且确定单元可通过颠倒接收天线的无线信号的到达时间或相位的顺序，来为扬声器中的每一个确定延迟量。
无线信号可以是包含用于标识信号源的个体或者握持信号源的用户的标识符的信标，并且声波输出装置还可包括控制单元，用于根据信标中包含的标识符来控制是否从声波输出单元输出声波。
声波输出装置还可包括声音分析单元，用于基于从信号源的方向收集的声音，来从已知用户中指定作为发音者的用户。
声波输出装置还可包括控制单元，用于根据在从信号源的方向收集的声音中是否包含特定语音命令，来控制从声波输出单元的声波输出。
接收单元可包括多个感光器，用于接收红外线作为无线信号，并且确定单元可根据接收到红外线的感光器的位置来确定信号源的位置。
根据本发明的另一实施例，提供了一种语音通信装置，包括：接收单元，用于接收从预定信号源发送的无线信号；确定单元，用于利用由接收单元接收的无线信号来确定取决于信号源的位置的参数值；声波输出单元，用于基于参数值来输出指向性朝着信号源的方向的声波；以及声音输入单元，用于基于参数值来收集来自信号源的方向的声音。
根据本发明的另一实施例，提供了一种声波输出方法，包括以下步骤：接收从预定信号源发送的无线信号；利用接收到的无线信号来确定取决于信号源的位置的参数值；以及基于参数值来输出指向性朝着信号源的方向的声波。
根据本发明的另一实施例，提供了一种程序，使得用于控制包括能够接收从预定信号源发送的无线信号的接收单元和能够输出声波的扬声器的声波输出装置的计算机实现以下功能：确定单元，用于利用由接收单元接收的无线信号来确定取决于信号源的位置的参数值；以及声波输出单元，用于基于参数值来把从扬声器输出的声波的指向性设定为朝着信号源的方向。
根据本发明的上述实施例，可以提供能够以朝着位于没有预先限制的任意方向或场所的目标的指向性来输出声波的声波输出装置、语音通信装置、声波输出方法和程序。
附图说明
图1是示出根据一实施例的声波输出装置的第一使用情形示例的示意图。
图2是示出根据一实施例的声波输出装置的第二使用情形示例的示意图。
图3是示出根据一实施例的声波输出装置的第三使用情形示例的示意图。
图4是示出根据第一实施例的声波输出装置的配置示例的框图。
图5是描述确定无线信号的到达方向的处理的说明图。
图6是描述对声波的指向性的控制的说明图。
图7是描述在三维空间中确定无线信号的到达方向的处理的说明图。
图8是描述利用三个扬声器进行的对声波的指向性的控制的说明图。
图9是描述确定信号源的位置的处理的说明图。
图10是描述利用被机械地控制的扬声器进行的对声波的指向性的控制的说明图。
图11是示出用于实现指向性控制的第三模式的具体配置的框图。
图12是示出从信号源发送的信标的结构示例的说明图。
图13是示出根据第二实施例的声波输出装置的配置示例的框图。
图14是示出根据第三实施例的声波输出装置的配置示例的框图。
图15是示出根据第四实施例的声波输出装置的配置示例的框图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的结构要素被用相同的标号来指示，并且对这些结构要素的重复说明被省略。
下面将按以下顺序来描述本发明的优选实施例。
1.根据一实施例的声波输出装置的概要
2.描述第一实施例
3.描述第二实施例
4.描述第三实施例
5.描述第四实施例
6.总结
<1.根据一实施例的声波输出装置的概要>
下面将参考图1至图3来描述根据本发明一实施例的声波输出装置的概要。
图1是示出根据一实施例的声波输出装置的使用情形示例的示意图。图1示出了声波输出装置100a，以及位于声波输出装置100a附近的信号源10a和用户20a。
在图1的示例中，信号源10a向附近区域发送无线信号，从而接收到无线信号的声波输出装置100a将声波的指向性设定为朝着其位置或方向而集中。虽然图1示出了蜂窝电话终端作为信号源10a的示例，但信号源10a并不限于蜂窝电话终端。例如，信号源10a可以是诸如PC(个人计算机)或PDA(个人数字助理)之类的信息处理终端、游戏终端、专用无线发送器等等。
用户20a握持着信号源10a，并且听取基于从信号源10a发送的无线信号而从声波输出装置100a输出的带有指向性的声波(或被调制到声波中的声音信号)。虽然图1示出了用户20a用一只手握持信号源10a的情况，但并不限于此，用户20a可以任何方式来握持信号源10a。另外，信号源10a并不一定被用户20a握持着，只要它位于用户20a的近旁即可。
声波输出装置100a基于从信号源10a发送的无线信号，输出具有朝向信号源10a的位置或方向的指向性的声波，如下文中详细描述的。用户20a从而可以听取从声波输出装置100a输出的声波。
在本说明书中，无线信号例如包括不通过物理线路就能发送的诸如电磁波、声波、光或红外线之类的给定的信号。另外，声波不仅包括可听见的声音，还包括具有在可听范围之外的频率的超声波等等。
图2是示出根据一实施例的声波输出装置的另一使用情形示例的示意图。图2示出了声波输出装置100b，以及位于声波输出装置100b附近的信号源10b和用户20b。
在图2的示例中，信号源10b被示为能够被用户20b佩戴的配件形状的无线发送器。另一方面，声波输出装置100b被示为蜂窝电话终端。
在此情况下，与图1的情况中一样，信号源10b向附近区域发送无线信号，从而接收到无线信号的声波输出装置100b将声波的指向性设定为朝着其位置或方向而集中。然后，声波输出装置100b基于从信号源10b发送的无线信号，输出具有朝向信号源10b的位置或方向的指向性的声波。用户20b从而可以听取从声波输出装置100b输出的声波。
图3是示出根据一实施例的声波输出装置的另一使用情形示例的示意图。图3示出了声波输出装置100c，以及位于声波输出装置100c附近的信号源10c和用户20c。
在图3的示例中，信号源10c被示为用于操作声波输出装置100c的遥控装置。另一方面，声波输出装置100c被示为相当于电视机等等的显示装置。
在此情况下，与图1和图2的情况中一样，信号源10c向附近区域发送无线信号，从而接收到无线信号的声波输出装置100c将声波的指向性设定为朝着其位置或方向而集中。然后，声波输出装置100c基于从信号源10c发送的无线信号，输出具有朝向信号源10c的位置或方向的指向性的声波。用户20c从而可以听取从声波输出装置100c输出的声波。
以上参考图1至图3就声波输出装置的使用情形示例描述了根据本发明一实施例的声波输出装置的概要。下面，将顺序描述这种声波输出装置的四个示例性实施例。
在以下描述中，在不需要特别区分时，声波输出装置100a、100b和100c被统称为声波输出装置100。这也适用于信号源10a、10b和10c(信号源10)以及用户20a、20b和20c(用户20)。
<2.描述第一实施例>
[2-1.声波输出装置的配置]
图4是示出根据本发明第一实施例的声波输出装置100的配置示例的框图。
参考图4，声波输出装置100包括n个接收天线110-1至110-n(n≥1)、接收单元120、确定单元130、控制单元150、存储器152、声音调制单元160、声波输出单元170、以及m个扬声器180-1至180-m(m≥1)。接收单元120包括分别对应于n个接收天线110-1至110-n的无线接收单元122-1至122-n。作为示例，假定电磁波被从信号源10发送到声波输出装置100，其示例在图1至图3中示出。
在接收单元120中，无线接收单元122-1至122-n通过相应的接收天线110-1至110-n接收从信号源10发送来的无线信号。然后，无线接收单元122-1至122-n对接收到的信号进行放大，执行AD(模拟到数字)转换，并且将转换后的信号输出到确定单元130。
确定单元130基于由接收单元120接收到的无线信号(以下称之为接收信号)来确定取决于信号源10的位置而变化的某个参数值。例如，由确定单元130确定的参数值可以是从信号源10发送来的无线信号的到达方向。或者，由确定单元130确定的参数值例如可以是信号源10的实际位置。另外，由确定单元130确定的参数值例如可以是要输出到信号源10的声波关于扬声器180-1至180-m中每一个的延迟量。确定单元130进行的处理的具体细节在下文中描述。
控制单元150例如通过使用诸如CPU(中央处理单元)或MPU(微处理单元)之类的控制装置来执行存储器152中存储的程序，并且在整体上控制声波输出装置100的操作。具体而言，控制单元150例如接收位于声波输出装置100内部或外部的应用(未示出)的请求，获取要提供给用户20的声音信号，并将其输出到声音调制单元160。存储器152例如通过使用诸如ROM(随机存取存储器)之类的半导体存储器来存储由控制单元150执行的程序、控制数据等等。
声音调制单元160把从控制单元150输入的声音信号调制成模拟信号，并将其输出到声波输出单元170。
声波输出单元170基于由确定单元130确定的上述参数值中的任何一个，从扬声器180-1至180-m输出具有朝向信号源10的方向的指向性的声波。例如，如果无线信号在二维平面上的到达方向被输入，则声波输出单元170可将声波的指向性设定为朝着所输入的方向而集中。又例如，如果信号源10的位置被输入，则声波输出单元170可将声波的指向性设定为朝着所输入的位置而集中。又例如，如果要输出到信号源10的声波关于扬声器180-1至180-m中每一个的相位延迟被输入，则声波输出单元170可以以与每个相位延迟相对应的延迟时间从相应的扬声器180-1至180-m输出声波。声波输出单元170进行的处理的具体细节在下文中描述。
扬声器180-1至180-m例如可以是以阵列形式布置的多个扬声器，其中每一个可以以一定的相位延迟来输出声波。或者，扬声器180-1至180-m例如可以是能够机械地改变生成声波的振动面的朝向的一个扬声器。另外，扬声器180-1至180-m例如可以是通过上述的非线性参数功能在信号源10的位置处生成可听见的声音的用于超声波输出的扬声器。
以上参考图4描述了根据该实施例的声波输出装置100的配置示例。下面具体描述在上述配置中控制从声波输出装置100输出的声波的指向性的典型模式。
[2.2.指向性控制的示例]
[2-2-1.根据到达方向的控制]
在指向性控制的第一模式中，根据无线信号的到达方向来控制从声波输出装置100输出的声波的指向性。在此情况下，确定单元130基于由接收单元120接收到的无线信号在接收天线110-1至110-n之间的到达时间差或相位差来确定无线信号的到达方向。
首先描述确定单元130获得无线信号的到达时间差的技术的两个示例。作为第一示例，确定单元130例如可计算从无线接收单元122-1至122-n输入的信号之间的相关，并且根据所获得的相关值的峰的位置来获得接收天线110-1至110-n之间无线信号的到达时间差。作为第二示例，例如，当脉冲信号或具有已知信号模式的信号被作为信标信号从信号源10发送时，确定单元130可根据信标信号到达的绝对时间的差异来获得到达时间差。
另外，确定单元130可获得无线信号的相位差而不是无线信号的到达时间差。在此情况下，确定单元130首先对于从无线接收单元122-1至122-n输入的每个接收信号，提取从信号源10发送的信标信号中包含的已知频率的频率成分。确定单元130随后计算在提取出的频率成分之间接收信号的相关值，从而根据计算出的相关值的相位来获得无线信号在接收天线110-1至110-n之间的相位差。
确定单元130可以通过使用不同于上述技术的技术来获得无线信号在接收天线110-1至110-n之间的到达时间差或相位差。
接下来，确定单元130根据接收天线110-1至110-n之间无线信号的到达时间差或相位差，来计算接收天线110-1至110-n之间去往信号源10的路径长度的差异。例如，如果接收天线110-1至110-n之间无线信号的到达时间差为τ并且光速为c，则接收天线110-1至110-n之间路径长度的差异d由以下式子给出。
式1：
d＝c·τ(1)
另外，例如，如果接收天线110-1至110-n之间无线信号的相位差为φ并且无线信号的波长为λ，则接收天线110-1至110-n之间路径长度的差异d由以下式子给出。
式2：
d = &phi; 2 &pi; &CenterDot; &lambda; - - - ( 2 )
然后，确定单元130基于如上所述计算出的接收天线110-1至110-n之间路径长度的差异d来确定信号源10的到达方向。
图5是描述根据两个接收天线110-1和110-2之间路径长度的差异d和天线间隔r来确定信号源10的到达方向的处理的说明图。
图5示出了一个二维平面，在该平面上，接收天线110-1位于坐标(-1，0)，接收天线110-2位于坐标(1，0)。在这种二维平面上，绘出了信号源10的位置的轨迹L0、L1、L2、L3和L4。轨迹L0、L1、L2、L3和L4分别是当上述路径长度的差异d是天线间隔r的0％、20％、40％、60％和80％时的轨迹，并且它们对应于双曲线轨迹(L0对应于直线)。如果假定信号源10和声波输出装置100之间的距离足够大于天线间隔r，则双曲线可近似为直线。从而，确定单元130把近似双曲线轨迹的直线与两个接收天线110-1和110-2的基线BL之间的角度θ确定为信号源10的到达方向。
如上所述，如果接收单元120具有两个接收无线信号的接收天线，则确定单元130可以在二维平面上确定从信号源10发送来的无线信号的到达方向。确定单元130随后将所确定的无线信号的到达方向θ输出到声波输出单元170。
接收到来自确定单元130的无线信号的到达方向θ后，声波输出单元170从扬声器180-1至180-m输出指向性朝向到达方向θ的声波。
图6是描述在声波输出单元170具有两个扬声器180-1和180-2并且每个扬声器可以以一定的相位延迟输出声波的情况下对声波的指向性的控制的说明图。
参考图6，声波输出单元170包括转换单元172以及分别与两个扬声器180-1和180-2相对应的两个延迟电路174-1和174-2。
在图6的示例中，转换单元172把从确定单元130输入的到达方向θ的值转换成每个扬声器的延迟量，并且将转换后的延迟量分别输入到延迟电路174-1和174-2。然后，延迟电路174-1和174-2根据相应输入的延迟量分别对从声音调制单元160输入的声音信号进行延迟，并随后分别从扬声器180-1和180-2输出经延迟的声音信号。具体而言，在此情况下，从扬声器180-1和180-2输出的声波是平面波。然而，通过利用延迟电路174-1和174-2使输出的平面波的相位彼此偏移，声波的波面(wavefront)变得与无线信号的到达方向正交，从而声波的指向性可以朝向到达方向。
在图6的示例中，延迟电路174-1中声音信号的延迟量为零，延迟电路174-2中声音信号的延迟量为t。来自离信号源10较远的扬声器180-1的声音信号从而被较早输出，并且声波的指向性朝向信号源10的方向。
虽然以上描述了声波输出单元170利用两个扬声器180-1和180-2来控制声波的指向性的情况，但是当然也可使用更多扬声器。
另外，如图7所示，可以向接收单元120安装三个接收天线110-1至110-3，并且可以在三维空间中指定来自信号源10的无线信号的到达方向。具体而言，在此情况下，确定单元130首先基于接收天线110-1至110-2之间路径长度的差异来确定无线信号相对于接收天线110-1和110-2的基线BL1的到达方向θ1。接下来，确定单元130基于接收天线110-2至110-3之间路径长度的差异来确定无线信号相对于接收天线110-2和110-3的基线BL2的到达方向θ2。
在像图7的示例中那样通过三个接收天线110-1至110-3在三维空间中指定无线信号的到达方向的情况下，优选如图8所示从三个扬声器180-1至180-3输出声波。在此情况下，例如，声波输出单元170基于由确定单元130确定的无线信号的到达方向θ1和θ2来为扬声器180-1至180-3中的每一个确定声音信号的延迟量。在图8的示例中，扬声器180-2相对于扬声器180-1的延迟量被确定为t1，并且扬声器180-2相对于扬声器180-3的延迟量被确定为t2。然后，根据各延迟量从相应的扬声器180-1至180-3输出声波，从而三维空间中声波的指向性可朝向信号源10的方向。
[2-2-2.根据信号源的位置的控制]
另外，作为指向性控制的第二模式，通过扩展上述的指向性控制的第一模式，利用三个或更多个接收无线信号的接收天线，可以根据信号源的位置来控制从声波输出装置100输出的声波的指向性。
例如，在第三接收天线110-3被放置在与信号源10、接收天线110-1和接收天线110-2相同的平面上的情况下，确定单元130可以如图9所示在该平面上指定信号源10的位置。具体而言，确定单元130首先基于接收天线110-1和110-2之间无线信号的路径长度的差异，认识到信号源10位于双曲线L1上。确定单元130随后基于接收天线110-2和110-3之间无线信号的路径长度的差异，认识到信号源10位于双曲线L2上。确定单元130从而可以确定信号源10位于双曲线L1和L2之间相交的点P1或P2处。信号源10的位置是在P1还是P2例如可以基于声波输出装置100的安装条件等等来确定。
如果如图9的示例中那样指定了信号源10的位置，则例如可以如图8所示利用三个扬声器180-1至180-3来使声波的指向性朝向信号源10的方向。或者，可以如图10所示利用一个能够机械地控制振动面的朝向的扬声器180来使声波的指向性朝向信号源10的方向。
在图10的示例中，声波输出单元170包括转换单元173和驱动器电路176。转换单元173把从确定单元130输入的信号源的位置转换成用于机械地改变扬声器180的振动面的朝向的驱动量并将其输入到驱动器电路176。驱动器电路176随后根据输入的驱动量来改变扬声器180的振动面的朝向。从扬声器180输出的声波的指向性从而朝向信号源10的方向。
另外，可以利用四个或更多个接收天线在三维空间中指定信号源10的位置。
[2-2-3.根据相位延迟的控制]
作为指向性控制的第三模式，如果扬声器180-1至180-m分别位于接收天线110-1至110-n的近旁，则可以省略上述的计算无线信号的到达方向和信号源10的位置的处理。例如，假定安装了两个接收天线和两个扬声器。在这种情况下，当声音速度为v时，在两个接收天线的路径长度的差异d和两个扬声器输出的声波的延迟量t之间建立了以下的关系式：
t = d v - - - ( 3 )
通过组合式(1)和(3)或者式(2)和(3)，可以计算要应用到扬声器的延迟量，而无需计算无线信号的到达方向或者信号源10的位置。利用这种思想，在安装三个接收天线和三个扬声器的情况下，确定单元130可以通过颠倒接收天线的无线信号的到达时间或相位的顺序来确定每个扬声器的延迟量。从而减小了电路规模，并且由于计算成本的减小而可以期待响应的改善。
图11是示出用于实现指向性控制的第三模式的确定单元130和声波输出单元170的具体配置的框图。在此示例中假定向声波输出装置100安装了三个接收天线和三个扬声器。
参考图11，确定单元130包括与接收天线110(以及相应的无线接收单元)的数目相对应的FFT电路132-1至132-3、减法器134-1和134-2、IFFT电路136-1和136-2、以及延迟调整电路138。同时，声波输出单元170包括延迟电路174-1至174-3、ADC(模数转换器)176、以及DAC(数模转换器)178-1至178-3。
在确定单元130中，FFT电路132-1至132-3对相应的接收信号执行快速傅立叶变换，并从而将接收信号中包含的时域信号转换成频域信号。从而提取出了从信号源10发送的信标信号中包含的某些频率成分φ1、φ2和φ3。接下来，减法器134-1计算频率成分φ1和频率成分φ3之间的相位差
Figure G2009102610805D00122
另外，减法器134-2计算频率成分φ2和频率成分φ3之间的相位差
Figure G2009102610805D00123
然后，IFFT电路136-1对相位差
Figure G2009102610805D00124
执行逆快速傅立叶变换，从而将其转换为时域信号。同样地，IFFT电路136-2对相位差执行逆快速傅立叶变换，从而将其转换为时域信号。
延迟调整电路138颠倒如上所述计算出的接收天线110-1至110-3的每一个中无线信号的相对相位延迟的顺序，并且为扬声器180-1至180-3中的每一个确定延迟量。
例如，假定在同一窗口定时接收的无线信号的相位是这样延迟的：相对于接收天线110-3，在接收天线110-1中延迟了与时间τ1相对应的相位，并且在接收天线110-2中延迟了与时间τ2相对应的相位(τ1＞τ2)。从而，在此情况下，无线信号是以天线110-3、天线110-2和天线110-1的顺序被接收到的。然后，相对于扬声器180-1的延迟量t1＝0，延迟调整电路138将扬声器180-2的延迟量确定为t2＝τ1-τ2，并将扬声器180-3的延迟量确定为t3＝τ1。相应地，声波被按扬声器180-1、扬声器180-2和扬声器180-3的顺序输出。
通过这种方式确定的延迟量t1、t2和t3分别被从延迟调整电路138输出到声波输出单元170的延迟电路174-1至174-3。然后，当被ADC 176从模拟转换到数字的声音信号被输入到延迟电路174-1至174-3的每一个中时，声音信号被分别以延迟量t1、t2和t3加以延迟，并被输出到相应的DAC 178-1至178-3。经延迟的声音信号随后被DAC 178-1至178-3从数字转换到模拟，并被从扬声器180-1至180-3输出。
虽然在图11的示例中在确定单元130中通过使用减法器134-1和134-2来计算无线信号的相位延迟，但是也可以改为通过极坐标平面上的积来计算相位延迟。另外，在作为基准的分支中滤波器特性被表示为其中只有中央抽头为1的delta函数的延迟滤波器可用作延迟电路174-1至174-3。另外，可以向图11的电路添加对各个频率成分的幅度进行调整的均衡器。另外，扬声器的布置并不限于阵列。扬声器可以布置在三维空间中的任何位置。
[2-2-4.替换示例]
在无线信号是红外线的情况下，可以向接收单元120安装用于收集红外线的透镜和用于接收所收集的红外线的多个感光器，而不是向接收单元120安装接收天线110-1至110-n，并且可以根据接收到红外线的感光器在接收平面上的位置来确定信号源10的位置。例如，在信号源10是如图3所示的遥控装置并且遥控信号是红外信号的情况下，通过使用这样的配置，可以将现有的遥控装置按原样用作信号源10。
以上参考图4至图11描述了根据本发明第一实施例的声波输出装置100。在声波输出装置100中，利用从信号源10发送的无线信号，来确定取决于信号源10的位置的诸如无线信号的到达方向之类的参数值。基于该参数值，输出具有朝向信号源10的方向的指向性的声波。从而可以使指向性朝着位于没有预先限制的任意方向或场所的目标来输出声波。
<3.描述第二实施例>
下面描述的根据本发明第二实施例的声波输出装置200还通过使用无线信号中包含的标识符来识别信号源10的个体或者握持着信号源10的用户，并且根据识别结果来控制是否输出声波。
[3-1信标的结构]
在本发明的第二实施例中，例如，如图12所示，信号源10充当发送信标的信标发送器。从信号源10发送的信标例如可以是分组信号、从遥控装置发出的红外线或电磁波的控制信号、RFID(射频识别)技术中的IC标签等等。
图12示出了可以从信号源10发送的信标12的信号格式的示例。信标12的前半部分包含已知信号14，后半部分包含标识符16。已知信号14具有为接收信标12的声波输出装置200所知的一定的信号模式。具体而言，下文中描述的声波输出装置200将接收信号的信号模式与预存储于内部的已知信号14的信号模式相比较，并从而检测到它已接收到信标12。另外，已知信号14可被声波输出装置200用于计算接收天线之间信标12的到达时间差或相位差。
同时，标识符16是用于标识信号源10的个体或握持着信号源10的用户的标识符。标识符16被声波输出装置200用于声波输出控制。
[3-2.声波输出装置的配置]
图13是示出根据该实施例的声波输出装置200的配置示例的框图。
参考图13，声波输出装置200包括接收天线110-1至110-n、接收单元220、确定单元130、解调和解码单元240、控制单元250、存储器252、声音调制单元160、声波输出单元170、以及扬声器180-1至180-m。接收单元220包括分别与n个接收天线110-1至110-n相对应的无线接收单元222-1至222-n。
在此实施例中，无线接收单元222-1至222-n通过相应的接收天线110-1至110-n接收从信号源10发送来的无线信号。然后，各无线接收单元222-1至222-n对接收到的信号进行放大，执行AD转换，并且将经转换的信号输出到确定单元130以及解调和解码单元240。
解调和解码单元240根据诸如相位调制、幅度调制或其组合之类的给定的调制方法对从各无线接收单元222-1至222-n输入的接收信号进行调制，并且还根据给定的解码方法对接收信号进行解码。解调和解码单元240随后将经解码的接收信号输出到控制单元250。
如果从接收信号中检测到已知信号14的信号模式(其示例在图12中示出)，控制单元250则通过参考在已知信号14之后接收的标识符16来判定信号源10是否是声波输出的目标。如果判定信号源10是声波输出的目标，控制单元250则指示确定单元130确定取决于信号源10的位置的参数值，并且向声音调制单元160输出声音信号。从接收信号中检测已知信号14的信号模式的操作可以在接收单元220、解调和解码单元240或者控制单元250的任何处理块中执行。
声波输出的目标的标识符16例如可被预先记录在存储器252上。例如，在向访问展览会场的用户分发充当信标发送器的信号源10并提供说明展览会上的物品的声音的情况下，每个信号源10的标识符16可预先被记录在声波输出装置200的存储器252上。或者，可响应于来自信号源10的请求而动态地将声波输出的目标的标识符16记录在存储器252上。
在上述声波输出装置200的配置中，例如，即使在声波输出装置200附近存在无线信号的多个信号源10，也可以将声波的指向性设定为仅朝着要被提供以来自声波输出装置200的声音的特定信号源10而集中。
<4.描述第三实施例>
根据下面描述的本发明的第三实施例，通过利用根据接收信号确定的参数值控制麦克风的指向性，来收集握持着信号源10的用户20(或者位于信号源10近旁的用户20)所发出的声音。具体而言，在此实施例中配置了既实现带有指向性的声音输出又实现带有指向性的声音输入的语音通信装置300。
图14是示出根据本发明第三实施例的语音通信装置300的配置示例的框图。
参考图14，语音通信装置300包括接收天线110-1至110-n、接收单元120、确定单元330、控制单元350、存储器352、声音调制单元160、声波输出单元170、扬声器180-1至180-m、麦克风390-1至390-L(L≥1)、以及声音输入单元392。
在此实施例中，与根据第一实施例的确定单元130一样，确定单元330根据接收到的信号来确定取决于信号源10的位置而变化的参数值，例如无线信号的到达方向、信号源10的位置或者扬声器180-1至180-m中每一个的延迟量。确定单元330随后将所确定的参数值输出到声波输出单元170和声音输入单元392。
麦克风390-1至390-L例如可以是以阵列形式布置的L个麦克风。或者，麦克风390-1至390-L例如可以是能够有指向性地收集声音的一个麦克风，例如枪型麦克风(shotgun microphone)。麦克风390-1至390-L根据声音输入单元392的控制将其指向性设定为朝着信号源10而集中。
声音输入单元392根据从确定单元330输入的上述参数值中的任何一个将麦克风390-1至390-L的指向性设定为朝着信号源10的方向而集中。声音输入单元392随后对通过麦克风390-1至390-L收集的声音进行放大，执行AD转换，并且将声音输出到控制单元350。
控制单元350例如利用诸如CPU或MPU之类的控制装置来执行存储器352中存储的程序，并且在整体上控制语音通信装置300的操作。具体而言，控制单元350通过经由麦克风390-1至390-L收集的声音和经由扬声器180-1至180-m输出的声音，向语音通信装置300的用户提供交谈功能。存储器352例如利用诸如ROM之类的半导体存储器来存储由控制单元350执行的程序、控制数据等等。
在上述的语音通信装置300的配置中，根据由确定单元330的确定的参数值使扬声器180-1至180-m和麦克风390-1至390-L的指向性朝向信号源10的方向。图2所示的用户20从而例如可以在无需用手握持语音通信装置300(图2中的声波输出装置100b)的情况下执行交谈。
在此实施例中，如果接收单元120接收到的无线信号是声波，则该声波可通过使用麦克风390-1至390-L而不是接收天线110-1至110-n来接收。
<5.描述第四实施例>
根据下面描述的本发明的第四实施例，分析通过使用麦克风收集的声音，并且根据分析结果来控制声波的输出。
图15是示出根据本发明第四实施例的声波输出装置400的配置示例的框图。
参考图15，声波输出装置400包括麦克风410-1至410-L、接收单元420、确定单元430、声音分析单元440、控制单元450、存储器452、声音调制单元160、声波输出单元470、以及扬声器180-1至180-m。接收单元420包括分别对应于麦克风410-1至410-L的ADC 422-1至422-L。
在此实施例中，麦克风410-1至410-L例如收集从信号源10的方向发出的声音，并且将声音输出到接收单元420的相应ADC 422-1至422-L。接收单元420的ADC 422-1至422-L对从相应的麦克风410-1至410-L输入的声音执行AD转换以生成声音信号，并将声音信号输出到确定单元430和声音分析单元440。
与根据第一实施例的确定单元130一样，确定单元430根据输入的声音信号确定参数值，例如声音信号的到达方向、信号源10的位置或者扬声器180-1至180-m中每一个的延迟量。确定单元430随后将所确定的参数值存储到存储器452中。
同时，声音分析单元440对照预先存储在存储器452中的每个用户的语音的已知波形来检验从接收单元420输入的声音信号的波形，从而指定正在发言的用户，即发言者。声音分析单元440随后将标识所指定的发言者的标识符输出到存储器452，以使其被与确定单元430所确定的上述参数值相关联地存储。
如果例如要被提供以声音的用户的标识符和要提供的声音信号被从用于声音提供的应用(未示出)输入，控制单元450则首先从存储器452中获取与该标识符相关联的参数值。控制单元450随后将该声音信号输出到声音调制单元160，并且还将所获取的参数值输出到声波输出单元470。
声波输出单元470基于从控制单元450输入的参数值来控制扬声器180-1至180-m的指向性，并且将经声音调制单元160调制的声音信号作为声波从扬声器180-1至180-m输出。
在上述的声波输出装置400的配置中，例如，即使在声波输出装置400附近存在多个信号源10或用户20，也可以将声波的指向性设定为仅朝着要被提供以声音的特定信号源10或用户20而集中。
声音分析单元440还可以根据从接收单元420输入的声音信号的波形来分析发音的内容，并且检测与特定的单词或短语相关联的语音命令。因此，例如，声音分析单元440可以仅在用户20发出预定义的特定语音命令时才以朝向有关用户20的指向性输出声波。
<6.总结>
以上参考图4至图15描述了根据本发明四个实施例的声波输出装置100、200、400和语音通信装置300。
在上述装置中，基于利用从信号源10发送来的无线信号确定的取决于信号源10的位置的参数值，输出具有朝向信号源10的方向的指向性的声波。从而，可以以朝着位于没有预先限制的任意方向或场所的目标的指向性来适当地输出声波。因此，即使例如握持着信号源10的用户20移动了，也可以根据该移动来调整声波的指向性。另外，在诸如展览会上说明物品之类的用途中，无需预先指定用户的位置，就可使用户能够听取说明的声音。
另外，因为可以根据无线信号的到达时间差或相位差以较小的计算成本计算用于控制要输出的声波的指向性的参数值，因此可以减小用于指向性控制的电路规模。
另外，在从信号源10发送的信标中可包含标识符，因此可以使声波的指向性仅朝向该标识符所标识的特定用户。
此外，通过结合能够基于上述参数值来使指向性朝着信号源10的方向而集中的麦克风，可以实现免用手的语音通信装置。
本说明书中描述的一系列处理可以通过硬件或软件来实现。在通过软件来执行一系列或一部分处理的情况下，构成软件的程序被预先存储在ROM中，在执行时被加载到RAM，然后被CPU执行。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围之内。
本发明包含与2008年12月22日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2008-326032相关的主题，这里通过引用将该申请的全部内容并入。

Claims (12)

1.一种声波输出装置，包括：
接收单元，用于接收从预定信号源发送的无线信号；
确定单元，用于利用由所述接收单元接收的无线信号来确定取决于所述信号源的位置的参数值；以及
声波输出单元，用于基于所述参数值来输出指向性朝着所述信号源的方向的声波。
2.根据权利要求1所述的声波输出装置，其中
所述接收单元包括用于接收所述无线信号的多个接收天线，
所述声波输出单元包括多个扬声器，该多个扬声器中的每一个能够以预定延迟量来输出声波，并且
所述确定单元根据所述接收天线之间所述无线信号的到达时间差或相位差，来为所述扬声器中的每一个确定延迟量。
3.根据权利要求1所述的声波输出装置，其中
所述接收单元包括用于接收所述无线信号的多个接收天线，并且
所述确定单元根据所述接收天线之间所述无线信号的到达时间差或相位差，来确定所述无线信号的到达方向。
4.根据权利要求1所述的声波输出装置，其中
所述接收单元包括用于接收所述无线信号的三个或更多个接收天线，并且
所述确定单元根据所述接收天线之间所述无线信号的两个或更多个到达时间差或相位差，来确定所述信号源的位置。
5.根据权利要求2所述的声波输出装置，其中
所述声波输出单元的扬声器分别被安装在所述接收单元的接收天线的近旁，并且
所述确定单元通过颠倒所述接收天线的无线信号的到达时间或相位的顺序，来为所述扬声器中的每一个确定延迟量。
6.根据权利要求5所述的声波输出装置，其中
所述无线信号是包含用于标识所述信号源的个体或者握持所述信号源的用户的标识符的信标，并且
所述声波输出装置还包括控制单元，用于根据所述信标中包含的标识符来控制是否从所述声波输出单元输出声波。
7.根据权利要求1所述的声波输出装置，还包括：
声音分析单元，用于基于从所述信号源的方向收集的声音，来从已知用户中指定作为发音者的用户。
8.根据权利要求1所述的声波输出装置，还包括：
控制单元，用于根据在从所述信号源的方向收集的声音中是否包含特定语音命令，来控制从所述声波输出单元的声波输出。
9.根据权利要求1所述的声波输出装置，其中
所述接收单元包括多个感光器，用于接收红外线作为所述无线信号，并且
所述确定单元根据接收到所述红外线的感光器的位置来确定所述信号源的位置。
10.一种语音通信装置，包括：
接收单元，用于接收从预定信号源发送的无线信号；
确定单元，用于利用由所述接收单元接收的无线信号来确定取决于所述信号源的位置的参数值；
声波输出单元，用于基于所述参数值来输出指向性朝着所述信号源的方向的声波；以及
声音输入单元，用于基于所述参数值来收集来自所述信号源的方向的声音。
11.一种声波输出方法，包括以下步骤：
接收从预定信号源发送的无线信号；
利用接收到的无线信号来确定取决于所述信号源的位置的参数值；以及
基于所述参数值来输出指向性朝着所述信号源的方向的声波。
12.一种程序，使得用于控制包括能够接收从预定信号源发送的无线信号的接收单元和能够输出声波的扬声器的声波输出装置的计算机实现以下功能：
确定单元，用于利用由所述接收单元接收的无线信号来确定取决于所述信号源的位置的参数值；以及
声波输出单元，用于基于所述参数值来把从所述扬声器输出的声波的指向性设定为朝着所述信号源的方向。
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