CN102640517B - 有向声音系统、传输声音至空间位置方法及有向通信系统 - Google Patents

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Abstract

有向声音系统、传输声音至由用户凝视所确定的空间位置的方法以及有向通信系统被提供。在一个实施例中，该有向声音系统包括：(1)方向传感器被配置来产生用于确定用户注意力被指向的方向的数据，(2)麦克风被配置来生成指示其中所接收的声音的输出信号，(3)多个扬声装置被配置来将定向声音信号转换为定向声音以及(4)声音处理装置被配置来与所述方向传感器、所述麦克风和所述多个扬声装置相耦合，所述声音处理装置被配置来将所述输出信号转换为所述定向声音信号，并使用所述多个扬声装置以传输所述定向声音至与所述方向相关联的空间位置。

Description

有向声音系统、传输声音至空间位置方法及有向通信系统
技术领域
本申请总体涉及扬声装置，更具体地，涉及确定声音传输的方向。
背景技术
声换能器在将声音从一种能量形式转换为另一种能量形式时被使用。例如，麦克风被用于将声音转换为电信号(即，一种声-电换能器)。这些电信号随后可以被处理(例如，滤波、放大)并传输至一个或多个发声装置(以下简称为一个或多个扬声装置)。这些扬声装置随后被用于将经处理的电信号转换回声音(即，一种电-声换能器)。
通常，例如在音乐会或演讲中，多个扬声装置被布置以提供全区域的音频覆盖。换言之，这些扬声装置被布置为将从一个或多个麦克风所接收到的声音传播至整个指定区域。因此，该区域中的每个人能够听到被传输的声音。
发明内容
一个方面提供了一种有向声音系统。在一个实施例中，该有向声音系统包括：(1)方向传感器被配置来产生用于确定用户注意力被指向的方向的数据，(2)麦克风被配置来生成指示其中所接收的声音的输出信号，(3)多个扬声装置被配置来将定向声音信号转换为定向声音以及(4)声音处理装置被配置来与所述方向传感器、所述麦克风和所述多个扬声装置相耦合，所述声音处理装置被配置来将所述输出信号转换为所述定向声音信号，并使用所述多个扬声装置以传输所述定向声音至与所述方向相关联的空间位置。
另一个方面还提供了一种传输声音至由用户凝视所确定的空间位置的方法。在一个实施例中，该方法包括：(1)确定与空间位置相关联的用户视觉注意力的方向，(2)生成指示由麦克风接收的声音的定向声音信号，(3)利用具有已知相互间相对位置的多个扬声装置，将所述定向声音信号转换为定向声音以及(4)利用所述多个扬声装置在所述方向传输所述定向声音，以在所述空间位置提供定向声音。
再一个方面还提供了一种有向通信系统。在一个实施例中，该有向通信系统包括：(1)镜架，(2)方向传感器位于所述镜架上并被配置来提供指示佩戴所述镜架的用户的视觉注意力方向的数据，(3)麦克风被配置来生成指示其中所接收的声音的输出信号，(4)声换能器被按阵列布置并被配置来提供指示在所述麦克风接收的声音的输出信号以及(5)声音处理装置被与所述方向传感器、所述麦克风以及所述声换能器相耦合，所述声音处理装置被配置来将所述输出信号转换为定向声音信号并利用所述声换能器将基于所述定向声音信号的定向声音传输至与所述方向相关联的空间位置。
附图说明
现参考结合附图的以下描述，其中：
图1A是指示其身上的不同位置的用户的高度示意图，这些位置可以放置根据本发明的原理所构成的有向声音系统中的装置；
图1B是根据本发明的原理所构成的有向声音系统的一个实施例的高级框图；
图1C是根据本发明的原理所构成的有向通信系统的一个实施例的高级框图；
图2A图解说明图1A中的用户、该用户的凝视点以及扬声装置阵列之间的关系；
图2B图解说明非接触式光学眼动追踪装置的一个实施例，该眼动追踪装置可以构成图1A中的有向声音系统的方向传感器；
图3图解说明根据本发明的原理所构成的并具有加速度计的有向声音系统的一个实施例；
图4示出基本平面的二维扬声装置阵列；
图5示出3个对应声换能器的3个输出信号及其用于确定传输延迟的整数倍延迟，该等传输延迟被用于通过声换能器传输定向声音信号至空间位置来在该空间位置提供延迟相加(delay-and-sum)波束成形；及
图6是根据本发明的原理所实施的传输声音至空间位置的一个实施例的流程图，该空间位置由用户的凝视所确定。
具体实施方式
本发明解决如何将声音定向至一空间位置(例如，一空间体积)，而非将声音传播至整个区域。如此，一个人类发言者可以将他的声音选择性地指向一个空间位置。因此，一个发言者可以选择性地与另一个人说话，同时限制该区域的其他人能够听到他的讲话内容。在一些实施例中，该发言者可以选择性地越过相当的距离与另一个人说话。
如在此所公开的，可操控的扬声装置阵列可以与方向传感器组合以对声音定向。该可操控的扬声装置阵列可为电子可操控的，甚或机械可操控的。用户可以对着麦克风讲话(或低语)，他的声音可以被扬声装置阵列向该用户正凝视的空间点甚或多个空间点选择性地传输。这可以被实施，而无需对该声音被定向至的一方有任何特殊的设备要求。声音可以立体声地被传输至空间点。
方向传感器可以是眼动追踪装置，例如基于由眼角膜反射的红外光的非接触式眼动追踪装置。纳米传感器可被用于提供紧凑的眼动追踪装置，其可置于镜架中。其他类型的方向传感器，例如头部追踪设备，也可以被使用。
扬声装置阵列需要足够大(同时在空间范围和扬声装置的数量这两方面)，以提供用于定向声音的期望的角度精度。该扬声装置阵列可以包括内置于用户衣服的多个扬声装置，以及与这些扬声装置耦合的多个其他扬声装置，以增强该用户的阵列。该等其他扬声装置可被无线地连接。该等其他扬声装置可被附着于其他用户或固定于不同的位置。
声信号的处理可以实时进行。在视线传播情形下，延迟相加波束成形可以被使用。在多路径情形下，更通用的滤波相加(filter-and-sum)波束成形装置可能有效。如果用户正将声音定向至另一个人类发言者，并且如果该另一用户讲话，相互作用将有助于波束成形过程。在一些实施例中，麦克风阵列可以与扬声装置阵列布置在一起。例如，该麦克风阵列可以是专利申请号为12/238,346，名称为“自操控定向助听器及其操作方法”，申请人为ThomasL.Marzetta，于2008年9月25日申请的美国专利申请所公开的阵列，并以全部引用的方式被包含于此并在此被称作马泽塔(Marzetta)。代替分立的麦克风阵列，声换能器阵列可以被使用，作为麦克风和扬声装置工作。
图1A为指示其身上的不同位置的用户100的高度示意图，根据本发明的原理所构成的有向声音系统的各装置可被置于该等位置。总的来说，如此有向声音系统包括方向传感器、麦克风、声音处理装置和多个扬声装置。
在一个实施例中，方向传感器可以与用户100的头部的任何部分相关联，如块110a所示。这允许该方向传感器产生基于用户100的头部朝向的头位信号。在一个更具体的实施例中，方向传感器紧邻用户100的一只或两只眼睛，如块110b所示。这允许该方向传感器产生基于用户100的凝视方向的眼位信号。在替代性实施例中，方向传感器可以被放置于其他位置，其仍允许该方向传感器产生基于用户100的头部、一只眼睛或两只眼睛的朝向的信号。定点装置也可以与方向传感器一起被使用来指示空间位置。例如，如块120b所示，用户100可以使用带有诸如扫描笔或激光束等方向指示器的方向传感器，以将手的运动与指示空间位置的位置信号相关联。该方向指示器可以与该方向传感器无线通信以指示基于用户的手所带来的方向指示器的运动的空间位置。在一些实施例中，方向指示器可经有线连接与方向传感器连接。
方向传感器可以被用于指示基于用户100的头部位置或凝视点的两个或更多空间位置。如此，多个扬声装置可以被放置来将声音同时传输至不同的空间位置中的每一个。例如，多个扬声装置中的一部分可以被放置来将定向声音传输至一个空间位置，而其他扬声装置可以被放置来将该定向声音同时传输至另一或其他空间位置。此外，用户100所识别的空间位置的大小可基于该用户的头部位置或凝视点而变化。例如，用户100可以通过使其眼睛转圈来指示该空间位置为一个区域。因此，多个扬声装置可以被定向来传输声音至可容纳多人的单个、连续的空间位置，而不是用于同时传输的多个不同的空间位置。
麦克风被放置于邻近用户100来接收声音，该声音将被传输至依据方向传感器的空间位置。在一个实施例中，麦克风被放置于邻近用户100的嘴巴，如块120a所示，来捕获该用户待传输的声音。麦克风可以用夹子附着于用户100所穿着的衣服。在一些实施例中，麦克风可以附着于衣领(例如，衬衣、夹克、运动衫或披风)。在其他实施例中，麦克风可以通过连接耳机或镜架的支臂被放置于邻近用户100的嘴巴。麦克风同样也可以被放置于邻近用户100的手臂，如块120b所示。例如，麦克风可以被夹在衣服的袖子上或附着于手镯上。在此情形下，当用户需要时，麦克风可以邻近该用户的嘴巴放置。
在一个实施例中，多个扬声装置被放置于隔间，该隔间被调节尺寸以使其可被放入用户100的衬衣口袋，如块130a所示。在一个替代性实施例中，多个扬声装置被放置于隔间，该隔间被调节尺寸以使其可以被放入用户100的裤子口袋，如块130b所示。在另一个替代性实施例中，多个扬声装置可以被靠近方向传感器放置，如块110a或110b所示。前述实施例特别适用于布置为阵列的多个扬声装置。然而，多个扬声装置无须按此布置。因此，在另一个替代性实施例中，多个扬声装置被分布于用户100身上的两个或多个位置，包括但不限于那些由块110a、110b、130a、130b所指示的位置。在又一个替代性实施例中，多个扬声装置中的一个或多个未被放置于用户100的身上(即多个扬声装置被放置于远离该用户)，而是在该用户100的周围，或许在该用户100所在房间内的固定位置。多个扬声装置中的一个或多个也可以被放置于该用户100周围的其他人身上，并与该有向声音系统中的其他装置无线耦合。
在一个实施例中，声音处理装置被放置于隔间，该隔间被调节尺寸以使其可被放入用户100的衬衣口袋，如块130a所示。在一个替代性实施例中，声音处理装置可以被放置于隔间，该隔间被调节尺寸以使其可被放入用户100的裤子口袋，如块130b所示。在另一个替代性实施例中，声音处理装置可以被放置于邻近方向传感器，如块110a或110b所示。在再一个替代性实施例中，声音处理装置的部件可以分布于用户100身上的两个或多个位置，包括但不限于那些由块110a、110b、130a、130b所指示的位置。在还一个替代性实施例中，声音处理装置可以与方向传感器布置在一起，连同麦克风或多个扬声装置中的一个或多个一起。
图1B为根据本发明的原理所构成的有向声音系统140的一个实施例的高级框图。该有向声音系统140包括麦克风141、声音处理装置143、方向传感器145和多个扬声装置147。
麦克风141被配置来提供基于所接收的声信号的输出信号，该声信号在图1B中被称为“原始声音”。原始声音通常包括用户的声音。在一些实施例中，多个麦克风可以被使用以从用户接收原始声音。在一些实施例中，原始声音可以来自录音，或者可经麦克风141中继自其他声源，而不是用户。例如，射频收发装置可以被使用来接收原始声音，该原始声音作为从麦克风获得的输出信号的基础。
声音处理装置143有线或无线地与麦克风141和多个扬声装置147耦合。声音处理装置143可以是包括存储器的计算机，该存储器具有启动后指引其操作的一系列操作指令。声音处理装置143被配置来将自麦克风141接收的输出信号处理和定向输出至多个扬声装置147。多个扬声装置147被配置来将来自声音处理装置143的经处理的输出信号(也即，定向声音信号)转换为定向声音，并将该定向声音传输至基于声音处理装置143自方向传感器145接收的方向的空间点。
为了在空间点提供期望的声音，定向声音信号可随每一个特定的扬声装置而变。例如，定向声音信号可基于传输延迟而变，以允许在该空间点波束成形。定向声音信号也可以在更高的频段被传输，并在该空间点的接收器降回至声音频段。例如，甚至可以使用超声波频段。采用声音频移可以通过使用更小的扬声装置阵列提供更好的定向性，以及可能更强的私密性。为了增加更多的私密性，频移可以按照随机跳频模式。当采用频移时，在该空间点接收定向声音信号的人可以使用特殊接收器，该特殊接收器被配置来接收被传输的信号并将该信号降频至基带。
定向声音信号也可以变化以允许在该空间点的立体声。为了提供立体声，多个扬声装置可以被划分多个左扬声装置和多个右扬声装置，每组扬声装置接收不同的定向声音信号以在空间点提供立体声。可替换地，整个扬声装置阵列可以被两组定向声音信号的叠加同时驱动。
声音处理装置143利用所接收的方向、多个扬声装置147中已知的相互间相对位置以及多个扬声装置147的朝向，来为多个扬声装置147中的每个扬声装置定向以传输定向声音至空间点。多个扬声装置147被配置来提供定向声音，该定向声音基于所接收的声音信号(即，图1B中的原始声音)并依据由声音处理装置143提供的定向信号。该定向信号基于方向传感器145提供的方向，并可随多个扬声装置147中的每个扬声装置而变。
方向传感器145被配置来通过确定用户注意力的指向来确定方向。因此，如图1B所示，方向传感器145可以接收头部方向的指示、眼睛方向的指示或其两者。声音处理装置143被配置来基于所确定的方向为多个扬声装置147中的每个扬声装置生成定向信号。如果用户指示了多个方向，声音处理装置143可以为多个扬声装置147生成定向信号，以同时传输定向声音至用户所指示的多个方向。
图1C示出根据本发明的原理所构成的有向通信系统150的一个实施例的框图。该有向通信系统150包括多个装置，这些装置可以被包括于图1B中的有向声音系统140。这些对应装置具有相同的附图标记。此外，该有向通信系统150包括多个声换能器151、一个控制器153和一个扬声装置155。
有向通信系统150通过提供定向声音至空间位置以及自该空间位置接收增强的声音来允许增强的通信。多个声换能器151被配置来作为多个麦克风和多个扬声装置工作。多个声换能器151可以是阵列，例如图2A和图4中的扬声装置阵列230，或马泽塔(Marzetta)中所公开的麦克风阵列。在一个实施例中，多个声换能器151可以是相交错的扬声装置阵列和麦克风阵列。控制器153被配置来控制声换能器151作为麦克风或扬声装置工作。控制器153与声音处理装置143及多个声换能器151相耦合。声音处理装置143可以被配置来，根据接收自控制器153的控制信号处理传输至多个声换能器151的信号或接收自多个声换能器151的信号。控制器153可以是开关，例如按钮开关，该开关可以由用户控制以在传输声音至空间位置或接收声音自空间位置之间切换。在一些实施例中，该开关可以基于由方向传感器145所感知的用户头部或眼睛运动来操作。如图1C中的虚线框所示，在一些实施例中，控制器可以被包括在声音处理装置143中。控制器153也可以由用户使用来指示多个空间位置。
扬声装置155无线或有线地与声音处理装置143耦合。扬声装置155被配置来将由声音处理装置143生成的增强的声音信号转换为马泽塔(Marzetta)中所公开的增强的声音。
图2A图解说明了图1A中的用户100、凝视点220以及扬声装置阵列230之间的关系，其中图2A将扬声装置阵列230示为周期性阵列(其中，大体等距地将扬声装置230a至230n相间隔)。扬声装置阵列230可以是如图1B所示的多个扬声装置147或图1C所示的多个声换能器151。图2A示出图1A中用户100的头部210的俯视图。头部210包括未标记出的眼睛和耳朵。未标记出的箭头自头部210指向凝视点220，该凝视点为空间位置。例如，凝视点220可以是同该用户进行谈话的人或该用户希望的讲话对象。未标记出的声波自扬声装置阵列230发射至凝视点220，代表指向凝视点220的声能(声音)。
扬声装置阵列230包括多个扬声装置230a、230b、230c、230d…230n。扬声装置阵列230可以为一维(大致线性)阵列，二维(大致平面)阵列，三维(空间)阵列或任何其他配置。
延迟，也被称为传输延迟，可以与扬声装置阵列230中的每一个扬声装置相关联，以控制声波何时被发送。通过控制声波何时被发送，多个声波能够同时到达凝视点220。因此，声波的总和将被在凝视点220的用户所感知，以提供增强的声音。声音处理装置，例如图1B中的声音处理装置143，可以为扬声装置阵列230中的每个扬声装置提供必要的传输延迟，以支持在凝视点220的增强声音。声音处理装置143可以利用来自方向传感器145的方向信息来为扬声装置阵列230中的每个扬声装置确定合适的传输延迟。
夹角θ和(见图2A和图4)隔离了直线240和直线250，直线240与扬声装置阵列230的边线或平面垂直，直线250指示凝视点220和扬声装置阵列230之间的方向。假设扬声装置阵列230的朝向已知(或许通过将他们相对于图1B中的方向传感器145固定)。图1B中的方向传感器145确定直线250的方向。随后直线250可知。因此，夹角θ和可被确定。来自多个扬声装置230a、230b、230c、230d…230n的定向声音可基于夹角θ和被叠加，以在凝视点220产生增强的声音。
在一个替代性实施例中，扬声装置阵列230的朝向是利用辅助方向传感器(未示出)确定的，该辅助方向传感器可以包括位置传感器、加速度计或其他现有的或后续发现的朝向感知装置。
图2B图解说明了非接触式光学眼动追踪装置的一个实施例，该眼动追踪装置可以构成图1B中的有向声音系统或图1C中的有向通信系统的方向传感器145。眼动追踪装置利用相对眼睛280的角膜282产生的角膜反射。光源290，其可以是低功率激光，产生由角膜282反射的光，并作用于光传感器295，该光传感器位于与眼睛280的凝视(角位置)相关的位置。光传感器295，其可以是电荷耦合器件的阵列，产生与该凝视相关的输出信号。当然，其他眼动追踪技术存在并落入本发明的宽广范围。此等技术包括接触式技术，包括那些采用带有嵌入镜或磁场传感器的特殊接触式镜片的技术，或其他非接触式技术，包括那些通过放置于眼睛附近的接触电极来测量电位的技术，其中最常见的是眼电图(EOG)。
图3图解说明了根据本发明的原理构成的有向声音系统300的一个实施例，该有向声音系统具有加速度计310。头部位置检测可以被使用以替代眼动追踪或与眼动追踪一起使用。例如，头部位置追踪可以通过现有的或将有的角位置传感器或加速度计来实现。图3中，加速度计310被包含于镜架320或与其耦合。多个扬声装置330，或至少扬声装置阵列的一部分，同样可以被包含于镜架320或与其耦合。内嵌于镜架320或置于其上的导体(未示出)将加速度计310与多个扬声装置330耦合。图1B中的声音处理装置143同样可以被包含于镜架320或与其耦合，如框340所示。声音处理装置340可以有线方式与加速度计310及多个扬声装置330耦合。在图3所示的实施例中，支臂350将麦克风360与镜架320耦合。支臂350可以包括现有的、被用来将麦克风耦合至镜架320或耳机的支臂。麦克风360也可以包括现有设备。支臂350可以包括引线，其连接麦克风360与声音处理装置340。在另一个实施例中，麦克风360可以通过无线连接与声音处理装置340电耦合。
图4图解说明了一个基本平面的、规整的二维m×n扬声装置阵列230。该阵列中的各扬声装置被标记为230a-1，…，230m-n，并被按中心以水平距离h和垂直距离v相分隔。多个扬声装置230可以被视为如下所示的声换能器。在图4所示的实施例中，h和v是不相等的。在一个替代性的实施例中，h＝v。假设来自声音处理装置143的声能将被定向至图2A中的凝视点220，用于为被传递至凝视点220的声音定向的技术的实施例将被描述。该技术描述了为扬声装置230a-1，…，230m-n中每一个确定相对时延(即传输延迟)，以支持在凝视点220的波束成形。传输延迟的确定可以在声音处理装置143的校准模式下进行。
在图4所示的实施例中，由于多个扬声装置230a-1，…，230m-n被按中心以已知的水平距离和垂直距离分隔，他们的相对位置是已知的。在一个替代性的实施例中，多个扬声装置230a-1，…，230m-n的相对位置可以通过利用邻近凝视点220的声源来确定。多个扬声装置230a-1，…，230m-n也可以被用作麦克风来监听声源，并且声音处理装置143可以基于多个扬声装置230a-1，…，230m-n相互间的相对位置获得来自其中每一个的声源的延迟版本。声音处理装置143随后可以为多个扬声装置230a-1，…，230m-n中的每一个确定传输延迟。开关，例如控制器153，可以由用户操作来配置声音处理装置143接收来自多个扬声装置230a-1，…，230m-n的声源以用于确定传输延迟。此外，如马泽塔(Marzetta)所公开的麦克风阵列可以与扬声装置阵列230相交错。
在另一个实施例中，声音处理装置143可以启动校准模式，来通过利用多个扬声装置230a-1，…，230m-n中之一传输声信号至凝视点220为多个扬声装置230a-1，…，230m-n中的每一个确定相对该凝视点的传输延迟。其他剩余的扬声装置可以被用作麦克风来接收被传输的声信号的反射。声音处理装置143随后可以依据由剩余扬声装置230a-1，…，230m-n所接收的反射声信号来确定传输延迟。该过程可以被重复，以用于扬声装置230a-1，…，230m-n中的多个。由于物体干扰，对所接收的反射声信号的处理，例如滤波，可能是必要的。
校准模式可以通过利用多个扬声装置(被用作麦克风)捕获声能并确定声能相对每个扬声装置被延迟的长短，使声能从已知位置发射或确定发射声能的位置(可能通过摄像头)。因而，正确的传输延迟可被确定。该实施例尤其有用，当多个扬声装置的位置为非周期性的(即，非规则的)、任意的、变化的或未知的。在额外的实施例中，多个无线扬声装置可以被使用以替代多个扬声装置230a-1，…，230m-n，或与其一起被使用。
图5示出根据本发明的原理为多个扬声装置230a-1，…，230m-n校准传输延迟的实施例。对于以下讨论，多个扬声装置230a-1，…，230m-n可以被视为声换能器阵列，并可根据当前应用被称为多个麦克风或多个扬声装置。图5示出3个对应声换能器230a-1、230a-2、230a-3(作为麦克风操作)所对应的3个输出信号及其整数延迟(也即，相对延迟倍数)。此外，相对于作为扬声装置的多个声换能器，在凝视点220执行的延迟相加波束成形，也被示出。为了便于展示，输出信号中仅特殊瞬态被示出，并被理想化为具有固定宽度和单位高度的矩形。该3个输出信号被分入组510和520。这些信号，当由声换能器230a-1、230a-2、230a-3接收时，被包括于组510并被标记为510a、510b、510c。这些信号，在确定传输延迟并被传输至凝视点220后，被包括于组520并被标记为520a、520b、520c。530随后代表定向声音，其利用传输延迟由声换能器230a-1、230a-2、230a-3传输至指定空间位置(例如，凝视点220)。通过为声换能器230a-1、230a-2、230a-3中的每一个提供合适的延迟，这些信号在该指定空间位置被叠加，以产生一个单一的增强声音。
信号510a包括代表自第一个源接收的声能的瞬态540a，代表自第二个源接收的声能的瞬态540b，代表自第三个源接收的声能的瞬态540c，代表自第四个源接收的声能的瞬态540d，以及代表自第五个源接收的声能的瞬态540e。
信号510b也包括代表源自第一个、第二个、第三个、第四个和第五个源的声能的瞬态(其中最后一个太晚发生而未落入图5的时域范围)。同样地，信号510c包括代表源自第一个、第二个、第三个、第四个和第五个源的声能的瞬态(同样，最后一个落在图5之外)。
尽管图5并未示出，但可以看出，例如，恒定延迟将在第一个、第二个和第三个输出信号510a、510b、510c中出现的瞬态540a相分隔。同样地，一个不同但仍恒定的延迟将在第一个、第二个和第三个输出信号510a、510b、510c出现的瞬态540b相分隔。对于剩余的瞬态540c、540d、540e，同样如此。这是由来自不同源的声能在不同但相关的时刻作用于声换能器230a-1、230a-2、230a-3这一事实所带来的后果，该时刻与声能被接收的方向相关。
声音处理装置的一个实施例利用了该现象，其通过根据所确定的相对时间延迟来延迟将由多个声换能器230a-1，230a-2，230a-3中每一个传输的输出信号。用于多个声换能器230a-1，230a-2，230a-3中每一个的传输延迟基于自方向传感器接收的输出信号，即延迟所基于的夹角θ的指示。
以下等式描述了延迟与麦克风中继的水平及垂直距离间的关系：
其中d为延迟，声音处理装置将其整数倍应用于阵列中每个麦克风的输出信号，为图2A中直线250在阵列平面(例如以球坐标表征)上的投影与该阵列的轴的夹角，Vs为声音在空气中的额定速度。在一维(线性)麦克风阵列的情形下，h或v可以被视为0。
图5中，在第一个、第二个和第三个输出信号510a，510b，510c中出现的瞬态540a被假设代表源自凝视点(图2A中的220)的声能，且所有其他瞬态被假设代表来自其他外部源的声能。因此，恰当的待完成任务包括确定与输出信号510a，510b，510c相关联的延迟以确定传输延迟，以使得被传输至凝视点220的定向声音将积极增强，并完成波束成形。因此，组520示出输出信号520a相对于其在组510中的对应部分被延迟时间2d，以及组520示出，输出信号520b相对于其在组510中的对应部分被延迟时间d。
图5的示例可以被调整用于有向声音系统或有向通信系统，其中的多个声换能器未按具有规则间距的阵列布置，d可以随每个输出信号而不同。一些有向声音系统或有向通信系统的实施例可能需要校准以使其适用于特定用户，这也是可预期的。该校准包括调整眼动追踪装置，如果有，调整麦克风的音量，以及确定多个扬声装置相互之间的位置，如果他们未被布置成具有一个或多个规则间距的阵列。
图5的示例假设凝视点220距离扬声装置阵列足够远，以使凝视点位于该阵列的“弗劳恩霍夫区(Fraunhoferzone)”，从而源自多个扬声装置和凝视点之间的声能的波前可以被认为基本平坦。然而，如果凝视点位于该阵列的“菲涅耳区(Fresnelzone)”，从而源自其的声能的波前将示出可评估的曲率。基于上述理由，应被应用于多个扬声装置的传输延迟将不会是单个延迟d的倍数。同样地，如果凝视点位于该阵列的“菲涅耳区(Fresnelzone)”，则可能需要知道扬声装置阵列相对该用户的位置。如果被内嵌于镜架中，该位置将被得知且是固定的。当然，也可以使用其他的设备，例如辅助方向传感器。
图5所示实施例的一个替代性实施例中，利用滤波、延迟与叠加处理，而不是延迟相加波束成形。在滤波、延迟与叠加处理中，滤波器被应用于每个扬声装置，以使得这些滤波器的频率响应的总和在期望的关注方向达到单位值。受此限制，滤波器被选择来试图过滤所有其他声音。
图6示出根据本发明的原理实施的声音定向方法的一个实施例的流程图。该方法起始于开始步骤605。在步骤610中，用户的注意力所指向的方向被确定。在一些实施例中，多个方向可以由用户识别。在步骤620中，基于由麦克风接收的声信号，定向声音信号被产生。这些由麦克风接收的声信号可以为来自用户的原始声音。声音处理装置可以基于声信号和来自方向传感器的方向数据产生定向声音信号。在步骤630中，利用具有已知相互间相对位置的多个扬声装置，定向声音信号被转换为定向声音。在步骤640中，利用多个扬声装置，定向声音被传输至该方向。在一些实施例中，定向声音可以同时被传输至多个由用户识别的方向。该方法终止于结束步骤650。
与本申请相关的领域中的技术人员应能理解，本发明所描述的实施例可被进行其他以及进一步的添加、删除、代替和调整。

Claims (10)

1.一种有向声音系统，包括：
方向传感器被配置来产生用于确定用户注意力被指向的方向的数据；
麦克风被配置来生成指示其中所接收的声音的输出信号；
多个扬声装置被配置来将定向声音信号转换为定向声音；及
声音处理装置被配置来与所述方向传感器、所述麦克风和所述多个扬声装置相耦合，所述声音处理装置被配置来将所述输出信号转换为所述定向声音信号，并使用所述多个扬声装置以传输所述定向声音至与所述方向相关联的空间位置，其中，所述方向传感器使用定点装置基于所述用户对所述定点装置的运动来指示所述空间位置。
2.如权利要求1所述的有向声音系统，其中所述方向传感器包括眼动追踪装置，该眼动追踪装置被配置来提供指示所述用户的凝视方向的眼位信号。
3.如权利要求1所述的有向声音系统，其中所述方向传感器包括加速度计，该加速度计被配置来提供指示所述用户的头部运动的信号。
4.如权利要求1所述的有向声音系统，其中所述声音处理装置被配置来根据延迟的整数倍将传输延迟应用于所述输出信号，该延迟基于所述用户的凝视方向与垂直于所述多个扬声装置的直线之间的夹角。
5.如权利要求4所述的有向声音系统，其中对于所述多个扬声装置中的每个扬声装置，所述传输延迟基于所述每个扬声装置与所述空间位置之间的距离而变化。
6.如权利要求1所述的有向声音系统，其中所述方向传感器、所述麦克风以及所述声音处理装置被包含于镜架。
7.如权利要求1所述的有向声音系统，其中所述多个扬声装置的至少部分被无线耦合至所述声音处理装置并被布置得远离所述用户。
8.如权利要求1所述的有向声音系统，其中所述方向传感器还被配置来产生用于确定用户注意力被指向的多个方向的数据，以及所述声音处理装置还被配置来利用所述多个扬声装置将所述定向声音同时传输至与所述多个方向相关联的多个空间位置。
9.一种传输声音至空间位置的方法，包括：
基于用户对定点装置的运动确定空间位置；
生成指示由麦克风接收的声音的定向声音信号；
利用具有已知相互间相对位置的多个扬声装置，将所述定向声音信号转换为定向声音；及
利用所述多个扬声装置传输所述定向声音，以在所述空间位置提供定向声音。
10.一种有向通信系统，包括：
镜架；
方向传感器位于所述镜架上并被配置来提供指示佩戴所述镜架的用户的视觉注意力方向的数据；
定点装置被与所述方向传感器相耦合；
麦克风被配置来生成指示其中所接收的声音的输出信号；
声换能器被按阵列布置并被配置来提供指示在所述麦克风接收的声音的输出信号；及
声音处理装置被与所述方向传感器、所述麦克风以及所述声换能器相耦合，所述声音处理装置被配置来将所述输出信号转换为定向声音信号并利用所述声换能器将基于所述定向声音信号的定向声音传输至与所述方向相关联的空间位置，其中，所述方向传感器使用所述定点装置基于所述用户对所述定点装置的运动来指示所述空间位置。
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