CN105144747B - 用于对设备的取向进行广播的声学信标 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于确定扬声器相对于收听设备的取向的方法。该方法同时驱动每个换能器以发射与不同正交音频信号对应的波束图案。收听设备感测由正交音频信号所产生的声音并分析所感测的音频信号，以确定扬声器相对于收听设备的空间取向。还描述了其他实施例。

Description

用于对设备的取向进行广播的声学信标
相关问题
本专利申请要求于2013年3月14日提交的美国临时专利申请61/785,114的较早提交日期的权益。
技术领域
本发明描述了一种用于通过分析由集成到或以其他方式耦接到音频输出设备的多个换能器所发射的正交音频信号来确定音频输出设备相对于收听设备的取向的系统和方法。还描述了其他实施例。
背景技术
音频输出设备可包括两个或更多个换能器以用于协作产生声音。尽管声音工程师可能希望以特定方式相对于收听者对音频输出设备进行取向，但这种取向并非始终能够实现。例如，收听者可能相对于线性扬声器阵列坐置在偏离中心的地方。在另一个实例中，可将圆形扬声器阵列置于相对于收听者的各个角度处。由于处在非理想位置，由音频输出设备所产生的声音可能会实现不希望和不良的结果。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种用于确定具有多个换能器的扬声器阵列或任何设备相对于收听设备的取向的方法。在一个实施例中，该方法同时驱动每个换能器以发射与不同正交音频信号对应的波束图案。收听设备感测由正交音频信号基于波束图案所产生的声音并分析所感测的音频信号以确定扬声器阵列相对于收听设备的空间取向。
在一个实施例中，将所感测的音频信号与每个正交测试信号进行卷积，以产生一组互相关信号。比较或以其他方式分析互相关信号中的峰值以确定扬声器阵列的每个换能器、象限或侧面相对于收听设备的取向。在一个实施例中，使用峰值的大小和峰值之间的时间间隔来确定扬声器阵列的换能器、象限或侧面相对于收听设备的空间关系。
该方法允许通过使用正交测试信号来同时检查扬声器阵列的多个侧面或象限的取向。通过允许多个同时分析，与相继驱动换能器相比，该方法允许在大大减少的时间段内进行更精确的取向确定。通过快速确定扬声器阵列相对于收听设备的取向，可执行对由扬声器阵列所产生的声音的立即且连续的调节。例如，在确定收听设备(并通过推断确定收听者/用户)位于扬声器阵列的左侧时，音频接收器可调节由扬声器阵列所发射的一种或多种波束图案。同时驱动扬声器阵列中的所有换能器并相应地同时进行所有测量还避免了由于收听/测量设备在测量之间移动而导致的问题，因为所有测量都是同时进行的。
此外，通过使用正交音频信号，用于确定扬声器阵列的取向的方法对于外来声音来说更加稳健。例如，音频接收器可确定扬声器阵列的取向，而同时播放音轨而不影响取向确定过程。
以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可预期的是，本发明包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
本发明的实施例以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，本公开中提到本发明的“一”或“一个”实施例未必是同一实施例，并且它们表示至少一个实施例。
图1A示出了根据一个实施例的具有音频接收器、弧形扬声器阵列和收听设备的收听区域的视图。
图1B示出了根据一个实施例的具有音频接收器、线性扬声器阵列和收听设备的收听区域的视图。
图2示出了根据一个实施例的来自图1A的扬声器阵列的顶视剖视图。
图3示出了根据一个实施例的音频接收器的功能单元框图和一些构成硬件部件。
图4示出了根据一个实施例的收听设备的功能单元框图和一些构成硬件部件。
图5示出了根据一个实施例的用于确定扬声器阵列相对于收听设备的取向的方法。
图6A示出了根据一个实施例的由收听设备所生成的所感测的音频信号的实例。
图6B和6C示出了根据一个实施例的用于正交音频信号的示例性互相关信号。
图7示出了根据一个实施例的扬声器阵列以及阵列与收听设备的水平关系。
图8示出了根据一个实施例的扬声器阵列以及阵列与收听设备的垂直关系。
图9示出了根据一个实施例的两个扬声器阵列以及每个阵列彼此之间以及与收听设备的关系。
具体实施方式
现在参考所附附图来描述若干个实施例。虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施例可在没有这些细节的情况下实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免模糊对本描述的理解。
图1A示出了具有音频接收器2、扬声器阵列3和收听设备4的收听区域1的视图。音频接收器2可耦接到扬声器阵列3，以驱动扬声器阵列3中的各个换能器5，从而将各种声音模式发射到收听区域1中。使用一个或多个麦克风，该收听设备4可感测由音频接收器2和扬声器阵列3所产生的这些声音。可使用这些所感测的声音来确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向，如下文将进一步详细所述的。
尽管示出了单个扬声器阵列3，但在其他实施例中，可将多个扬声器阵列3耦接到音频接收器2。例如，可在收听区域1中定位三个扬声器阵列3，以相应地表示一条声音节目内容(例如，音乐作品或电影的音轨)的左前声道、右前声道和前方中心声道。
如图1A中所示，扬声器阵列3在弯曲的机柜中容纳多个换能器5。图2示出了来自图1A的扬声器阵列3的顶视剖视图。尽管该实施例中的换能器5位于圆中，但在其他实施例中，可使用不同的曲线布置。例如，可将换能器5布置成半圆、球形、椭圆形或任何类型的圆弧。在另一个实施例中，如图1B中所示，扬声器阵列3可以是线性的。
在图1A、1B和2中，扬声器阵列3包括布置成单行的一组换能器5。在另一个实施例中，扬声器阵列3可包含多行换能器5。换能器5可以是全音域驱动器、中音域驱动器、超低音扬声器、低音扬声器和高音扬声器的任意组合。换能器5中的每个换能器都可使用轻质隔膜或锥体经由约束线圈(例如，音圈)的柔性悬架而连接到刚性盆架或框架，以通过圆柱形磁隙轴向移动。在向音圈施加电子音频信号时，电流在音圈中产生磁场，使其成为可变电磁体。线圈和换能器5的磁性系统进行，从而生成磁力，该磁力使得线圈(从而使得附着的锥体)前后移动，由此在来自音频源诸如音频接收器2的所施加的电子音频信号的控制下再产生声音。尽管描述了将电磁动态扬声器驱动器用作换能器5，但本领域的技术人员将认识到，其他类型的扬声器驱动器，诸如压电驱动器、平面电磁驱动器和静电驱动器也是可能的。
每个换能器5可被逐个并独立地驱动，以响应于从音频源(例如，音频接收器2)所接收的独立且离散的音频信号产生声音。通过允许根据不同的参数和设置(包括延迟和能量水平)逐个并独立地驱动扬声器阵列3中的换能器5，扬声器阵列3可产生精确表示由音频接收器2所输出的一条声音节目内容的每个声道的许多方向性图案/波束图案。此外，可使用这些方向性/波束图案来确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向，如下文所述的。
如图1A和1B中所示，通过使用导线或导管来将扬声器阵列3耦接到音频接收器2。例如，扬声器阵列3可包括两个布线点，并且音频接收器2可包括互补的布线点。布线点可以是分别在扬声器阵列3和音频接收器2后方的接线柱或弹簧夹。这些导线独立缠绕或以其他方式耦接到相应的布线点，以将扬声器阵列3电耦接到音频接收器2。
在其他实施例中，扬声器阵列3可使用无线协议耦接到音频接收器2，使得阵列3和音频接收器2并未物理地接合，但保持射频连接。例如，扬声器阵列3可包括用于从音频接收器2中的对应WiFi和/或蓝牙发射器接收音频信号的WiFi或蓝牙接收器。在一些实施例中，扬声器阵列3可包括用于使用从音频接收器2所接收的无线信号来驱动换能器5的集成放大器。尽管示出了单个扬声器阵列3，但在其他实施例中，可将多个扬声器阵列3耦接到音频接收器2。
在一个实施例中，使用扬声器阵列3来表示一条声音节目内容的左前声道、右前声道和前方中心音频声道。声音节目内容可存储在音频接收器2中或外部设备(例如膝上型计算机、台式计算机、平板电脑、远程流式传输系统或广播系统)上，并通过有线连接或无线连接传输到音频接收器2或可对音频接收器2进行访问。
如上所述，扬声器阵列3将声音发射到收听区域1中。收听区域1是扬声器阵列3所在且定位收听者以收听由扬声器阵列3所发射的声音的位置。例如，收听区域1可以是房子或商业设施内的房间或室外区域(例如剧场)。收听者可携带收听设备4，使得收听设备4能够感测来自扬声器阵列3的类似的或相同的声音，包括可由收听者感知到的水平、音调和音色。
尽管相对于专用扬声器进行了描述，但扬声器阵列3可以是容纳多个换能器5的任何音频输出设备。这些实施例中的多个换能器5可不被布置成阵列。例如，可由具有用于输出声音的多个换能器5的膝上型计算机、移动音频设备、移动电话或平板电脑来替代扬声器阵列3。
图3示出了根据一个实施例的音频接收器2的功能单元框图和一些构成硬件部件。尽管被示为独立的，但在一个实施例中，音频接收器2集成在扬声器阵列3内。图3中所示的部件表示包括在音频接收器2中的元件，并且不应被解释为排除其他部件。下文将以举例方式来描述音频接收器2的每个元件。
音频接收器2可包括主系统处理器6和存储器单元7。在此一般使用的处理器6和存储器单元7是指可编程数据处理部件和数据存储装置的任意适当的组合，其进行实施音频接收器2的各种功能和操作所需的操作。处理器6可以是专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、通用微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号控制器或一组硬件逻辑结构(例如滤波器、算术逻辑单元和专用状态机)，而存储器单元7可指微电子非易失性随机存取存储器。操作系统可与特定于音频接收器2的各种功能的应用程序一起存储于存储器单元7中，它们将由处理器6运行或执行以执行音频接收器2的各种功能。例如，音频接收器2可包括取向确定单元9，该取向确定单元结合音频接收器2的其他硬件元件，驱动扬声器阵列3中的各个换能器5以发射声音。
在一个实施例中，音频接收器2可包括一组正交音频信号8。正交音频信号8可以是伪随机二进制序列，诸如最大长度序列。伪随机噪声序列是类似于满足用于统计随机性的一种或多种标准测试的噪声的信号。在一个实施例中，可使用线性移位寄存器来生成正交音频信号8。可针对扬声器阵列3的不同侧面以不同方式设置移位寄存器的抽头，从而确保针对扬声器阵列3的每个侧面的所生成的正交音频信号8对于所有其他正交音频信号8而言都是高度正交的。正交音频信号8可以是长度为2N-1的二进制序列，其中N是同时驱动的换能器5的数量。
在一个实施例中，一个或多个正交音频信号8中的每个正交音频信号与扬声器阵列3的单个侧面、象限或方向相关联。例如，图2中所示的扬声器阵列3可分成如图所示的四个象限/侧面3A-3D。每个象限可与单个不同的正交音频信号8相关联。在该实例中，将存在与扬声器阵列3的每个象限3A-3D相关联的四个不同的正交音频信号8。正交音频信号8可存储在存储器单元7中或存储在与音频接收器2集成在一起或可对该音频接收器2进行访问的另一个存储单元中。可使用正交音频信号8来确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向，如下文将进一步详细所述的。
在一个实施例中，主系统处理器6响应于请求来检索正交音频信号8中的一个或多个正交音频信号，以确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。该请求可由远程设备(例如收听设备4)或音频接收器2内的部件发起。例如，主系统处理器6可响应于用户选择音频接收器2上的测试按钮通过检索正交音频信号8中的一个或多个正交音频信号来开始用于确定扬声器阵列3的取向的过程(例如，由取向确定单元9所限定的过程)。在另一个实施例中，主系统处理器6可周期性地检索正交音频信号8中的一个或多个正交音频信号，以在规定的间隔(例如每分钟)处确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。
主系统处理器6可基于正交音频信号8产生驱动信号。驱动信号针对正交音频信号8中的每个正交音频信号来生成波束图案。例如，主系统处理器6可针对每个正交音频信号8来生成与高度定向的波束图案对应的一组驱动信号。沿着与每个正交音频信号8相关联的指定象限/方向3A-3D来定向波束图案。图2示出了针对与扬声器阵列3的独立象限3A-3D相关联的正交音频信号8的四种波束图案的中线。可使用驱动信号来驱动换能器5以同时产生每种波束图案。音频接收器2还可包括一个或多个数模转换器10，以基于驱动信号来产生一个或多个不同的模拟信号。将由数模转换器10所产生的模拟信号馈送到功率放大器11，以驱动扬声器阵列3中的对应换能器5，使得换能器5共同发射与每个正交音频信号8相关联的波束图案。如下文将进一步详细所述的，收听设备4可使用一个或多个麦克风同时感测由每种波束图案所产生的声音。可使用这些所感测的信号来确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。
在一个实施例中，音频接收器2还可包括无线局域网(WLAN)控制器12，其使用天线13从附近的无线路由器、接入点和/或其他设备接收并传输数据包。WLAN控制器12可通过中间部件(例如路由器或集线器)来促进音频接收器2和收听设备4和/或扬声器阵列3之间的通信。在一个实施例中，音频接收器2还可包括用于与收听设备4、扬声器阵列3和/或另一设备进行通信的具有相关联的天线15的蓝牙收发器14。
图4示出了根据一个实施例的收听设备4的功能单元框图和一些构成硬件部件。图4中所示的部件表示包括在收听设备4中的元件，并且不应被解释为排除其他部件。下文将以举例方式来描述收听设备4的每个元件。
收听设备4可包括主系统处理器16和存储器单元17。在此一般使用的处理器16和存储器单元17是指可编程数据处理部件和数据存储装置的任意适当的组合，其进行实施收听设备4的各种功能和操作所需的操作。处理器16可以是通常在智能电话中发现的应用处理器，而存储器单元17可指微电子非易失性随机存取存储器。操作系统可与特定于收听设备4的各种功能的应用程序一起存储在存储器单元17中，它们将由处理器16运行或执行以执行收听设备4的各种功能。例如，可存在电话应用(在启动时、未中止时或使其进入前景时)，使得用户能够“拨打”电话号码，以使用无线VOIP或蜂窝协议发起电话呼叫，并在结束时“挂断”呼叫。
在一个实施例中，收听设备4可包括基带处理器18，以根据给定协议(例如蜂窝GSM、蜂窝CDMA、无线VOIP)的规范分别对上行链路信号和下行链路信号执行语音编码和解码功能。蜂窝RF收发器19从基带处理器18接收经编码的上行链路信号，并在利用其驱动天线20之前将其上变换到载波频段。类似地，RF收发器19从天线20接收下行链路信号，并在将其传递到基带处理器18之前将信号下变换到基带。
在一个实施例中，收听设备4还可包括无线局域网(WLAN)控制器21，其使用天线22从附近的无线路由器、接入点和/或其他设备接收并传输数据包。WLAN控制器21可通过中间部件(例如路由器或集线器)来促进音频接收器2和收听设备4之间的通信。在一个实施例中，收听设备4还可包括用于与音频接收器2进行通信的具有相关联的天线24的蓝牙收发器23。例如，收听设备4和音频接收器2可使用WLAN控制器21和蓝牙收发器23中的一者或多者来共享或同步数据。
在一个实施例中，收听设备4可包括用于管理数字音频信号和模拟音频信号的音频编解码器25。例如，音频编解码器25可管理从耦接到编解码器25的一个或多个麦克风26所接收的输入音频信号。管理从麦克风26所接收的音频信号可包括模数转换和一般信号处理。麦克风26可以是任何类型的声电换能器或传感器，包括微机电系统(MEMS)麦克风、压电麦克风、驻极体电容式麦克风或动态麦克风。麦克风26可提供一定范围的极性图案，诸如心形、全向形和8字形。在一个实施例中，麦克风26的极性图案可随着时间而连续变化。在一个实施例中，麦克风26集成在收听设备4中。在另一个实施例中，麦克风26与收听设备4分开，并通过有线连接或无线连接(例如蓝牙和IEEE 802.11x)耦接到收听设备4。
在一个实施例中，收听设备4可包括一组正交音频信号8。如上文相对于音频接收器2所述的，一个或多个正交音频信号8中的每个正交音频信号与扬声器阵列3的象限3A-3D相关联。例如，图2中所示的具有四个象限3A-3D的扬声器阵列3可具有与象限3A-3D一一对应的四个不同的正交音频信号8。正交音频信号8可存储在存储器单元17中或存储在与收听设备4集成在一起或可对收听设备4进行访问的另一个存储单元中。可使用正交音频信号8来确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向，如下文将进一步详细所述的。
在一个实施例中，正交音频信号8可与音频接收器2中所存储的正交音频信号8相同。在该实施例中，使用WLAN控制器12和21以及蓝牙收发器14和23中的一者或多者在收听设备4和音频接收器2之间共享或同步正交音频信号8。
在一个实施例中，收听设备4包括用于确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向的取向确定单元27。收听设备4的取向确定单元27可与音频接收器2的取向确定单元9一起工作，以确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。
图5示出了根据一个实施例的用于确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向的方法28。方法28可由音频接收器2和收听设备4两者的一个或多个部件执行。在一个实施例中，方法28的操作中的一个或多个操作由取向确定单元9和/或27来执行。
在一个实施例中，方法28在操作29处开始，操作29利用音频接收器2驱动扬声器阵列3以基于正交音频信号8将多种波束图案同时发射到收听区域1中。在一些实施例中，可驱动换能器5以播放不同正交信号8的叠加。如上所述，音频接收器2可驱动扬声器阵列3中的换能器5以沿着不同的象限/方向3A-3D发射单独的波束图案。扬声器阵列3的每个象限3A-3D和正交音频信号8之间的关系可与正交音频信号8一起被存储在音频接收器2和/或收听设备4中。例如，可在音频接收器2和/或收听设备4中存储如下表格，其示出图2中的每个象限/方向和对应的正交音频信号8之间的关系：
象限/侧面标识符 正交音频信号标识符
3A 8A
3B 8B
3C 8C
3D 8D
表1
在一个实施例中，正交音频信号8为高于人可感知的正常极限的超声波信号。例如，正交音频信号8可高于20Hz。在该实施例中，音频接收器2可驱动换能器5以发射与正交音频信号8对应的波束图案，并且同时驱动换能器5以发射与一条声音节目内容(例如音乐作品或电影的音轨)对应的声音。使用这种方法，正交音频信号8可用于在正常操作期间在使用扬声器阵列3的同时确定扬声器阵列3的取向。因此，可连续地且可变地确定扬声器阵列3的取向，而不会影响收听者的音频体验。
在操作30处，收听设备4感测由扬声器阵列3所产生的声音。由于与正交音频信号8中的每个正交音频信号对应的波束图案在相对于扬声器阵列3的独立方向上同时被输出，因此收听设备4生成单个所感测的音频信号，该单个所感测的音频信号包括与同时播放的正交音频信号8中的每个正交音频信号对应的声音。例如，收听设备4可产生包括正交音频信号8中的每个正交音频信号的五毫秒的音频信号。收听设备4可结合音频编解码器25使用麦克风26中的一个或多个麦克风来感测由扬声器阵列3所产生的声音。
在一个实施例中，收听设备4持续记录收听区域1中的声音。在另一个实施例中，收听设备4在受到音频接收器2提示时开始记录声音。例如，音频接收器2可使用WLAN控制器12和21和/或蓝牙收发器14和23将记录命令传输至收听设备4。记录命令可由开始记录收听区域1中的声音的取向确定单元27解释。
在操作31处，收听设备4将所感测的音频信号传输至音频接收器2，以进行处理和取向确定。可使用WLAN控制器12和21和/或蓝牙收发器14和23来执行所感测的音频信号的传输。在一个实施例中，收听设备4无需来自音频接收器2的辅助即可执行取向确定。在该实施例中，不将所感测的音频信号传输至音频接收器2。相反，可由收听设备4执行取向确定，并且然后使用WLAN控制器12和21和/或蓝牙收发器14和23将取向结果传输至音频接收器2。
在操作32处，将所感测的音频信号与每个存储的正交音频信号8进行卷积，以产生一组互相关信号。由于卷积是针对每个正交音频信号8执行的，因此互相关信号的数量将等于正交音频信号8的数量。每个互相关信号对应于与其关联的正交音频信号的相同象限/侧面3A-3D(例如，如表1中所示)。图6A示出了示例性的所感测的音频信号，而图6B和6C示出了针对正交音频信号8A和8B的互相关信号，该正交音频信号8A和8B分别对应于象限/方向3A和3B。互相关信号各自包括高于/低于一般频谱分布的峰值或谷值。例如，图6B和6C中示出的互相关信号分别包括具有变化的强度的峰值。这些峰值对应于收听设备4在操作30处所感测的相应正交音频信号8的水平、音调和其他特性。
在操作33处，将每个互相关信号中的峰值进行比较以确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。在一个实施例中，确定与具有较高峰值的互相关信号对应的象限3A-3D比与具有较低峰值的互相关信号对应的象限3A-3D更接近收听设备4。例如，图6B中的峰值对应于象限3A，而图6C中的峰值对应于象限3B。在该实例中，图6B中的与象限3A对应的峰值大于图6C中的与象限3B对应的峰值。基于这种差异，操作33确定象限3A比象限3B更接近收听设备4。图7中示出了这种关系，其中象限3A比象限3B更接近收听设备4。可基于对应互相关信号中的峰的大小和形状针对象限3C和3D作出类似推断。可组合这些推断以产生扬声器阵列3相对于收听设备4的统一取向。例如，如图7中所示，可将扬声器阵列3的统一取向表示为相对于扬声器阵列3的轴或特定象限3A-3D的方位角测量δ。在另一个实施例中，扬声器阵列3的统一取向可包括扬声器阵列3的每个象限3A-3D相对于收听设备4的方位角测量。
在一个实施例中，使用与正交音频信号8对应的每种波束图案的相位来确定收听设备4相对于扬声器阵列3的位置。知道了用于发射每个正交音频信号8的波束图案之后，便可计算出收听设备4相对于所发射的波束图案的位置。然后可使用波束图案内的这个位置来确定收听设备4相对于扬声器阵列3的位置。
如图7中所示，在水平方向上确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。在其他实施例中，也可在垂直方向上确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向。图8示出了收听区域1的侧视图，其中收听者正携带收听设备4。在该实施例中，操作33使用于上述那些技术类似的技术来确定扬声器阵列3相对于收听设备4的垂直取向。垂直取向可包括扬声器阵列2的多个象限/侧面和/或阵列3的声学中心与收听设备4之间的垂直角度。
在一个实施例中，可使用多个扬声器阵列3来确定取向。例如，如图9中所示，在收听区域1中与收听设备4一起定位两个扬声器阵列31和32。使用与上述那些技术类似的技术，音频接收器2可驱动扬声器阵列31和32中的每个换能器5，以产生与独立正交音频信号8对应的独立波束图案。基于由与这些正交音频信号8对应的每种波束图案所产生的对应声音，可确定扬声器阵列31和32的取向。所得的取向可相对于收听设备4和/或其他扬声器阵列31和32。例如，针对扬声器阵列31的方位角测量δ11和δδ12可对应于扬声器阵列31相对于收听设备4和扬声器阵列32的取向。类似地，针对扬声器阵列32的方位角测量δ21和δδ22可对应于扬声器阵列32相对于收听设备4和扬声器阵列31的取向。方位角测量δ可相对于扬声器阵列3的特定象限或另一个部分。在一个实施例中，扬声器阵列31和32可各自包括麦克风26。在该实施例中，扬声器阵列31和32可充当收听设备4，以辅助确定其他扬声器阵列3的取向。
在一个实施例中，来自多个扬声器阵列3的正交音频信号8中的每个正交音频信号之间的到达时间可用于对以上取向估计进行改善。例如，可在时间t1处接收由扬声器阵列31所输出的与正交音频信号8对应的声音，而可在时间t2处接收由扬声器阵列32所输出的与正交音频信号8对应的声音。基于这些时间，可使用以下等式来确定扬声器31和32之间的距离：
其中c是声音在空气中的速度，并且d1和d2分别是扬声器31和32与收听设备4之间的距离。
方法28允许通过使用正交测试信号8来同时检查扬声器阵列3的独立侧面或方向上的多个换能器5。通过同时分析多个换能器8和扬声器阵列3的方向，与相继驱动换能器5相比，方法28允许在大大减少的时间段内进行更精确的取向确定。通过快速确定扬声器阵列3相对于收听设备4的取向，可执行对由扬声器阵列3所产生的声音的立即且连续的调节。例如，在确定收听设备4(并通过推断确定收听者/用户)位于扬声器阵列3的左侧时，音频接收器2可调节由扬声器阵列3所发射的一种或多种波束图案。同时驱动扬声器阵列3中的所有换能器5并相应地同时进行所有测量还避免了由于收听/测量设备4在测量之间移动而导致的问题，因为所有测量都是同时进行的。
此外，通过使用正交测试信号8，用于确定扬声器阵列3的取向的方法28对于外来声音更加稳健。例如，音频接收器2可确定扬声器阵列3的取向，并且同时播放音轨而不影响取向确定过程。
如上所述，本发明的一个实施例可以是一种制品，其中在机器可读介质(诸如微电子存储器)上存储有指令，该指令对一个或多个数据处理部件(本文中一般称为“处理器”)编程以执行上述操作。在其他实施例中，可通过包含硬连线逻辑部件(例如专用数字滤波器块和状态机)的特定硬件部件来执行这些操作中的一些操作。另选地，可通过经编程的数据处理部件和固定的硬连线电路部件的任何组合来执行那些操作。
虽然已描述并且在附图中示出了某些实施例，但应当理解，此类实施例仅用于说明广义的发明而非对其进行限制，并且本发明并不限于所示和所述的特定构造与布置，因为对于本领域的普通技术人员而言可想到各种其他修改。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (22)

1.一种用于确定具有多个换能器的音频输出设备的取向的方法，包括：
驱动所述音频输出设备中的所述多个换能器以同时产生多种波束图案，其中使用独立正交音频信号来驱动每种波束图案；
由收听设备来感测由每种波束图案所产生的声音以产生所感测的音频信号；
检索用于产生每种波束图案的所述正交音频信号；
将每个正交音频信号与所感测的音频信号进行卷积以生成针对所述音频输出设备的每个象限的互相关信号；以及
基于所述互相关信号来确定所述音频输出设备相对于所述收听设备的所述取向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每种波束图案在相对于所述音频输出设备的不同象限的不同方向上被发射。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述音频输出设备的与具有较高峰值的互相关信号对应的象限比所述音频输出设备的与具有较低峰值的互相关信号对应的象限更接近所述收听设备。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述音频输出设备的与具有时间上更早峰值的互相关信号对应的象限比所述音频输出设备的与具有时间上更晚峰值的互相关信号对应的象限更接近所述收听设备。
5.根据权利要求1所述的方法，其中分析每种波束图案的相位以确定所述收听设备相对于所述音频输出设备的所述象限的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述音频输出设备的所确定的取向包括针对所述音频输出设备的每个象限的相对于所述收听设备的方位角测量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述方位角测量相对于所述音频输出设备到垂直平面中的所述收听设备的所述取向。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述方位角测量相对于所述音频输出设备到水平平面中的所述收听设备的所述取向。
9.一种用于确定音频输出设备的取向的收听设备，包括：
麦克风，所述麦克风用于感测多种波束图案所产生的声音，以产生所感测的声音信号，所述多种波束图案由正交音频信号驱动，所述正交音频信号通过集成在所述音频输出设备内的多个换能器同时播放；和
取向确定单元，所述取向确定单元用于
检索所述正交音频信号，
将每个正交音频信号与所感测的声音进行卷积以生成针对所述音频输出设备的每个侧面的互相关信号，以及
基于所述互相关信号来确定所述音频输出设备相对于所述收听设备的所述取向。
10.根据权利要求9所述的收听设备，还包括：
存储器单元，所述存储器单元用于存储所述正交音频信号以及每个正交音频信号与所述音频输出设备的独立侧面的关联。
11.根据权利要求9所述的收听设备，其中所述音频输出设备的与具有较高峰值的互相关信号对应的侧面比所述音频输出设备的与具有较低峰值的互相关信号对应的侧面更接近所述收听设备。
12.根据权利要求9所述的收听设备，其中所述音频输出设备的与具有时间上更早峰值的互相关信号对应的侧面比所述音频输出设备的与具有时间上更晚峰值的互相关信号对应的侧面更接近所述收听设备。
13.根据权利要求9所述的收听设备，其中分析每种波束图案的相位以确定所述收听设备相对于所述音频输出设备的侧面的位置。
14.根据权利要求9所述的收听设备，还包括：
网络适配器，所述网络适配器用于与所述音频输出设备进行通信以同步所述正交音频信号。
15.根据权利要求9所述的收听设备，其中所述音频输出设备的所确定的取向包括针对所述音频输出设备的每个侧面的相对于所述收听设备的方位角测量。
16.根据权利要求9所述的收听设备，其中所述收听设备是移动电话。
17.一种用于确定具有多个换能器的音频输出设备的取向的装置，包括：
用于驱动所述音频输出设备中的所述多个换能器以同时产生多种波束图案的装置，其中使用独立正交音频信号来驱动每种波束图案；
用于由收听设备来感测由每种波束图案所产生的声音以产生所感测的音频信号的装置；
用于检索用于产生每种波束图案的所述正交音频信号的装置；
用于将每个正交音频信号与所感测的音频信号进行卷积以生成针对所述音频输出设备的每个象限的互相关信号的装置；以及
用于基于所述互相关信号来确定所述音频输出设备相对于所述收听设备的所述取向的装置。
18.根据权利要求17所述的设备，其中每种波束图案在相对于所述音频输出设备的不同象限的不同方向上被发射。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述音频输出设备的与具有较高峰值的互相关信号对应的象限比所述音频输出设备的与具有较低峰值的互相关信号对应的象限更接近所述收听设备。
20.根据权利要求17所述的设备，其中所述音频输出设备的与具有时间上更早峰值的互相关信号对应的象限比所述音频输出设备的与具有时间上更晚峰值的互相关信号对应的象限更接近所述收听设备。
21.根据权利要求17所述的设备，其中分析每种波束图案的相位以确定所述收听设备相对于所述音频输出设备的所述象限的位置。
22.根据权利要求17所述的设备，其中所述音频输出设备的所确定的取向包括针对所述音频输出设备的每个象限的相对于所述收听设备的方位角测量。
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