CN107924230A - 触觉系统中的校准技术 - Google Patents

Abstract

描述了一种提供用于触觉反馈的各种改进的校准技术的系统。声场由声场可能存在于其内的空间中的一个或多个控制点限定。每个控制点被分配等于控制点处的声场的期望振幅的振幅值。由于对空间的完全控制是不可能的，所以控制给定点处的声场会在其他相关位置处产生声场级别的错误的局部最大值。关于空中触觉反馈，这些可以通过创建在交互区域之外可感受到的次级效应和幻影现象来干扰与空间的交互。声场中次级最大值的级别和性质由空间如何被控制来确定。通过以不同方式布置换能器元件，可以限制和控制对声场的不希望的效应。

Description

触觉系统中的校准技术

相关申请的交叉引用

本申请要求以下三个美国临时专利申请的权益，其全部通过引用整体并入本文：

1.于2015年7月16日提交的序列号62/193,180。

2.于2016年1月5日提交的序列号62/275,206。

3.于2016年1月5日提交的序列号62/275,030。

技术领域

本公开一般涉及用于基于触觉系统的改进的校准技术。

背景技术

被称为“声场”的声能的连续分布可以被用于包括空中(mid-air)的触觉反馈的一系列应用。

通过在空间中定义一个或多个控制点，声场可以被控制。每个点可以被分配一个等于在控制点处的期望幅度的值。然后换能器的物理二维阵列可以被控制以在控制点处创建呈现期望幅度的声场。

然而，因为对空间的完全控制是不可能的，所以控制给定点处的声场在其他相关位置处产生了声场级别的错误的局部最大值。关于空中触觉反馈，这些可以通过创建在交互区域之外可感受到的次级效应和重影现象来干扰与空间的交互。声场中次级最大值的等级和性质通过空间如何被控制而被确定。改变空间如何被控制的一种方法是通过重新布置换能器元件而被控制。通过以不同的方式来布置换能器元件的二维阵列，对声场的不希望的效应可以被限制且被控制。

如何以最佳方法设计具有最小的错误最大值的声场中生成控制点的换能器阵列并非不重要。

此外，在先前的应用中，描述了使这些错误的最大值的形成最小化的换能器布局。然而实际上，由于电子设计和布局过程中固有的物理制造和生产限制，这些理想的配置通常是不可实现的。结果，需要一种方法来创建保持理想物理布置的所需有益特性的配置，同时考虑到这样的设计限制。虽然这个过程可以被手动地执行，但是这将是耗时的并且容易出现人为错误，并且同样地自动化方法将是优选的。

最后，为了创建对输入作出响应的适当的声场，必须将传感器附接到系统。该传感器需要交互，但声场的坐标空间与传感器的坐标空间之间的对应关系必须首先被建立。人们可以通过启动装置、提示对应的行、然后在这种情况下测量传感器的输出来执行这个初始校准步骤。这提供了两个向量空间之间的对应关系。但是，这需要人们之间的互动，并且所以会受到人为错误的影响，并且就一般意义而言需要人为干预。

附图说明

附图中相同的附图标记在整个分开的视图中指代相同或功能上类似的元件，连同下面的详细描述一起被并入说明书中并形成说明书的一部分，并且用于进一步说明概念的实施例，其包括要求保护的发明并解释这些实施例的各种原理和优点。

图1示出了以直线阵列被布置的换能器。

图2示出了直线阵列仿真的结果。

图3示出了以六边形阵列被布置的换能器。

图4示出了六边形阵列仿真的结果。

图5示出了以随机阵列被布置的换能器。

图6示出了随机阵列仿真的结果。

图7示出了以叶序螺旋阵列被布置的换能器。

图8示出了叶序螺旋阵列仿真的结果。

图9示出了以扩展叶序螺旋阵列被布置的换能器。

图10示出了扩展叶序螺旋阵列仿真的结果。

图11示出了以基于黄金比率的叶序螺旋阵列被布置的换能器。

图12示出了扩展的基于黄金比率的螺旋阵列仿真的结果。

图13示出了以基于叶序螺旋的正方形格式阵列被布置的换能器。

图14示出了基于叶序螺旋的正方形格式仿真的结果。

图15示出了以基于叶序螺旋的正方形框架(frame)阵列被布置的换能器。

图16示出了基于叶序螺旋的正方形框架阵列的结果。

图17示出了具有朝向图像中心旋转45度的换能器的基于叶序螺旋的正方形框架阵列的结果。

图18示出了具有直接指向图像中心的换能器的基于叶序螺旋的正方形框架阵列的结果。

图19示出了以叶序螺旋的换能器的理想布局。

图20示出了在现实世界的情况下复制图19的布局的尝试。

图21-26示出了被配置为产生触觉系统中的换能器布局中的约束的隐喻的物理仿真系统的各种实施例。

图27示出了在现实世界的情况下复制图19的布局的改进尝试。

本领域技术人员将认识到，为了简单和清楚，图中的元件被示出并且不一定按比例被绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以帮助提高对本发明实施例的理解。

设备和方法组件已经在适当的情况下通过附图中的常规符号被表示，仅示出了与理解本发明的实施例相关的那些具体细节，以便不会使具有对于受益于本文描述的本领域普通技术人员易于显而易见的细节的本公开模糊。

具体实施方式

本文描述了用于增强触觉系统中的校准技术的某些技术。这些技术中的一些或全部可以同时或一个接一个地被使用，以便改善这样的校准。

I.降低的次级最大值的阵列配置

可以通过在空间中定义一个或多个控制点来控制声场。每个控制点可以被分配等于该控制点处的期望幅度的值。然后换能器的物理集合可以被控制以在控制点处创建呈现期望幅度的声场。

因为对空间的完全控制是不可能的，所以在给定点处控制声场可能在其他相关位置处产生声场级别的错误的局部最大值。关于空中触觉反馈，这些可以通过产生在交互区域之外感受到的次级效应和重影现象来干扰与空间的交互。

声场中次级最大值的级别和性质由空间如何被控制来确定。改变空间如何被控制的方法一种是通过重新布置换能器元件来实现的。通过以不同方式布置换能器元件，可以限制和控制对声场的不希望的效应。

如何以最佳方法设计在具有最小的错误最大值的声场中生成控制点的换能器阵列并非不重要。现有的阵列几何图形将被审查以将其缺点考虑在内。然后将审查新的阵列几何图形来弥补这些缺点。

1.图定义

图2、4、6、8、10、12、14、16、17和18是由30个控制点组成的星形的仿真。星形被创建在每个换能器阵列中心上方15cm的平面上，并且具有14cm的直径。每个像素是1mm2。其他控制点、像素和换能器阵列集合可能会出现类似的结果。

2.现有的阵列配置

图1示出了为了控制声场而产生的256个换能器的最明显的阵列100：直线阵列110。该配置易于建模和制造。如图2所示，该直线阵列仿真200受到反映了真实图像210的基于傅里叶变换的重像220、230、240、250的影响。这是由于换能器布置接近于平面表面的缩短规则采样。

由于直线结构是这四个重影图像220 230 240 250的来源，所以潜在的解决方案将要分解直线结构。如图3所示，一种不具有直线结构和更好的换能器的填充密度的阵列300的简单方法可以通过被填充在六边形阵列310中被获得。

如图4中的六边形阵列仿真400所示，六边形阵列310(这里由271个换能器而不是256个组成)在预期图案410周围创建六个重像420、430、440、450、460、470。这些重像是图案的转换副本的可见部分，与直线矩阵方法中明显的方式大致相同。因此，沿给定(但不一定是正交)方向的平面的重复和均匀采样应该归咎于这种行为。

如图5所示，为了防止这些重像，可以将均匀结构分解成阵列500，其中换能器元件位于随机配置阵列510中。如图6所示，随机阵列仿真600是有效的，这是因为除了预期的图像610之外没有额外的图像。然而，换能器元件510的填充严重受损。这在控制点焦点处产生较低的强度以及局部换能器密度的不可预知的变化。这导致声场幅度的波动以及用于移动控制点的阵列效率。

3.叶序螺旋换能器阵列

前面部分概述的问题需要创建具有远离控制点的不相关次级最大值和均匀密度的新型阵列，以避免不期望的功率下降。期望具有以下几何形状的实现这两个目标的换能器布置，所述几何形状具有均匀或可预测的密度和在任何给定方向上的非均匀采样以避免重像。

叶序螺旋图案在本质上是常见的，其中需要用于吸收最大量的太阳光的叶子的密集填充。其构造是基于黄金比率(无理数)的角度比例来产生元件的替选弯曲填充，而均匀且规则的元件不会导致在任何给定方向上的定期采样。如果两个数量的比率与它们的总和与两个数量中的较大数量的比率相同，则两个数量处于黄金比律(无理数，大约1.618)。

如图7所示，换能器元件的阵列700可以被布置叶序螺旋710的变体。如图8所示，叶序螺旋阵列仿真800移除在预期图像810上的重像，并且通过去相关来降低次级最大值。

如图9所示，换能器元件的阵列900可以被布置为具有更多的空间覆盖的扩展叶序螺旋910。如图10所示，该扩展叶序螺旋阵列仿真1000导致了在接近期望控制点输出的振幅级别处具有更多去相关噪声1020的预期图像1010。

图2和图4中所示的规则阵列布置中的额外图像由共线换能器元件引起，所述共线换能器元件以均匀间隔被重复。作为副作用，在他们的集合动作中的这些元件构造了形状的离散傅里叶变换。这导致了这些共线分组终止的周期性边界条件。由于周期性边界条件而出现的伪像是这些图中所示的“幻影”。

如图所示，可以通过创建其中共线分组被最小化或不存在均匀间隔的系统来移除这些图像。在这些情况下，分组不采用与离散傅里叶变换相同的采样方法，因此不会呈现这些效应。随机或泊松盘采样可以有效地消除这些效应，但是这具有降低填充元件能力的缺点。防止均匀间隔或共线性的填充技术并非不重要，这是因为本质上晶体结构可以证明。但是，叶序螺旋设计通过将换能器元件沿着由无理数构建和控制的曲线放置来满足所有这些标准，从而最小化共线性的效应。

代替使用在阵列区域中均等地分配换能器的平方根距离(提高0.5的幂)，可以增加指数(提高黄金比率减1，0.618的幂)以更多地朝向边缘伸展换能器。如图11所示，换能器元件的阵列1100可以被布置为基于黄金比率的叶序螺旋1110。如图12所示，这个基于黄金比率的叶序螺旋阵列仿真1200导致了具有在接近期望的控制点输出的振幅级别处的更多的去相关噪声1220的预期图像1210。这样可以更好地抑制噪音，同时控制更大的面积，并且更恰当地趋向于阵列的边缘降级。

通过使用指数中较高的幂，叶序螺旋松弛了元件的填充，使其与向日葵中发现的自然布置更加类似。在这里，叶序螺旋图案中的换能器的分配朝向叶序螺旋图案的边缘更稀疏。由于随着元件离开中心移动而使它们进一步分离，所以它们可能会在边缘处产生降低的触觉效应。然而，在边缘处的这些稀疏换能器仍然能够抑制多余的噪声，这是以更大的封装和一些额外的换能器为代价的。这种效应可以证明在螺旋生产中使用更高的指数是合理的。

叶序螺旋阵列实际上不需要处于完全螺旋形式。螺旋可以被切割成更适合于阵列封装(诸如以直线、正方形或矩形格式)的形状。因此一个或多个部分叶序螺旋图案可以被用于生成期望的效应。本文中术语“部分叶序螺旋图案”的使用可以指完全叶序螺旋图案的一部分或完全叶序螺旋图案。

如图13所示，换能器元件的阵列1300可以被布置为基于叶序螺旋的正方形格式1310。该阵列1300包括具有多个部分叶序螺旋图案的换能器元件。如图14所示，这种基于叶序螺旋的正方形格式仿真1400导致了具有有限噪声的预期图像1410。矩形格式也可以被使用。

替选地，叶序螺旋可以被切割成用于给予空中触觉能力的装置的框架。如图15所示，换能器元件的阵列1500可以被布置为基于叶序螺旋的正方形框架格式1510。该阵列1500包括具有多个部分叶序螺旋图案的换能器元件。该阵列1500使用800个换能器。如图16所示，这种基于叶序螺旋的正方形框架仿真1600导致了具有低形状质量的预期图像1610。这种低形状质量可以归因于构成形状的控制点的浅角度。

在z方向(与二维换能器阵列正交的方向)上移动换能器并且将它们旋转45度成倾斜的“相框”布置验证了该结果。在图17所示的布置中，仿真1700示出了换能器朝向图像的中心正指向这个45度角。(因为换能器在图像的相反侧面上指向相反方向，所以图像相反侧上的换能器之间的差异是90度)。这里预期的图像1710具有噪音很小的非常高的质量。这使阵列中的每个换能器靠近所生成的图像的视线，从而提高其聚焦能力。

与直觉相反，将每个换能器进一步旋转以直接指向形状的中心实际上降级了聚焦性能，这是因为垂直于阵列四侧的分辨力的缺乏在形状的平面中创建了更强大的次级最大值。在图18所示的布置中，仿真1800示出了换能器正直接指向图像的中心。这里预期图像1810包括明显更多的噪声。

换能器不需要全部都指向相同的方向，或者以相同的定向(orientation)被固定在z轴上上。

尽管这些换能器布置已经被示出来使用圆形换能器元件，但所描述的设计也适用于不同形状的换能器元件，包括正方形、矩形或椭圆形或其他形状。

4.噪声的降低和去相关的重要性

阵列输出中的噪声会导致许多不同的现象。首先且最明显的副作用是高级别的噪声可能会干扰阵列的空中触觉质量。他们或许会导致可能会淹没预期的信号的幻影点和低级别的刺激。另一个副作用是，由于阵列产生了作为副作用的声音，所以更强的随机次级最大值可能导致工作音量之外的更多可听见的噪声。

降低附近的次级最大值将降低可能干扰触觉感觉的反馈点的级别。将噪声与反馈去相关将通过在空间上和时间上破坏性地干扰其自身来更有效地平滑噪声。

II.在触觉系统中换能器放置的计算自动化

如果通过修剪被不适当放置的换能器将每个电子组件的放置的物理限制应用于理想布局，则设计变得稀疏且低效。

1.物理约束的应用

图19和图20证明了与理想对比现实世界的换能器布局有关的问题。图19是在叶序螺旋中的换能器1900的理想布局。图20示出了在现实世界情况下尝试复制这种换能器2000的布局。

换能器必须被包含在印刷电路板的封装内。图20示出了用于四个物理连接器布置的区域2010、2020、2030、2040已经被应用在换能器的约束之上。因此，在一个示例中，图20中的板上区域上方的全部换能器数量已经从相同空间中的直线布局(如图1中的)256下降到179，表示了功率的显著损失。也存在相当大的区域2010、2020、2030、2040没有换能器，这意味着在上述声学音量的保真度的损失。虽然这可以被用作换能器元件的放置中的进一步手动干扰的起点，但是这将是耗时的并且可能不经意地危及预期的最佳布局。

2.物理约束优化

通过使用二维物理学的仿真，换能器布局设计可以针对物理约束而被更好地优化。仿真中的每个电子组件都由多个层组成。在每个层中，对象与位于相同层上的其他物体进行交互。例如，换能器主体可以在一层上被建模为原始形状。在单独层上的不同但刚性连接的形状表示换能器下方的电气引脚连接。在上面的示例中，换能器主体与彼此交互并且与印刷电路板的边缘交互。相反，对换能器引脚进行建模的形状只与物理板连接器交互，以确保有足够的空间来物理地放置连接器。因此，使用物理过程的仿真来优化作为整体的组件的位置。

3.增强设计的仿真行为

被配置为提供这样的受约束的系统的物理仿真的仿真器(无论是硬件、软件还是两者)可以被用于为换能器放置任务提供直观的设计工具。挑战是在面对违反消极约束的组件的期望放置的情况下需要实现积极的约束。这样的方法可以很容易地产生满足这些约束的直觉结果，同时尝试给出任何给定组件的最接近理想的放置。该努力的最终目标是在电路板上设计且递送换能器的高效的现实世界布局。

物理过程可以被设想为，例如，对组件进行均匀扩展的元件和/或被表示为刚体的每个元件之间的排斥力场。这些元件可以通过与物理弹簧的解释相对应的约束而被连接到它们的优选位置。通过这种方式，其中“弹簧”、积极约束是最宽松的物理配置在继续服从其他物理负面约束(诸如形状闭塞)的情况下为电路板上的组件放置提供了全面的隐喻。

刚体仿真是可被配置为产生这些约束的隐喻的物理仿真系统的一个示例。将每个组件仿真为刚体然后防止形状闭塞，这是因为两个刚体可能不会同时占据相同的空间。仿真器也可以被用来对设计中的每个组件施加抑制力。这意图使组件尽可能接近预先计算的且理想位置。偏离理想位置导致了恢复力的增加。这可以被设想且被建模为将组件拉向理想位置的弹簧。在预定义点处，弹簧可以被配置成破坏，导致了组件的删除和可能的重新定位。

一旦可以自动化的组件的初始放置被完成，仿真就会及时向前移动。随着仿真及时向前移动，弹簧会收缩，这可能会将组件拉到更好的位置，而其他约束可能会将组件推离各个优选位置。随着时间的推移，这些相反力的动作将允许电路板设计进入可从这个过程中输出的更优化的配置。这可以被重复多次，或作为更长的设计过程中的单个步骤，以便获取有效的电路板设计。

图21示出了具有覆盖在仿真最终换能器放置2111、2113、2115上的初始换能器放置2112、2114、2116的初始布置的左布局2100。在中心布局2120中，矩形无分区组件2121迫使换能器远离它们的初始换能器放置2112、2114、2116并且迫使经仿真的最终换能器放置2111、2112、2115移动位置。使用相应的弹簧2122、2123、2124来对初始换能器放置2112、21114、21616与经仿真的最终换能器放置2111、2112、2115之间的连接进行建模。

在右布局2130中，因为扩展矩形无分区组件2132迫使从最左侧的初始换能器放置2116到经仿真的最终换能器放置2115的距离太大，所以移除最左侧的换能器2115。这导致弹簧2131破坏，并且因此经仿真的最终换能器放置2115从布局移除。

图22示出了类似的情况，其中不同之处在于“违规”换能器在阵列内被移动而不是完全被移除。左布局2210示出了没有无分区组件的五个经仿真的最终换能器放置2211、2212、2213、2214、2215(初始换能器放置未示出)。中心布局2220示出了无分区组件2235对换能器放置的效应。这里，使用相应的弹簧2226、2232、2232、2229来对四个初始换能器放置2221、2223、2224、2225与经仿真的最终换能器放置2211、2213、2214、2215之间的连接进行建模。这四个换能器的移动通过无分区组件2235而成为必要的。通过无分区组件2235而成为必要的中左换能器2212的移动太远，从而破坏弹簧2228。这促使中左换能器移动到阵列的另一侧的位置2222。

如右布局2240所示，前者中左换能器2212被移动到阵列的另一侧上的位置2222，并且弹簧2231被用于建模其相对于组件无分区2235的放置。右布局2240中的其余元件与中央布局2220相同。

突然对组件布局施加约束会由于立即严重且违反物理约束而产生不确定性。为了缓解这点，可以使约束和组件缓慢地移动且扩展到位置。这种物理解释允许组件慢慢采用位置作为仿真的自然结果。图23示出了左布局2310，示出了初始换能器布置2315。在中央布局2320中，示出了小的无分区组件2312，其迫使换能器布置2325被略微重新排列。在右布局2330中，示出了扩展的无分区组件2335，其迫使换能器布置2340被显著地重新排列。

图24示出了具有小部件2411、2412、2413的左布局2410。在中央布局2420中，存在扩展组件2421、2422、2423。在右布局2430中，最终尺寸组件2431、2432、2433自然地使用弹簧约束来布置他们自己。

通过允许组件的动态创建和删除，仿真还可以是交互式的。这些组件也是物理仿真的，并且这种交互性使能人们对放置过程的控制的元件。在这些情况下，可以修改其相关联的弹簧约束的直接组件位置和锚定位置。

图25示出了具有组件2514集合的左布局2510，其中新组件被用户输入2512添加。中央布局2520示出了在其他组件2524内被创建的其已经移动以容纳的初始新组件2522。右布局2530示出了所有组件2534的新布局。

图26示出了具有组件2614集合的左布局2610，其中新组件被用户输入2612移除。中央布局2620示出了在其他组件2624中被移除的待移除组件2622。右布局2630示出了其余组件2634的布局。

图27中示出了使用前述方法改进的布局的示例。与上面的图20中的179个组件相比，组件布局2700导致了237的总组件数。由于更有效的布局，区域2710、2720、2730、2740不再是空的，而是包括许多组件。

III.使用悬浮的基准点来校准阵列

1.作为输入校准步骤的悬浮

使用在阵列上方产生的声场可以悬浮诸如聚苯乙烯珠粒的物体。已经示出了可以采用优化来生成小物体可被捕获所处的悬浮点。(Marzo等人，Holographic acousticelements for manipulation of levitated objects，Nature Communications 6：8661(2015))。可以以类似于控制点的方式以及在可以在相同位置处创建的等效控制点的可预测子波长偏移来创建悬浮点。然后可以使用与输入相同的传感器(例如可以是照相机)来感测物体。这个物体然后可以被用作漂浮在自由空间中的基准标记。该基准物体可以提供能够进行空间追踪的感测装置的输入坐标空间与声学输出坐标空间之间的对应关系。

一旦珠粒在悬浮点处被捕获，悬浮点可以以与控制点类似的方式被缓慢移动。当悬浮点在阵列上方的声学体积周围移动时，声学输出空间和传感器输入空间之间的对应关系被改善。为了提供足够的传感器校准，物体必须通过所有三个维度移动、通过时间记录输入和输出空间之间的对应关系。物体的示例路径可能位于漂浮在阵列上方的四面体的顶点之间。如果声学透明结构将基准保持在预定义的初始位置，使得阵列能够夹持和悬浮物体，则系统可以在没有人为干预的情况下被操作。

2.作为输出校准步骤的悬浮

如果输入传感器空间和位置的客观测量之间的对应关系是已知的，则悬浮物体可以被用于校准阵列的输出空间。由于悬浮点的形成类似于控制点的形成，因此前者可被用于测量声学假设在声学体积中所保持的方式。这可以被用于确定阵列聚焦的位置是否是正确的，并且使得能够在焦点已经在空间中被线性或非线性变换的情况下计算校正因子。输入和输出校准步骤两者都可以被同时执行。

V.结论

前述实施例的各种特征可以被选择且被组合以产生改进的触觉系统的许多变型。

在前面的说明书中，已经描述了具体的实施例。然而，本领域的普通技术人员应理解，在不脱离如下权利要求所阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的而非限制性的，并且所有这样的修改意图被包括在本教导的范围内。

益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更明显的任何元件都不被解释为关键的、必需的或基本的特征或任何或所有权利要求的元件。本发明仅由所附权利要求限定，包括在本申请的未决期间进行的任何修改以及所发布的那些权利要求的所有等同物。

此外，在本文件中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系术语可以仅被用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不必要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”、“有”、“具有”、“包括”、“包括有”、“包含有”、“含有”、“容纳”或其任何其他变化意在涵盖非排他性包含，使得包括、具有、包括有、包含元件列表的过程、方法，物品或设备不仅包括那些元件，而且可以包括没有明确被列出的或对这样的过程、方法、物品或设备固有的其他元件。“包括...a”、“具有...a”、“包含...a”、“包含有...a”的元件在没有更多限制的情况下不排除在包括、具有、包含该元件的过程、方法、物品或设备中的附加相同元件的存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或多个，除非本文另有明确说明。术语“大体上”、“基本上”、“近似”、“大约”或其任何其他版本被定义为接近于本领域普通技术人员所理解的。本文所使用的术语“耦合”被定义为连接，尽管不一定直接且不一定机械地连接。至少以某种方式“配置”的装置或结构以至少该方式被配置，但也可以以未被列出的方式被配置。

本公开的摘要被提供以允许读者快速确定本技术公开的性质。提交时的理解是，其不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出出于简化本公开的目的，各种特征在各种实施例中被分组在一起。本公开的方法不被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求由此被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独要求保护的主题。

Claims (21)

1.一种设备，包括：

换能器阵列，具有多个换能器，所述换能器具有已知的相对位置和定向以生成空中声场；

多个控制点，其中所述多个控制点中的每个控制点相对于所述换能器阵列具有已知的空间关系；

其中所述多个换能器在所述多个控制点处以期望的振幅生成所述空中声场；并且

其中所述多个换能器中的至少一部分换能器以部分叶序螺旋图案被布置。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述部分叶序螺旋图案使所述空中声场中的错误局部最大值最小化。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述换能器阵列以直线格式被布置。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述换能器阵列以框架格式被布置。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述多个换能器包括具有第一定向的第一换能器和具有第二定向的第二换能器，并且其中所述第一定向不等于所述第二定向。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述第一定向与所述第二定向之间的差异为约90度。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述多个换能器中的至少一个换能器指向所述空中声场内的预定点。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述多个换能器在所述部分叶序螺旋图案中的分布是基于无理数的角度比例的。

9.如权利要求8所述的设备，其中无理数具有大约0.618的值。

10.如权利要求8所述的设备，其中所述多个换能器在所述部分叶序螺旋图案中的分布近似相等。

11.如权利要求8所述的设备，其中所述多个换能器在所述部分叶序螺旋图案中的分布朝向所述部分叶序螺旋图案的边缘更稀疏。

12.一种方法，包括：

仿真具有多个经仿真的换能器的电路板上的换能器阵列的组成，以用于生成具有已知的相对位置和定向的空中声场；

其中使用刚体仿真来仿真所述多个换能器中的每个换能器，以防止所述多个换能器中的两个换能器同时占据相同的空间。

13.如权利要求12所述的方法，还包括在仿真中对多个经仿真的换能器中的至少一个施加抑制力。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述抑制力被仿真为将所述多个经仿真的换能器中的至少一个拉向其理想位置的弹簧。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述弹簧被仿真为在预定义点处断裂，导致了从所述仿真中删除多个经仿真的换能器中的至少一个。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述弹簧被仿真为在预定义点处断裂，导致了从所述仿真中重新定位多个经仿真的换能器中的至少一个。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述电路板包含至少一个没有经仿真的换能器的区域。

18.如权利要求17所述的方法，其中多个经仿真的换能器中的一部分最初以部分叶序螺旋图案被布置。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述电路板上的所述换能器阵列放置的组成包括多个经仿真的换能器围绕所述至少一个没有经仿真的换能器的区域的有效放置。

20.一种设备，包括：

换能器阵列，具有多个换能器，所述换能器具有已知的相对位置和定向以生成空中声场；

多个悬浮点，其中所述多个换能器在所述多个悬浮点处以期望的振幅生成所述空中声场；

在悬浮点附近浮动的至少一个空中基准标记；

用于定位在空中声场内的悬浮点的传感装置；以及

校准器，用于基于追踪所述空中声场内的空中基准标记中的至少一个空中基准标记的位置来校准所述感测装置。

21.根据权利要求20所述的设备，其中追踪所述空中基准标记内的空中基准标记的位置中的至少一个空中基准标记的位置包括在三维中移动所述空中基准标记中的至少一个空中基准标记。