TWI540571B - 整合式聲波相位陣列 - Google Patents

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Description

整合式聲波相位陣列
本揭示內容大致上係關於一種用於實施遠距聲音通訊的機制。
補償噪音干擾的現有方法與系統係為一種用來減少周圍干擾噪音的被動構件。例如，聲音介面在擁擠的環境中基本上沒有效，其係因為電腦語音辨識在吵嘈、擁擠的環境中無法操作。此外，一對一的個人方向性聲音通訊機制在沒有使用電話連接之下不會存在。
100‧‧‧聲波系統
110‧‧‧處理器
120‧‧‧相位陣列
205‧‧‧相位陣列
207‧‧‧相位陣列
210‧‧‧移相器
220‧‧‧微型揚聲器
230‧‧‧微型接收器
300‧‧‧顯示裝置
800‧‧‧電腦系統
810‧‧‧積體電路
811‧‧‧積體電路
812‧‧‧處理器
813‧‧‧雙處理器
814‧‧‧通訊電路
815‧‧‧雙通訊電路
816‧‧‧內建在晶片上的記憶體
817‧‧‧內建在晶片上的記憶體
820‧‧‧系統匯流排
830‧‧‧電壓源
840‧‧‧外部記憶體
842‧‧‧主要記憶體
844‧‧‧硬碟
846‧‧‧可移除媒體
848‧‧‧嵌入式記憶體
850‧‧‧顯示裝置
860‧‧‧聲音輸出
870‧‧‧控制器
圖1顯示一聲波系統的一項實施例。
圖2A與2B顯示一相位陣列的實施例。
圖3顯示一顯示裝置的一項實施例。
圖4顯示具有複數個語音控制電腦系統之一擁擠環境的一項實施例。
圖5顯示一可穿戴聲波相位陣列的一項實施例。
圖6顯示一擁擠房間/辦公室環境的一項實施例。
圖7顯示具有聲波相位陣列之語音控制電子設備的一項實施例。
圖8顯示一電腦系統的一項實施例。
【發明內容及實施方式】
在以下的說明中，陳述了數種具體細節，以致於能夠提供各種實施例的完全理解。不過，本發明的各種實施例則可在沒有該等具體細節下被實行。在其他情形中，眾所皆知的方法、程序、元件與電路不會被詳細說明，以便不混淆本發明的特定實施例。
在本說明書中，對“一項實施例”或“一實施例”的參考意味著結合該實施例來說明的特定特徵、結構或特色可被包括在至少一實施程序中。在該說明書之種種地方中片語“在一項實施例”的出現可能或者未必全部意指相同實施例。
圖1顯示一聲波系統100的一項實施例。系統100包括一相位陣列120與處理器110。根據一項實施例，處理器110係為被設計以支持在一作業系統環境中運轉之應用的應用處理器(例如，系統單晶片(SoC))。因此，處理器110提供一自給式的操作環境，該操作環境傳送支持一聲音應用所必要的全部系統能力，以及那些用於其他計算應用者(例如，包括記憶體管理、圖形處理與多媒體解碼)。在其他實施例中，處理器110可藉由一特殊應用積 體電路(ASIC)來實施。
根據一項實施例，相位陣列120包括允許方向性與增強範圍聲音通訊之聲波的一陣列波導。因此，相位陣列120包括施行一方向性聲音傳輸的一傳輸元件。圖2A顯示實施用於該方向性聲音傳輸之一相位陣列205的一項實施例。
參考圖2A，相位陣列205包括可變的移相器210與微型揚聲器220。在一項實施例中，各移相器210接收欲被傳輸的訊號並且產生一相位傳播方向的調整(例如，該波傳播的方向係由波前所設定)，其中，一波前係定義為在一移動波之相等相位的諸點。藉由移相器210之相位的控制允許方向性與光束位移的控制。更者，用於每一移相器210的可變組態允許一可調整的操縱角度。在一項實施例中，移相器210係為數位元件。不過，類比元件可被實施。
微型揚聲器220係被耦接到各移相器210，以回應從各自移相器210收到的電性音訊來產生一成聲的聲音。由該微型揚聲器220所產生之聲音的結果係為在相位陣列205上所產生的一操縱聲波波前。在一項實施例中，微型揚聲器220係為壓電揚聲器，在該壓電揚聲器上，一電磁場可產生一壓電反應(例如，產生聲音的振動)。在另一項實施例中，微型揚聲器220係經由其他技術(例如，微磁性或微電機系統(MEMS))來實施。
在一進一步實施例中，該陣列波導包含一接受元件， 其係被實施以選擇性排除來自在使用者位置之周圍環境的噪音源。圖2B顯示被實施用於該方向性之聲音接收之相位陣列207的一項實施例。在此一實施例中，微型揚聲器220係以微型接收器(或者麥克風)230來替代。在進一步實施例中，微型接收器230會比微型揚聲器220更小，其係因為對接收而非傳輸聲音來說，更小的功率是必然地。
在一方向性接收的實施例中，微型接收器230係藉由可變移相器210控制方向性與光束移位並且允許一可調整的操縱角來控制。如上文參考微型揚聲器220來討論地，微型接收器230可利用壓電、微磁性或MEMS元件。
根據一項實施例，相位陣列120(例如，205與/或207)可被整合到一監視器或顯示裝置內，以形成用於聲波訊號之三維角度控制的二維陣列。圖3顯示整合相位陣列205與207之顯示裝置300的一項實施例。
相位陣列120之整合到電子顯示器內也可產生噪音取消環境。噪音取消環境提供偕同電腦系統的一優良語音介面。在此一實施例中，整合相位陣列120包括透聲波(transparent acoustic)傳送器與透聲波接收器。該周圍噪音係經由一相位陣列207來感應，且一相反相位取消聲音則使用該相位陣列205來產生，以產生一噪音取消環境。在進一步實施例中，一數位演算法係使用來分開該本地聲音與該遠距聲音源。
在一項實施例中，一噪音取消環境允許具有複數個語 音控制電腦裝置之擁擠環境的實施程序。圖4顯示具有複數個語音控制電腦系統之擁擠環境的一項實施例。如圖4所示，該噪音取消環境有效地提供一虛擬的聲波隔離盒給各使用者。
在另一項實施例中，相位陣列120可被整合到使用者的衣服上，以允許聲音的方向性傳輸/接收。圖5顯示其中可穿戴聲波相位陣列被整合在一襯衫上以允許一對一通訊的一項實施例。此一對一通訊係用遠距的回音系統來實施。
在一項實施例中，遠距的回音系統允許一個人的方向性聲音通訊方法，在此一對一的通訊可被建立於兩個人之間或者一個人與使用相位陣列來接收與傳輸聲音的一電腦系統之間的擁擠房間中。圖6顯示其中使用相位陣列120之一擁擠房間/辦公室環境的一項實施例。在此一實施例中，該發送系統/使用者瞄準在該適當位置上的訊號。更者，一視覺或電子搪磨系統可被使用來操縱該聲音到適當位置。在本實施例中，該搪磨系統會被手動控制或者使用由該使用者所操作的一指示器。
相位陣列120亦可被使用於位於居家環境中的複數個語音控制電子設備中。因此，使用者可具有經由相位陣列120而與消費者電子裝置通訊的直接個人聲音傳輸。圖7顯示具有含聲波相位陣列120之語音控制電子設備之此一家用環境的一項實施例。
雖然在本文中沒被具體說明，但是相位陣列120卻可 被合併在其他類型的裝置中，以提供用於一方向性的聲音傳輸/接收。例如，相位陣列120可被包括在小成型要素的行動電腦，譬如平板電腦、電話、全球定位系統(GPS)等等。
上文所說明的機制允許在人類之間或者人類與電腦系統之間之擁擠吵雜環境中的一對一聲音通訊。該機制亦允許聲音通訊的增加範圍與可定址性、多數使用者使用到電腦與電子設備的語音介面、以及產生可縮放噪音控制(經由周圍噪音的移除)的環境。
圖8顯示電腦系統800的一項實施例。所描述的電腦系統800(也被稱為電子系統800)可實施聲波系統100。該電腦系統800可為一行動裝置，譬如輕省筆電電腦。該電腦系統800可為一行動裝置，譬如無線智慧型手機。該電腦系統800可為一桌上型電腦。該電腦系統800可為一攜帶式讀取器。該電腦系統800可為一伺服器系統。該電腦系統800可為一超級電腦或高性能計算系統。
在一實施例中，該電子系統800係為包括一系統匯流排820以電耦接該電子系統800之各種元件的電腦系統。該系統匯流排820係為一單一匯流排或者根據各種實施例之匯流排的任何組合。該電子系統800包括提供電力到積體電路810的一電壓源830。在一些實施例中，該電壓源830供應電流，經由該系統匯流排820，到該積體電路810。
該積體電路810係電耦接到該系統匯流排820，且其 包括任一電路，或者根據一實施例之電路的組合。在一實施例中，該積體電路810包括可以是任何類型的處理器812。如在本文中所使用，處理器812意味著任何類型的電路，譬如但不限於微處理器、微控制器、圖形處理器、數位訊號處理器、或另一處理器。在一實施例中，處理器812包括揭示於本文中的處理器110。
在一實施例中，SRAM(靜態隨機存取記憶體)實施例係被建立於該處理器的高速緩衝記憶體中。被包括在積體電路810中的其他類型電路係為一定制電路或者一特殊應用積體電路(ASIC)，譬如在無線裝置中(譬如行動電話、智慧型手機、呼叫器、可攜式電腦、雙向無線電、與相似的電子系統、或者用於伺服器的通訊電路)所使用的通訊電路814。在一實施例中，積體電路810包括內建在晶片上的記憶體816，譬如靜態隨機存取記憶體(SRAM)。在一實施例中，積體電路810包括嵌入式之內建在晶片上的記憶體816，譬如嵌入式動態隨機存取記憶體(eDRAM)。
在一實施例中，積體電路810係以一後來的積體電路811來互補。有用的實施例包括一雙處理器813與一雙通訊電路815與雙內建在晶片上的記憶體817，譬如SRAM。在一實施例中，該雙積體電路810包括嵌入式之內建在晶片上的記憶體817，譬如eDRAM。
在一實施例中，該電子系統800也包括一外部記憶體840，其依次地包括適合特定應用的一或多個記憶體元 件，譬如呈RAM形示的主要記憶體842、一或多個硬碟844、以及/或者處置可移除媒體846的一或多個驅動器(譬如磁片、光碟(CD)、數位多功能光碟(DVD)、快閃記憶體驅動器與在該技藝中已知的其他可移除媒體)。根據一實施例，該外部記憶體840亦可為嵌入式記憶體848，譬如在嵌入式直通矽晶穿孔(TSV)晶粒堆疊中的第一晶粒。
在一實施例中，電子系統800亦包括一顯示裝置850、一聲音輸出860。在一實施例中，該電子系統800包括一輸入裝置，譬如一控制器870，其係可以是鍵盤、滑鼠、軌跡球、遊戲控制器、麥克風、語音辨識裝置、或者輸入資料到電子系統800內的任何其他輸入裝置。在一實施例中，一輸入裝置870係為一照相機。在一實施例中，一輸入裝置870係為一數位聲音記錄器。在一實施例中，一輸入裝置870係為一照相機與一數位聲音記錄器。
如本文中所示，積體電路810可被實施於許多不同的實施例中，包括聲波系統。該等元件、材料、幾何結構、尺寸與操作順序全部均可改變，以適合特定的I/O(輸入/輸出)耦接必要條件，其包括根據用熱介面單元來封裝之數個被揭示之半導體晶粒與它們等同物之任一個而被嵌入於一處理器安裝基板之一微電子晶粒的陣列接點數、陣列接點組態。一基礎基板可被包括，如由圖8的虛線代表。被動裝置亦可被包括，亦如由圖8所描述。
雖然本發明的實施例已經用針對結構性特徵與/或方 法論行動的語言來說明，但是要理解的是，欲申請的專利標的不限於所說明的具體特徵或行動。反而，該具體特徵與行動係以實施該申請專利標的的簡單形式來揭示。
100‧‧‧聲波系統
110‧‧‧處理器
120‧‧‧相位陣列

Claims (25)

  1. 一種用於實施遠距聲音通訊的系統，包含：一處理器；以及一相位陣列，耦接到該處理器，具有一用於聲波訊號的陣列元件，以允許方向性聲音通訊，其中該相位陣列包含一傳輸元件，以施行一方向性的聲音傳輸，其中該傳輸元件包含：一或多個移相器用以接收欲被傳輸的一訊號並且產生一相位傳播方向之調整；以及一微型揚聲器，耦接到該一或多個移相器的各者。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該些移相器具有一可變組態，以允許一可調整的操縱角度。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中各個微型揚聲器回應從一各自的移相器所接收的電性音訊來產生聲音。
  4. 如申請專利範圍第3項之系統，其中由該微型揚聲器所產生的該成聲的聲音係為一操縱聲波波前。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該相位陣列包含一接收元件，以施行一方向性的聲音接收。
  6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該接收元件包含：一或多個移相器；以及一微型接收器，耦接到該一或多個移相器的各者。
  7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中各個移相器接 收來自一各自的微型接收器的一訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中該移相器具有一可變的組態，以允許一可調整的操縱角度。
  9. 如申請專利範圍第7項之系統，其中傳輸與接收元件相位陣列係被整合到顯示裝置內，以形成用於聲波訊號之三維角度控制的二維陣列。
  10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中傳輸與接收元件相位陣列之整合入顯示裝置會產生一噪音取消的環境。
  11. 如申請專利範圍第7項之系統，其中傳輸與接收元件相位陣列係被整合到衣服內，以允許方向性聲音傳輸/接收。
  12. 如申請專利範圍第7項之系統，其中該方向性的聲音傳輸/接收允許在一擁擠房間中建立一對一的通訊。
  13. 一種相位陣列，包含一或多個移相器，以產生一用於聲波的陣列波導，以允許方向性聲音通訊，其中該移相器具有一可變的組態，以允許一可調整的操縱角度。
  14. 如申請專利範圍第13項之相位陣列，其中該相位陣列包含一傳輸元件，以施行一方向性的聲音傳輸。
  15. 如申請專利範圍第14項之相位陣列，其中該傳輸元件包含被耦接到該一或多個移相器之各者的微型揚聲器。
  16. 如申請專利範圍第15項之相位陣列，其中各個移 相器接收欲被傳輸的一訊號並且產生一相位傳播方向的調整。
  17. 如申請專利範圍第13項之相位陣列，其中該相位陣列包含一接收元件，以施行一方向性的聲音接收。
  18. 如申請專利範圍第17項之相位陣列，其中該接收元件包含被耦接到該一或多個移相器之各者的一微型接收器。
  19. 如申請專利範圍第18項之相位陣列，其中各個移相器接收來自一各自的微型接收器的一訊號。
  20. 如申請專利範圍第18項之相位陣列，其中該移相器使用數位、類比或混合訊號電子的其中一個來實施。
  21. 如申請專利範圍第15項之相位陣列，其中該微型揚聲器包含於微機械或微電磁科技的其中一個。
  22. 一種用於實施遠距聲音通訊的方法，包含：在一或多個移相器上接收一訊號，其中該移相器具有一可變的組態，以允許在二或三維中的一可調整操縱角度；以及產生一用於聲波的陣列波導，以允許方向性的聲音通訊。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該一或多個移相器接收在產生該陣列波導前欲被傳輸的一訊號。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，進一步包含將一訊號從各個移相器傳輸到一微型揚聲器，以產生一操縱的聲音波前。
  25. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該一或多個移相器接收來自微型接收器的一訊號。
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