带有超声波房间测绘的超声波扬声器组件的制作方法

本申请一般地涉及用于产生音频的超声波扬声器组件。

背景技术：

通常利用相控阵原理，提供好像发声视频对象在正在显示所述视频的空间中似的模拟所述对象的移动的音频空间效果。如这里所理解的，这种系统不可利用本发明的原理，尽可能准确并精确地模拟音频空间效果或者尽可能地紧凑。

技术实现要素：

一种系统，包括配置成沿着相应的声轴发出声音的至少一个超声波扬声器、至少一个麦克风和至少一个计算机存储器，所述计算机存储器不是瞬时信号，并且包括可由至少一个处理器执行、以利用所述至少一个超声波扬声器和至少一个麦克风来生成房间的地图的指令。所述指令可执行以接收控制信号，并响应于所述控制信号，至少部分地利用所述房间的地图来致动扬声器。

装置可包括处理器。响应于所述控制信号，利用房间的地图致动的扬声器可以是用来生成所述地图的超声波扬声器，或者它可以是另一个扬声器。

在示例实施例中，所述控制信号可指示包括仰角分量和方位角分量的需求的声轴。在一些实现方式中，所述控制信号可以从计算机游戏控制台接收，所述计算机游戏控制台输出用于在非超声波扬声器上播放的主音频通道。在示例中，所述指令可以是可执行的，以响应于所述控制信号，利用所述地图把声音指向反射位置。

在非限制性实施例中，所述控制信号表示接收的音频通道中的至少一个音效数据。可至少部分地根据向计算机游戏输入设备的输入来建立所述音效数据。

在另一个方面，一种方法，包括按第i个定向的方位角和仰角来定向至少一个超声波(us)扬声器，使所述us扬声器在时间“i”处发出测绘声音，以及利用至少一个麦克风检测测绘声音的返回信号。所述方法还包括确定返回信号检测时间和时间“i”之间的时间差δt，并利用下式把时间差δt转换成第i个距离：

第i个距离＝1/2δt*c，其中c＝声速。

此外，所述方法包括把表面的位置建立为与和第i个定向相关联的第i个距离相等的距离。至少部分地基于所述表面的位置，并响应于用于需求的音效的控制信号，对于至少一个us扬声器建立定向，在所述定向处所述至少一个us扬声器将发出需求的音频。

在另一个方面，一种设备，包括至少一个计算机存储器，所述计算机存储器不是瞬时信号，并且反而包括可由至少一个处理器执行以利用至少一个超声波(us)扬声器和至少一个麦克风来生成房间的地图的指令。这是至少部分地通过按第i个定向的方位角和仰角定向所述至少一个us扬声器，并使所述us扬声器在传输时间发出测绘声音而实现的。在返回信号时间，利用所述至少一个麦克风检测测绘声音的返回信号，以使得利用返回信号时间和传输时间能够确定第i个距离。房间的表面的位置被建立为与和第i个定向相关联的第i个距离相等的距离。

附图说明

参考附图，可更好地理解本申请在其结构和操作两个方面的细节，在附图中，相同的附图标记指相同的部分，并且在附图中：

图1是包括按照本发明原理的示例系统的示例系统的方框图；

图2是可使用图1的组件的另一个系统的方框图；

图3是安装在万向节组件上的示例超声波扬声器系统的示意图；

图4和图5是伴随图3中的系统的示例逻辑的流程图；

图6是用于使声束指向特定观察者的示例备选逻辑的流程图；

图7是用于输入供图6的逻辑采用的模板的示例屏幕截图；

图8示出其中超声波扬声器被布置在不需要移动的球形支承件上的备选扬声器组件；

图9和图10是伴随图8中的系统的示例逻辑的流程图；

图11是用于超声测绘房间的示例逻辑的流程图。

具体实施方式

本公开一般地涉及包括消费电子(ce)设备网络的各个方面的计算机生态系统。这里的系统可包括通过网络连接的服务器和客户端组件，以使得在客户端和服务器组件之间可以交换数据。客户端组件可包括一个或多个计算设备，包括便携式电视机(例如，智能tv、具有因特网功能的tv)、诸如膝上型计算机和平板计算机之类的便携式计算机，和其他移动设备，包括智能电话和下面讨论的另外的示例。这些客户端设备可以利用各种操作环境来操作。例如，一些客户端计算机可以采用来自microsoft的操作系统、或者unix操作系统、或者由applecomputer或google生产的操作系统作为示例。这些操作环境可用于执行一个或多个浏览程序，诸如由microsoft或google或mozilla制造的浏览器，或者能够访问由下面讨论的因特网服务器托管的web应用的其他浏览器程序。

服务器和/或网关可包括执行指令的一个或多个处理器，所述指令把服务器配置成通过诸如因特网之类的网络接收和发送数据。或者，客户端和服务器可通过本地内联网或虚拟专用网络而连接。服务器或控制器可以通过诸如sonyplaystation(注册商标)之类的游戏控制台、个人计算机等例示。

在客户端和服务器之间可通过网络交换信息。为此并且为了安全性，服务器和/或客户端可包括防火墙、负载平衡器、暂时储存器和代理、以及用于可靠性和安全性的其他网络基础设施。一个或多个服务器可构成实现向网络成员提供诸如在线社交网站之类的安全社区的方法的装置。

如这里使用的指令指的是用于在系统中处理信息的计算机实现的步骤。指令可以以软件、固件或硬件实现，并且包括由系统的组件采取的任意类型的程序化步骤。

处理器可以是能够借助各种线路(诸如地址线、数据线和控制线)以及寄存器和移位寄存器执行逻辑的任何常规的通用单芯片或多芯片处理器。

这里通过流程图和用户界面的方式描述的软件模块可包括各种子例程、步骤等。在不限制本公开的情况下，规定为要由特定模块执行的逻辑可被重新分发给其他软件模块，和/或在单个模块中组合在一起和/或在可共享库中被使得可用。

这里描述的本发明的原理可被实现为硬件、软件、固件或者它们的组合；因此，就例示组件、方框、模块、电路和步骤的功能而论，阐述了所述例示组件、方框、模块、电路和步骤。

除上面已经提及的之外，下面描述的逻辑块、模块和电路可利用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)，或者设计以进行这里描述的功能的其他可编程逻辑器件(诸如专用集成电路(asic)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件)或者它们的任意组合实现或进行。处理器可以通过控制器或状态机或计算设备的组合来实现。

当以软件实现时，下面描述的功能和方法可用适当的语言(诸如(但不限于)c#或c++)编写，并且可被存储在计算机可读存储介质(诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦可编程只读存储器(eeprom)、光盘只读存储器(cd-rom)、或诸如数字通用盘(dvd)之类的其他光盘储存器、磁盘储存器或者包括可拆卸拇指驱动器的其他磁存储设备等)上，或者通过所述计算机可读存储介质传送。连接可建立计算机可读介质。作为示例，这些连接可包括硬连线线缆，包括光纤和同轴线，以及数字用户线路(dsl)和双铰线。

包含在一个实施例中的组件可以按照任何适当的组合在其他实施例中使用。例如，这里描述的和/或在附图中描述的各种组件中的任意组件可被组合、互换或者从其他实施例中被排除。

“具有a、b和c至少之一的系统”(同样地，“具有a、b或c至少之一的系统”和“具有a、b、c至少之一的系统”)包括只具有a、只具有b、只具有c、同时具有a和b、同时具有a和c、同时具有b和c和/或同时具有a、b和c等的系统。

现在具体参考图1，示出了示例生态系统10，生态系统10可包括下面提及并且下面按照本发明的原理进一步描述的示例设备中的一个或多个。包含在系统10中的示例设备中的第一个示例设备是消费电子(ce)设备，所述ce设备被配置成示例主显示设备，并且在所示的实施例中是音视频显示设备(avdd)12，诸如(但不限于)带有tv调谐器(等同地，控制tv的机顶盒)的具有因特网功能的tv。然而，avdd12或者可以是家用电器或家庭用品，例如计算机化的具有因特网功能的冰箱、洗衣机或烘干机。avdd12或者也可以是计算机化的具有因特网功能的(“智能”)电话机、平板计算机、笔记本计算机、可穿戴计算机化设备(例如，诸如计算机化的具有因特网功能的手表、计算机化的具有因特网功能的手镯)、其他计算机化的具有因特网功能的设备、计算机化的具有因特网功能的音乐播放器、计算机化的具有因特网功能的耳机、计算机化的具有因特网功能的可植入设备(诸如可植入皮肤设备)、游戏控制台等。无论如何，应理解avdd12被配置成采取本发明的原理(例如，与其他ce设备通信以采取本发明的原理，执行在这里描述的逻辑，并进行在这里描述的任何其他功能和/或操作)。

因而，为了采取这种原理，可以通过图1中所示的一些或所有组件来建立avdd12。例如，avdd12可包括一个或多个显示器14，所述显示器14可以通过高清晰度或超高清晰度“4k”或更高的平面屏幕实现，并且可以是具有触摸功能的，用于经由显示器上的触摸接收用户输入信号。avdd12可包括用于按照本发明的原理输出音频的一个或多个扬声器16，和用于例如把可听命令输入avdd12以控制avdd12的至少一个附加输入设备18(例如，诸如音频接收器/麦克风)。示例avdd12还可包括在一个或多个处理器24的控制下，用于通过至少一个网络22(诸如因特网、wan、lan等)的通信的一个或多个网络接口20。从而，接口20可以是(但不限于)wi-fi收发器，它是无线计算机网络接口的示例，诸如(但不限于)网格网络收发器。要理解处理器24控制avdd12以采取本发明的原理，包括这里描述的avdd12的其他元件诸如例如控制显示器14在其上呈现图像，以及从其接收输入。此外，注意网络接口20例如可以是有线或无线调制解调器或路由器，或者其他适当的接口(诸如例如无线电话收发器或者如上所述的wi-fi收发器)等。

除了前述内容之外，avdd12还可包括一个或多个输入端口26，诸如例如高清晰度多媒体接口(hdmi)端口或usb端口，以(例如，利用有线连接)物理连接到另一个ce设备和/或耳机端口，以把耳机连接到avdd12，用于通过耳机把来自avdd12的音频呈现给用户。例如，输入端口26可经由导线或者无线地连接到音视频内容的有线或卫星来源26a。从而，来源26a可以是例如分离或集成的机顶盒，或者卫星接收器。或者，来源26a可以是包含对于下面进一步描述的通道分配来说，可能被用户视为喜爱之物的内容的游戏控制台或磁盘播放器。

avdd12还可包括诸如基于磁盘的或固态储存器之类的一个或多个计算机存储器28，所述一个或多个计算机存储器28不是瞬时信号，在一些情况下，在avdd的机箱中具体体现为独立的设备，或者具体体现为用于重放av节目的在avdd的机箱内部或外部的个人视频记录设备(pvr)或视频光盘播放器，或者具体体现为可拆卸存储介质。此外在一些实施例中，avdd12可包括位置或地点接收器，诸如(但不限于)配置成例如从至少一个卫星或蜂窝塔接收地理位置信息、并把所述信息提供给处理器24和/或与处理器24结合地确定avdd12被布置在的高度的蜂窝电话接收器、gps接收器和/或高度计30。然而，要理解按照本发明的原理，可以使用除蜂窝电话接收器、gps接收器和/或高度计之外的另一个合适的位置接收器来例如确定avdd12在例如所有3个维度的位置。

继续avdd12的描述，在一些实施例中，avdd12可包括一个或多个摄像头32，所述摄像头32例如可以是热成像摄像头、诸如网络摄像头之类的数字摄像头、和/或集成到avdd12中并且可由处理器24控制以按照本发明的原理收集照片/图像和/或视频的摄像头。蓝牙收发器34和其他的近场通信(nfc)元件36也可包含在avdd12上，用于分别利用蓝牙和/或nfc技术与其他设备通信。示例nfc元件可以是射频标识(rfid)元件。

更进一步地，avdd12可包括向处理器24提供输入的一个或多个辅助传感器37(例如，诸如加速计、陀螺仪、记转器的运动传感器、或者磁性传感器、红外(ir)传感器、光学传感器、速度和/或韵律传感器、手势传感器(例如，用于感测手势命令)等)。avdd12可包括空中tv广播端口38，用于接收向处理器24提供输入的othtv广播。除了前述内容之外，注意avdd12还可包括红外(ir)发射器和/或ir接收器和/或ir收发器42，诸如ir数据组织(irda)设备。可以设置电池(未示出)用于向avdd12供电。

仍然参考图1，除了avdd12之外，系统10可包括一种或多种其他ce设备类型。当系统10是家庭网络时，组件之间的通信可以按照数字生活网络联盟(dlna)协议。

在一个示例中，第一ce设备44可用来经由通过下面描述的服务器发送的命令来控制显示器，而第二ce设备46可包括和第一ce设备44类似的组件，并且从而将不再详细讨论。在所示的示例中，仅仅示出了两个ce设备44、46，应理解可以使用更少或更多的设备。

在所示的示例中，为了例示本发明的原理，所有3个设备12、44、46都被假定为是例如家中的娱乐网络的成员，或者至少彼此接近地存在于诸如住宅之类的场所中。然而，就本发明的原理来说，并不限于通过虚线48例示的特定场所，除非另外明确要求。

示例非限制性第一ce设备44可以通过上述设备中的任意一个(例如便携式无线膝上型计算机或笔记本计算机或游戏控制器)而建立，并且因而可以具有下述组件中的一个或多个组件。第二ce设备46可以通过(但不限于)诸如蓝光播放器之类的视频光盘播放器、游戏控制台等建立。第一ce设备44可以是用于例如向avdd12发出av播放和暂停命令的遥控器(rc)，或者它可以是更复杂的设备，诸如平板计算机、经由有线或无线链路与通过第二ce设备46实现的游戏控制台通信并控制在avdd12上的视频游戏呈现的游戏控制器、个人计算机、无线电话机等。

因而，第一ce设备44可包括一个或多个显示器50，所述显示器50可以是具有触摸功能的，用于经由显示器上的触摸接收用户输入信号。第一ce设备44可包括用于按照本发明的原理输出音频的一个或多个扬声器52，和用于例如把可听命令输入第一ce设备44以控制设备44的至少一个附加输入设备54(诸如例如音频接收器/麦克风)。示例第一ce设备44还可包括用于在一个或多个ce设备处理器58的控制下，通过网络22通信的一个或多个网络接口56。从而，接口56可以是(但不限于)wi-fi收发器，它是无线计算机网络接口的示例，包括网格网络接口。要理解处理器58控制第一ce设备44以采取本发明的原理，包括这里描述的第一ce设备44的其他元件诸如例如控制显示器50在其上呈现图像和从其接收输入。此外，注意网络接口56例如可以是有线或无线调制解调器或路由器，或者诸如例如无线电话收发器或者如上所述的wi-fi收发器之类的其他适当的接口等。

除了前述内容之外，第一ce设备44还可包括一个或多个输入端口60(诸如例如hdmi端口或usb端口)，以(例如，利用有线连接)物理地连接到另一个ce设备和/或耳机端口，以把耳机连接到第一ce设备44，用于通过耳机把来自第一ce设备44的音频呈现给用户。第一ce设备44还可包括诸如基于磁盘的或固态储存器之类的一个或多个有形的计算机可读存储介质62。此外在一些实施例中，第一ce设备44可包括位置或地点接收器，诸如(但不限于)配置成例如利用三角测量法从至少一个卫星和/或蜂窝塔接收地理位置信息，并把所述信息提供给ce设备处理器58和/或与ce设备处理器58结合地确定第一ce设备44被布置在的高度的蜂窝电话和/或gps接收器和/或高度计64。然而，要理解按照本发明的原理，可以使用除蜂窝电话和/或gps接收器和/或高度计之外的另一个合适的位置接收器来例如确定第一ce设备44在例如所有3个维度的位置。

继续第一ce设备44的描述，在一些实施例中，第一ce设备44可包括一个或多个摄像头66，所述摄像头66例如可以是热成像摄像头、诸如网络摄像头之类的数字摄像头、和/或集成到第一ce设备44中并且可由ce设备处理器58控制以按照本发明的原理收集照片/图像和/或视频的摄像头。蓝牙收发器68和其他的近场通信(nfc)元件70也可包含在第一ce设备44上，用于分别利用蓝牙和/或nfc技术与其他设备通信。示例nfc元件可以是射频标识(rfid)元件。

更进一步地，第一ce设备44可包括向ce设备处理器58提供输入的一个或多个辅助传感器72(例如，诸如加速计、陀螺仪、记转器之类的运动传感器、或者磁性传感器、红外(ir)传感器、光学传感器、速度和/或韵律传感器、手势传感器(例如，用于感测手势命令)等)。第一ce设备44仍可包括其他的传感器，诸如例如一个或多个气候传感器74(例如，气压计、湿度传感器、风传感器、光传感器、温度传感器等)和/或向ce设备处理器58提供输入的一个或多个生物特征传感器76。除了前述内容之外，注意在一些实施例中，第一ce设备44还可包括红外(ir)发射器和/或ir接收器和/或ir收发器42，诸如ir数据组织(irda)设备。可以设置电池(未示出)用于向第一ce设备44供电。ce设备44可通过任意上述通信模式和相关组件与avdd12通信。

第二ce设备46可包括针对ce设备44所示的一些或所有组件。任何一个或者两个ce设备都可由一个或多个电池供电。

现在就上述至少一个服务器80来说，它包括至少一个服务器处理器82、至少一个有形的计算机可读存储介质84(诸如基于磁盘的或固态储存器)和至少一个网络接口86，所述网络接口86在服务器处理器82的控制下允许通过网络22与图1的其他设备的通信，并且实际上可按照本发明的原理便利服务器和客户端设备之间的通信。注意，网络接口86例如可以是有线或无线调制解调器或路由器、wi-fi收发器或者诸如例如无线电话收发器的其他适当的接口。

因而，在一些实施例中，服务器80可以是因特网服务器，并且可包括并进行“云”功能，以使得在示例实施例中，系统10的设备可经由服务器80访问“云”环境。或者，服务器80可以通过在和图1中所示的其他设备相同的房间中或者在附近的游戏控制台或其他计算机实现。

现在参考图2，可包含图1中的avdd12的一些或所有组件的avdd200连接到至少一个网关，用于从所述网关接收内容，例如诸如4k或8k内容之类的uhd内容。在所示的示例中，avdd200连接到第一和第二卫星网关202、204，第一和第二卫星网关202、204中的每个可被配置成用于从相应的卫星tv提供商的相应的卫星系统206、208接收卫星tv信号的卫星tv机顶盒。

另外或者代替卫星网关，avdd200可从一个或多个有线tv机顶盒型网关210、212接收内容，有线tv机顶盒型网关210、212中的每个从相应的线缆头端214、216接收内容。

再次地，代替机顶盒型网关，avdd200可从基于云的网关220接收内容。基于云的网关220可驻留于在avdd200本地的网络接口设备(例如，avdd200的调制解调器)中，或者它可驻留在向avdd200发送源于因特网的内容的远程因特网服务器中。总之，avdd200可通过基于云的网关220从因特网接收诸如uhd内容之类的多媒体内容。网关是计算机化的，并且从而可包括图1中所示的ce设备任意之一的适当组件。

在一些实施例中，利用例如本申请的受让人的远程查看用户界面(rvu)技术，可以只设置单个机顶盒型网关。

第三设备可例如经由以太网或通用串行总线(usb)或wifi或其他有线或无线协议，连接到家庭网络(所述家庭网络可以是网格型网络)中的avdd200，以按照这里的原理从avdd200接收内容。在所示的非限制性示例中，第二tv222和视频游戏控制台224一样连接到avdd200，以从avdd200接收内容。另外的设备可以连接到一个或多个第三设备，以扩展所述网络。第三设备可包括图1中所示的任意ce设备的适当组件。

在图3的示例系统中，控制信号可以来自于实现ce设备44的一些或所有组件的游戏控制台，或者来自于诸如这里讨论的摄像头之一之类的摄像头，并且除了描述的机械部件之外，万向节组件可包括第二ce设备46的一个或多个组件。游戏控制台可在avdd上输出视频。系统的两个或更多个组件可被合并到单个单元中。

更具体地，图3中的系统300包括沿着声轴304发出声音的超声波扬声器302(也称为“参数发射器”)。可以只使用万向节上的仅单个扬声器，或者如在下面的备选实施例中所公开的，可以使用布置在球形组件中的多个us扬声器。一个或多个扬声器可安装在万向节组件上。声束通常被限制在较窄的圆锥体中，所述圆锥体绕轴304定义锥角306，锥角306通常为几度，例如最高可达30度。从而，扬声器302是通过把音频信号调制到一个或多个超声波载波频率来产生窄声束的指向声源。超声波扬声器的高度指向性使目标听众可以清楚地听到声音，而在相同区域中但在声束之外的另一个听众几乎听不到声音。

如上面所提及的，在示例中，用于移动扬声器302的控制信号可由在视频显示设备310上输出相关视频的一个或多个控制信号源308(诸如例如在家庭娱乐系统中的视频播放器、摄像头、游戏控制台、个人计算机)生成。通过这种方式，仅利用单个扬声器作为声源，就能够高度准确地实现诸如交通工具(飞机、直升机、汽车)穿过空间之类的音效。

在示例中，诸如游戏控制器之类的控制信号源308可在例如正在呈现游戏的视频显示设备(诸如tv或pc或相关联的家庭音响系统)的(一个或多个)非超声波主扬声器308a或310a上输出主音频。游戏中可包含分离的音效音频通道，并且该第二音效音频通道连同为移动万向节组件而发送的控制信号或者作为所述控制信号的一部分被提供给us扬声器300，用于在指向us扬声器300上播放所述音效通道，同时在(一个或多个)扬声器308a/310a上同时播放游戏的主音频。

控制信号源308可从诸如计算机游戏rc之类的一个或多个遥控器(rc)309接收用户输入。rc309和/或为每个游戏玩家提供的用于播放主(非us)音频的音响耳机308c可具有附着于它的定位标记309a(诸如超宽带(uwb)标记)，通过所述标记能够确定rc和/或耳机的位置。这样，由于游戏软件知道每个玩家具有哪个耳机/rc，因此它能够知道该玩家的位置，以使us扬声器对准，用于播放预定给该玩家的us音效。

代替uwb，可以使用能够与三角测量法一起使用以确定rc的位置的其他感测技术，例如准确的蓝牙或者wifi或者甚至分离的gps接收器。当如下进一步所述，使用成像来确定用户/rc的位置和/或房间尺寸时，控制信号源308可包括诸如摄像头(例如，ccd)或前视红外(flir)成像器之类的定位器308b。

用户位置可在初始自动校准处理期间被确定。这种处理的另一个示例如下所述。可以使用游戏玩家的头戴式耳机中的麦克风，或者替代地包含在头戴式耳机的听筒中的麦克风或者听筒本身可以用作麦克风。通过来回移动us束直到佩戴头戴式耳机的听众例如利用预定手势指示哪只耳朵得到窄us束为止，系统能够准确地校准每只耳朵的位置。

另外或者替代地，万向节组件可以耦接到向一个或多个处理器312发送信号的摄像头或flir成像器311，所述一个或多个处理器312从诸如微机电系统(mems)麦克风之类的一个或多个麦克风313接收与接收的声音有关的信息，并访问万向节组件中的一个或多个计算机存储器314。控制信号(如果需要的话，连同音效音频通道一起)也由处理器(通常通过网络接口)接收。万向节组件可包括方位角控制电机316，方位角控制电机316由处理器312控制，以如图所示按方位角维度318转动上面安装了扬声器302的支承组件317。

如果需要，那么不仅声束304的方位角可被控制，而且声束相对于水平面的仰角也可被控制。在所示的示例中，支承组件317包括相对的侧面支架319，并且仰角控制电机320可耦接到侧面支架319以转动耦接到扬声器302的轮轴322，以在如324处所指示地按仰角上下倾斜扬声器。在非限制性示例中，万向节组件可包括耦接到垂直支承杆328的水平支承臂326。

万向节组件和/或其各个部分可以是可从hobbyking获得的无刷万向节组件。

关于第一个示例转至图4，除了在方框400处接收的主音频通道之外，计算机游戏设计者还可指定音效通道，以指定在音效通道中携带并在方框402处接收的音效的位置(方位角，以及仰角(如果需要的话))。该通道通常包含在游戏软件(或者音视频电影等)中。当关于音效的控制信号来自计算机游戏软件时，在方框404处可从rc309接收变更游戏期间由音效表示的对象的运动(位置、定向)的用户输入。在方框406处，游戏软件生成并输出定义所述音效随着时间在该环境内的位置(运动)的向量(x-y-z)。在方框408处，该向量被发送给万向节组件，以使万向节组件的(一个或多个)超声波扬声器300重放音效通道音频，并使用该向量移动扬声器302(并且从而，移动发出的音效的声轴304)。

图5例示了万向节组件如何处理控制信号。在方框500处，接收音频通道及(一个或多个)指向向量。转到方框502，万向节被移动以按方位角和/或仰角移动扬声器302，以使声轴304以需求的向量为中心。在方框504处，在扬声器上播放需求的音频，所述音频被限制在锥角306内。

在图6的方框600处，例如，如上面所提及的，诸如图1中所示的摄像头之类的摄像头可用于对扬声器302所位于的空间成像，图6表示可由万向节组件的处理器采用的逻辑。尽管图1中的摄像头被示为耦接到音视频显示设备，不过替代地，它可以是设置在充当控制信号发生器308的游戏控制台上的定位器308b或者万向节组件本身上的成像器311。总之，在判定菱形框602处，利用在来自例如定位器308b或成像器311的可见图像上操作的面部识别软件，通过例如对照存储的模板图像匹配人物的图像，或者当使用flir时通过判定是否已接收到与预定模板匹配的ir签名，判定预定人物是否在所述空间中。如果预定人物被成像，那么在方框604处，可移动万向节组件以把声轴304对准识别出的人物。

为了知道预定人物的成像面部在何处，可以采用几种途径之一。第一种途径是利用音频或视频提示，指示所述人物在听到音频时作出手势，诸如拇指向上或者把rc保持在预定位置，并且随后移动万向节组件，以环绕房间扫描声轴直到摄像头拍摄到作出所述手势的人物为止。另一种途径是把摄像头轴线的定向预先编入万向节组件中，以使得知道中心摄像头轴线的万向节组件能够确定相对于对面部成像处的轴线的任何偏移量，并使扬声器定向匹配该偏移量。更进一步地，摄像头311本身可以与扬声器302的声轴304关系固定地安装在万向节组件上，以使摄像头轴线和声轴始终匹配。来自摄像头的信号可被用于使摄像头轴线(并且从而声轴)以预定人物的成像面部为中心。

图7表示可用于输入在图6中的判定菱形框602处使用的模板的示例用户界面(ui)。在游戏控制器耦接到的诸如视频显示器之类的显示器上可以呈现提示700，用于人物输入应使声轴对准的人物的照片。例如，视力和/或听力残疾的人物可被指定为使扬声器302对准的人物。

可向用户赋予输入图库中的照片的选项702，或者使摄像头对目前在摄像头前面的人物成像的选项704。可以使用用于输入图6的测试模板的其他示例手段。例如，可通过直接用户输入通知系统把扬声器302的声轴304对准何处。

总之，可以理解本发明的原理可被用来向具有视力残疾的人物可能坐在的特定位置输送视频描述音频服务。

超声波扬声器的另一个特性是如果对准诸如墙壁之类的反射性表面，那么声音好像来自于反射的位置。这种特性可以用作向万向节组件的输入，以利用离开房间边界的适当的入射角来控制声音的方向，以使反射的声音针对用户。可以使用测距技术来测绘空间的边界。能够确定房间中的对象(诸如窗帘、家具等)有助于系统的准确性。用来测绘或以其他方式分析效果扬声器存在于的空间的添加的摄像头可被用来按照通过考虑到环境来改进音效的准确性的方式，更改控制信号。

更具体地，可以通过上面的任意摄像头对房间成像，并实施图像识别以确定墙壁和天花板在什么地方。图像识别还可指示表面是否是良反射体，例如，平的白色表面通常是反射很好的墙壁，而折叠的表面可以指示相对非反射性的窗帘。可以提供并利用图像识别技术更改默认的房间配置(并且如果需要，针对(一个或多个)听众假定的默认位置)。

替代地，并且如下参照图11进一步所述，通过移动万向节组件、在各种万向节组件定向中的每种定向处发出啁啾声并对啁啾声的接收计时，可以使用来自us扬声器300的指向声音，以(1)了解在该方向上到反射性表面的距离，和(2)基于返回啁啾声的振幅，了解所述表面是良反射体还是不良反射体。此外，白噪声可以作为伪随机(pn)序列而生成并通过us扬声器发出，随后测量反射以对于沿其发出“测试”白噪声的每个方向确定us波的传递函数。此外，可通过一系列的ui提示用户输入房间尺寸和表面类型。

此外，可以使用在通过引用包含在本文中的uspp2015/0256954中描述的房间尺寸测绘技术中的一种或多种技术。

或者，为了更高的准确度，可以采用结构化光来3d地测绘房间。检查房间的另一种方式是使用光学指示器(已知散度)，并且利用摄像头，它能够准确地测量房间尺寸。通过光点尺寸及变形，可以估计在表面上的入射角。此外，表面的反射率是关于所述表面是否可能是声音的反射性表面的附加提示。

总之，一旦知道房间尺寸和表面类型，根据控制信号知道模拟音效来自和/或将被输送到的位置的万向节组件的处理器可通过三角测量法，确定使us扬声器300对准的反射位置，以使得在房间中的预定位置接收到来自反射位置的反射的声音。按照这种方式，可不通过万向节组件把us扬声器300直接对准预定玩家，而相反可对准反射点，以向预定玩家赋予声音来自于反射点而不是us扬声器的方向的感觉。

图7例示了另一种应用，其中当使音频定向时，一个或多个万向节组件上的多个超声波扬声器同时但是以相应的不同语言的音轨(诸如英语和法语)提供相同的音频。可以提供为其面部图像建立输入的模板的人物选择语言的提示706。可以从语言的列表708中选择语言，并使之与人物的模板图像相关联，以使得在随后的操作期间，当在图6中的判定菱形框602处识别出预定面部时，系统知道应使哪种语言指向每个用户。注意，尽管万向节安装的超声波扬声器排除对于相控阵技术的需要，不过这种技术可以与本发明的原理结合。

图8示出备选的扬声器组件800，其中多个超声波扬声器802安装在扬声器支架804上，扬声器支架804可支承在支柱式支承件806上。每个扬声器802沿着相应的声轴808发出声音，在球形坐标系中，声轴808具有仰角分量和方位角分量。如果需要，支架804的最高部分和/或最低部分不需要支承任何扬声器，即，如果需要，不必在支架804上设置笔直指向上方或指向下方的扬声器。如果未预想几乎垂直的声音投射，如果需要，仰角(elevational)“死区”可被扩展，以使得例如不需要设置其声轴具有在垂直的“n”度内的仰角的扬声器。

总之，支架可被配置成按所示的球状布置保持扬声器802，以使得如果每个声轴808被延伸到支架804中，那么近似与支架804的中心相交。在所示的示例中，支架804被配置为带有面板810的巴克球(buckyball)，面板810可以是平的，并且可大体在面板的中心支承相应的扬声器802，如图所示。可大体沿着由巴克球定义的径向线来定向各个扬声器802。

为了要与下面描述的图11有关地公开的用途，例如通过把麦克风安装在巴克球面板上，诸如微机电系统(mems)麦克风之类的一个或多个麦克风812可包含在图8的系统中。

扬声器802可被接收在它们相应的面板801中的相应的孔洞中，以把扬声器802支承在支架804上。扬声器可用环氧树脂粘合到支架上，或者以其他方式黏合到支架上。预想其他安装手段，包括利用诸如螺丝之类的紧固件把扬声器附着到支架上，或者把扬声器磁耦合到支架上等。来自图3中所示的万向节实施例的包括成像器311、处理器312和存储器314的相关组件可被支承在支架804之上或之内。从而，除了下面参考图9和图10的启动带有最接近匹配需求的轴线的声轴808的扬声器802来播放需求的音频，而不是移动万向节以使声轴与控制信号中的需求的方向对准之外，图4-6的逻辑可以通过图8中的组件进行。注意，当存在需求的音频的多个通道时，各个通道可在扬声器之中的相应的一个扬声器上，与另一个扬声器上的另一个通道同时播放。这样，可以同时播放多种音频音效，每个音效通道是在与播放另外的(一个或多个)音效通道的方向不同的方向上播放的。

在图8的实施例中，支架804不需要在支柱806上可移动。相反，实质上建立需求的轴线的上述控制信号可指示选择激活或致动哪个扬声器802以沿着其相应的声轴808发出声音。即，选择带有最接近匹配需求的声轴的声轴808的扬声器802，以输出需求的音效。每次只需要启动一个且仅一个扬声器802，不过当例如同时生成需求的音效通道的多个需求的声轴时，如果需要，那么每次可以启动多于一个扬声器802。

要理解的是来自图1-7的描述的所有其他相关原理适用于图8的备选实施例。

更具体地并且现在转向图9和图10，在方框900处接收音效通道，以指定在音效通道中携带并在方框902处接收的音效的位置(方位角，以及仰角(如果需要的话))。该通道通常包含在游戏软件(或者音视频电影等)中。当关于音效的控制信号来自于计算机游戏软件时，在方框904处可从rc309接收变更游戏期间由音效表示的对象的运动(位置、定向)的用户输入。在方框906处，游戏软件生成并输出定义所述音效随着时间在该环境内的位置(运动)的向量(x-y-z)。在方框908处，该向量被发送给(一个或多个)扬声器球处理器，以使组件的(一个或多个)超声波扬声器重放音效通道音频，同时进行播放的扬声器是发出在方框906处由(一个或多个)向量需求的声音的扬声器。

图10例示扬声器球组件如何处理控制信号。在方框1000处，接收音频通道及(一个或多个)指向向量。转到方框1002，选择沿满足需求的向量的方向发出声音的(一个或多个)扬声器。在方框1004处，在选择的扬声器上播放需求的音频。

除了在方框604处响应于预定人物被成像，选择沿着满足需求的向量的轴线播放音频的扬声器，这样，其声轴指向识别出的人物的扬声器之外，图8的扬声器组件也可采用上面描述的图6的逻辑。

图11例示用于利用例如图3和图8的mems麦克风313、812测绘其中可布置上述us扬声器组件任意之一的房间的逻辑。开始于方框1100，按第i个定向的方位角和仰角定向us扬声器中的至少一个us扬声器。记录该扬声器的定向。转到方框1102，控制该扬声器在时间“i”发出测绘声音或啁啾声。记录时间“i”。如果需要，那么在各个定向上的多个扬声器可在时间“i”在相应的不同的频率下发出相应的测试啁啾声，返回的反射的频率差用来相互区分扬声器啁啾声。不过，为了清楚起见，下面的公开集中于一个扬声器的信号的处理。

转到方框1104，诸如上述麦克风(例如，图3和图8的mems麦克风312、812)之一之类的麦克风(所述麦克风实质上可以与发射扬声器位于一处或者它甚至可由us扬声器本身建立)接收表示测试啁啾声从所述测试啁啾声撞击的表面的反射的返回信号。假定所述表面是其中布置所述系统的房间的墙壁，不过如下进一步所述，逻辑可考虑到所述表面是除房间的墙壁外的某物(例如，是房间中的家具)的可能性。来自麦克风的信号被发送给上述处理器中的例如记录接收到返回或回声的时间的一个适当的处理器。确定反射检测的时间和啁啾声传输的时间“i”之间的差值δt，并在方框1106处，利用例如以下算法把所述差值δt转换成第i个距离：

第i个距离＝1/2δt*c，其中c＝声速。

在方框1108处，存储第i个距离，并使之与发射扬声器的定向(声轴的方位角和仰角)相关联。移动至判定菱形框1110，判定是否要进行任何进一步的测量。在示例中，进行100次测绘测量(即，“i”单调地从1增大到100)。可以使用更多或更少的测量。如果要进行更多的测量，那么对于下一个“i”，处理移动到方框1112，其中按不同的仰角和/或方位角定向测试发射扬声器的声轴，并且随后处理循环到方框1100。

当已经进行了所有的测量时，处理退出判定菱形框1110，到方框1114以构造房间的地图。为此，墙壁被假定为位于沿着相应的第i个定向与发射扬声器和/或麦克风(所述麦克风可与扬声器位于一处)的位置相距相应的距离“i”处。假定墙壁构成规则的围墙，以致基于诸如在两个较长且相等的距离之间记录的较短距离之类的任何不连续点不是墙壁、而是由诸如居间的家具之类的人造物品或假返回引起的假设，可从地图中除去这些不连续点。

一旦已知房间尺寸，如上所述定向us扬声器的处理器就根据控制信号知道模拟音效来自和/或将被输送到的位置，并通过三角测量法确定使us扬声器对准的反射位置，以使得在房间中的预定位置处接收到来自所述反射位置的反射的声音。按照这种方式，可不把us扬声器直接对准预定玩家，而是可改为对准反射点，以向预定玩家赋予声音来自于反射点而不是us扬声器的方向的感觉。

以上方法可被实现为由包括适当配置的专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)模块的处理器执行的软件指令或者本领域技术人员会意识到的任何其他便利方式。当被采用时，软件指令可被包含在诸如cdrom或者闪存驱动器或者作为非瞬时信号的计算机存储器的上述非限制性示例任意之一之类的设备中。替代地，软件代码指令可以诸如无线电信号或光信号之类的瞬时布置具体体现，或者可经由通过因特网的下载具体体现。

应意识到尽管已经参考一些示例实施例描述了本发明的原理，不过这些示例实施例不是限制性的，并且可以使用各种备选方案来实现本文中要求保护的主题。