(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの注意が向けられる方向を決定するためのデータを生成するように構成される方向センサと、
そこで受け取られる音を示す出力信号を発生させるように構成されるマイクロホンと、
指向された音信号を指向された音に変換するように構成される複数のラウドスピーカと、
前記方向センサ、前記マイクロホン、および前記複数のラウドスピーカに結合されるように構成され、前記出力信号を前記指向された音信号に変換するように、かつ、前記複数のラウドスピーカを使用して前記指向された音を前記方向に関連する空間的場所に伝達するように構成される音響プロセッサとを備え、
前記複数のラウドスピーカの少なくともいくつかは、前記ユーザとともに位置する、指向性音響システム。
【請求項２】
前記方向センサが、前記ユーザの注視の方向を示す目位置信号を提供するように構成されるアイ・トラッカである、請求項１に記載の指向性音響システム。
【請求項３】
前記方向センサが、前記ユーザの頭部の動きを示す信号を提供するように構成される加速度計を備える、請求項１に記載の指向性音響システム。
【請求項４】
前記音響プロセッサが、前記ユーザによる注視の方向と前記複数のラウドスピーカに垂直な線との間の角度に基づく遅延の整数倍に応じて、伝達遅延を前記出力信号に適用するように構成され、
前記伝達遅延は、前記複数のラウドスピーカの各ラウドスピーカに対して、前記各ラウドスピーカと前記空間的場所との間の距離に基づいて変動する、請求項１に記載の指向性音響システム。
【請求項５】
前記方向センサは、手の動きを前記空間的場所を示す場所信号に関連付けるように構成されたポインティング・デバイスである、請求項４に記載の指向性音響システム。
【請求項６】
前記方向センサ、前記マイクロホン、および前記音響プロセッサが、眼鏡フレームに組み込まれる、請求項１に記載の指向性音響システム。
【請求項７】
前記複数のラウドスピーカの少なくとも一部が、前記音響プロセッサにワイヤレスで結合され、前記ユーザから隔たって位置する、請求項１に記載の指向性音響システム。
【請求項８】
前記方向センサが、ユーザの注意が向けられる複数の方向を決定するためのデータを生成するようにさらに構成され、前記音響プロセッサが、前記複数のラウドスピーカを使用して前記指向された音を前記複数の方向に関連する複数の空間的場所に同時に伝達するようにさらに構成される、請求項１に記載の指向性音響システム。
【請求項９】
空間的場所に関連するユーザの視覚的注意の方向を決定するステップと、
マイクロホンから受け取られる音を示す指向された音信号を発生させるステップと、
前記指向された音信号を、互いに相対的な位置を知る複数のラウドスピーカを使用して、指向された音に変換するステップと、
指向された音を前記空間的場所で提供するために、前記複数のラウドスピーカを使用して、前記方向に前記指向された音を伝達するステップと
を含み、
前記複数のラウドスピーカの少なくともいくつかは、前記ユーザとともに位置する、ユーザの注視により決定される空間的場所に音を伝達する方法。
【請求項１０】
眼鏡フレームと、
前記眼鏡フレームに接し、前記眼鏡フレームを装着するユーザの視覚的注意の方向を示すデータを提供するように構成される方向センサと、
そこで受け取られる音を示す出力信号を発生させるように構成されるマイクロホンと、
アレイに配列され、前記マイクロホンで受け取られる音を示す出力信号を提供するように構成される音響トランスデューサと、
前記方向センサ、前記マイクロホン、および前記音響トランスデューサに結合され、前記出力信号を指向された音信号に変換するように、かつ、前記音響トランスデューサを使用して前記指向された音信号に基づく指向された音を前記方向に関連する空間的場所に伝達するように構成される音響プロセッサとを備え、
前記方向センサが、ユーザの注意が向けられる複数の方向を決定するためのデータを生成するようにさらに構成され、前記音響プロセッサが、前記複数のラウドスピーカを使用して前記指向された音を前記複数の方向に関連する複数の空間的場所に同時に伝達するようにさらに構成される、指向性通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般には、スピーカを対象とし、より具体的には、音の伝達を指向させることを対象とするものである。
【背景技術】
【０００２】
音響トランスデューサは、音をエネルギーの一形態から別のエネルギーの形態に変換する場合に使用される。例えば、マイクロホンは、音を電気信号に変換するために使用される（すなわち、音響電気トランスデューサ）。その後、電気信号は、処理され得る（例えば、浄化、増幅され得る）とともに、１つのスピーカまたは複数のスピーカ（以降、１つのラウドスピーカまたは複数のラウドスピーカと呼ばれる）に伝達され得る。その後、ラウドスピーカは、処理された電気信号を音に戻すように変換するために使用される（すなわち、電気音響トランスデューサ）。
【０００３】
よく、コンサートまたは演説などで、ラウドスピーカは、区域の至る所に音声到達範囲を提供するように配列される。換言すれば、ラウドスピーカは、１つのマイクロホンまたは複数のマイクロホンから受け取られる音を、指定された区域の至る所に伝播させるように配列される。したがって、区域内の各人は、伝達される音を聞くことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様は、指向性音響システムを提供する。一実施形態では、指向性音響システムは、（１）ユーザの注意が向けられる方向を決定するためのデータを生成するように構成される方向センサと、（２）そこで受け取られる音を示す出力信号を発生させるように構成されるマイクロホンと、（３）指向された音信号を指向された音に変換するように構成されるラウドスピーカと、（４）方向センサ、マイクロホン、およびラウドスピーカに結合されるように構成され、出力信号を指向された音信号に変換するように、かつ、ラウドスピーカを使用して指向された音をその方向に関連する空間的場所に伝達するように構成される音響プロセッサとを含む。
【０００５】
別の態様は、ユーザの注視により決定される空間的場所に音を伝達する方法を提供する。一実施形態では、この方法は、（１）空間的場所に関連するユーザの視覚的注意の方向を決定するステップと、（２）マイクロホンから受け取られる音を示す指向された音信号を発生させるステップと、（３）指向された音信号を、相互に対する既知の位置を有するラウドスピーカを使用して、指向された音に変換するステップと、（４）指向された音を空間的場所で提供するために、ラウドスピーカを使用して、その方向に指向された音を伝達するステップとを含む。
【０００６】
さらに別の態様は、指向性通信システムを提供する。一実施形態では、指向性通信システムは、（１）眼鏡フレームと、（２）眼鏡フレームに接し、眼鏡フレームを装着するユーザの視覚的注意の方向を示すデータを提供するように構成される方向センサと、（３）そこで受け取られる音を示す出力信号を発生させるように構成されるマイクロホンと、（４）アレイに配列され、マイクロホンで受け取られる音を示す出力信号を提供するように構成される音響トランスデューサと、（５）方向センサ、マイクロホン、および音響トランスデューサに結合され、出力信号を指向された音信号に変換するように、かつ、音響トランスデューサを使用して指向された音信号に基づく指向された音をその方向に関連する空間的場所に伝達するように構成される音響プロセッサとを含む。
【０００７】
次に、添付の図面に関連して取り上げられる以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】ユーザのきわめて概略的な図であり、その人に接する、本開示の原理によって構成される指向性音響システムの構成要素が位置し得る様々な場所を示す。
【図１Ｂ】本開示の原理によって構成される指向性音響システムの一実施形態の高レベルのブロック図である。
【図１Ｃ】本開示の原理によって構成される指向性通信システムの一実施形態の高レベルのブロック図である。
【図２Ａ】図１Ａのユーザ、ユーザの注視点、およびラウドスピーカのアレイの間の関係を概略的に例示する図である。
【図２Ｂ】図１Ａの指向性音響システムの方向センサを構成し得る非接触型光学式アイ・トラッカ（ｅｙｅ  ｔｒａｃｋｅｒ）の一実施形態を概略的に例示する図である。
【図３】加速度計を有し、本開示の原理によって構成される指向性音響システムの一実施形態を概略的に例示する図である。
【図４】実質的に平面的な２次元のラウドスピーカのアレイを例示する図である。
【図５】指向された音信号を空間的場所に、そこで遅延和ビームフォーミングを提供するように伝達するために、音響トランスデューサとともに使用すべき伝達遅延を決定するために使用される、３つの対応する音響トランスデューサの３つの出力信号およびその整数倍の遅延を例示する図である。
【図６】本開示の原理によって実行されるユーザの注視により決定される空間的場所に音を伝達する実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
区域の至る所に音を伝搬させる代わりに、本開示は、音が空間的場所（例えば空間体積）にどのように指向され得るかに焦点を当てる。したがって、人間の話者は、自分の声の音を選択的に空間的場所に指向させることができる。したがって、話者は、もう１人の人に選択的に話しかけ、一方で、区域内の他の人の、何が話されているかを聞く能力を制限することができる。一部の実施形態では、話者は、かなりの距離を越えて、もう１人の人に選択的に話しかけることができる。
【００１０】
本明細書で開示されるように、操縦可能なラウドスピーカ・アレイは、音を指向させるために、方向センサと組み合わされ得る。操縦可能なラウドスピーカ・アレイは、電子的に操縦可能であり得る、または機械的に操縦可能でもあり得る。ユーザは、マイクロホンに向かって話す（またはささやく）ことができ、その人の声の音は、ラウドスピーカ・アレイにより、空間におけるユーザが現在見ている点、またはユーザが現在見ている複数の点に向けて、選択的に伝達され得る。これは、音が指向される相手に対して特別な装備を必要とせずに実行され得る。音は、ステレオで空間的な点に伝達され得る。
【００１１】
方向センサは、角膜から反射される赤外光に基づいている非接触型アイ・トラッカなどのアイ・トラッキング・デバイス（ｅｙｅ−ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）であり得る。眼鏡フレームに組み込まれ得るコンパクトなアイ・トラッカを提供するために、ナノセンサが使用され得る。ヘッド・トラッキング・デバイス（ｈｅａｄ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）などの、他のタイプの方向センサもまた使用され得る。
【００１２】
ラウドスピーカ・アレイは、音を指向させるための所望の角度分解能を提供するのに（空間的な程度およびラウドスピーカの数の両方に関して）必要なだけ、十分に大きくあるべきである。ラウドスピーカ・アレイは、ユーザの衣服に組み込まれるラウドスピーカ、および、ユーザのアレイを拡張するために、これらのラウドスピーカに結合される追加的なラウドスピーカを含み得る。追加的なラウドスピーカは、ワイヤレスで連結され得る。追加的なラウドスピーカは、他のユーザに取り付けられ得る、または様々な場所に固定され得る。
【００１３】
音響信号の処理は、リアルタイムで行われ得る。見通し内伝播条件のもとで、遅延和ビームフォーミングが使用され得る。マルチパス条件のもとでは、より一般的なフィルタ和ビームフォーマが効果的であり得る。ユーザが、音をもう１人の人間の話者に指向しているならば、および、他のユーザが話すならば、相互性が、ビームフォーミング処理の助けとなる。一部の実施形態では、マイクロホン・アレイが、ラウドスピーカ・アレイとともに共同設置され得る。例えば、マイクロホン・アレイは、「ＳＥＬＦ−ＳＴＥＥＲＩＮＧ  ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＨＥＡＲＩＮＧ  ＡＩＤ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＴＨＥＲＥＯＦ」という名称で、Ｔｈｏｍａｓ  Ｌ．  Ｍａｒｚｅｔｔａにより、２００８年９月２５日に出願され、本明細書にその全体が参照により組み込まれ、本明細書ではＭａｒｚｅｔｔａと呼ぶ、米国特許出願第１２／２３８，３４６号で開示されるアレイであり得る。独立したマイクロホンのアレイの代わりに、マイクロホンおよびラウドスピーカの両方として作動する音響トランスデューサのアレイが使用され得る。
【００１４】
図１Ａは、ユーザ１００のきわめて概略的な図であり、その人に接する、本開示の原理によって構成される指向性音響システムの様々な構成要素が位置し得る様々な場所を示す。一般に、そのような指向性音響システムは、方向センサ、マイクロホン、音響プロセッサ、およびラウドスピーカを含む。
【００１５】
一実施形態では、方向センサは、ブロック１１０ａが示すようなユーザ１００の頭部の任意の部分と関連付けられる。これにより、方向センサは、ユーザ１００の頭部が向いている方向に基づく頭部位置信号を生成することができる。より具体的な実施形態では、方向センサは、ブロック１１０ｂが示すようなユーザ１００の一方または両方の目に近接している。これにより、方向センサは、ユーザ１００の注視の方向に基づく目位置信号（ｅｙｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｉｇｎａｌ）を生成することができる。代替実施形態では、方向センサがユーザ１００の頭部または一方もしくは両方の目が向けられる方向に基づく信号を生成することをやはり可能にする他の所に、方向センサを位置させる。ポインティング・デバイスがさらに、空間的場所を示すために、方向センサとともに使用され得る。例えば、ブロック１２０ｂにより表されるように、ユーザ１００は、手の動きを、空間的場所を示す場所信号に関連付けるために、杖またはレーザービームなどの方向指示器とともに方向センサを使用することができる。方向指示器は、ユーザの手による方向指示器の動きに基づく空間的場所を示すために、方向センサとワイヤレスで通信することができる。一部の実施形態では、方向指示器は、有線接続によって方向センサに接続され得る。
【００１６】
方向センサは、ユーザ１００の頭部位置または注視点に基づく２つ以上の空間的場所を示すために使用され得る。したがって、ラウドスピーカは、異なる空間的場所のそれぞれに音を同時に伝達するように定置され得る。例えば、ラウドスピーカの一部分が、１つの空間的場所に指向された音を伝達するように定置され得るとともに、一方で、他のラウドスピーカが、もう１つの、または他の空間的場所に指向された音を同時に伝達するように定置され得る。さらに、ユーザ１００により特定される空間的場所のサイズは、ユーザの頭部位置または注視点に基づいて変動し得る。例えば、ユーザ１００は、自分の目を円形に動かすことにより、空間的場所が領域であることを示す場合がある。このように、同時の伝達のための複数の別個の空間的場所の代わりに、ラウドスピーカは、複数の人を含み得る単一の連続的な空間的場所に音を伝達するように指向され得る。
【００１７】
マイクロホンは、方向センサに応じた空間的場所に伝達されるべき音を受け取るために、ユーザ１００に近接して位置する。一実施形態では、マイクロホンは、伝達のためのユーザの声を取り込むために、ブロック１２０ａにより示されるようなユーザ１００の口に近接して位置する。マイクロホンは、クリップを使用して、ユーザ１００により装着される衣服に取り付けられ得る。一部の実施形態では、マイクロホンは、衣服（例えば、シャツ、ジャケット、セーターまたはポンチョ）のえりに取り付けられ得る。他の実施形態では、マイクロホンは、ヘッドセットまたは眼鏡フレームに接続されるアームによって、ユーザ１００の口に近接して位置し得る。マイクロホンはさらに、ブロック１２０ｂにより示されるようなユーザ１００の腕に近接して位置し得る。例えば、マイクロホンは、衣服のそでにクリップで留められ得る、またはブレスレットに取り付けられ得る。したがって、マイクロホンは、ユーザにより望まれるときに、ユーザの口に近接して配置され得る。
【００１８】
一実施形態では、ラウドスピーカは、ブロック１３０ａが示すようなユーザ１００のシャツのポケット内に配置され得るようなサイズで作製される区画内に位置する。代替実施形態では、ラウドスピーカは、ブロック１３０ｂが示すようなユーザ１００のズボンのポケット内に配置され得るようなサイズで作製される区画内に位置する。別の代替実施形態では、ラウドスピーカは、ブロック１１０ａまたはブロック１１０ｂにより示される方向センサに近接して位置する。上述の実施形態は、アレイに配列されるラウドスピーカに特に好適である。しかしながら、ラウドスピーカは、そのように配列される必要はない。したがって、さらに別の代替実施形態では、ラウドスピーカは、ブロック１１０ａ、１１０ｂ、１３０ａ、１３０ｂにより示されるものを含むが、それらには限定されない、ユーザ１００に接する２つ以上の場所の間、またはそれらの中に分散される。さらに別の代替実施形態では、ラウドスピーカの１つまたは複数は、ユーザ１００に接して位置せず（すなわち、ラウドスピーカは、ユーザから隔たって位置する）、むしろ、ユーザ１００の周囲に、おそらくは、ユーザ１００が位置する部屋の中の固定の場所に位置する。ラウドスピーカの１つまたは複数はさらに、ユーザ１００の周囲の他の人に接して位置し得るとともに、指向性音響システムの他の構成要素にワイヤレスで結合され得る。
【００１９】
一実施形態では、音響プロセッサは、ブロック１３０ａが示すようなユーザ１００のシャツのポケット内に配置され得るようなサイズで作製される区画内に位置する。代替実施形態では、音響プロセッサは、ブロック１３０ｂが示すようなユーザ１００のズボンのポケット内に配置され得るようなサイズで作製される区画内に位置する。別の代替実施形態では、音響プロセッサは、ブロック１１０ａまたはブロック１１０ｂにより示される方向センサに近接して位置する。さらに別の代替実施形態では、音響プロセッサの構成要素は、ブロック１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂにより示されるものを含むが、それらには限定されない、ユーザ１００に接する２つ以上の場所の間、またはそれらの中に分散される。さらに他の実施形態では、音響プロセッサは、方向センサとともに、マイクロホン、またはラウドスピーカの１つもしくは複数とともに共同設置される。
【００２０】
図１Ｂは、本開示の原理によって構成される指向性音響システム１４０の一実施形態の高レベルのブロック図である。指向性音響システム１４０は、マイクロホン１４１、音響プロセッサ１４３、方向センサ１４５およびラウドスピーカ１４７を含む。
【００２１】
マイクロホン１４１は、図１Ｂで「原音（ｒａｗ  ｓｏｕｎｄ）」と呼ばれる、受け取られる音響信号に基づく出力信号を提供するように構成される。原音は、典型的には、ユーザの声である。一部の実施形態では、複数のマイクロホンが、ユーザから原音を受け取るために使用され得る。一部の実施形態では、原音は、録音からのものである場合があり、または、ユーザ以外の別の音源から、マイクロホン１４１によって中継され得る。例えば、ＲＦトランシーバが、マイクロホンからの出力信号に対する基礎である原音を受け取るために使用され得る。
【００２２】
音響プロセッサ１４３は、有線で、またはワイヤレスで、マイクロホン１４１およびラウドスピーカ１４７に結合される。音響プロセッサ１４３は、コンピュータであって、それにより初期化されるときに、その作動を指図する一連の作動命令を有するメモリを含むコンピュータであり得る。音響プロセッサ１４３は、マイクロホン１４１から受け取られるラウドスピーカ１４７への出力信号を、処理し、指向させるように構成される。ラウドスピーカ１４７は、音響プロセッサ１４３からの処理された出力信号（すなわち、指向された音信号）を指向された音に変換し、方向センサ１４５から音響プロセッサ１４３により受け取られる方向に基づく空間的な点に向けて指向された音を伝達するように構成される。
【００２３】
指向された音信号は、空間的な点で所望の音を提供するために、それぞれの特定のラウドスピーカに対して変動し得る。例えば、指向された音信号は、空間的な点でのビームフォーミングを可能にするために、伝達遅延に基づいて変動し得る。指向された音信号はさらに、より高い周波数帯域で伝達され得るとともに、空間的な点にある受信機で、音声帯域に戻るように下方に偏移され得る。例えば、超音波周波数帯域でさえも使用され得る。音声周波数偏移（ａｕｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ）を使用することにより、より小さなラウドスピーカのアレイを使用してのより大きな指向性、およびおそらくはより高いプライバシーを提供することができる。プライバシーをさらに高めるために、周波数偏移は、ランダム・ホッピング・パターン（ｒａｎｄｏｍ  ｈｏｐｐｉｎｇ  ｐａｔｔｅｒｎ）に従う場合がある。周波数偏移を使用する場合、空間的な点で指向された音信号を受け取る人は、伝達される信号を受け取り、信号を下方の基底帯域に偏移させるように構成される特別の受信機を使用することになる。
【００２４】
指向された音信号はさらに、空間的な点でのステレオ音を可能にするように変動し得る。ステレオ音を提供するために、ラウドスピーカは、左および右のラウドスピーカに振り分けられる場合があり、各ラウドスピーカのグループは、空間的な点でステレオ音を提供するために、異なる指向された音信号を受け取る。あるいは、ラウドスピーカのアレイ全体が、２組の指向された音信号の和により、同時に駆動され得る。
【００２５】
音響プロセッサ１４３は、ラウドスピーカ１４７の各ラウドスピーカに、指向された音を空間的な点に伝達するように指図するために、受け取られる方向、相互に対するラウドスピーカ１４７の既知の相対位置、およびラウドスピーカ１４７の方位を使用する。ラウドスピーカ１４７は、受け取られる音響信号（すなわち、図１Ｂでの原音）に基づいて、および音響プロセッサ１４３により提供される指向性信号に応じて、指向された音を提供するように構成される。指向性信号は、方向センサ１４５により提供される方向に基づくものであり、ラウドスピーカ１４７のそれぞれに対して変動し得る。
【００２６】
方向センサ１４５は、ユーザの注意がどこに向けられているかを決定することにより、方向を決定するように構成される。したがって、方向センサ１４５は、図１Ｂが示すように、頭部の方向の指標、目の方向の指標、または両方を受け取ることができる。音響プロセッサ１４３は、決定された方向に基づいて、ラウドスピーカ１４７のそれぞれの個々のラウドスピーカに対する指向性信号を発生させるように構成される。複数の方向がユーザにより示されるならば、音響プロセッサ１４３は、ユーザにより示される複数の方向に指向された音を同時に伝達するように、ラウドスピーカ１４７に対する指向性信号を発生させることができる。
【００２７】
図１Ｃは、本開示の原理によって構築される指向性通信システム１５０の実施形態のブロック図を例示する。指向性通信システム１５０は、図１Ｂの指向性音響システム１４０に含まれ得る複数の構成要素を含む。これらの対応する構成要素は、同じ参照番号を有する。さらに、指向性通信システム１５０は、音響トランスデューサ１５１、コントローラ１５３およびラウドスピーカ１５５を含む。
【００２８】
指向性通信システム１５０は、指向された音を空間的場所に提供すること、および強められた音を空間的場所から受け取ることにより、強められた通信を可能にする。音響トランスデューサ１５１は、マイクロホンおよびラウドスピーカとして作動するように構成される。音響トランスデューサ１５１は、図２Ａおよび図４のラウドスピーカ・アレイ２３０、またはＭａｒｚｅｔｔａで開示されたマイクロホン・アレイなどのアレイであり得る。一実施形態では、音響トランスデューサ１５１は、交互配置されるラウドスピーカのアレイおよびマイクロホンのアレイであり得る。コントローラ１５３は、音響トランスデューサ１５１に、マイクロホンまたはラウドスピーカのいずれかとして作動するように指図するように構成される。コントローラ１５３は、音響プロセッサ１４３および音響トランスデューサ１５１の両方と結合される。音響プロセッサ１４３は、コントローラ１５３から受け取られる制御信号に応じて、音響トランスデューサ１５１に伝達される、または音響トランスデューサ１５１から受け取られる信号を処理するように構成され得る。コントローラ１５３は、伝達と、空間的場所からの音の受け取りとの間でスイッチするためにユーザにより作動される押しボタン式スイッチなどのスイッチであり得る。一部の実施形態では、スイッチは、方向センサ１４５により検知される、ユーザの頭部または目の動きに基づいて作動され得る。図１Ｃでの破線の囲みにより示されるように、コントローラは、一部の実施形態では、音響プロセッサ１４３の内部に含まれ得る。コントローラ１５３はさらに、複数の空間的場所を示すためにユーザにより使用され得る。
【００２９】
ラウドスピーカ１５５は、ワイヤレスで、または有線で、音響プロセッサ１４３に結合される。ラウドスピーカ１５５は、Ｍａｒｚｅｔｔａで開示されたように、音響プロセッサ１４３により発生される強められた音信号を強められた音に変換するように構成される。
【００３０】
図２Ａは、図１Ａのユーザ１００、注視点２２０、および、図２Ａでは周期的なアレイ（実質的に一定のピッチで、ラウドスピーカ２３０ａから２３０ｎまでが離れているもの）であるように例示する、ラウドスピーカのアレイ２３０の間の関係を概略的に例示する。ラウドスピーカのアレイ２３０は、図１Ｂで例示されるラウドスピーカ１４７、または図１Ｃの音響トランスデューサ１５１であり得る。図２Ａは、図１Ａのユーザ１００の頭部２１０の上面図を図示する。頭部２１０には、参照符号が付されていない目および耳がある。参照符号が付されていない矢印が、頭部２１０から、空間的場所である注視点２２０に向かって進む。注視点２２０は、例えば、ユーザが会話中である人、またはユーザが音を指向させたいと思う人であり得る。注視点２２０に指向される音響エネルギー（音）を意味する、参照符号が付されていない音波が、ラウドスピーカのアレイ２３０から注視点２２０に発出する。
【００３１】
ラウドスピーカのアレイ２３０は、ラウドスピーカ２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、…、２３０ｎを含む。ラウドスピーカのアレイ２３０は、１次元の（実質的に直線状の）アレイ、２次元の（実質的に平面的な）アレイ、３次元の（体積の）アレイ、または他の任意の構成であり得る。
【００３２】
伝達遅延と呼ばれる遅延が、音波が送出されるときに、制御すべきラウドスピーカのアレイ２３０の各ラウドスピーカに関連付けられ得る。音波が送出されるときに制御することにより、音波は、注視点２２０に同時に到着することができる。したがって、強められた音を提供するために、音波の和が、注視点２２０でユーザによって知覚されることになる。図１Ｂの音響プロセッサ１４３のような音響プロセッサは、注視点２２０での強められた音を可能にするように、ラウドスピーカのアレイ２３０の各ラウドスピーカに、必要な伝達遅延を提供することができる。音響プロセッサ１４３は、ラウドスピーカのアレイ２３０の各ラウドスピーカに対して適切な伝達遅延を決定するために、方向センサ１４５からの方向情報を使用することができる。
【００３３】
角度θおよびφ（図２Ａおよび図４を参照）は、ラウドスピーカのアレイ２３０の線もしくは平面に垂直な線２４０、ならびに、注視点２２０とラウドスピーカのアレイ２３０との間の方向を示す線２５０について、それらの間を仕切るものである。ラウドスピーカのアレイ２３０の方位は、（おそらくは、それらを図１Ｂの方向センサ１４５に対して固定することにより）既知であるものとする。図１Ｂの方向センサ１４５は、線２５０の方向を決定する。それによって、線２５０は既知となる。したがって、角度θおよびφが決定され得る。ラウドスピーカ２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、…、２３０ｎからの指向された音が、注視点２２０で強められた音をもたらすように、角度θおよびφに基づいて重ね合わせられ得る。
【００３４】
代替実施形態では、ラウドスピーカのアレイ２３０の方位は、位置センサ、加速度計、または、別の従来型の、もしくは後に発見される方位検知機構の形態をとり得る、補助的な方位センサ（図示せず）を用いて決定される。
【００３５】
図２Ｂは、図１Ｂの指向性音響システム、または図１Ｃの指向性通信システムの方向センサ１４５を構成し得る非接触型光学式アイ・トラッカの一実施形態を概略的に例示する。アイ・トラッカは、目２８０の角膜２８２に対して生じる角膜反射を利用する。低出力レーザであり得る光源２９０が、角膜２８２に反射し、目２８０の注視（角度位置）の関数である場所で光センサ２９５に衝突する光を生成する。電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイであり得る光センサ２９５は、注視の関数である出力信号を生成する。当然ながら、他のアイ・トラッキング技術が、存在し、本開示の広範な範囲内に含まれる。そのような技術には、埋め込まれた鏡もしくは磁界センサを有する特別なコンタクトレンズを使用するものを含む接触型技術、または、目の近くに配置される接触電極を用いて電位を測定するものを含み、その最も一般的なものが眼電図（ＥＯＧ）である他の非接触型技術がある。
【００３６】
図３は、加速度計３１０を有し、本開示の原理によって構築される指向性音響システム３００の一実施形態を概略的に例示する。頭部位置の検出が、アイ・トラッキングの代わりに、またはそれに加えて使用され得る。頭部位置のトラッキングは、例えば、従来型の、または後に開発される、角度位置センサまたは加速度計を用いて実行され得る。図３では、加速度計３１０は、眼鏡フレーム３２０に組み込まれる、またはそれに結合される。ラウドスピーカ３３０、またはラウドスピーカ・アレイの少なくとも一部分が、同様に、眼鏡フレーム３２０に組み込まれ得る、またはそれに結合され得る。眼鏡フレーム３２０に埋め込まれる、またはそれに接する導体（図示せず）が、加速度計３１０をラウドスピーカ３３０に結合する。図１Ｂの音響プロセッサ１４３が、箱３４０により例示されるように、同様に、眼鏡フレーム３２０に組み込まれ得る、またはそれに結合され得る。音響プロセッサ３４０は、有線で、加速度計３１０およびラウドスピーカ３３０に結合され得る。図３の実施形態では、アーム３５０が、マイクロホン３６０を眼鏡フレーム３２０に結合する。アーム３５０は、マイクロホンを眼鏡フレーム３２０またはヘッドセットに結合するために使用される従来型のアームであり得る。マイクロホン３６０もまた、従来型のデバイスであり得る。アーム３５０は、マイクロホン３６０を音響プロセッサ３４０に接続するワイヤ・リードを含み得る。別の実施形態では、マイクロホン３６０は、ワイヤレス接続によって、音響プロセッサ３４０に電気的に結合され得る。
【００３７】
図４は、実質的に平面的な、規則的な２次元のｍ×ｎのラウドスピーカのアレイ２３０を概略的に例示する。アレイ内の個々のラウドスピーカは、２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎと指定され、心々で、水平ピッチｈおよび垂直ピッチｖだけ離されている。ラウドスピーカ２３０は、以下で示されるように、音響トランスデューサとみなされ得る。図４の実施形態では、ｈおよびｖは等しくない。代替実施形態では、ｈ＝ｖである。図２Ａの注視点２２０に指向されるべき音響プロセッサ１４３からの音響エネルギーを想定して、注視点２２０に送達される音を指向させるための技法の一実施形態が、次に説明される。この技法では、注視点２２０でのビームフォーミングを可能にするように、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎのそれぞれに対して、相的時間遅延（すなわち伝達遅延）を決定することを説明する。伝達遅延の決定は、音響プロセッサ１４３の較正モードで行われ得る。
【００３８】
図４の実施形態では、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎの相対位置は、既知である、というのは、それらは、心々で、既知の水平ピッチおよび垂直ピッチだけ離されているためである。代替実施形態では、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎの相対位置は、注視点２２０に近接している音源を使用することにより決定され得る。ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎは、音源を聞くためのマイクロホンとしてもまた使用され得るものであり、音響プロセッサ１４３は、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎのそれぞれから、音源の、それに対する相対位置に基づく、遅延された形態（ｖｅｒｓｉｏｎ）を得ることができる。次いで、音響プロセッサ１４３は、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎのそれぞれに対して、伝達遅延を決定することができる。コントローラ１５３などのスイッチが、音響プロセッサ１４３を、伝達遅延を決定するためにラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎから音源を受け取るように構成するために、ユーザ１００により作動され得る。さらに、Ｍａｒｚｅｔｔａで開示されたようなマイクロホン・アレイが、ラウドスピーカのアレイ２３０と交互配置され得る。
【００３９】
別の実施形態では、音響プロセッサ１４３は、注視点２２０に音声信号を伝達するために、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎの１つを使用することにより、注視点に関して、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎのそれぞれに対する伝達遅延を決定するために、較正モードを開始することができる。他の残りのラウドスピーカは、伝達される音声信号の反射を受け取るためのマイクロホンとして使用され得る。次いで、音響プロセッサ１４３は、残りのラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎにより受け取られる反射された音声信号から伝達遅延を決定することができる。この処理は、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎの複数に対して繰り返され得る。フィルタリングなどの、受け取られる反射された音声信号の処理が、物体からの干渉によって必要である場合がある。
【００４０】
較正モードは、音響エネルギーを既知の場所から発出させる、または、発出する音響エネルギーの場所を（おそらくはカメラを用いて）決定することができ、音響エネルギーを（マイクロホンとして使用されている）ラウドスピーカを用いて取り込み、音響エネルギーが各ラウドスピーカに対して遅延される量を決定する。正しい伝達遅延が、このようにして決定され得る。この実施形態は、ラウドスピーカの位置が、非周期的（すなわち不規則）である、任意である、変化する、または不明であるときに、特に有利である。さらなる実施形態では、ワイヤレスのラウドスピーカが、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎの代わりに、またはそれらに加えて使用され得る。
【００４１】
図５は、本開示の原理による、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎに対する伝達遅延の計算の実施形態の例を例示する。以下の考察では、ラウドスピーカ２３０ａ−１、…、２３０ｍ−ｎは、音響トランスデューサのアレイとみなされ得るとともに、特定時点の用途に応じて、マイクロホンまたはラウドスピーカと呼ばれ得る。図５では、（マイクロホンとして作動する）３つの対応する音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３の３つの出力信号およびその整数倍の遅延（すなわち相対遅延時間）が例示される。さらに、ラウドスピーカとして作動する音響トランスデューサに対して、注視点２２０で実行される遅延和ビームフォーミングもまた例示される。表現を簡単にするために、出力信号では特定のトランジェント（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）のみが、図示され、固定幅および単位高さの矩形に理想化されている。３つの出力信号は、グループ５１０および５２０にグループ分けされる。信号は、それらが音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３により受け取られる場合に、グループ５１０に包含され、５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃと指定される。伝達遅延を決定し、注視点２２０に伝達された後の信号は、グループ５２０に包含され、５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃと指定される。次いで、５３０は、音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３により、伝達遅延を使用して、指定された空間的場所（例えば、注視点２２０）に伝達される指向された音を表す。音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３のそれぞれに適切な遅延を提供することにより、信号は、単一の強められた音をもたらすように、指定された空間的場所で重ね合わせられる。
【００４２】
信号５１０ａは、第１の供給源から受け取られる音響エネルギーを表すトランジェント５４０ａ、第２の供給源から受け取られる音響エネルギーを表すトランジェント５４０ｂ、第３の供給源から受け取られる音響エネルギーを表すトランジェント５４０ｃ、第４の供給源から受け取られる音響エネルギーを表すトランジェント５４０ｄ、および第５の供給源から受け取られる音響エネルギーを表すトランジェント５４０ｅを包含する。
【００４３】
信号５１０ｂもまた、第１、第２、第３、第４、および第５の供給源から発出する音響エネルギーを表すトランジェント（その最後のものは、発生するのが遅すぎるので、図５の時間範囲内に含まれない）を包含する。同様に、信号５１０ｃは、第１、第２、第３、第４、および第５の供給源から発出する音響エネルギーを表すトランジェント（やはり、最後のものは図５の外にある）を包含する。
【００４４】
図５ではこのことを図示しないが、例えば、一定の遅延により、第１、第２、および第３の出力信号５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃで発生するトランジェント５４０ａが離れていることが認められ得る。同様に、異なるが、やはり一定の遅延により、第１、第２、および第３の出力信号５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃで発生するトランジェント５４０ｂが離れている。同じことが、残りのトランジェント５４０ｃ、５４０ｄ、５４０ｅに当てはまる。これは、異なる供給源からの音響エネルギーが、音響エネルギーが受け取られる方向の関数である、異なるが関連のある時間に、音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３に衝突するという事実の結果である。
【００４５】
音響プロセッサの一実施形態では、決定される相対時間遅延に応じて、音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３のそれぞれにより伝達されるべき出力信号を遅延させることにより、この現象を利用する。音響トランスデューサ２３０ａ−１、２３０ａ−２、２３０ａ−３のそれぞれに対する伝達遅延は、方向センサから受け取られる出力信号に基づくものであり、すなわち、角度θの指標に遅延は基づく。
【００４６】
以下の式は、遅延を、マイクロホン型中継器（ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ｒｅｌａｙ）の水平ピッチおよび垂直ピッチと関係付ける。
【００４７】
【数１】
0005606543.tif 000002
【００４８】
ただし、ｄは、遅延であり、その整数倍を、音響プロセッサが、アレイ内の各マイクロホンの出力信号に適用し、φは、図２Ａの線２５０の、アレイの平面上への射影（例えば球座標表現）と、アレイの軸との間の角度であり、Ｖｓは、空気中の音の公称速度である。ｈまたはｖのいずれかが、１次元の（直線状の）マイクロホン・アレイの場合には、ゼロであるとみなされ得る。
【００４９】
図５では、第１、第２、および第３の出力信号５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃで発生するトランジェント５４０ａが、注視点（図２Ａの２２０）から発出する音響エネルギーを表すものとし、他のすべてのトランジェントは、他の外来の供給源から発出する音響エネルギーを表すものとする。したがって、行うべき適切なことは、注視点２２０に伝達される指向された音が強め合うように強化され、ビームフォーミングが実現されるように、伝達遅延を決定するために、出力信号５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃに関連する遅延を決定することである。したがって、グループ５２０は、グループ５１０内のその対応物に対して時間２ｄだけ遅延される出力信号５２０ａを図示し、グループ５２０は、グループ５１０内のその対応物に対して時間ｄだけ遅延される出力信号５２０ｂを図示する。
【００５０】
図５の例は、音響トランスデューサが規則的なピッチを有するアレイで配列されていない、指向性音響システムまたは指向性通信システムに適合され得るものであり、ｄは、各出力信号に対して異なり得る。指向性音響システムまたは指向性通信システムの一部の実施形態では、それらを特定のユーザに適合させるために何らかの較正を必要とする場合があることもまた予想される。この較正は、存在するならばアイ・トラッカを調整すること、マイクロホンの音量を調整すること、ならびに、相互に対するラウドスピーカの位置を、それらが規則的な１つのピッチもしくは複数のピッチを有するアレイに配列されていないならば決定することを含み得る。
【００５１】
図５の例では、注視点２２０が、それがアレイの「フラウンホーファー・ゾーン（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ  ｚｏｎｅ）」にあり、したがって、ラウドスピーカと注視点との間に発出する音響エネルギーの波面が本質的に平坦であるとみなされ得るように、ラウドスピーカのアレイから十分に遠距離であるものとする。しかしながら、注視点が、アレイの「フレネル・ゾーン」にあるならば、それから発出する音響エネルギーの波面は、かなりの湾曲を呈することになる。この理由から、ラウドスピーカに適用されるべき伝達遅延は、単一の遅延ｄの倍数にはならない。さらに、注視点が、「フレネル・ゾーン」にあるならば、ユーザに対するラウドスピーカ・アレイの位置は、既知である必要があり得る。眼鏡フレーム内で使用されるならば、位置は、既知となり、固定となる。当然ながら、補助的な方位センサなどの他の機構が使用され得る。
【００５２】
図５に図示されるものに対する代替実施形態では、遅延和ビームフォーミングの代わりに、フィルタ遅延和処理（ｆｉｌｔｅｒ，  ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  ｓｕｍ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を使用する。フィルタ遅延和処理では、フィルタは、フィルタの周波数応答の和が、所望の焦点方向において１になるように、各ラウドスピーカに適用される。この制約を受けて、フィルタは、あらゆる他の音を受け付けないようにするように選択される。
【００５３】
図６は、本開示の原理によって実行される音を指向させる方法の一実施形態の流れ図を例示する。この方法は、開始ステップ６０５において始まる。ステップ６１０では、ユーザの注意が向けられる方向が決定される。一部の実施形態では、複数の方向が、ユーザにより特定され得る。ステップ６２０では、指向された音信号が、マイクロホンから受け取られる音響信号に基づいて発生される。マイクロホンから受け取られる音響信号は、ユーザからの原音であり得る。音響プロセッサは、音響信号、および方向センサからの方向データから、指向された音信号を発生させることができる。ステップ６３０では、指向された音信号は、相互に対する既知の位置を有するラウドスピーカを使用して、指向された音に変換される。ステップ６４０では、指向された音は、ラウドスピーカを使用して、その方向に伝達される。一部の実施形態では、指向された音は、ユーザにより特定される複数の方向に同時に伝達され得る。この方法は、終了ステップ６５０において終了する。
【００５４】
本出願が関係する当業者であれば、他の、およびさらなる、追加、削除、置換、および修正が、説明された実施形態に対して行われ得ることを理解するであろう。
【図１Ａ】
0005606543.tif 000003
【図１Ｂ】
0005606543.tif 000004
【図１Ｃ】
0005606543.tif 000005
【図２Ａ】
0005606543.tif 000006
【図２Ｂ】
0005606543.tif 000007
【図３】
0005606543.tif 000008
【図４】
0005606543.tif 000009
【図５】
0005606543.tif 000010
【図６】
0005606543.tif 000011