用于生成聲場(chǎng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于生成聲場(chǎng)的技術(shù)。具體地，本發(fā)明提供了通過(guò)利用從超聲到可聽(tīng) 聲音技術(shù)來(lái)生成局部聲場(chǎng)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)發(fā)了各種技術(shù)將聲音尤其可聽(tīng)聲音定位成在空間中的特定區(qū)域（即，明區(qū)）處 被聽(tīng)到而在其它區(qū)域（即，暗區(qū)）處被抑制使得在那些區(qū)域中聲壓級(jí)低于聽(tīng)覺(jué)閾值或足夠 低以致它被感知為周圍噪聲的一部分。
[0003] 可以將用于生成定向聲音的現(xiàn)有解決方案粗略地分類為兩個(gè)主要技術(shù)類別：
[0004] -利用常規(guī)聲波理論來(lái)操縱可聽(tīng)聲音波（即，相對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的聲波）的技術(shù)。
[0005] -利用所稱的非線性空中傳播超聲調(diào)制來(lái)生成可聽(tīng)聲音的技術(shù)。這些技術(shù)操縱非 可聽(tīng)超聲（US)波（即，相對(duì)短波長(zhǎng)的聲波）的頻率組成并且依靠聲音傳播介質(zhì)（例如，空 氣/水）的非線性來(lái)從短超聲波生成可聽(tīng)聲音。
[0006] 例如，在美國(guó)專利No. 5, 532, 438中公開(kāi)了利用常規(guī)超聲波理論來(lái)操縱長(zhǎng)可聽(tīng)波 的技術(shù)。利用這些技術(shù)的產(chǎn)品包括例如MuseumTools的Secret5W臓/3i定向揚(yáng)聲器系統(tǒng) 產(chǎn)品和DakotaAudio的聚焦陣列（focusedarrays)產(chǎn)品（例如，地板安裝式聚焦陣列產(chǎn) 品FA-603)。
[0007] 在高SPL聲波傳輸下空氣（和水）的非線性介質(zhì)行為的現(xiàn)象是45年前在對(duì)用 于潛艇的聲納波進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的（參見(jiàn)PeterJ.Westervelt在TheJournalofthe AcousticalSocietyofAmerica〃第 35 卷，第 4 期，1963 年 4 月，第 535-537 頁(yè)中出版 的"ParametricAcousticArray"）。這個(gè)效應(yīng)數(shù)學(xué)上由Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznets ov(KZK)方程來(lái)描述，該KZK方程將波通過(guò)其傳播的介質(zhì)（例如空氣）的波干涉、波發(fā)散和 非線性響應(yīng)考慮在內(nèi)來(lái)描述波在空間中的傳播。例如在由H.O.Berktay在J.SoundVib. (1965) 2 (4) ,435-461 中出版的"Possibleexploitationofnon-linearacousticsin underwatertransmittingapplications"中提供了通常用于在深度軸（軸向方向）上求 解Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov(KZK)方程的近似。
[0008] 通?？梢詫⒗梅蔷€性空中傳播超聲調(diào)制技術(shù)的技術(shù)分類為兩個(gè)主要方案，每個(gè) 方案提供稍微不同的結(jié)果，并且每個(gè)方案適合于不同目的。根據(jù)這些方案中的一個(gè)，定向音 頻束在高聲壓級(jí)（SPL)下從高頻超聲波解調(diào)。這個(gè)方法通常提供沿著預(yù)定方向傳播的高度 定向且相對(duì)較窄的音頻束的發(fā)送，其沿著這個(gè)方向在該SPL下具有低的衰減率情況下。根 據(jù)這個(gè)方案操作的系統(tǒng)包括例如HolosonicResearchlabs,inc?的AudioSpotlight?、 Audionation-UkLtd的HSS-超聲波聲音系統(tǒng)（例如，HSS型3000)以及LRAD公司的產(chǎn)品。
[0009] 用于利用非線性空中傳播超聲調(diào)制效應(yīng)的另選方法基于將超聲波束聚焦到預(yù)定 區(qū)域。例如在美國(guó)專利No. 6, 556, 687中和在美國(guó)專利No. 7, 146, 011中公開(kāi)了基于這個(gè)方 案的技術(shù)。然而，這個(gè)技術(shù)由于在提供適當(dāng)?shù)木劢鼓芰ι系睦щy因而沒(méi)有成熟到商業(yè)裝置 實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在本領(lǐng)域中存在對(duì)將聲音尤其可聽(tīng)聲音定位成在限定空間位置/區(qū)域處被聽(tīng)到 而在其它區(qū)域處不被聽(tīng)到的新穎技術(shù)的需要。存在對(duì)使得能夠在空間中的特定區(qū)域/點(diǎn)附 近產(chǎn)生局部可聽(tīng)聲場(chǎng)同時(shí)將可聽(tīng)聲音的產(chǎn)生限制于這些區(qū)域并且抑制/防止在這個(gè)特定 區(qū)域外部的區(qū)域處生成可聽(tīng)聲音的技術(shù)的特別需要。在本領(lǐng)域中還存在對(duì)于允許通過(guò)利用 相對(duì)較小的聲換能器系統(tǒng)（例如，具有度量為數(shù)厘米至數(shù)分米的有效聲音生成孔徑）來(lái)生 成局部可聽(tīng)聲場(chǎng)以在接近聲換能器系統(tǒng)（例如，在與其相距幾米的范圍內(nèi)或甚至在數(shù)/幾 分米的范圍內(nèi)）的預(yù)定義區(qū)域（例如，位于距聲音生成孔徑大約瑞利距離或更靠近其的區(qū) 域）內(nèi)生成局部可聽(tīng)聲場(chǎng)的技術(shù)的需要。
[0011] 就此而言，注意，術(shù)語(yǔ)聲音在本文中在它最廣意義上用來(lái)表示任何聲信號(hào)/束，其 可以在可聽(tīng)頻率域和/或諸如超聲域的其它域。因此，術(shù)語(yǔ)聲/聲音換能器系統(tǒng)在本文中 用來(lái)表示可在可聽(tīng)頻帶和/或超聲頻帶中操作的一個(gè)或更多個(gè)聲/聲音換能器（揚(yáng)聲器） 的排列。這些系統(tǒng)的有效聲音生成孔徑在本文中被認(rèn)為是聲音換能器元件/膜片的排列/ 陣列的橫向擴(kuò)展程度或在聲音換能器系統(tǒng)中僅使用單個(gè)元件的情況下膜片的尺寸。就此而 言，瑞利距離是近場(chǎng)區(qū)域（其中菲涅耳衍射占優(yōu)勢(shì)）與遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域（其中夫瑯禾費(fèi)衍射占優(yōu) 勢(shì)）之間的近似邊界并且通常被近似為ZK= 31D2/4A，其中D是有效聲音生成孔徑的直徑 /特征尺寸，A是聲音波長(zhǎng)并且&是相對(duì)于換能器的瑞利距離。應(yīng)該注意，術(shù)語(yǔ)瑞利距離 在本文中在它廣義意義上被認(rèn)為表示直到近場(chǎng)/菲涅耳衍射的效應(yīng)可聽(tīng)的距離。因此，在 一些情況下瑞利距離可以延伸超過(guò)以上近似。
[0012] 用于定位可聽(tīng)聲音的常規(guī)方法是基于利用具有可聽(tīng)波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)的有效聲音生 成孔徑的聲音/聲場(chǎng)發(fā)射器/換能器來(lái)操縱通常定向和/或聚焦在聲場(chǎng)上的長(zhǎng)可聽(tīng)波的聲 波理論。例如，為了定位1KHZ可聽(tīng)音調(diào)（即，大約30cm的波長(zhǎng)），需要具有大約30cm的有 效孔徑的聲換能器系統(tǒng)。因此，使這些系統(tǒng)最小化至適合于便攜式裝置的尺寸在理論上且 實(shí)踐上受限制。而且，根據(jù)波理論，最小焦點(diǎn)直徑（衍射極限斑）甚至利用理想系統(tǒng)也不能 夠減小至波的波長(zhǎng)以下，并且在實(shí)踐中通?；旧洗蟮枚?。這基本上限制了由這些系統(tǒng)產(chǎn) 生的局部聲場(chǎng)的尺寸，以及在能夠控制聲場(chǎng)的特性的情況下的空間分辨率。
[0013] 本領(lǐng)域中的其它已知技術(shù)利用所稱的從超聲到可聽(tīng)聲音的技術(shù)來(lái)產(chǎn)生可聽(tīng)聲音。 從超聲到可聽(tīng)聲音的產(chǎn)生通常是基于利用諸如空氣的非線性介質(zhì)對(duì)超聲束（在本文中還 被稱為非線性空中傳播調(diào)制超聲束）的非線性解調(diào)的現(xiàn)象。從超聲到可聽(tīng)聲音的產(chǎn)生和利 用非線性介質(zhì)對(duì)超聲束的非線性解調(diào)的原理在本領(lǐng)域中容易獲知。然而將在這里簡(jiǎn)要地描 述這些原理，以便于理解本發(fā)明。通過(guò)利用具有超聲波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)的膜片尺寸的多個(gè)聲換 能器，可以產(chǎn)生幾乎準(zhǔn)直的（參見(jiàn)例如圖1C)的窄的超聲束，在該束中有高的聲壓級(jí)（SPL)。 在超聲域生成高SPL引起空氣分子（可能還在其它非線性介質(zhì)（諸如水）中）的非線性行 為。這樣的非線性行為通常由聲音的振幅與介質(zhì)的分子的速度之間的正相關(guān)性來(lái)證明。例 如，這樣的非線性行為可能導(dǎo)致從由聲換能器系統(tǒng)換能/注入到傳播介質(zhì)（例如空氣）的 高SPL正弦超聲波形成所稱的鋸齒波曲線。事實(shí)上，介質(zhì)的非線性行為對(duì)輸入聲音/聲波 應(yīng)用調(diào)制/解調(diào)并且將附加可預(yù)測(cè)的頻率（例如諧波和其它頻率）引入到輸入波（參見(jiàn)例 如圖1A)。在非線性介質(zhì)中注入/換能的超聲波的適當(dāng)選擇可以在可聽(tīng)聲音區(qū)域（S卩，通 常被定義為具有范圍在20Hz至20KHz之間的頻率的聲音）中引起這樣的附加頻率的產(chǎn)生。 圖1B是從調(diào)制超聲束/波形到可聽(tīng)聲音的示意例示。與可由可聽(tīng)聲音從音頻波的常規(guī)產(chǎn) 生實(shí)現(xiàn)的分辨率和定向準(zhǔn)確性相比，利用具有短波長(zhǎng)（即，具有通常低于17_的毫米或亞 毫米波長(zhǎng)）的超聲波可以提供具有改進(jìn)的分辨率和定向準(zhǔn)確性的可聽(tīng)聲音束/場(chǎng)的生成。
[0014] 被稱為參數(shù)陣列（ParametricArrays)的裝置常規(guī)用于基于非線性空中傳播調(diào)制 超聲效應(yīng)從超聲生成可聽(tīng)聲音。通常，在這樣的裝置中，多個(gè)超聲換能器/發(fā)射器被用類似 的超聲信號(hào)（即，具有相同的振幅和相位）并行地進(jìn)行饋送，從而產(chǎn)生非常定向的超聲束， 其進(jìn)而產(chǎn)生定向可聽(tīng)聲音束。例如，一些系統(tǒng)能夠?qū)⒁纛l束導(dǎo)向到超過(guò)l〇〇〇m的距離，仍然 具有>80dB的SPL。
[0015] 然而，盡管常規(guī)參數(shù)陣列產(chǎn)生定向聲音/聲音束，但是這些聲音束未被聚焦并且 實(shí)際上僅在聲波不受引起相當(dāng)大的振幅波動(dòng)的強(qiáng)的近場(chǎng)相互作用（例如，菲涅耳衍射）影 響所在的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域中（即顯著地從聲音換能器/參數(shù)陣列起在瑞利距離外）提供相對(duì)無(wú)失 真的聲場(chǎng)。另外，將常規(guī)技術(shù)迀移到小規(guī)模/便攜式電子通信裝置是有問(wèn)題的并且將這樣 的技術(shù)用于在目標(biāo)用戶附近產(chǎn)生局部聲場(chǎng)也是有問(wèn)題的。這至少是因?yàn)閰?shù)陣列裝置/技 術(shù)產(chǎn)生非聚焦且基本上準(zhǔn)直的定向聲音束，其類似于激光束而傳播，其中該束的SPL衰減 得慢，該束的SPL同樣在基本上超出目標(biāo)位置（例如，用戶位置）的區(qū)域處也被維持得高。 這個(gè)慢衰減會(huì)導(dǎo)致以下不希望的效應(yīng)：（1)用戶隱私的損失和/或?qū)Νh(huán)境的不需要的干擾 (例如，因?yàn)樵谟脩艉竺娴娜魏稳丝赡苈?tīng)到聲場(chǎng)-會(huì)話/音樂(lè)）；（2)由聲音束從各種對(duì)象的 反射生成的回聲（例如，即使對(duì)象（諸如，墻壁）遠(yuǎn)離聲換能器，但由于聲音束的準(zhǔn)直/高 定向性，這也可能發(fā)生）。并且使用這樣的技術(shù)來(lái)在用戶/目標(biāo)附近產(chǎn)生聲音會(huì)由于缺少聲 音聚焦而在能量方面效率低。因此，這樣的技術(shù)可能與電池操作的便攜式/移動(dòng)裝置不兼 容。
[0016] 實(shí)際上，如以上所提到的，在本領(lǐng)域中已知一些技術(shù)目的在于將聲音聚焦到特定 點(diǎn)（即，美國(guó)專利No.6, 556, 687和No.7, 146, 011)。然而，這些用于聚焦聲音的技術(shù)導(dǎo)致 具有在指定目標(biāo)/聚焦點(diǎn)之后具有長(zhǎng)衰減的殘留可聽(tīng)聲音尾部和/或具有從位于目標(biāo)之后 的對(duì)象反彈的殘留聲音的聲場(chǎng)。因此，位于空間中的各個(gè)其它位置（例如，在目標(biāo)焦點(diǎn)/區(qū) 域之后）的人會(huì)聽(tīng)到殘留聲音。另外，這些技術(shù)與差的聚焦能力相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致聚焦在焦點(diǎn)處 的超聲能量的缺乏，并且因此，在目標(biāo)位置處得到微弱的可聽(tīng)聲音。
[0017] 本發(fā)明尤其目的在于解決常規(guī)技術(shù)的以上提到的問(wèn)題，并且具體地，它使得能夠 產(chǎn)生在目標(biāo)斑點(diǎn)處具有足夠SPL(例如至少60-70dB)的局部可聽(tīng)聲場(chǎng)，同時(shí)消除或基本上 減小伴隨這樣的局部可聽(tīng)聲場(chǎng)的生成的殘留聲音（例如，比在局部可聽(tīng)聲場(chǎng)處的可聽(tīng)聲音 低至少10dB至20dB)。具體地，本發(fā)明提供用于消除或至少顯著地抑制通常緊跟由常規(guī)技 術(shù)產(chǎn)生可聽(tīng)聲音的焦點(diǎn)之后的殘留可聽(tīng)聲音尾部。
[0018] 就此而言，應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)局部可聽(tīng)聲場(chǎng)（localizedaudiblesoundfield)在這 里被用來(lái)描述在圍繞聲音被聚焦到的焦點(diǎn)的特定"明區(qū)"處具有相當(dāng)大/可聽(tīng)SPL的可聽(tīng) 聲場(chǎng)。還應(yīng)該理解的是，術(shù)語(yǔ)局部可聽(tīng)聲場(chǎng)在本發(fā)明的上下文中被用來(lái)描述在明區(qū)外部的 特定"暗區(qū)"處具有可忽視/非可聽(tīng)SPL的可聽(tīng)聲場(chǎng)。就此而言，請(qǐng)注意，根據(jù)本發(fā)明的技 術(shù)產(chǎn)生的局部可聽(tīng)聲場(chǎng)可以獲取氣泡（bubble)的形狀并且可以從接近于聲換能器系統(tǒng)的 區(qū)域延伸到圍繞目標(biāo)焦點(diǎn)的區(qū)域，并且可能略微超出焦點(diǎn)（例如，數(shù)分米并且優(yōu)選地不超 過(guò)大約40至50厘米）。聲音氣泡（g卩，氣泡形狀的局部可聽(tīng)聲場(chǎng)）沿著聲換能器與目標(biāo)焦 點(diǎn)之間的聲音/聲場(chǎng)傳播的軸向方向可以拉長(zhǎng)同時(shí)在橫方向（即，與該軸向方向垂直）上 相對(duì)較窄。其中可聽(tīng)聲音具有足夠SPL并且清楚地可聽(tīng)所在的明區(qū)通常占據(jù)至少以特定直 徑（例如40cm)圍繞目標(biāo)焦點(diǎn)的聲音氣泡的區(qū)域。暗區(qū)可以被認(rèn)為是在空間中位于聲音氣 泡外部的區(qū)域。在暗區(qū)區(qū)域中，可聽(tīng)聲音SPL足夠低以致不能夠聽(tīng)到/理解和/或所生成 的可聽(tīng)聲音的SPL是環(huán)境噪聲的SPL的數(shù)量級(jí)或以下。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)利用從超聲到音頻技術(shù)的基本原理以及具體地超聲束通過(guò)它們經(jīng) 由其傳播的非線性介質(zhì)的非線性解調(diào)。為了提供聚焦在特定目標(biāo)上（例如在特定空間位置 /區(qū)域處）的準(zhǔn)確的局部聲場(chǎng)，確定至少兩個(gè)超聲束的特性。束中的至少一個(gè)是音頻調(diào)制超 聲束（在本文中還被稱為初級(jí)音頻調(diào)制超聲束或初級(jí)束），其頻率組成指示在應(yīng)該產(chǎn)生局 部聲場(chǎng)所在的目標(biāo)/空間位置處應(yīng)該產(chǎn)生的音頻內(nèi)容。這個(gè)初級(jí)音頻調(diào)制超聲束通常被聚 焦在所期望的目標(biāo)/空間位置處和/或其附近，并且是這個(gè)初級(jí)束的超聲頻率分量在它通 過(guò)非線性介質(zhì)傳播時(shí)的非線性解調(diào)而在目標(biāo)位置處生成的可聽(tīng)聲場(chǎng)的源。傳統(tǒng)地，初級(jí)音 頻調(diào)制超聲束包括兩個(gè)或更多個(gè)超聲頻率分量，通常包括至少一個(gè)載波頻率分量和調(diào)制載 波頻率的一個(gè)或更多個(gè)附加調(diào)制頻率分量。除初級(jí)束之外，至少兩個(gè)超聲束包括一個(gè)或更 多個(gè)附加/校正超聲束，其特性被選擇以與初級(jí)束的超聲頻率分量中的至少一個(gè)（例如相 消地）干涉和/或與由由初級(jí)束產(chǎn)生的可聽(tīng)聲音干涉，從而改進(jìn)由音頻調(diào)制超聲束產(chǎn)生的 音頻聲場(chǎng)的局部化和聚焦的準(zhǔn)確性。換句話說(shuō)，這些附加/校正束的特性（例如頻率組成、 相位和/或振幅）被選擇為影響由初級(jí)音頻調(diào)制超聲束生成的可聽(tīng)聲音的空間SPL分布以 改進(jìn)它在所期望的空間位置處的局部化/聚焦。這一個(gè)或更多個(gè)附加束因此還在本文中通 常被稱為校正束（correctivebeams)。
[0020] 附加/校正束通常被聚焦在與初級(jí)音頻調(diào)制超聲束的焦點(diǎn)稍微不同的焦點(diǎn)上，并 且它們相對(duì)于初級(jí)音頻調(diào)制超聲束通常具有不同的相位（例如相反相位）和/或不同的振 幅。為此，將校正束聚焦在與初級(jí)音頻調(diào)制束的焦點(diǎn)不同的焦點(diǎn)上得到它們的SPL分布具 有與初級(jí)音頻調(diào)制束的SPL分布不同的形狀。本發(fā)明的技術(shù)利用初級(jí)音頻調(diào)制束和校正束 的焦點(diǎn)的適當(dāng)選擇，使得校正束的聲分量和/或超聲分量的SPL分布可以與初級(jí)音頻調(diào)制 超聲束的一個(gè)或更多個(gè)超聲分量的SPL分布和/或由初級(jí)束生成的可聽(tīng)聲音的SPL分布相 消地干涉，從而抑制可能由初級(jí)音頻調(diào)制束在特定一個(gè)或更多個(gè)區(qū)域處生成的不希望有的 殘留可聽(tīng)聲音。因此，校正束的相應(yīng)分量與初級(jí)束的相應(yīng)分量之間的相位差被選擇為在這 些區(qū)域產(chǎn)生相消干涉。
[0021] 應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)束（beam)和/或聲音束（soundbeam)在本文中被用來(lái)指定與特 定一般傳播方向關(guān)聯(lián)并且與它被聚焦在上面的特定焦點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的傳播聲波形（準(zhǔn)直的或 不準(zhǔn)直的）。束的焦點(diǎn)通常是正的（例如實(shí)焦點(diǎn)），然而術(shù)語(yǔ)焦點(diǎn)通常應(yīng)該在它廣義意義上 被理解為還包括負(fù)焦點(diǎn)（例如虛焦點(diǎn)）和/或無(wú)限遠(yuǎn)焦點(diǎn)/焦點(diǎn)（例如基本上準(zhǔn)直束）。 實(shí)際上，各個(gè)束可以是具有一個(gè)或更多個(gè)不同相位的一個(gè)或更多個(gè)頻率的復(fù)用體。在本公 開(kāi)中所稱的束通常通過(guò)它們相應(yīng)的焦點(diǎn)并且可能還通過(guò)它們的振幅和相位而彼此區(qū)分。
[0022] 因此，根據(jù)本發(fā)明局部可聽(tīng)聲場(chǎng)由聚焦在特定位置上的初級(jí)音頻調(diào)制束和聚焦在 一個(gè)或更多個(gè)不同位置上并且與初級(jí)束干涉的一個(gè)或更多個(gè)附加/校正束產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā) 明，一個(gè)或更多個(gè)束可以包括用于消除/抑制由初級(jí)音頻調(diào)制超聲束生成的殘留聲音（例 如高SPL尾部）的根據(jù)稍微不同的原理操作的校正束。例如，一個(gè)或更多個(gè)附加/校正束 可以包括校正超聲束（在下文中被稱為初級(jí)校正超聲束/頻率分量），其特性被選擇為在來(lái) 自初級(jí)音頻調(diào)制束的所不希望有的殘留可聽(tīng)聲音應(yīng)該被抑制的特定區(qū)域中與初級(jí)音頻調(diào) 制超聲束的特定超聲頻率分量相消地干涉。另選地或附加地，該一個(gè)或更多個(gè)附加/校正 束可以包括附加/次級(jí)音頻調(diào)制超聲束，其特性被選擇成（通過(guò)非線性解調(diào)）產(chǎn)生其SPL 分布和相位與由初級(jí)音頻調(diào)制束生成的所不希望有的殘留可聽(tīng)聲音的至少特定部分相消 地干涉的可聽(tīng)聲場(chǎng)。為此，次級(jí)音頻調(diào)制超聲束在可聽(tīng)頻率域中操作以通過(guò)可聽(tīng)噪聲消除 來(lái)實(shí)現(xiàn)殘留聲音的抑制。附加/次級(jí)音頻調(diào)制超聲束還在本文中被可互換地稱為音頻調(diào) 制校正束/頻率分量。在使用了次級(jí)音頻調(diào)制校正束的情況下，還可以使用在本文中被稱 為次級(jí)校正超聲束的另一類型的校正束，以調(diào)整次級(jí)音頻調(diào)制超聲束的空間可聽(tīng)SPL分布 的形狀從而改進(jìn)由該次級(jí)音頻調(diào)制超聲束提供的噪聲消除的空間準(zhǔn)確性。應(yīng)該理解的是， 次級(jí)校正超聲束被用于通過(guò)使用初級(jí)校正超聲束被用于對(duì)初級(jí)音頻調(diào)制超聲束的可聽(tīng)SPL 分布整形的相同技術(shù)來(lái)對(duì)次級(jí)音頻調(diào)制超聲束的可聽(tīng)SPL分布整形。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，通過(guò)利用包括至少初級(jí)校正超聲束和次級(jí)音頻調(diào)制 超聲束的校正束獲得具有充分地抑制的殘留可聽(tīng)聲音的局部聲場(chǎng)。
[0024] 具體地，當(dāng)利用校正超聲束（例如初級(jí)/次級(jí)校正超聲束）來(lái)抑制由音頻調(diào)制超 聲束（例如由次級(jí)/次級(jí)音頻調(diào)制超聲束）生成的殘留聲音時(shí)，校正超聲束通常包括具有 與其SPL分布從而將被校正的音頻調(diào)制超聲束的特定相應(yīng)的超聲頻率分量（例如載波/調(diào) 制頻率分量）類似的頻率的至少一個(gè)頻率分量。校正超聲束因此可以與音頻調(diào)制超聲束的 相應(yīng)的超聲頻率分量干涉以改進(jìn)其SPL分布的形狀并且從而改進(jìn)由音頻調(diào)制超聲束產(chǎn)生 的可聽(tīng)SPL分布的形狀。將校正超聲束聚焦在各種焦點(diǎn)上影響其SPL分布的形狀。因此， 通過(guò)利用校正超聲束的焦點(diǎn)的適當(dāng)調(diào)整，它的SPL分布的形狀被控制，如將在下面進(jìn)一步 描述的，以提供對(duì)音頻調(diào)制束的一個(gè)或更多個(gè)超聲頻率分量（例如載波/調(diào)制頻率）的干 涉的期望/優(yōu)化圖樣（例如，以在指定空間位置外面的特定區(qū)域處產(chǎn)生相消干涉和/或在 指定空間位置附近產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉）。校正超聲束的振幅及它相對(duì)于音頻調(diào)制束的特定超聲 頻率分量的相位的相位也被調(diào)整，以提供在抑制由音頻調(diào)制超聲束生成的殘留可聽(tīng)聲音時(shí) 和/或在期望位置處放大聲音情況下產(chǎn)生的所期望的干涉圖樣。本發(fā)明的這個(gè)技術(shù)可以被 用來(lái)抑制由初級(jí)音頻調(diào)制超聲束產(chǎn)生的殘留可聽(tīng)聲音。
[0025] 如以上所指出的，校正超聲束可以被用來(lái)修改音頻調(diào)制束的一個(gè)或更多個(gè)超聲頻 率分量的SPL分布。這一個(gè)或更多個(gè)超聲頻率分量可以包括載波超聲頻率分量和/或調(diào)制 超聲頻率分量。在一些情況下，校正超聲束可以包括聚焦到基本上相同的焦點(diǎn)的兩個(gè)或更 多個(gè)頻率分量并且可操作用于與音頻調(diào)制束的相應(yīng)的兩個(gè)或更多個(gè)超聲頻率分量干涉。另 選地或附加地，兩個(gè)或更多個(gè)校正超聲束可以被利用來(lái)分別與使音頻調(diào)制束的兩個(gè)或更多 個(gè)相應(yīng)的兩個(gè)超聲頻率分量干涉并對(duì)其SPL分布整形。在這點(diǎn)上，音頻調(diào)制超聲束（例如 作為初級(jí)/次級(jí)音頻調(diào)制超聲束）通常包括被聚焦在特定公共焦點(diǎn)上的多個(gè)（例如兩個(gè)或 更多個(gè)）超聲頻率分量。與這樣的音頻調(diào)制超聲束相關(guān)聯(lián)的校正超聲束通常包括具有對(duì)應(yīng) 于與其相關(guān)聯(lián)的音頻調(diào)制束的相應(yīng)的一個(gè)頻率分量的頻率的單個(gè)頻率分量。因此，在許多 情況下，使用與聚焦在不同位置處的數(shù)個(gè)不同頻率分量相關(guān)聯(lián)的多個(gè)校正超聲束來(lái)通過(guò)與 其頻率分量中的至少一些干涉來(lái)校正音頻調(diào)制束的SPL。各個(gè)這樣的校正超聲束的焦點(diǎn)被 選擇為對(duì)它相應(yīng)的音頻調(diào)制束的對(duì)應(yīng)頻率分量產(chǎn)生期望的干涉。
[0026] 另選地或附加地，根據(jù)一些實(shí)施方式，次級(jí)音頻調(diào)制束可以被用于抑制初級(jí)音頻 調(diào)制束的殘留可聽(tīng)聲音/噪聲。由次級(jí)音頻調(diào)制束生成的可聽(tīng)聲音可以干涉從初級(jí)音頻調(diào) 制束獲得的可聽(tīng)聲音，從而使初級(jí)音頻調(diào)制束的可聽(tīng)SPL分布再成形。次級(jí)音頻調(diào)制超聲 束的頻率組成通常指示應(yīng)該在該目標(biāo)/空間位置處產(chǎn)生的可聽(tīng)頻率組成。然而，次級(jí)音頻 調(diào)制超聲束的相位和/或焦點(diǎn)和/或振幅可以不同于初級(jí)音頻調(diào)制超聲束的相位和/或焦 點(diǎn)和/或振幅，以提供由初級(jí)音頻調(diào)制超聲束產(chǎn)生的殘留可聽(tīng)聲音中的至少一些的噪聲消 除抑制。
[0027] 在一些情況下，相同的載波頻率可以被用于初級(jí)音頻調(diào)制超聲束和次級(jí)音頻調(diào)制 超聲束這二者，并且兩個(gè)束利用單邊帶（SSB)振幅調(diào)制（AM)加以調(diào)制以對(duì)相同的可聽(tīng)聲音 內(nèi)容進(jìn)行編碼。然而，可以利用上邊帶（USB)AM調(diào)制技術(shù)來(lái)對(duì)這些束中的一個(gè)進(jìn)行調(diào)制，并 且可以利用下邊帶（LSB)AM調(diào)制技術(shù)來(lái)對(duì)另一個(gè)束進(jìn)行調(diào)制。
[0028] 如以上所指出的，關(guān)于次級(jí)音頻調(diào)制超聲束，還可以利用附加的一個(gè)或更多個(gè)次 級(jí)校正超聲束來(lái)調(diào)整次級(jí)音頻調(diào)制超聲束的空間可聽(tīng)SPL分布的形狀。次級(jí)校正超聲束 按照與初級(jí)校正超聲束在初級(jí)音頻調(diào)制超聲束的SPL分布上的操作類似的方式在次級(jí)音 頻調(diào)制超聲束的SPL分布上操作。具體地，次級(jí)校正超聲束的頻率可以與次級(jí)音頻調(diào)制超 聲束的載波超聲頻率分量和/或調(diào)制超聲頻率分量的頻率類似，然而次級(jí)校正超聲束的相 位和/或焦點(diǎn)和/或振幅可以不同于次級(jí)音頻調(diào)制超聲束的相位和/或焦點(diǎn)和/或振幅。 并且，可選地，可以利用兩個(gè)或更多個(gè)這樣的次級(jí)校正超聲束，例如一個(gè)用于使載波超聲頻 率分量的分布成形，并且另一個(gè)用于使次級(jí)音頻調(diào)制超聲束的調(diào)制超聲頻率分量的分布成 形。
[0029] 因此，根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)或更多個(gè)初級(jí)音頻調(diào)制超聲束可以被用來(lái)朝向一個(gè)或更 多個(gè)空間位置攜帶可聽(tīng)聲音信息以在那里產(chǎn)生具有所期望的可聽(tīng)聲音信息的可聽(tīng)聲場(chǎng)。還 可以通過(guò)數(shù)個(gè)初級(jí)音頻調(diào)制超聲束將不同的聲音信息攜帶到不同的空間位置。另外，一個(gè) 或更多個(gè)附加束（例如校正束）被生成來(lái)改進(jìn)可聽(tīng)聲場(chǎng)在一個(gè)或更多個(gè)空間位置處的聚焦 /局部化。盡管在各個(gè)空間位置處，可以定位/聚焦一個(gè)或更多個(gè)初級(jí)音頻調(diào)制超聲束，但 是通常定位/聚焦僅一個(gè)這樣的初級(jí)束以便防止可能導(dǎo)致可聽(tīng)聲音失真的不同初級(jí)束之 間的非線性相互作用。并且，各個(gè)初級(jí)束可以與可以包括以上提到的以下項(xiàng)中的一個(gè)或更 多個(gè)的一個(gè)或更多個(gè)附加束相關(guān)聯(lián)：初級(jí)校正超聲束、次級(jí)音頻調(diào)制超聲束和次級(jí)校正超 聲束。
[0030] 可以通過(guò)利用任何適合的束形成技術(shù)（例如通過(guò)