声学距离测距系统

本申请案要求2020年12月1日申请的第63/120,050号美国临时专利申请案的权益及优先权，所述申请案的全部内容并入本文中。

技术领域

本申请案大体上涉及包含至少一个音频发射器及至少一个音频接收器的无线音频系统，以及使用声学信号在音频系统的装置之间进行距离测量的方法及系统。

背景技术

当已知关于系统的装置之间的空间关系的信息时，音频系统通常操作得最好。例如，扬声器或音频输出装置、麦克风或音频输入装置以及音频系统中的任何其它音频装置之间的距离可用于建立环境的模型。此模型及/或简单地装置本身之间的距离可用于调整扬声器、麦克风及/或其它装置，使得输入及输出信号更清晰、具有更小的干扰、定位在正确的位置，且以其他方式被改进。

因此，存在一种实现系统的装置之间的准确距离测量的无线音频系统的机会。

发明内容

本公开旨在描述并说明用于声学距离测距的实例方法及系统。在一个实例中，一种可由音频系统操作的方法包括在第一时间点由音频发射器发射具有第一频率的音频测距信号。所述方法还包括在第二时间点由音频接收器接收具有所述第一频率的所述音频测距信号。所述方法进一步包括在第三时间点由所述音频发射器将所述音频测距信号从所述第一频率转变到第二频率。所述方法仍进一步包括在第四时间点由所述音频接收器接收所述音频测距信号从所述第一频率到所述第二频率的所述转变。所述方法还包括基于(1)所述第三时间点与所述第四时间点之间的差及(2)所确定的声速确定所述音频发射器与所述音频接收器之间的距离。

在另一实例中，一种音频系统包括经配置以发射音频测距信号的音频发射器。所述音频系统还包括经配置以接收所述音频测距信号的音频接收器。所述音频系统进一步包括通信地耦合到所述音频发射器及所述音频接收器的处理器。所述处理器经配置以在第一时间点使所述音频发射器发射具有第一频率的所述音频测距信号。所述处理器还经配置以确定所述音频接收器在第二时间点已接收到具有所述第一频率的所述音频测距信号。所述处理器经进一步配置以在第三时间点使所述音频发射器将所述音频测距信号从所述第一频率转变到第二频率。所述处理器经进一步配置以确定所述音频接收器在第四时间点已接收到所述音频测距信号从所述第一频率到所述第二频率的所述转变。且所述处理器又经进一步配置以基于(1)所述第三时间点与所述第四时间点之间的差及(2)所确定的声速确定所述音频发射器与所述音频接收器之间的距离。

在另一实例中，一种非暂时性计算机可读存储器具有存储在其上的指令，所述指令当由处理器执行时，导致一组动作的执行。所述一组动作包括在第一时间点由音频发射器发射具有第一频率的音频测距信号。所述一组动作还包括在第二时间点由音频接收器接收具有所述第一频率的所述音频测距信号。所述一组动作进一步包括在第三时间点由所述音频发射器将所述音频测距信号从所述第一频率转变到第二频率。所述一组动作仍进一步包括在第四时间点由所述音频接收器接收所述音频测距信号从所述第一频率到所述第二频率的所述转变。且所述一组动作又进一步包括基于(1)所述第三时间点与所述第四时间点之间的差及(2)所确定的声速确定所述音频发射器与所述音频接收器之间的距离。

这些及其它实施例以及各种排列及方面将从以下详细描述及附图变得显而易见，且将被更充分地理解，所述详细描述及附图阐述指示其中可采用本发明的原理的各种方式的说明性实施例。

附图说明

图1是根据一些实施例的经配置以执行声学距离测距的无线音频系统的简化示意图。

图2是根据一些实施例的涉及在两个频率之间转变的音频测距信号的声学距离测距操作的实例时序的简化示意图。

图3是说明与图2的时序图相关的实例方法的流程图。

图4是根据一些实施例的涉及在三个频率之间转变的音频测距信号的声学距离测距操作的实例时序的简化示意图。

图5是说明与图4的时序图相关的实例方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述根据本发明的原理描述、说明并例示本发明的一或多个特定实施例。提供本说明书不是为了将本发明限制于本文所描述的实施例，而是为了以使所属领域的一般技术人员能够理解这些原理的方式来解释并教示本发明的原理，且通过所述理解，不仅能够将其应用于实践本文所描述的实施例，而且还实践根据这些原理可能想到的其它实施例。本发明的范围旨在覆盖可落入所附权利要求的范围内(无论是字面上的还是在等效原则下)的所有此类实施例。

应注意，在描述及附图中，相似或大体上类似的元件可用相同的参考数字来标记。然而，有时这些元件可用不同的数字来标记，例如，举例来说，在此类标记有助于更清楚的描述的情况下。此外，本文所阐述的附图不一定按比例绘制，且在一些例子中，比例可能已被夸大以更清楚地描绘某些特征。此类标记及附图实践并不一定暗示潜在的实质性目的。如上文所陈述，本说明书旨在被视为一个整体，并根据本文所教示的本发明的原理进行解释，并被所属领域的一般技术人员理解。

音频系统可在各种不同的上下文中使用。在许多上下文中，例如会议室，确定音频系统的装置之间的确切距离可能是有益的。例如，在音频系统包括位于会议室周围的多个麦克风阵列的情况下，确保其被适当地间隔开以获得最优性能可能是有益的。

此外，使用现存硬件来确定装置之间的距离可能是有益的。虽然可使用激光测距技术或其它技术，但其可能需要额外的硬件及电子设备来运作。

本公开的实施例使得能够使用声学频率来确定音频系统的装置之间的距离，从而利用装置的现存硬件。为了确定第一装置与第二装置之间的距离，装置中的一者必须具有用作音频发射器的能力，且装置中的一者必须具有用作音频接收器的能力。第一及第二装置在本文中可被称为“音频发射器”及“音频接收器”，或简称为“发射器”及“接收器”。在一些实例中，音频发射器可经配置为生成声音，且因此可被称为声音生成装置。

在一些实例中，系统使用共享的参考帧进行操作。具有共享的参考帧的一种实例方式包括在装置之间使用公共时钟或同步时钟。然而，应了解，也可使用用于具有共享参考帧的其它技术，包含不包含公共或同步时钟的那些技术。

在实例实施例中，音频发射器通过起始声学距离测距操作而开始。音频发射器开始发射第一频率的音频测距信号。在一定时间量之后，音频发射器开始音频测距信号从第一频率到不同的第二频率的转变。音频接收器接收音频测距信号，并处理信号以确定从第一频率到第二频率的转变发生的时间。从第一频率到第二频率的转变的时序是用于确定距离的重要度量，因为其实现比其它可能情况更准确的测量。相反，如果系统将要使用单个频率，或音频发射器在第一频率下从关断转变为接通，那么接通扬声器的额外机械延迟引入噪声及/或失真。额外机械延迟也可为可变的，从而引入导致任何所得距离测量具有降低的精度的未知延迟。因此，在音频发射器当前“接通”时使用频率转变实现更精确且准确的测量，因为不引入额外的噪声及/或失真。

然后，通过计算音频测距信号从音频发射器行进到音频接收器所花费的时间，并基于已知的声速，音频系统可确定两个装置之间的距离。因为声速在小容限内是已知的(例如，速度基于温度、压力等略有变化)，以秒为单位的音频测距信号从音频发射器到音频接收器的所计算行进持续时间可乘以以米/秒为单位的声速，以确定以米为单位的音频发射器与音频接收器之间的距离。上述实例导致以米为单位的距离测量，然而，应理解，所使用的单位可变化。

图1说明其中本公开的实施例可操作的实例音频系统100。音频系统100包括音频发射器110及音频接收器120。另外，系统还可包括处理器、接入点、集线器或其它连接的装置。进一步来说，处理器、接入点及/或集线器可与音频发射器110及/或音频接收器120集成。

音频发射器110可包括扬声器、扬声器阵列及/或能够发射可听声音的任何装置。扬声器可集成到也可包括一或多个麦克风或其它音频装置的更大的装置中。音频发射器110可经配置以发射音频测距信号，所述音频测距信号可用于确定音频发射器110与音频接收器120之间的距离。

音频接收器120可包括麦克风、麦克风阵列及/或能够接收及检测可听声音的任何装置。麦克风可集成到也可包括一或多个扬声器或其它音频装置的更大的装置中。音频接收器120可经配置以接收由音频发射器110发射的音频测距信号，所述音频测距信号可用于确定音频发射器110与音频接收器120之间的距离。

可作为音频发射器110、音频接收器120的一部分，及/或分离但可通信地耦合到音频发射器110及音频接收器120的处理器可经配置以执行本文所描述的功能中的一或多者。例如，处理器可通过控制音频发射器110以开始发射音频测距信号来起始声学距离测距操作的开始。此外，处理器可经配置以使用由音频发射器110及音频接收器120确定的时序数据来计算两个装置之间的距离。此外，处理器可与用户接口集成，或可通信地耦合到包括用户接口的装置。处理器可经由此用户接口从用户接收命令及信息，以便起始声学距离测距操作，及/或向用户提供所计算的距离，及/或响应于所计算的距离采取各种动作。

应理解，本文中使用的术语处理器不应限于任何特定类型或功能。可使用任何合适的处理器或控制器，包含数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)及非易失性存储装置。其它硬件(常规的及/或定制的)也可包含在对本文的处理器的理解中。应进一步理解，虽然参考单个处理器，但经考虑，多个处理器可用于执行本文所描述的功能。

图2说明声学测距操作的简化时序图。在时序图中，定位在更右侧的事件发生的时间晚于定位在左侧的事件。此外，事件之间的间隔不一定是按比例的，但已被说明为反映相对时序。由点202到218说明的时序说明在声学测距操作期间发生的动作及事件中的一些。图2的图说明在音频接收器接收到第一频率的音频测距信号之后，音频发射器从输出第一频率的音频测距信号转变为输出第二频率的音频测距信号。然而，这种事件顺序(例如，在由音频接收器接收到第一频率的音频测距信号之后发生的到第二频率的转变)不一定是必须的，且仅仅是事件顺序的一个实例。在一些实施例中，在由音频接收器接收到第一频率的音频测距信号之前，音频发射器可开始从输出第一频率的音频测距信号到输出第二频率的音频测距信号的转变。由音频发射器初始发射第一频率的音频测距信号与由音频发射器转变为发射第二频率的音频测距信号的开始之间的时序独立于音频接收器接收第一频率的音频测距信号之时发生或被控制。

初始步骤(未展示)包括应开始声学测距操作的确定。此步骤可包括经由用户接口或通信接口接收输入，所述用户接口或通信接口是音频发射器110及/或音频接收器120(例如，集线器或接入点)的部分或通信地耦合到音频发射器110及/或音频接收器120。

在点202处，声学测距操作包括作出音频发射器应通过发射第一频率的音频测距信号来开始声学测距操作的确定。点202可为与音频发射器相关联的处理器起始声学测距操作并启动内部音频发射器过程以开始发射音频测距信号的时间点。

在点203处，声学测距操作包括音频发射器开始发射第一频率的音频测距信号。点203可被称为“第一时间点”，在所述时间点，音频发射器的扬声器开始物理移动以导致音频测距信号被发射。点202与203之间的延迟(例如，当决定发射音频测距信号时与当实际发射音频测距信号时之间的延迟)是由与音频发射器相关联的数字及模拟硬件延迟导致的。音频发射器延迟的数字分量包含缓冲延迟，而模拟分量包含由于数/模转变、滤波及任何其它物理延迟引起的延迟。音频发射器延迟可在装置间变化，及/或在产品线间变化。音频发射器延迟可基于制造公差及/或基于来自相同类型的多个装置的平均延迟来确定。在一些实例中，典型的音频发射器延迟可为48kHz下的几个(例如，3个)样本或更少。

在点203与点213之间的时间期间，音频发射器继续发射第一频率的音频测距信号。

在点203与点207之间的时间期间，音频测距信号在音频发射器与音频接收器之间的空气中行进(例如，音频测距信号飞行时间)。

在点207处，音频接收器首先接收由音频发射器发射的音频测距信号。点207可被称为“第二时间点”，在所述时间点，由音频接收器接收具有第一频率的音频测距信号。

在点208处，声学测距操作包括音频接收器处理音频测距信号并首先确定已接收到第一频率的音频测距信号。点207与208之间的延迟(例如，当首先接收到音频测距信号时与当音频接收器确定已接收到音频测距信号时之间的延迟)是由与音频接收器相关联的数字及模拟硬件延迟引起的。音频接收器延迟可能是由于与音频发射器延迟相同或类似的原因导致的，包含缓冲延迟、模/数转变、滤波等。音频接收器延迟可在装置间变化，及/或在产品线间变化。音频接收器延迟可基于制造公差及/或基于来自相同类型的多个装置的平均延迟来确定。在一些实例中，典型的音频接收器延迟可为48kHz下的几个(例如，3个)样本或更少。

在点208处，基于确定已接收到音频测距信号，音频接收器可采取一或多个动作作为响应。例如，响应于接收及处理第一频率的音频测距信号，音频接收器可发射指示或验证音频测距过程正在发生的消息。音频接收器还可进入音频测距状态，其中音频接收器采取一或多个动作以为即将到来的音频测距信号从第一频率到第二频率的转变的接收做准备。音频测距状态还可包括准备基于一或多个经计算或估计的时间点来计算或确定音频发射器与音频接收器之间的距离。音频测距状态还可包括准备将数据发射到一或多个装置，例如：音频发射器、集线器或接入点、包括经配置用于与用户交互的用户接口的装置或另一装置。

在点212处，音频测距操作可进一步包括音频发射器作出将当前正被发射的音频测距信号从第一频率转变到第二频率的确定。第二频率必须不同于第一频率。点202与点212之间的持续时间(例如，音频发射器发射第一频率的音频测距信号的持续时间)可为预设的持续时间。例如，点202与212之间的持续时间可为基于与系统的操作相关联的某些事件的延迟量或时序的任何合适的持续时间。与系统相关联的各种延迟可包含：(1)与音频发射器相关联的内部延迟，(2)与音频接收器相关联的外部延迟，及(3)音频测距信号横穿装置之间的距离所需的延迟或持续时间。内部音频发射器延迟可为大约150us。内部音频接收器延迟可与内部发射器延迟在相同的数量级，及/或可大体上更小。可选择或设置点202与212之间的持续时间，使得其大于组合的内部音频发射器延迟、内部音频接收器延迟及横穿装置之间的距离所需的持续时间。

在点213处，音频测距操作包括音频发射器将发射的音频测距信号从第一频率转变到第二频率。步骤213可为“第三时间点”，在所述时间点，音频发射器开始发射音频测距信号从第一频率到第二频率的转变。点212与213之间的延迟可与点202与203之间的延迟相似或相同，其中延迟是基于与音频发射器相关联的数字及模拟延迟。

在一些实例中，将音频测距信号从第一频率转变到第二频率包括使音频发射器的输出在第三时间点开始从输出第一频率的音频测距信号转变到输出第二频率的音频测距信号。即使开始转变的确定在点212处发生，与音频发射器相关联的内部延迟也可能导致转变的发射在点213处开始。

在一些实例中，音频测距信号从第一频率到第二频率的转变可以相位连续的方式执行。相位连续转变可涉及发射器在第一频率过零时进行从发射第一频率的音频测距信号到发射第二频率的音频测距信号的转变，从而确保当发射器将输出频率从第一频率切换到第二频率时，输出音频测距信号的相位保持相同。以相位连续的方式进行转变，而不是在输出音频测距信号的相位上引入突变，或一些其它类型的转变，使系统能够通过使用连续能量来维持准稳态操作。用于确定其已接收到音频测距信号的音频接收器检测方法可依赖于此连续能量(例如，经由使用一或多个谐振器)，因此使相位连续转变更优。如果替代地将要使用非相位连续转变，那么音频测距信号可包含额外的噪声及/或伪影(例如，不连续跳跃)，这降低音频接收器准确地确定转变发生的时间的能力。音频接收器的降低的准确度随后将转化为确定音频发射器与音频接收器之间的距离的降低的准确度。

在点213与点217之间的持续时间期间，音频测距信号转变可横穿音频发射器与音频接收器之间的距离。此持续时间是用于确定两个装置之间的距离的重要度量。

在点217处，音频接收器开始接收音频测距信号从第一频率到第二频率的转变。点217可被称为“第四时间点”，在所述时间点，由音频接收器接收音频测距信号从第一频率到第二频率的转变。

在点218处，声学测距操作可涉及音频接收器处理音频测距信号的转变且确定已接收到音频测距信号从第一频率到第二频率的转变。点217与点218之间的延迟可与上文所讨论的点207与点208之间的延迟相同。替代地，点217与点218之间的延迟可为不同的。例如，如果音频接收器在点208处进入音频测距状态，那么音频测距状态的部分可包括音频接收器准备接收音频测距信号的转变，从而减少由音频接收器进行的检测的内部延迟。

参考图2中所说明的音频测距操作的点，这些点中的一些可为直接可测量的(例如，与这些点相关联的时序可为直接可测量的)，而其它点可能仅为可估计的。特定来说，点202、208、212及218可基于音频发射器及音频接收器处理器以及其对公共或同步时钟的使用而直接测量或确定。图2中所说明的每一点都可具有基于公共或同步时钟的相关联的时间戳，其可用于确定任意两个给定点之间的时间或持续时间。然后，这些时间或持续时间可用于进行如本文所详细描述的一或多个计算或确定。可直接确定与开始发射音频测距信号的确定(例如，点202)及开始将音频测距信号转变到第二频率的确定(例如，点212)相关联的时间戳。进一步来说，还可直接确定与已接收到音频测距信号(例如，点208)及已接收到音频测距信号的转变(例如，点218)的确定相关联的时间戳。

相反，可能不存在与音频发射器实际开始发射音频测距信号的时间点(例如，点203)、音频接收器开始接收音频测距信号的时间点(例如，点207)、音频发射器开始发射音频测距信号的转变的时间点(例如，点213)，及音频接收器开始接收音频测距信号的转变的时间点(例如，点217)相关联的可直接确定的时间戳。除了与音频发射器及音频接收器相关联的已知延迟之外，点203、207、213及217的精确时序还可基于直接可确定的时间点(例如，点202、208、212及218)来间接确定。

使用这些原理，可基于点202的已知时序及已知音频发射器延迟确定发射器开始发射第一频率的音频测距信号的第一时间点(点203)。可通过将已知的内部发射器延迟加到与点202相关联的时间戳来确定点203。类似地，可基于点208的已知时序及已知音频接收器延迟确定音频接收器开始接收音频测距信号的第二时间点(点207)。可通过从与点208相关联的时间戳减去已知的内部接收器延迟来确定点207。可基于点212的已知时序及已知音频发射器延迟确定音频发射器开始发射音频测距信号的转变的第三时间点(点213)。可通过将已知的内部发射器延迟加到与点212相关联的时间戳来确定点213。进一步来说，可基于点218的已知时序及已知音频接收器延迟确定音频接收器开始接收音频测距信号的转变的第四时间点(点217)。可通过从与点218相关联的时间戳减去已知的内部接收器延迟来确定点217。

在点218之后，系统可经配置以确定音频发射器110与音频接收器120之间的距离130。距离130可基于(1)第三时间点与第四时间点之间的时间差(例如，217到213，或音频测距信号的飞行时间)及(2)所确定的声速确定。在一些实例中，距离可由音频接收器本身来确定。在其它实例中，距离可由音频发射器、由集线器或接入点、或由一些其它通信耦合的装置来确定。在一些实施例中，系统可经配置以提供0到20英尺的距离估计，具有约0.5英寸的准确度。针对其中存在由外部或内部噪声源引起的干扰的情况，距离估计准确度可降低到约3.3英寸。应了解，这些值仅为实例，且其它实施例可具有增加或减少的距离测量范围及准确度。

在一些实例中，所计算的距离可用于一或多个目的。例如，系统100可使用所计算的距离以：(1)确定反馈发生之前允许的最大增益(例如，可应用于输出音频信号的最高增益，其中应用高于最大增益的增益导致反馈发生)，(2)提示用户重新定位装置中的一或多者，(3)经由用户接口向用户提供距离指示，(4)修改由装置中的一或多者执行的算法或程序，(5)调整或修改扬声器或麦克风阵列的方向性，及(6)当系统包括吸顶式或壁挂式麦克风时，例如，系统可估计扬声器相对于麦克风的距离及方向，以便允许麦克风阵列的零位转向(以减少回声、扬声器噪声等)。零位转向可包含使麦克风拾音模式避免从特定区域拾取音频，及/或使由麦克风经由零位转向波束拾取的音频被减少或移除。

在一些实例中，音频系统100可为包括一或多个扬声器、扬声器阵列、波束成形系统、麦克风、麦克风阵列、数字信号处理器(DSP)、混频器及/或其它组件的更大的音频系统或“生态系统”的部分。组件中的一或多者可经由有线或无线通信路径彼此耦合。扬声器及/或麦克风可为独立的扬声器或麦克风，或独立的扬声器阵列或麦克风阵列。替代地，扬声器及/或麦克风可为可包括扬声器、麦克风及/或生态系统的另一组件的功能的多用途组件的部分。在一些实施例中，生态系统的麦克风可提供改进的性能，包含通过更高的源-接收器隔离来最小化串扰及声学回声消除(AEC)。在一些实施例中，生态系统可经配置以使用各种扬声器或扬声器的组合同时产生多个个别的音频输出，并将每一音频输出引导朝向指定的位置或听众。

生态系统可在开放式办公环境、会议室、博物馆、表演舞台、机场及许多其它环境中使用。声学距离测距操作可在生态系统内执行，以便执行本文所描述的一或多个动作，例如修改与特定生态系统元件相关联的增益、提示用户重新定位生态系统元件等。

在一些实例中，可针对同一系统中(或生态系统内)的多个不同装置执行声学距离测距操作。在这些情况下，额外动作也是可能的。例如，当系统包括配备有两个或更多个麦克风阵列的桌面扬声器(例如，供会议室中使用)时，距离计算可用于通过指示两个阵列太靠近彼此来实现适当的阵列间间距。此外，当系统中包含多个类似定向的麦克风阵列时，系统可使用扬声器(例如，音频发射器)来计算扬声器与每一麦克风阵列两者之间的距离，使得能够映射每一麦克风阵列及扬声器的放置。如果阵列不是类似定向的，那么可输入每一麦克风阵列的定向的知识(例如，由用户，或通过从一或多个其它源收集额外信息)，可执行相同的计算。在系统包括在四个不同方向中的一者上定向的方形或矩形吸顶式安装阵列的情况下，可存在类似定向的阵列。如果系统不包含吸顶式安装的外形尺寸，那么可基于顺序方向确定定向。

在一些实例中，音频发射器及音频接收器两者操作或共享公共时钟用于测量与图2中所展示的各个点相关联的时间。公共时钟可采用精确时间协议(PTP)、网络时间协议(NTP)、NTC、Dante或另一公共时钟机制或技术的形式。

在一些实例中，如上文所提及，系统通过发射第一频率的音频测距信号，且然后将音频测距信号转变到第二频率来操作。然后使用与音频测距信号的转变相关联的时序来确定装置之间的飞行时间。使用本文所描述的方法的一个好处是，发射第一频率的音频测距信号并转变到第二频率允许在其中使用系统的环境中在本底噪声以上发射音频测距信号。如果代替本文所使用的方法，系统仅使用音频测距信号从关断到接通的转变，那么本底噪声可能导致问题。例如，接收器可能错误地确定已接收到音频测距信号及/或在确定音频测距信号被接通的时间时可能不太准确。相反，使用本公开的方法，音频接收器可更容易地确定音频测距操作正在进行，因为检测音频测距信号从第一频率到第二频率的转变比检测从没有音频测距信号到任何给定音频测距信号的转变更容易。由于已知的第一频率及第二频率以及避免处理本底噪声的能力，本公开的方法还需要更少的复杂性及处理能力。此外，作为用于测距计算的测量点，或为了测量的目的使用音频测距信号的转变(而不是简单地使用正在发射的音频测距信号的开始)导致减少的时间瞬变。例如，当信号突然接通时，发生时间瞬变，这导致信号的幅度在所期望稳态响应的上方及下方振荡。使用包括使音频发射器在其从第一频率转变到第二频率时已发射音频测距信号的本公开的方法，发射器不从关断状态进入接通状态，且因此不存在从发射器的关断到接通转变引入的时间瞬变。确切来说，音频发射器保持在接通状态，且仅从一个频率转变到另一频率。通过保持在接通状态，当频率之间的转变发生时，发射器的扬声器已在运动中，从而移除使扬声器从关断状态到接通状态所需的额外机械延迟，并允许进行更准确且精确的测量。

在一些实例中，第一频率及第二频率可在20Hz到20kHz的范围内。此范围对应于许多扬声器的可用范围，且因此系统不需要新的专用硬件来操作。在一些实例中，第一及第二频率可在1kHz到2kHz的范围内。例如，第一频率可为1kHz，且第二频率可为2kHz。由于相对低的干扰、高的信噪比及均匀的声压，此范围内的频率可能是优选的。明确来说，由于信号在其在空气中移动时受到干扰及污染的可能性，因此可避免非常低的频率。此外，低中频可能是优选的，因为其通过提供较小方向性的信号而在其分散模式中提供更好的折衷，这可确保或改进音频发射器及音频接收器的线性。

应了解，虽然列出特定的频率，但可使用可由音频发射器作为声波发射且可由音频接收器接收的任何频率。此外，虽然本公开关于第一频率及第二频率讨论实例，但第一及第二频率中的每一者可包括一起发射的多个或多重频率，而不是单个音调。然而，如上文的实例中所提及，第一及第二频率可为单个频率或音调。

图3说明根据本公开的实施例的实例方法300的流程图。方法300可实现音频系统的操作以确定系统的两个或更多个装置之间的距离。图3的流程图代表存储在存储器中的机器可读指令，且可包含一或多个程序，所述一或多个程序当由处理器执行时，可使一或多个计算装置及/或系统执行本文所描述的一或多个功能。虽然参考图3中所说明的流程图描述实例程序，但可替代地使用用于执行本文所描述的功能的许多其它方法。例如，框的执行顺序可彼此连续或并行地重新布置或执行，可改变、消除及/或组合框以执行方法300。进一步来说，由于方法300是结合图1到2的组件公开的，因此下面将不详细描述这些组件的一些功能。

方法300可在框302处开始。在框304处，方法300可包括起始声学测距操作。这可由用户经由音频系统的用户接口来完成，或可由音频系统自动完成或基于一些其它触发来完成。

在框306处，方法300可包括在第一时间点由音频系统的音频发射器发射具有第一频率的音频测距信号。在框308处，方法300可包括在第二时间点由音频系统的音频接收器接收具有第一频率的音频测距信号。在框310处，方法300可包括在第三时间点由音频发射器将音频测距信号从第一频率转变到第二频率。在框312处，方法300可包括在第四时间点由音频接收器接收音频测距信号从第一频率到第二频率的转变。在框314处，方法300可包括确定音频发射器与音频接收器之间的距离。距离可基于(1)第三时间点与第四时间点之间的差及(2)所确定的声速确定。应了解，可由音频系统的一或多个装置基于所确定的距离来采取各种动作，例如上文所提及的那些动作。然后方法300可在框316处结束。

图3的方法说明在由音频接收器接收到第一频率的音频测距信号之后，音频发射器从输出第一频率的音频测距信号转变为输出第二频率的音频测距信号。然而，上文所提及的事件顺序不一定是必须的，且仅为事件顺序的一个实例。在一些实施例中，在由音频接收器接收到第一频率的音频测距信号之前，音频发射器可开始从输出第一频率的音频测距信号到输出第二频率的音频测距信号的转变。由音频发射器初始发射第一频率的音频测距信号与由音频发射器转变到第二频率的音频测距信号的开始之间的时序独立于音频接收器接收第一频率的音频测距信号之时发生或被控制。

图4说明第二声学距离测距操作的实例时序的简化示意图。图4中所说明的第二声学距离测距操作可能与图2中所展示的实例类似或相同。图4中所展示的实例400可包括未包含在图2中所展示的实例200中的一或多个额外步骤或特征。

如上文所提及，使用图2中所展示的声学距离测距操作，可基于与第一频率的音频测距信号的发射及到第二频率的音频测距信号的发射的转变相关联的时序确定发射器与接收器之间的距离。在一些情况下，仅使用第一频率及到第二频率的转变的距离确定的准确度可能存在限制。准确度限制可基于接收器在检测第一频率的音频测距信号及到第二频率的转变时的限制。换句话说，用于检测第一频率的音频测距信号及到第二频率的转变的方法及技术引入距离计算的分辨率的下限。

为了改进相对于上文所讨论的第一声学距离测距操作的距离计算的分辨率，各种系统可利用第二声学距离测距操作。图4说明在第二声学距离测距操作期间发生的某些事件的第二时序图400。点402、403、407、408、412、413、417及418可与上文所详细讨论的点202、203、207、208、212、213、217及218类似或相同。特定来说，发射器可决定在点402处发射第一频率的音频测距信号且在403处开始发射第一频率的音频测距信号(由于点402与403之间的内部发射器延迟)。接收器可在点407处开始接收第一频率的音频测距信号，且在内部接收器延迟之后，确定在点408已接收到第一频率的音频测距信号。然后，发射器可决定在点212处转变为发射第二频率的音频测距信号，且在点413处开始实际发射第二频率的音频测距信号(由于点412与413之间的内部发射器延迟)。在点417处，接收器可开始接收音频测距信号到第二频率的转变，且在点418处可由接收器检测到所述转变(由于点417与418之间的内部接收器延迟)。

截至点418之前，第一时序图200与第二时序图400相同。第二时序图说明在发射第二频率的音频测距信号的已知持续时间之后到发射第三频率的音频测距信号的进一步转变。在点422处，发射器决定开始转变为发射第三频率的音频测距信号。在点423处，发射器实际上开始发射第三频率的音频测距信号(由于点422与423之间的内部发射器延迟)。然后在点427处，接收器开始接收第三频率的音频测距信号。且在点428处，接收器确定正在接收第三频率的音频测距信号(由于点427与428之间的内部接收器延迟)。

第二时序图400说明存在可用于确定音频发射器与音频接收器之间的飞行时间(TOF)的两对单独的测量，以及因此可用于确定其间的距离的两个单独的计算。这两对测量对应于(1)点413与417之间的持续时间(在图4中标记为第一TOF测量)，及(2)点423与427之间的持续时间(标记为第二TOF测量)。

此外，通过发射第二频率的音频测距信号达已知的持续时间(例如，从点412到点422或从点413到点423的持续时间，假设发射器延迟大体上是恒定的)，系统可在已知持续时间与经实际测量的持续时间(例如，从点418到点428的持续时间)之间进行比较。如果在已知持续时间与经测量的持续时间之间存在一致性，那么系统可确信在确定音频测距信号从第一频率到第二频率以及音频测距信号从第二频率到第三频率的转变的检测发生的时间时不存在误差。

然而，如果存在不一致，那么指示在确定对应于音频测距信号到第二频率的转变(例如，点418)或音频测距信号到第三频率的转变(例如，点428)的时间时存在误差。然后，系统可校正测量中的这种误差(如下面进一步详细讨论)，从而提高使用这些时间点进行的距离测量的分辨率。

第一、第二及第三频率(特定来说第二及第三频率)的选择使能够区分与第二频率的音频测距信号的发射的经测量持续时间相关联的可能误差组合。特定的第二及第三频率的选择使得能确定点418、点428或两者的测量是否包含误差，且还使能够确定适当的校正。

检测音频测距信号到第二及/或第三频率的转变发生的时间点(例如，点418及428)可包含使用一或多个谐振器。特定来说，关注到第二频率的转变，当接收器开始接收第二频率的音频测距信号时，谐振器(其可被调谐到第二频率)可开始使信号输出指数地增加。然而，由于噪声、干扰及其它影响，关于由发射器发射的第二频率的音频测距信号首先被接收器拾取的特定时间点，可能不存在足够的置信度或清晰度。为了作出事实上已接收到第二频率的音频测距信号(且其不仅是噪声或干扰)的确定，接收器可在第二频率(例如，一行中的4个连续增加的峰值)的一些循环、样本或波长上寻找特定的增加，且然后回顾指数增长开始的时间点。可对谐振器信号进行滤波，使得取得绝对值，这意味着信号中的连续峰值相隔半波长。如上文所提及般操作可使系统能够以足够的置信度确定在确定的半波长内已接收到第二频率的音频测距信号，以及在什么特定时间接收到音频测距信号。然而，由于基于谐振器信号的确定的性质，可引入等于第二频率的+/-半波长的误差。引入误差是因为谐振器中的噪声可能使得其不清楚两个连续峰值(其相隔半波长)中的哪一者是接收第二频率的音频测距信号的开始。

这些检测中的不确定性意味着确定第二频率的音频测距信号的发射的经测量持续时间(例如，点418与428之间的差)可包含九个可能的误差组合中的一者，例如，(a)确定点418偏离+1/2波长，正确，及偏离-1/2波长，以及(b)确定点428偏离+1/2波长，正确，及偏离-1/2波长的九种排列中的一者。

第一、第二及第三频率(且特定来说第二及第三)的选择可允许在九个可能的误差组合之间进行区分。频率也可基于其对局部噪声源(例如HVAC、照明等)的敏感性或弹性来选择。进一步来说，可选择第一、第二及第三频率以及采样率，使得每一频率具有作为整数个样本的半波长。在一个实例中，第一、第二及第三频率可在20Hz到20kHz的范围内。在特定的实例中，第一频率可为1kHz，第二频率可为2kHz，且第三频率可为800Hz。

在一个实例中，可选择第二及第三频率，使得其分别具有M及N个样本的半波长。可选择这些频率，使得九个可能的误差组合中的每一者具有不同的值，其中九个组合可包括以下中的任一者：(1)-M,-N；(2)-M,0；(3)-M,+N；(4)0,-N；(5)0,0；(6)0,+N；(7)+M,-N；(8)+M,0；(9)+M,+N。

由于一次只能出现九个误差组合中的一者(即，其基于所选择的频率进行区分)，因此系统可校正测量中的误差。在实践中，由于频率是已知的，因此确定将要应用的适当校正可包括在包括预期的持续时间加上九个可能误差中的每一者的查找表中查找第二频率的音频测距信号的发射的经测量持续时间(例如，点428与点418之间的差)，以及确定哪一者是最佳拟合。如果预期的持续时间是例如1秒，那么查找表可包括聚集在1秒周围的九个不同的持续时间。假设418或428的每一测量中的误差最多偏离第二及第三频率的相应波长的1/2，经测量的持续时间将接近或等于这九个可能持续时间中的一者。

一旦已知误差，系统就可接着确定点417与点427发生的精确时间，将所确定的校正纳入考虑。然后，系统具有两个单独的飞行时间测量，其可用于确定发射器与接收器之间的距离。第一飞行时间测量在点413与417之间，且第二飞行时间测量在点423与427之间。然后，这些持续时间以及声速可用于确定发射器与接收器之间的距离。

图5说明根据本公开的实施例的实例方法500的流程图。方法500可实现音频系统的操作以确定系统的两个或更多个装置之间的距离。图5的流程图代表存储在存储器中的机器可读指令，且可包括一或多个程序，所述一或多个程序当由处理器执行时，可使一或多个计算装置及/或系统执行本文所描述的一或多个功能。虽然参考图5中所说明的流程图描述实例程序，但替代地可使用用于执行本文所描述的功能的许多其它方法。例如，框的执行顺序可彼此连续或并行地重新布置或执行，可改变、消除及/或组合框以执行方法500。进一步来说，由于方法500是结合图1到4的组件公开的，因此下面将不详细描述这些组件的一些功能。

方法500可在一或多个方面与方法300类似或相同。例如，框502、504、506、508、510及512可与上文所讨论的框302、304、306、308、310及312类似或相同。

在框514处，方法500可包括在第五时间点将音频测距信号从第二频率转变到第三频率。在框516处，方法500可包括接收器在第六时间点接收音频测距信号从第二频率到第三频率的转变。

在框518处，方法500可包括确定在以下的测量中是否存在误差：(1)由接收器接收到音频测距信号从第一频率到第二频率的转变的时间，及(2)由接收器接收到音频测距信号从第二频率到第三频率的转变的时间。

在框520处，方法可包括确定音频发射器与音频接收器之间的距离。距离确定可基于以下中的一或多者：(1)发射器开始发射音频测距信号从第一频率到第二频率的转变的时间、(2)发射器开始发射音频测距信号从第二频率到第三频率的转变的时间、(3)接收器接收到音频测距信号从第一频率到第二频率的转变的经测量时间、(4)由接收器接收到音频测距信号从第二频率到第三频率的转变的经测量时间、(5)何时由接收器接收到音频测距信号从第一频率到第二频率的转变的测量中的所确定的误差、(6)何时由接收器接收到音频测距信号从第二频率到第三频率的转变的测量中的所确定的误差，及(7)声速。然后方法500可在框522处结束。

图中的任何过程描述或框应被理解为表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实施过程中的特定逻辑功能或步骤的一或多个可执行指令，且替代实施方案被包含在本发明的实施例的范围内，其中取决于所涉及的功能，功能可不按所展示或所讨论的顺序执行，包含大体上同时或以相反顺序执行，如所属领域的一般技术人员将理解。

本公开旨在解释如何根据本技术来制作及使用各种实施例，而不是限制其真实、意图及公平的范围及精神。前文描述并非旨在为穷尽性的或限于所公开的精确形式。鉴于上述教示，修改或变化是可能的。选择及描述实施例以提供所描述的技术的原理及其实际应用的最佳说明，并使所属领域的一般技术人员能够在各种实施例中且结合适合于经考虑的特定用途的各种修改利用所描述技术。所有此类修改及变化当根据其被公平、合法及公正地赋予的范围进行解释时都在由所附权利要求确定的在本专利申请案及其所有等价物的待决期间可进行修改的实施例的范围内。