CN101981942A - 麦克风单元、近讲式语音输入装置、信息处理系统、以及用于制造麦克风单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的麦克风单元(1)包括：具有内部空间(100)的外壳(10)；提供在所述外壳中的分割部件(20)，该分割部件至少部分地由振动膜(30)组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间(102)和第二空间(104)；以及电信号输出电路(40)，其根据所述振动膜的振动输出电信号。在所述外壳(10)中形成第一通孔(12)和第二通孔(14)，所述第一空间(102)与所述外壳的外部空间经由所述第一通孔(12)彼此连通，而所述第二空间(104)与所述外壳的外部空间经由所述第二通孔(14)彼此连通。根据本发明，可以提供一种高质量的麦克风单元，其外形较小，并且其可以实现彻底的噪声消除。

Description

麦克风单元、近讲式语音输入装置、信息处理系统、以及用于制造麦克风单元的方法

技术领域

本发明涉及一种麦克风单元、一种近讲式语音输入装置、一种信息处理系统、以及一种用于制造所述麦克风单元的方法。

背景技术

通过电话等进行谈话、语音识别、语音记录等时，优选地收集目标语音(用户的说话声)。同时，在一些情况下，视语音输入装置的使用环境而定，存在诸如背景噪声之类的非目标语音的声音。因此，推进了对具有如下功能的语音输入装置的研制，即使在嘈杂环境中使用该语音装置，该语音装置也能够可靠地提取用户的语音，即该语音装置消除了噪声。

已知用于消除嘈杂环境中噪声的技术、对麦克风单元提供锐方向性的技术、或者用于消除噪声从而通过利用进入声波的时间差来识别进入声波的方向的方法，从而执行信号处理(例如，参考JP-A-7-312638、JP-A-9-331377、以及JP-A-2001-186241)。

此外，近年来，推进了电子设备的小型化，并突出了用于使语音输入装置小型化的技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

为了对麦克风单元提供锐方向性，必须布置大量的振动膜，这使得很难以较小尺寸制造所述麦克风单元。

此外，为了通过利用进入声波的时间差来准确地检测所述进入声波的方向，大约每隔几个可听声波波长就必须安装多个振动膜。因此，也很难以较小尺寸制造所述麦克风单元。

本发明的目的在于提供一种高质量麦克风单元、近讲式语音输入装置、信息处理系统、以及用于制造所述麦克风单元的方法，该麦克风单元的外部形状较小，并且该麦克风单元可以执行彻底的噪声消除。

用于解决所述技术问题的手段

(1)根据本发明的麦克风单元包括：具有内部空间的外壳；提供在所述外壳中的分割部件，该分割部件至少部分地由振动膜组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间和第二空间；以及电信号输出电路，其根据振动膜的振动输出电信号，其中在所述外壳中形成第一通孔和第二通孔，所述第一空间与所述外壳的外部空间经由所述第一通孔彼此连通，而所述第二空间与所述外壳的外部空间经由所述第二通孔彼此连通。

根据本发明，用户语音和噪声都入射到振动膜的两个表面。入射到振动膜的两个表面的所述语音中的噪声分量在声压方面是基本均匀的，从而它们在振动膜中相互抵消。因此，可以将使振动膜振动的声压看作是表示用户语音的声压，并且可以将根据振动膜的振动获得的电信号看作是表示消除了噪声的用户语音的电信号。

这样，根据本发明，可以提供一种高质量的麦克风单元，该麦克风单元可以通过简单结构执行彻底的噪声消除。

(2)在所述麦克风单元中，可以提供所述分割部件，以使得传播声波的介质不能在所述外壳内的第一空间和第二空间之间移动。

(3)在所述麦克风单元中，所述外壳的外形为多面体，并且可以在所述多面体的一个表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。

即，在所述麦克风单元中，可以在所述多面体的相同表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。换句话说，可以形成所述第一通孔和所述第二通孔以使它们指向相同的方向。这样，由于可以使从所述第一通孔和所述第二通孔入射到所述外壳中的噪声的声压(基本上)均衡，因此可以准确地消除该噪声。

(4)在所述麦克风单元中，可以布置所述振动膜，以使得所述振动膜的法线平行于所述一个表面。

(5)在所述麦克风单元中，可以布置所述振动膜，以使得所述振动膜的法线垂直于所述一个表面。

(6)在所述麦克风单元中，可以布置所述振动膜，以使其不与所述第一通孔或所述第二通孔重叠。

这样，即使在有杂质通过所述第一通孔和所述第二通孔进入所述内部空间的情况下，也可以减小所述杂质对所述振动膜的直接损害的可能性。

(7)在所述麦克风单元中，可以在所述第一通孔或所述第二通孔的旁边布置所述振动膜。

(8)在所述麦克风单元中，可以布置所述振动膜，以使得所述振动膜到所述第一通孔的距离和到所述第二通孔的距离不等。

(9)在所述麦克风单元中，可以布置所述分割部件，以使得所述第一空间的体积和所述第二空间的体积相同。

(10)在所述麦克风单元中，所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距可以为5.2mm或更小。

(11)在所述麦克风单元中，所述电信号输出电路的至少一部分可以形成在所述外壳内。

(12)在所述麦克风单元中，所述外壳可以具有使所述内部空间与所述外壳的外部空间电磁屏蔽的屏蔽结构。

(13)在所述麦克风单元中，所述振动膜可以由具有约为60分贝或更大SN比的换能器组成。

例如，振动膜可以由SN比为60分贝或更大的换能器组成，或者可以由SN比为60±α分贝或更大的换能器组成。

(14)在所述麦克风单元中，可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

可以沿声源声音(例如，语音)的传播方向布置所述第一通孔和所述第二通孔，并且可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就来自传播方向的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

(15)在所述麦克风单元中，可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就提取的目标频带中的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压在所有方向上都不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

所述提取的目标频带是指要求由麦克风提取的声音频率。例如，可以将小于或等于7kHz的频率用作提取的目标频带来设置所述第一通孔与所述第二通孔之间的中心距。

(16)本发明是近讲式语音输入装置，该近讲式语音输入装置中安装有根据以上描述中任意之一的麦克风单元。

根据该语音输入装置，可以获得表示准确地消除了噪声的用户语音的电信号。因此，根据本发明，可以提供一种语音输入装置，其可以实现高准确性的语音识别处理和语音鉴定处理、或者基于输入语音的指令生成处理。

(17)在根据本发明的语音输入装置中，所述外壳的外形是多面体，并且可以在该多面体的一个表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。

(18)在根据本发明的语音输入装置中，所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距可以为5.2mm或更小。

(19)在根据本发明的语音输入装置中，所述振动膜可以由具有约为60分贝或更大SN比的换能器组成。

(20)在根据本发明的语音输入装置中，可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

(21)在根据本发明的语音输入装置中，可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就提取的目标频带中的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压在所有方向上都不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

(22)本发明是一种信息处理系统，其包括：根据以上描述中任意之一的麦克风单元；以及分析处理单元，其根据所述电信号对入射到所述麦克风单元的语音进行分析处理。

根据该信息处理系统，可以获得表示准确地消除了噪声的用户语音的电信号。因此，根据本发明，可以提供一种语音输入装置，其可以实现高准确性的语音识别处理和语音鉴定处理、或者基于输入语音的指令生成处理。

(23)一种用于制造根据本发明的麦克风单元的方法，所述麦克风单元包括：具有内部空间的外壳；提供在所述外壳中的分割部件，该分割部件至少部分地由振动膜组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间和第二空间；以及电信号输出电路，其根据振动膜的振动输出电信号，所述方法包括以下步骤：将第一通孔和第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压；以及根据所设置的中心距，在外壳中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空间与所述外壳的外部空间经由所述第一通孔彼此连通，而所述第二空间与所述外壳的外部空间经由所述第二通孔彼此连通。

可以沿声源声音(例如，语音)的传播方向布置所述第一通孔和所述第二通孔，并且可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就来自所述传播方向的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

(24)一种用于制造根据本发明的麦克风单元的方法，所述麦克风单元包括：具有内部空间的外壳；提供在所述外壳中的分割部件，该分割部件至少部分地由振动膜组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间和第二空间；以及电信号输出电路，其根据振动膜的振动输出电信号，所述方法包括以下步骤：将第一通孔和第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就提取的目标频带中的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压在所有方向上都不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压；以及根据所设置的中心距，在外壳中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空间和所述外壳的外部空间经由所述第一通孔彼此连通，而所述第二空间和所述外壳的外部空间经由所述第二通孔彼此连通。

所述提取的目标频带是指要求由麦克风提取的声音频率，其可以为例如小于或等于7kHz的频率。

附图说明

图1是用于说明麦克风单元的视图。

图2是用于说明麦克风单元的视图。

图3是用于说明麦克风单元的视图。

图4是用于说明麦克风单元的视图。

图5是用于说明声波的衰减特性的视图。

图6是示出表示相位差与强度比之间的对应关系的数据示例的视图。

图7是示出用于制造麦克风单元的过程的流程图。

图8是用于说明语音输入装置的视图。

图9是用于说明语音输入装置的视图。

图10是示出作为所述语音输入装置的示例的移动电话的视图。

图11是示出作为所述语音输入装置的示例的麦克风的视图。

图12是示出作为所述语音输入装置的示例的远程控制器的示图。

图13是信息处理系统的示意图。

图14是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图15是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图16是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图17是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图18是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图19是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图20是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图21是用于说明根据改进示例的麦克风单元的视图。

图22是用于说明在麦克风到麦克风的距离为5mm的情况下差分声压的衰减率的关系的曲线图。

图23是用于说明在麦克风到麦克风的距离为10mm的情况下差分声压的衰减率的关系的曲线图。

图24是用于说明在麦克风到麦克风的距离为20mm的情况下差分声压的衰减率的关系的曲线图。

图25是用于说明在麦克风到麦克风的距离为5mm、频带为1kHz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图26是用于说明在麦克风到麦克风的距离为10mm、频带为1kHz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图27是用于说明在麦克风到麦克风的距离为20mm、频带为1kHz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图28是用于说明在麦克风到麦克风的距离为5mm、频带为7kHz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图29是用于说明在麦克风到麦克风的距离为10mm、频带为7kHz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图30是用于说明在麦克风到麦克风的距离为20mm、频带为7kHz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图31是用于说明在麦克风到麦克风的距离为5mm、频带为300Hz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图32是用于说明在麦克风到麦克风的距离为10mm、频带为300Hz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图33是用于说明在麦克风到麦克风的距离为20mm、频带为300Hz、以及麦克风到声源的距离为2.5cm和1m的情况下差分麦克风的方向性的视图。

附图标记说明

1：麦克风单元，2：语音输入装置，3：麦克风单元，4：麦克风单元，5：麦克风单元，6：麦克风单元，7：麦克风单元，8：麦克风单元，9：麦克风单元，10：外壳，11：外壳，12：第一通孔，13：麦克风单元，14：第二通孔，16：凸曲表面，17：凹曲表面，18：球面，20：分割部件，21：分割部件，30：振动膜，31：振动膜，32：保持单元，40：电信号输出电路，41：振动膜单元，42：电容器，44：信号放大电路，45：增益调整电路，46：充电电路，48：运算放大器，50：外壳，52：孔，54：弹性体，60：算术处理单元，70：通信处理单元，80：振动膜，100：内部空间，101：内部空间，102：第一空间，104：第二空间，112：第一空间，114：第二空间，110：外部空间，112：第一空间，114：第二空间，122：第一空间，124：第二空间，132：第一空间，134：第二空间，200：电容式麦克风，202：振动膜，204：电极，300：移动电话，400：麦克风，500：远程控制器，600：信息处理系统，602：语音输入装置，604：主计算机。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来描述应用了本发明的实施例。但是，

本发明并不限于以下实施例。此外，本发明包括自由组合的下列内容。

1.麦克风单元1的结构

首先，将描述根据本实施例的麦克风单元1的结构。图1是所述麦克风单元1的示意性透视图。此外，图2的(A)是所述麦克风单元1的示意性截面图。此外，图2的(B)是从正面观察到的分割部件20的视图。

如图1和图2的(A)所示，根据本实施例的麦克风单元1包括外壳10。所述外壳10是形成所述麦克风单元1的外形的部件。所述外壳10(所述麦克风单元1)的外形可以具有多面体结构。如图1所示，所述外壳10的外形可以为六面体(长方体或立方体)。同时，所述外壳10的外形可以具有除了六面体之外的多面体结构。或者，所述外壳10的外形可以具有除了多面体之外的结构，诸如球状结构(半球状结构)。

如图2的(A)所示，所述外壳10分隔内部空间100(第一空间102和第二空间104)和外部空间(外部空间110)。所述外壳10可以具有使所述内部空间100和所述外部空间110电磁屏蔽的屏蔽结构(电磁屏蔽结构)。从而，使得稍后将要描述的布置在所述外壳10的内部空间100内的振动膜30和电信号输出电路40受布置在所述外壳10的外部空间110中的电子元器件的影响较小。因此，根据本实施例的麦克风单元1具有高准确性的噪声消除功能。

如图1和图2的(A)所示，在所述外壳10中形成使所述外壳10的内部空间100与外部空间110彼此连通的通孔。在本实施例中，在所述外壳10中形成第一通孔12和第二通孔14。此处，第一通孔12是使第一空间102和外部空间110彼此连通的通孔。此外，第二通孔14是使第二空间104和外部空间110彼此连通的通孔。另外，稍后将详细描述所述第一空间102和所述第二空间104。不具体限定所述第一通孔12和所述第二通孔14的形状。例如，如图1所示，所述第一通孔12和所述第二通孔14的形状可以形成为圆形。同时，所述第一通孔12和所述第二通孔14的形状也可以为除了圆形之外的形状，例如，可以为矩形。

在本实施例中，如图1和图2的(A)所示，在形成为六面体结构(多面体结构)的外壳10的一个表面15上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。同时，如改进示例所示，可以分别在所述多面体的不同表面上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。例如，所述第一通孔12和所述第二通孔14可以形成在六面体的彼此相对的表面上，也可以形成在六面体的相邻表面上。此外，在本实施例中，在所述外壳10中各自形成一个所述第一通孔12和一个所述第二通孔14。同时，也可以在所述外壳10中形成多个所述第一通孔12和多个所述第二通孔14。

如图2的(A)和图2的(B)所示，根据本实施例的麦克风单元1包括分割部件20。此处，图2的(B)是从正面观察到的所述分割部件20的视图。所述分割部件20提供在所述外壳10中以分割所述内部空间100。在本实施例中，提供所述分割部件20以将所述内部空间100分成所述第一空间102和所述第二空间104。即，可以将所述第一空间102和所述第二空间104分别称为由所述外壳10和所述分割部件20所分隔的空间。

可以提供所述分割部件20以使得传播声波的介质不能在所述外壳10内的所述第一空间102和所述第二空间104之间移动(使其不能移动)。例如，所述分割部件20可以为气密隔板，其在所述外壳10内以气密的方式使内部空间100(所述第一空间102和所述第二空间104)分开。

如图2的(A)和图2的(B)所示，所述分割部件20至少部分地由振动膜30组成。所述振动膜30是当声波入射到其上时在法线方向上振动的部件。接着，所述麦克风单元1通过根据所述振动膜30的振动提取电信号来获得表示入射到所述振动膜30的语音的电信号。即，所述振动膜30可以是麦克风(将声信号转换为电信号的电声换能器)的振动膜。

在下文中，将描述适用于根据本实施例的麦克风1的电容式麦克风200的结构。另外，图3是用于说明所述电容式麦克风200的视图。

所述电容式麦克风200具有振动膜202。另外，所述振动膜202对应于根据本实施例的麦克风单元1中的振动膜30。所述振动膜202是接收声波来振动的膜(薄膜)，其具有导电性并且形成电极的一端。所述电容式麦克风200还具有电极204。布置所述电极204以面对所述振动膜202。因此，所述振动膜202和所述电极204形成电容。当声波入射到所述电容式麦克风200时，振动膜202振动，并且振动膜202与电极204之间的间隔改变，这改变了振动膜202与电极204之间的静电电容。通过将该静电电容的改变重现为例如电压的改变，可以获得基于振动膜202的振动的电信号。即，可以将入射到所述电容式麦克风200的声波转换为电信号，以输出该电信号。另外，在所述电容式麦克风200中，可以配置所述电极204以使其不受声波的影响。例如，所述电极204可以具有网状结构。

另外，根据本实施例的麦克风1的振动膜30并不限于上述电容式麦克风200，而可以将用于各种麦克风(诸如电动的(动型)、电磁的(磁型)、以及压电的(晶型)麦克风)的振动膜用作所述振动膜30。

或者，所述振动膜30可以是半导体膜(例如，硅膜)。即，所述振动膜30可以是用于硅麦克风(Si麦克风)的振动膜。如果使用硅麦克风，则可以以较小尺寸制造所述麦克风单元1并且可以实现具有高性能的麦克风单元1。

不具体限定所述振动膜30的外形。如图2的(B)所示，所述振动膜30的外形可以形成为圆形。此时，振动膜30、第一通孔12、以及第二通孔14可以为直径(基本)相等的圆形。同时，所述振动膜30也可以大于或小于所述第一通孔12和所述第二通孔14。此外，所述振动膜30具有第一表面35和第二表面37。所述第一表面35是振动膜30在所述第一空间102侧的表面，而所述第二表面37是所述振动膜30在所述第二空间104侧的表面。

另外，在本实施例中，如图2的(A)所示，可以提供所述振动膜30以使其法线平行于所述外壳10的表面15延伸。换句话说，可以提供所述振动膜30以使其垂直于表面15。接着，可以在所述第二通孔14的旁边(附近)布置所述振动膜30。即，可以布置所述振动膜30以使其到所述第一通孔12的距离和到所述第二通孔14的距离不等。同时，如改进示例所示，可以在所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的中点处布置所述振动膜30。

在本实施例中，如图2的(A)和图2的(B)所示，分割部件20可以包括保持所述振动膜30的保持单元32。接着，所述保持单元32可以与所述外壳10的内壁表面紧密接触。通过使所述保持单元32与所述外壳10的内壁表面紧密接触，可以以气密的方式将所述第一空间102和所述第二空间104分开。

根据本实施例的麦克风单元1包括电信号输出电路40，其根据振动膜30的振动输出电信号。所述电信号输出电路40可以至少部分地形成于所述外壳10的内部空间100内。例如，所述电信号输出电路40可以形成在所述外壳10的内壁表面上。即，在本实施例中，可以将所述外壳10用作电路的电路衬底。

图4示出了适用于根据本实施例的麦克风单元1的电信号输出电路40的示例。所述电信号输出电路40可以被配置为使用信号放大电路44基于电容器42(具有振动膜30的电容式麦克风)的静电电容的改变来放大电信号，以输出该电信号。例如，所述电容器42可以包括振动膜单元41的一部分。另外，所述电信号输出电路40可以由充电电路46和运算放大器48组成。从而，可以精确地获得所述电容器42的静电电容的改变。在本实施例中，例如，可以在所述外壳10的内壁表面上形成所述电容器42、所述信号放大电路44、所述充电电路46、以及所述运算放大器48。此外，所述电信号输出电路40可以包括增益调整电路45。所述增益调整电路45用于调整信号放大电路44的增益。可以在所述外壳10内提供所述增益调整电路45，也可以在所述外壳10的外部提供所述增益调整电路45。

同时，在将硅麦克风用作振动膜30的情况下，可以通过在所述硅麦克风中提供的半导体衬底上形成集成电路来实现所述电信号输出电路40。

此外，所述电信号输出电路40还可以包括转换电路和压缩电路等，所述转换电路将模拟信号转换为数字信号，所述压缩电路对数字信号进行压缩(编码)。

此外，所述振动膜30可以由SN比约为60分贝或更大的换能器组成。与将换能器用作单麦克风的情况相比，在将换能器用作差分麦克风的情况下，其SN比降低。因此，如果所述振动膜30由SN比极好的换能器(例如，SN比约为60分贝或更大的MEMS换能器)组成，则可以实现灵敏的麦克风单元。

例如，与将麦克风用作单麦克风的情况相比，在通过将讲话者和麦克风之间的距离设置为约2.5cm而将单麦克风用作差分麦克风的情况下(近讲式麦克风单元)，其灵敏度降低约十余分贝。但是，根据本实施例的麦克风单元1具有由SN比约为60分贝或更大的换能器组成的振动膜30，从而，所述麦克风单元1具有用作麦克风所必须的灵敏度。

如上所述，尽管根据本实施例的麦克风单元1的结构简单，但是其仍然具有高准确性的噪声消除功能。在下文中，将描述麦克风单元1的噪声消除的原理。

2.麦克风单元1的噪声消除的原理

(1)麦克风单元1的结构以及振动膜30的振动原理

首先，将描述由麦克风单元1的结构得到的振动膜30的振动原理。

在根据本实施例的麦克风单元1中，所述振动膜30接收来自两侧(第一表面35和第二表面37)的声压。因此，当同水平的声压同时施加到所述振动膜30的两侧上时，两个声压在所述振动膜30中相互抵消，这将不产生使所述振动膜30振动的力。与其相反，当所述振动膜30的两侧所接收到的声压之间存在差异，则该声压差使得所述振动膜30振动。

此外，根据帕斯卡定律，入射到所述第一通孔12和所述第二通孔14中的声波的声压均匀地传递到所述第一空间102和所述第二空间104的内壁表面上。因此，振动膜30在所述第一空间102侧的表面(第一表面35)接收到的声压等于入射到所述第一通孔12的声压，而振动膜30在所述第二空间104侧的表面(第二表面37)接收到的声压等于入射到所述第二通孔14的声压。

即，所述第一表面35和所述第二表面37所接收到的声压分别为入射到所述第一通孔12和所述第二通孔14的声音的声压，而从所述第一通孔12和所述第二通孔14入射到所述第一表面35和所述第二表面37的声波的声压差使得所述振动膜30振动。

(2)声波特性

随着其在介质中的传输，声波衰减，并且其声压(声波强度和幅度)降低。由于声压与到声源的距离成反比，因此声压P可以按照到声源的距离R的关系表示如下：

[表达式1]

$P=K\frac{1}{R}---\left(1\right)$

另外，在表达式(1)中，K为比例常数。图5示出了由表达式(1)所示出的声压P与到声源的距离R之间的关系的曲线图。如该曲线图所示，声压(声波的幅度)在靠近声源的位置处(该曲线图的左侧)迅速衰减，并且随着其远离声源而逐渐衰减。

在将所述麦克风单元1用于近讲式声音输入设备的情况下，用户的语音从所述麦克风单元1的所述第一通孔12和所述第二通孔14的附近产生。因此，在所述第一通孔12和所述第二通孔14之间，用户语音极大地衰减，这使得入射到所述第一通孔12和所述第二通孔14的用户语音的声压差很大，即，入射到所述第一表面35和所述第二表面37的用户语音的声压差很大。

与其相反，与用户语音相比，噪声分量的声源存在于距离麦克风单元1的第一通孔12和第二通孔14较远的位置处。因此，噪声声压在所述第一通孔12和所述第二通孔14之间几乎不衰减，这使得输入到所述第一通孔12中和所述第二通孔14中的噪声的声压之间几乎不存在差异。

(3)噪声消除原理

如上所述，同时入射到所述第一表面35和所述第二表面37的声波的声压差使得所述振动膜30振动。接着，由于入射到所述第一表面35和所述第二表面37的噪声的声压差极小，因此在振动膜30中消除该声压差。与其相反，由于入射到所述第一表面35和所述第二表面37的用户语音的声压差很大，因此在振动膜30中没有消除该声压差，这使得振动膜30振动。

这样，可以看作是由用户语音使麦克风单元1的振动膜30振动。因此，可以将从麦克风单元1的电信号输出电路40输出的电信号看作是表示消除了噪声的用户语音的信号。

即，如果将根据本实施例的麦克风单元1用于语音输入装置，则可以通过简单结构获得表示消除了噪声的用户语音的电信号。

3.用于由麦克风单元1实现较高准确性的噪声消除功能的条件

如上所述，根据麦克风单元1，可以获得表示消除了噪声的用户语音的电信号。但是，声波包括其相位分量。因此，考虑从所述第一通孔12和所述第二通孔14入射到振动膜30的所述第一表面35和所述第二表面37的声波的相位差，可以导出以下条件(麦克风单元1的设计条件)，在该条件下，可以实现较高准确性的噪声消除功能。在下文中，将描述为了实现较高准确性的噪声消除功能而需要由麦克风单元1满足的条件。

根据所述麦克风单元1，可以使得使振动膜30振动的声压差(由所述第一表面35和所述第二表面37所接收的声压之间的差：在下文中称为“差分声压”)中所包括的噪声分量小于入射到所述第一表面35和所述第二表面37的声压中所包括的噪声分量。为了更详细地描述，使得噪声强度比小于用户语音强度比，所述噪声强度比表示包括在所述差分声压中的噪声分量的强度与包括在入射到所述第一表面35或所述第二表面37的声压中的噪声分量的强度之比，所述用户语音强度比表示包括在所述差分声压中的用户语音分量的强度与包括在入射到所述第一表面35或所述第二表面37的声压中的用户语音分量的强度之比。因此，由于所述麦克风单元1具有极好的噪声消除功能，因此可以将根据使振动膜30振动的差分声压而输出的信号看作表示用户语音的信号。

在下文中，将描述为了实现噪声消除功能而需要由所述麦克风单元1(所述外壳10)满足的具体条件。

首先，将考虑入射到所述振动膜30的所述第一表面35和所述第二表面37(所述第一通孔12和所述第二通孔14)的语音的声压。假设用户语音的声源到所述第一通孔12的距离为R，而所述第一通孔12和所述第二通孔14的中心距为Δr，当忽略相位差时，入射到所述第一通孔12和所述第二通孔14的用户语音的声压(强度)P(S1)和P(S2)可以表示如下：

[表达式2]

$\left\{\begin{array}{c}P\left(S1\right)=K\frac{1}{R}---\left(2\right)\\ P\left(S2\right)=K\frac{1}{R+\mathrm{\Δr}}---\left(3\right)\end{array}\right.$

因此，当忽略用户语音的相位差时，表示包括在差分声压中的用户语音分量的强度与入射到所述第一表面35(所述第一通孔12)的用户语音的声压强度之比ρ(P)表示如下：

[表达式3]

$\mathrm{\ρ}\left(P\right)=\frac{P\left(S1\right)-P\left(S2\right)}{P\left(S1\right)}---\left(4\right)$

$=\frac{\mathrm{\Δr}}{R+\mathrm{\Δr}}$

此处，在将所述麦克风单元1用于近讲式语音输入装置的情况下，可以将Δr看成是远远小于R。

因此，可以将上述表达式(4)修改如下：

[表达式4]

$\mathrm{\ρ}\left(P\right)=\frac{\mathrm{\Δr}}{R}---\left(A\right)$

即，当忽略用户语音的相位差时，由表达式(A)来表示用户语音强度比。

同时，当考虑用户语音的相位差时，则用户语音的声压Q(S1)和Q(S2)可以表示如下：

[表达式5]

$\left\{\begin{array}{c}Q\left(S1\right)=K\frac{1}{R}\sin \mathrm{\ωt}---\left(5\right)\\ Q\left(S2\right)=K\frac{1}{R+\mathrm{\Δr}}\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})---\left(6\right)\end{array}\right.$

另外，表达式中α表示相位差。

此时，用户语音强度比ρ(S)表示如下：

[表达式6]

$\mathrm{\ρ}\left(S\right)=\frac{{|P\left(S1\right)-P\left(S2\right)|}_{\max }}{{\left|P\left(S1\right)\right|}_{\max }}$

$=\frac{{|\frac{K}{R}\sin \mathrm{\ωt}-\frac{K}{R+\mathrm{\Δr}}\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }}{{\left|\frac{K}{R}\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\max }}---\left(7\right)$

考虑表达式(7)，则用户语音强度比ρ(S)的水平可以表示如下：

[表达式7]

$\mathrm{\ρ}\left(S\right)=\frac{{\frac{K}{R}|\sin \mathrm{\ωt}-\frac{1}{1+\mathrm{\Δr}/R}\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }}{{\frac{K}{R}\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\max }}$

$=\frac{1}{1+\mathrm{\Δr}/R}{|(1+\mathrm{\Δr}/R)\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }---\left(8\right)$

$=\frac{1}{1+\mathrm{\Δr}/R}{|\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})+\frac{\mathrm{\Δr}}{R}\sin \mathrm{\ωt}|}_{\max }$

同时，在表达式(8)中，sinωt-sin(ωt-α)项表示相位分量的强度比，而Δr/Rsinωt项表示幅度分量的强度比。即使当相位差分量为用户语音分量时，该相位差分量也是幅度分量的噪声。因此，为了准确地提取用户语音，相位分量的强度比必须远远小于幅度分量的强度比。即，重要的是sinωt-sin(ωt-α)与Δr/Rsinωt满足如下关系：

[表达式8]

${\left|\frac{\mathrm{\Δr}}{R}\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\mathrm{maix}}>{|\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }---\left(B\right)$

此处，可以导出以下表达式：

[表达式9]

$\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})=2\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}\·\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{\mathrm{\α}}{2})---\left(9\right)$

因此，上述表达式(B)可以表示如下：

[表达式10]

${\left|\frac{\mathrm{\Δr}}{R}\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\max }>{|2\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}\·\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{\mathrm{\α}}{2})|}_{\max }---\left(10\right)$

考虑表达式(10)的幅度分量，则根据本实施例的所述麦克风单元1必须满足以下表达式：

[表达式11]

$\frac{\mathrm{\Δr}}{R}>2\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}---\left(C\right)$

另外，如上所述，由于可以将Δr看成是远远小于R，则可以将sin(α/2)看作足够小，并且可以由如下表达式对sin(α/2)进行近似：

[表达式12]

$\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}\≈\frac{\mathrm{\α}}{2}---\left(11\right)$

因此，可以将表达式(C)修改如下：

[表达式13]

$\frac{\mathrm{\Δr}}{R}>\mathrm{\α}---\left(D\right)$

此外，当相位差α与Δr之间的关系表示如下时：

[表达式14]

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π\Δr}}{\mathrm{\λ}}---\left(12\right)$

可以将表达式(D)修改如下：

[表达式15]

$\frac{\mathrm{\Δr}}{R}>2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\Δr}}{\mathrm{\λ}}>\frac{\mathrm{\Δr}}{\mathrm{\λ}}---\left(E\right)$

即，在本实施例中，当所述麦克风单元1满足表达式(E)所示关系时，则可以准确地提取用户语音。

接着，将考虑入射到所述第一通孔12和所述第二通孔14而到达所述第一表面35和所述第二表面37的噪声的声压。

假设从所述第一通孔12入射到所述第一表面35的噪声分量的幅度为A，而从所述第二通孔14入射到所述第二表面37的噪声分量的幅度为A’，当考虑相位差分量时，则所述噪声的声压Q(N1)和Q(N2)可以表示如下：

[表达式16]

$\left\{\begin{array}{c}Q\left(N1\right)=A\sin \mathrm{\ωt}---\left(13\right)\\ Q\left(N2\right)=A^{\′}\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})---\left(14\right)\end{array}\right.$

噪声强度比ρ(N)表示包括在差分声压中的噪声分量的强度与从所述第一通孔12入射到所述第一表面35的噪声分量的声压强度之比，其可以表示如下：

[表达式17]

$\mathrm{\ρ}\left(N\right)=\frac{{|Q\left(N1\right)-Q\left(N2\right)|}_{\max }}{{\left|Q\left(N1\right)\right|}_{\max }}$ (15)

$=\frac{{|A\sin \mathrm{\ωt}-A^{\′}\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }}{{\left|A\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\max }}$

另外，如上所述，由于从所述第一通孔12入射到所述第一表面35的噪声分量的幅度(强度)与从所述第二通孔14入射到所述第二表面37的噪声分量的幅度(强度)基本相同，因此可以将其处理为A＝A’。因此，可以将上述表达式(15)修改如下：

[表达式18]

$\mathrm{\ρ}\left(N\right)=\frac{{|\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }}{{\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\max }}---\left(16\right)$

接着，可以将噪声强度比的水平表示如下：

[表达式19]

$\mathrm{\ρ}\left(N\right)=\frac{{|\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }}{{\left|\sin \mathrm{\ωt}\right|}_{\max }}---\left(17\right)$

$={|\sin \mathrm{\ωt}-\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\α})|}_{\max }$

此处，考虑上述表达式(9)，可以将表达式(17)修改如下：

[表达式20]

$\mathrm{\ρ}\left(N\right)={\left|\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{\mathrm{\α}}{2})\right|}_{\max }\·2\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}---\left(18\right)$

$=2\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}$

接着，考虑上述表达式(11)，可以将表达式(18)修改如下：

[表达式21]

ρ(N)＝α                        (19)

此处，参考表达式(D)，噪声强度比的水平可以表示如下：

[表达式22]

$\mathrm{\&rho;}\left(N\right)=\mathrm{\&alpha;}<\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{R}---\left(F\right)$

另外，其中Δr/R是表达式(A)中所示的用户语音的幅度分量的强度比。表达式(F)示出了使得麦克风单元1中的噪声强度比小于用户语音的强度比Δr/R。

根据以上描述，根据本实施例的所述麦克风单元1，由于使得用户语音的相位分量的强度比小于幅度分量的强度比(参考表达式(B))，从而使得噪声强度比小于用户语音的强度比(参考表达式(F))。因此，根据本实施例的所述麦克风单元1具有极好的噪声消除功能。

4.用于制造所述麦克风单元1的方法

在下文中，将描述用于制造根据本实施例的麦克风单元1的方法。在根据本实施例的所述麦克风单元1中，可以通过利用表示以下对应关系的数据来制造所述麦克风单元1，该对应关系为Δr/λ的值与噪声强度比(基于噪声的相位分量的强度比)之间的对应关系，所述Δr/λ的值表示所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的中心距Δr与噪声波长λ之比。

基于噪声的相位的强度比由上述表达式(18)表示。因此，基于噪声的相位分量的强度比的分贝值可以表示如下：

[表达式23]

$20\log \mathrm{\&rho;}\left(N\right)=20\log \left|2\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\right|---\left(20\right)$

接着，当用各个值替代表达式(20)中的α时，则可以使相位差α与基于噪声的相位分量的强度比之间的对应关系变得清晰。图6示出了当在横坐标上标绘α/2π而在纵坐标上标绘基于噪声的相位分量的强度比(分贝值)时表示相位差与强度比之间的对应关系的数据示例。

另外，如表达式(12)所示，相位差α可以由距离Δr与波长λ之比Δr/λ的函数表示，而图6中的横坐标可以被看作Δr/λ。即，可以将图6称作表示基于噪声的相位分量的强度比与Δr/λ之间的对应关系的数据。

在本实施例中，所述麦克风单元1利用该数据制造。图7是用于说明利用该数据制造所述麦克风单元1的过程的流程图。

首先，准备好表示噪声强度比(基于噪声的相位分量的强度比)与Δr/λ之间的对应关系的数据(参考图6)(步骤S10)。

接着，设置噪声的强度比(步骤S12)。另外，在本实施例中，必须设置噪声的强度比以减小噪声的强度比。因此，在该步骤中，将噪声的强度设置为0分贝或更小。

接着，根据所述数据导出对应于所述噪声强度比的Δr/λ值(步骤S14)。

然后，通过用主噪声波长替换λ来导出Δr需要满足的条件(步骤S16)。

作为一个具体示例，将考虑以下制造所述麦克风单元1的情况，其中，在主噪声为1kHz而其波长为0.347m的环境中噪声强度降低20分贝。

首先，将考虑使噪声强度比为0分贝或更小的情况。参考图6，其示出，为了使噪声强度比为0分贝或更小，则Δr/λ的值需要为0.16或更小。即，其示出Δr的值需要为55.46mm或更小，而这是所述麦克风单元1(外壳10)的必须条件。

接着，将考虑1kHz的噪声的强度降低20分贝的情况。参考图6，其示出，为了使噪声的强度比降低20分贝，则Δr/λ的值必须为0.015。然后，假设λ＝0.347m，则示出当Δr的值为5.199mm或更小时则满足了所述条件。即，当将Δr设置为约5.2mm或更小时，则可以制造具有噪声消除功能的麦克风单元1。

另外，在将根据本实施例的麦克风单元1用于近讲式语音输入装置的情况下，用户语音的声源与所述麦克风单元1(所述第一通孔12和所述第二通孔14)之间的间隔通常为5cm或更小。此外，可以通过对容纳所述麦克风单元1的外壳进行设计来设置用户语音的声源与所述麦克风单元1(所述第一通孔12和所述第二通孔14)之间的间隔。因此，示出了使得用户语音的强度比Δr/R的值大于0.1(噪声强度比)，从而实现了噪声消除功能。

另外，通常情况下，噪声不并限于单频率。但是，由于频率低于被假定为主噪声的频率的噪声具有比主噪声的波长更长的波长，从而使得Δr/λ的值更小，该噪声可以被该麦克风单元1抵消。此外，频率越高，声波能量衰减越快。因此，由于频率高于被假定为主噪声的频率的噪声衰减比主噪声快，因此可以忽略对所述麦克风单元1(振动膜30)的影响。这样，即使在存在频率不同于被假定为主噪声的频率的噪声的环境中，根据本实施例的所述麦克风单元1就可以实现极好的噪声消除功能。

此外，在本实施例中，如表达式(12)所示，假定了噪音从连接所述第一通孔12和所述第二通孔14的直线之上入射。该噪声为所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的视在间隔被最大化的噪声和实际使用环境中相位差被最大化的噪声。即，将根据本实施例的所述麦克风单元1配置为可以消除其间相位差被最大化的噪声。因此，根据本实施例的所述麦克风单元1，可以消除从所有方向入射到其上的噪声。

5.效果

在下文中，将总结所述麦克风单元1所实现的效果。

如上所述，根据所述麦克风单元1，可以通过仅获得表示振动膜30的振动的电信号(基于振动膜30的振动的电信号)来获得表示消除了噪声分量的语音的电信号。即，在所述麦克风单元1中，可以在不执行复杂分析算法处理的情况下实现噪声消除功能。因此，可以提供高级的麦克风单元，其可以用简单的结构执行彻底的噪声消除。具体地，通过将所述第一通孔12与所述第二通孔14之间的中心距Δr设置为5.2mm或更小，可以提供能够实现较高准确性的噪声消除功能的麦克风单元。

此外，可以将所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜30用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜30用作单麦克风情况下的声压。

可以沿来自声源的声音(例如，语音)的传播方向布置所述第一通孔12和所述第二通孔14，并且可以将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就来自传播方向的声音而言，将所述振动膜30用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜30用作单麦克风情况下的声压。

图22至图24是用于说明麦克风到麦克风的距离与差分声压之间的关系的曲线图。接着，图22示出了在麦克风到麦克风的距离(Δr)为5mm的情况下使用差分麦克风检测频率为1kHz、7kHz、以及10kHz的声音时所述差分声压的分布。此外，图23示出了在麦克风到麦克风的距离(Δr)为10mm的情况下使用差分麦克风检测频率为1kHz、7kHz、以及10kHz的声音时所述差分声压的分布。此外，图24示出了在麦克风到麦克风的距离(Δr)为20mm的情况下使用差分麦克风检测频率为1kHz、7kHz、以及10kHz的声音时所述差分声压的分布。

在图22至图24中，横坐标为Δr/λ而纵坐标为差分声压。所述差分声压是将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压，使得将组成所述差分麦克风的麦克风用作单麦克风情况下的声压水平等于所述差分声压被设置为0分贝的水平。

即，图22至图24的曲线图示出了对应于Δr/λ的差分声压的转变，可以将纵坐标上大于0分贝的区域看作延迟失真(噪声)较大。

如图22所示，在麦克风到麦克风的距离为5mm的情况下，频率为1kHz、7kHz、以及10kHz的声音的差分声压均小于或等于0分贝。

此外，如图23所示，在麦克风到麦克风的距离为10mm的情况下，频率为1kHz和7kHz的声音的差分声压均小于或等于0分贝，但是使得频率为10kHz的声音的差分声压大于或等于0分贝，这导致较大的延迟失真(噪声)。

此外，如图24所示，在麦克风到麦克风的距离为20mm的情况下，频率为1kHz的声音的差分声压小于或等于0分贝，但是使得频率为7kHz和10kHz的声音的差分声压大于或等于0分贝，这导致较大的延迟失真(噪声)。

因此，通过将麦克风到麦克风的距离设置为约5mm到6mm(更具体地，5.2mm或更小)，可以实现准确地提取直至10kHz频带的讲话者语音的麦克风，其对远处的噪声具有较高的抑制效果。

在本实施例中，通过将所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的中心距设置为约5mm至6mm(更具体地，5.2mm或更小)，可以实现准确地提取直至10kHz频带的讲话者语音的麦克风，其对远处的噪声具有较高的抑制效果。

此外，在所述麦克风单元1中，为了能够消除噪声入射，可以设计所述外壳10以使得基于其相位差的噪声强度比被最大化。因此，根据所述麦克风单元1，可以消除从所有方向入射到其上的噪声。即，根据本发明，可以提供一种麦克风单元，其可以消除从所有方向入射到其上的噪声。

图25至图31是用于说明在每种频带、麦克风到麦克风的距离、以及麦克风到声源的距离的情况下差分麦克风的方向性的视图。

图25是示出了在声源的频带为1kHz、麦克风到麦克风的距离为5mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm(对应于从讲话者的嘴到近讲式麦克风的距离)和1m(对应于远处的噪声)的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。

参考标号1110是表示所述差分麦克风对所有方向的灵敏度的曲线图，并且示出了所述差分麦克风的方向特性。此外，参考标号1112是表示当将所述差分麦克风用作单麦克风时对所有方向的灵敏度(声压)的曲线图，并且示出了所述单麦克风的方向特性。

参考标号1114表示所述差分麦克风由两个麦克风组成的情况下连接这两个麦克风的直线的方向，或者表示所述差分麦克风由一个麦克风实现的情况下连接使得声波到达该麦克风的两个表面的所述第一通孔和所述第二通孔的直线的方向(0度到180度，组成所述差分麦克风的两个麦克风M1和M2或者所述第一通孔和所述第二通孔均位于该直线上)。该直线的方向为0度和180度，并且垂直于该直线方向的方向为90度和270度。

如参考标号1112和1122所示，所述单麦克风均匀地检测来自所有方向的声音，并且没有方向性。此外，所述声源越远，将要获得的声压衰减越大。

如参考标号1110和1120所示，一定程度上，差分麦克风降低了90度和270度方向上的灵敏度，但是具有在所有方向上基本一致的方向性。此外，与通过单麦克风获得的声压相比，将要获得的声压进一步衰减，并且与单麦克风相同，声源越远，将要获得的声压衰减越大。

如图25下半部所示，在声源的频带为1kHz、并且麦克风到麦克风的距离为5mm的情况下，由表示所述差分麦克风的方向性的差分声压的曲线图1120所包围的区域内包含于由表示单麦克风的方向性的曲线图1122所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图26是示出了在声源的频带为1kHz、麦克风到麦克风的距离为10mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。同样在这种情况下，如图26的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1140所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1142所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图27是示出了在声源的频带为1kHz、麦克风到麦克风的距离为20mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。同样在这种情况下，如图27的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1160所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1162所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图28是示出了在声源的频带为7kHz、麦克风到麦克风的距离为5mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。同样在这种情况下，如图28的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1180所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1182所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图29是示出了在声源的频带为7kHz、麦克风到麦克风的距离为10mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。在这种情况下，如图29的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1200所包围的区域不是内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1202所包围的区域，这使得不能说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图30是示出了在声源的频带为7kHz、麦克风到麦克风的距离为20mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。同样在这种情况下，如图30的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1220所包围的区域不是内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1222所包围的区域，这使得不能说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图31是示出了在声源的频带为300Hz、麦克风到麦克风的距离为5mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。在这种情况下，如图31的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1240所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1242所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图32是示出了在声源的频带为300Hz、麦克风到麦克风的距离为10mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。同样在这种情况下，如图32的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1260所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1262所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

图33是示出了在声源的频带为300Hz、麦克风到麦克风的距离为20mm、以及麦克风到声源的距离分别为2.5cm和1m的情况下所述差分麦克风的方向性的视图。同样在这种情况下，如图33的下半部所示，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图1280所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图1282所包围的区域，这使得可以说，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

如图25、28、以及31的下半部所示，在麦克风到麦克风的距离为5mm的情况下，在声音的频带为1kHz、7kHz、或300Hz的任意情况下，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图所包围的区域内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图所包围的区域。即，可以说，在麦克风到麦克风的距离为5mm的情况下，在声音的频带为7kHz或更小的频带中，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

但是，如图26、29、以及32的下半部所示，在麦克风到麦克风的距离为10mm的情况下，在声音的频带为7kHz的情况下，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图所包围的区域不是内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图所包围的区域。即，不能说，在麦克风到麦克风的距离为10mm的情况下，在声音的频带为约7kHz的频带中，在对远处噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

此外，如图27、30、以及33的下半部所示，在麦克风到麦克风的距离为20mm的情况下，在声音的频带为7kHz的情况下，由表示所述差分麦克风的方向性的曲线图所包围的区域不是内包含于由表示所述单麦克风的方向性的曲线图所包围的区域。即，不能说，在麦克风到麦克风的距离为20mm的情况下，在声音的频带为约7kHz的频带中，在对远处的噪声的抑制效果方面，所述差分麦克风比所述单麦克风好。

因此，通过将所述差分麦克风的麦克风到麦克风的距离设置为约5mm至6mm(更具体地，5.2mm或更小)，则可以说，就频带为7kHz或更小的声音而言，与所述单麦克风相比，所述差分麦克风对来自所有方向的远处的噪声具有较高的抑制效果，而与方向性无关。

另外，在通过一个麦克风单元来实现所述差分麦克风的情况下，可以说，对于使得声波到达该麦克风的两个表面的所述第一通孔和所述第二通孔之间的距离来说，同样如此。因此，在本实施例中，通过将所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的中心距设置为约5mm至6mm(更具体地，5.2mm或更小)，可以实现一种麦克风单元，就频带为7kHz或更小的声音而言，该麦克风单元可以抑制来自所有方向的远处噪声而与方向性无关。

另外，根据所述麦克风单元1，在由墙壁等反射之后，可以消除入射到所述振动膜30(所述第一表面35和所述第二表面37)的用户语音分量。具体地，由于由墙壁等反射的用户语音在传播较长距离之后入射到所述麦克风单元1，因此该用户语音可以被看作是从远离正常用户语音而存在的声源所产生的语音，并且由于反射极大地损失了该用户语音的能量，因此与噪声分量的方式相同，该声压在所述第一通孔12和所述第二通孔14之间也不会极大地衰减。因此，根据所述麦克风单元1，与噪声的方式相同，经过墙壁等反射后入射的用户语音分量(作为噪声的一种)也可以被消除。

接着，通过利用所述麦克风单元1，可以获得表示不包含噪声的用户语音的信号。因此，通过利用所述麦克风单元1，可以实现高准确性的语音识别和语音鉴定、以及命令生成处理。

6.语音输入装置

接着，将描述具有所述麦克风单元1的语音输入装置2。

(1)语音输入装置2的结构

首先，将描述所述语音输入装置2的结构。图8和图9是用于说明所述语音输入装置2的结构的视图。另外，在下文中将要描述的语音输入装置2是近讲式语音输入装置，并且可以被用于例如语音通信装置(诸如移动电话和收发器)、利用分析输入语音的技术的信息处理系统(语音鉴定系统、语音识别系统、命令生成系统、电子词典、翻译机、语音输入式远程控制器等)、记录装置、放大系统(扬声器)、麦克风系统等。

图8是用于说明所述语音输入装置2的结构的视图。图8的左上角所示的箭头表示用户语音的输入方向。

所述语音输入装置2具有外壳50。所述外壳50是形成所述语音输入装置2的外形的部件。可以为所述外壳50设置基本位置，从而可以控制用户语音的传播路线。可以在所述外壳50上形成用于接收来自用户的语音的孔52。

在所述语音输入装置2中，在所述外壳50内安装所述麦克风单元1。此时，可以将所述麦克风单元1安装在所述外壳50中以使得所述第一通孔12和所述第二通孔14分别与孔52重叠。这样，所述麦克风单元1的所述内部空间通过所述第一通孔12、所述第二通孔14、以及与这些通孔重叠的孔52与外部连通。可以通过弹性体54来将所述麦克风单元1安装在所述外壳50中。这样，所述语音输入装置2的外壳50的振动很难传递到所述外壳10，这使得可以准确地操作所述麦克风单元1。

可以将所述麦克风单元1安装在所述外壳50中以使得所述第一通孔12和所述第二通孔14不与用户语音的传播方向成直线布置。接着，可以将布置在用户语音的传播路线的上游侧的通孔设置为第一通孔12，而将布置在用户语音的传播路线的下游侧的通孔设置为第二通孔14。如果如上所述布置所述麦克风单元1，在所述麦克风单元1中在所述第二通孔14旁边布置所述振动膜30，则可以使得用户语音同时入射到所述振动膜30的两个表面(所述第一表面35和所述第二表面37)。具体地，由于在所述麦克风单元1中，从所述第一通孔12的中心到所述第一表面35的距离基本上等于从所述第一通孔12到所述第二通孔14的距离，因此使得穿过所述第一通孔12的用户语音入射到所述第一表面35所需的时间基本上等于跃过所述第一通孔12的用户声波经由所述第二通孔14入射到所述第二表面37所需的时间。即，使得由用户发出的语音入射到所述第一表面35所需的时间基本上等于由用户发出的语音入射到所述第二表面37所需的时间。因此，可以使得用户语音同时入射到所述第一表面35和所述第一表面37，并且可以使得所述振动膜30振动，从而不产生由于相位移动所产生的噪声。换句话说，其示出，由于上述表达式(8)中α＝0并且sinωt-sin(ωt-α)＝0，从而提取出了Δr/Rsinωt项(幅度分量)。因此，即使在将约7kHz的高频带用户语音作为人语入射到所述第一表面35和所述第二表面37上的情况下，入射到所述第一表面35上的声压与入射到所述第二表面37上的声压之间的相位移动的影响也可以被忽略，并且可以获得准确地表示该用户语音的电信号。

(2)语音输入装置2的功能

接着，将参考图9来描述所述语音输入装置2的功能。另外，图9是用于说明所述语音输入装置2的功能的框图。

所述语音输入装置2具有所述麦克风单元1。所述麦克风单元1输出根据所述振动膜30的振动而产生的电信号。另外，从所述麦克风单元1输出的电信号是表示消除了噪声分量的用户语音的电信号。

所述语音输入装置2可以具有算术处理单元60。所述算术处理单元60根据从所述麦克风单元1(电信号输出电路40)输出的电信号执行各种算术处理。所述算术处理单元60可以对电信号执行分析处理。所述算术处理单元60可以通过分析从所述麦克风单元1输出的信号来执行指定发出用户语音的人的处理(所谓的语音鉴定处理)。或者，所述算术处理单元60可以通过对从所述麦克风单元1输出的信号执行分析处理来执行指定用户语音的内容的处理(所谓的语音识别处理)。所述算术处理单元60可以根据从所述麦克风单元1输出的信号来执行创建各种命令的处理。所述算术处理单元60可以执行对从所述麦克风单元1输出的信号进行放大的处理。此外，所述算术处理单元60可以控制稍后将描述的通信处理单元70的操作。另外，所述算术处理单元60可以通过CPU或存储器来实现上述各信号处理功能。或者，所述算术处理单元60可以通过专门的硬件来实现上述各功能。

所述语音输入装置2还可以包括通信处理单元70。所述通信处理单元70控制所述语音输入装置2与另一终端(移动电话终端、主计算机等)之间的通信。所述通信处理单元70可以具有通过网络将信号(从所述麦克风单元1输出的信号)传输至另一终端的功能。所述通信处理单元70还可以具有通过网络从另一终端接收信号的功能。接着，例如，可以由主计算机对经由所述通信处理单元70获得的输出信号执行分析处理来执行各种信息处理(诸如语音识别处理和语音鉴定处理)、命令生成处理、以及数据存储处理。即，所述语音输入装置2可以包括与另一终端合作的信息处理系统。换句话说，所述语音输入装置2可以被看作构造所述信息处理系统的信息输入终端。同时，所述语音输入装置2可以具有不包含所述通信处理单元70的结构。

另外，可以将所述算术处理单元60和所述通信处理单元70布置为所述外壳50内的封装半导体设备(集成电路设备)。同时，本发明并不限于此。例如，所述算术处理单元60可以布置在所述外壳50之外。在将所述算术处理单元60布置在所述外壳50之外的情况下，所述算术处理单元60可以通过所述通信处理单元70获得差分信号。

另外，所述语音输入装置2还可以包括显示装置(诸如显示面板)、或者语音输出装置(诸如扬声器)。此外，所述语音输入装置2还可以包括用于输入操作信息的操作键盘。

所述语音输入装置2可以具有上述结构。该语音输入装置2利用所述麦克风单元1。因此，所述语音输入装置2也可以获得表示不包含噪声的输入语音的信号，这使得其也可以实现高准确性的语音识别和语音鉴定、以及命令生成处理。

此外，当将所述语音输入装置2用于麦克风系统时，从扬声器输出的用户的声音会与噪声一样被消除。因此，可以提供几乎不产生声反馈的麦克风系统。

图10至图12分别示出了作为所述语音输入装置2的示例的移动电话300、麦克风(麦克风系统)400、以及远程控制器500。此外，图13示出了包括作为信息输入装置的语音输入装置602和主计算机604的信息处理系统600的示意性视图。

7.改进示例

另外，本发明并不限于上述实施例，并且各种变型都是可允许的。本发明包含与实施例中所描述结构本质上相同的结构(例如，在功能、方法和结果上相同的结构、或者在目的和效果上相同的结构)。此外，本发明包含将实施例中所描述结构中的不重要部分更换了的结构。此外，本发明包含可以与实施例中所述结构执行相同作用和效果的结构、或者实现相同目的的结构。此外，本发明包含在实施例所述结构中添加了公知技术的结构。

在下文中，示出了具体的改进示例。

(1)第一改进示例

图14示出了根据应用了本实施例的实施例的第一改进示例的麦克风单元3。

所述麦克风单元3包括振动膜80。所述振动膜80构成分割部件的一部分，该分割部件将所述外壳10的内部空间100分成第一空间112和第二空间114。提供所述振动膜80，以使得其法线垂直于所述表面15(即，平行于所述表面15)。所述振动膜80可以被提供在所述第二通孔14的旁边(在除了所述第一通孔12和所述第二通孔14之下地方的位置处)，以不与所述第一通孔12和所述第二通孔14重叠。此外，所述振动膜80可以被位置为离所述外壳10的内壁表面一个间隔。

(2)第二改进示例

图15示出了根据应用了本实施例的实施例的第二改进示例的麦克风单元4。

所述麦克风单元4包括振动膜90。所述振动膜90构成分割部件的一部分，该分割部件将所述外壳10的内部空间100分成第一空间122和第二空间124。提供所述振动膜90以使得其法线垂直于所述表面15。可以将所述振动膜90提供为平放在所述外壳10的内壁表面(所述表面15相对侧的表面)的相同平面上。可以提供所述振动膜90以从所述外壳10的内侧(所述内部空间100侧)阻挡所述第二通孔14。即，在所述麦克风单元4中，所述第二通孔14的内侧空间可以为所述第二空间124，而所述内部空间100中除所述第二空间124之外的空间可以为所述第一空间122。从而，可以将所述外壳10设计得很薄。

(3)第三改进示例

图16示出了根据应用了本实施例的实施例的第三改进示例的麦克风单元5。

所述麦克风单元5包括外壳11。在所述外壳11中形成内部空间101。接着，使用分割部件20将所述外壳11的所述内部空间101分成第一空间132和第二空间134。在所述麦克风单元5中，所述分割部件20布置在所述第二通孔14的旁边。此外，在所述麦克风单元5中，所述分割部件20分隔所述内部空间101，以使得所述第一空间132的体积与所述第二空间134的体积相等。

(4)第四改进示例

图17示出了根据应用了本实施例的实施例的第四改进示例的麦克风单元6。

如图17所示，所述麦克风单元6具有分割部件21。接着，所述分割部件21具有振动膜31。保持所述振动膜31，以使其法线与所述外壳10内的所述表面15斜交。

(5)第五改进示例

图18示出了根据应用了本实施例的实施例的第五改进示例的麦克风单元7。

在所述麦克风单元7中，如图18所示，将所述分割部件20布置在所述第一通孔12和所述第二通孔14之间的中点处。即，所述第一通孔12与所述分割部件20之间的距离等于所述第二通孔14与所述分割部件20之间的距离。另外，在所述麦克风单元17中，可以布置所述分割部件20以均匀地分隔所述外壳10的所述内部空间100。

(6)第六改进示例

图19示出了根据应用了本实施例的实施例的第六改进示例的麦克风单元8。

在所述麦克风单元8中，如图19所示，所述外壳拥有具有凸曲表面16的结构。接着，在所述凸曲表面16上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。

(7)第七改进示例

图20示出了根据应用了本实施例的实施例的第七改进示例的麦克风单元9。

在所述麦克风单元9中，如图20所示，所述外壳拥有具有凹曲表面17的结构。接着，可以在所述凹曲表面17的两侧上布置所述第一通孔12和所述第二通孔14。同时，可以在所述凹曲表面17上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。

(8)第八改进示例

图21示出了根据应用了本实施例的实施例的第八改进示例的麦克风单元13。

在所述麦克风单元13中，如图21所示，所述外壳拥有具有球形表面18的结构。另外，所述球形表面18的底面可以为圆形。同时，所述球形表面18的底面并不限于此，并且所述底面可以为椭圆形。接着，在所述球形表面18上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。

使用这些麦克风单元，也可以实现上述相同效果。因此，通过根据振动膜的振动来获得电信号可以获得表示不包含噪声的用户语音的电信号。

该申请基于2008年3月27日提交的日本专利申请(JP-A-2008-083294)，并且通过引用的方式将该专利申请的内容并入本文。

Claims (24)

1.一种麦克风单元，其包括：

具有内部空间的外壳；

提供在所述外壳中的分割部件，该分割部件至少部分地由振动膜组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间和第二空间；以及

电信号输出电路，其根据所述振动膜的振动输出电信号，

其中，在所述外壳中形成第一通孔和第二通孔，所述第一空间与所述外壳的外部空间经由所述第一通孔彼此连通，而所述第二空间与所述外壳的外部空间经由所述第二通孔彼此连通。

2.根据权利要求1所述的麦克风单元，其中提供所述分割部件，以使得传播声波的介质不能在所述外壳内的所述第一空间和所述第二空间之间移动。

3.根据权利要求1或2所述的麦克风单元，其中

所述外壳的外形为多面体，并且

在所述多面体的一个表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。

4.根据权利要求3所述的麦克风单元，其中布置所述振动膜，以使得所述振动膜的法线平行于所述多面体的所述一个表面。

5.根据权利要求3所述的麦克风单元，其中布置所述振动膜，以使得所述振动膜的法线垂直于所述多面体的所述一个表面。

6.根据权利要求1至5中任意之一所述的麦克风单元，其中布置所述振动膜，以使其不与所述第一通孔或所述第二通孔重叠。

7.根据权利要求1至6中任意之一所述的麦克风单元，其中在所述第一通孔或所述第二通孔的旁边布置所述振动膜。

8.根据权利要求1至7中任意之一所述的麦克风单元，其中布置所述振动膜，以使得所述振动膜到所述第一通孔的距离与到所述第二通孔的距离不等。

9.根据权利要求1至8中任意之一所述的麦克风单元，其中布置所述分割部件，以使得所述第一空间的体积和所述第二空间的体积相等。

10.根据权利要求1至9中任意之一所述的麦克风单元，其中所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距为5.2mm或更小。

11.根据权利要求1至10中任意之一所述的麦克风单元，其中所述电信号输出电路的至少一部分形成在所述外壳内。

12.根据权利要求1至11中任意之一所述的麦克风单元，其中所述外壳具有使所述内部空间与所述外壳的外部空间电磁屏蔽的屏蔽结构。

13.根据权利要求1至12中任意之一所述的麦克风单元，其中所述振动膜由具有60分贝或更大SN比的换能器组成。

14.根据权利要求1至13中任意之一所述的麦克风单元，其中，将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

15.根据权利要求1至14中任意之一所述的麦克风单元，其中，将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就提取的目标频带中的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压在所有方向上都不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

16.一种近讲式的语音输入装置，其中该语音输入装置中安装有根据权利要求1至15中任意之一所述的麦克风单元。

17.根据权利要求16所述的语音输入装置，其中

所述外壳的外形是多面体，并且

在该多面体的一个表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。

18.根据权利要求16或17所述的语音输入装置，其中所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距为5.2mm或更小。

19.根据权利要求16至18中任意之一所述的语音输入装置，其中所述振动膜由具有60分贝或更大SN比的换能器组成。

20.根据权利要求16至19中任意之一所述的语音输入装置，其中，将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

21.根据权利要求16至20中任意之一所述的语音输入装置，其中，将所述第一通孔和所述第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就提取的目标频带中的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压在所有方向上都不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压。

22.一种信息处理系统，其包括：

根据权利要求1至15中任意之一所述的麦克风单元；以及

分析处理单元，其根据所述电信号对入射到所述麦克风单元的语音执行分析处理。

23.一种用于制造麦克风单元的方法，所述麦克风单元包括：具有内部空间的外壳；提供在所述外壳中的分割部件，该分割部件至少部分地由振动膜组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间和第二空间；以及电信号输出电路，其根据振动膜的振动输出电信号，所述方法包括以下步骤：

将第一通孔和第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就频带小于或等于10kHz的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压；以及

根据所设置的中心距，在外壳中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空间和所述外壳的外部空间经由所述第一通孔彼此连通，而所述第二空间和所述外壳的外部空间经由所述第二通孔彼此连通。

24.一种用于制造麦克风单元的方法，所述麦克风单元包括：具有内部空间的外壳；提供在所述外壳中的分割部件，该分割部件至少部分地由振动膜组成，并且该分割部件将所述内部空间分成第一空间和第二空间；以及电信号输出电路，其根据振动膜的振动输出电信号，所述方法包括以下步骤：

将第一通孔和第二通孔之间的中心距设置为以下范围内的距离，在该范围内，就提取的目标频带中的声音而言，将所述振动膜用作差分麦克风情况下的声压在所有方向上都不超过将所述振动膜用作单麦克风情况下的声压；以及

根据所设置的中心距，在外壳中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空间和所述外壳的外部空间经由所述第一通孔彼此连通，而所述第二空间和所述外壳的外部空间经由所述第二通孔彼此连通。

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