JP2008092183A - マイクロホン装置、および音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製作工程が簡便で、且つ薄いマイクロホン装置、および音響装置を提供する。
【解決手段】 実装基板２の一面２ａにベアチップＢＣ２とＩＣＫａ２とを実装し、実装基板２の他面２ｂにベアチップＢＣ１とＩＣＫａ１とを実装して、ベアチップＢＣ１とＩＣＫａ１の対を覆うようにシールドケースＳＣ１をモジュール基板２の他面２ｂに接着封止し、ベアチップＢＣ２とＩＣＫａ２の対を覆うようにシールドケースＳＣ２をモジュール基板２の一面２ａに接着封止して、音孔Ｆ１は、キャビティＣａ１をモジュール基板２の一面２ａ側の空間に連通させ、音孔Ｆ２は、キャビティＣＡ２をモジュール基板２の他面２ｂ側の空間に連通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロホン装置、および音響装置に関するものである。

従来、マイクロホン装置を収納した様々な音響装置（例えば、インターホン装置、携帯電話等）があり、これらの音響装置に収納されるマイクロホン装置には複数のマイクロホンをモジュール基板に実装したものがある。

モジュール基板に実装されるマイクロホンは、図２１に示すように、ＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）技術を用いて形成されたマイクロホンのベアチップＢＣとＩＣＫｐとを基板１００上の一面にダイボンディングし、次に、ベアチップＢＣ、ＩＣＫｐ、基板１００上の配線パターン（図示無し）の各間をワイヤＷで接続し（ワイヤボンティング）、次に、底面に音孔Ｆ１００を設けたシールドケースＳＣを、導電性接着剤をリフローすることによる接着、または半田をリフローすることによる接着によってベアチップＢＣとＩＣＫｐの対を覆うように基板１００上に接着封止することで製作されるマイクロホンパッケージＭＰ１００が用いられていた。（例えば、非特許文献１参照）。
三宅常之、「Cover Story MEMS大量生産時代に」、日経マイクロデバイス、日経ＢＰ社、２００６年８月１日、８月号、ｐ．４９〜５２

しかしながら、上記従来のマイクロホン装置は、マイクロホンパッケージＭＰ１００をモジュール基板に実装するために半田のリフロー工程が必要であった。

また、２方向に指向性を有するマイクロホン装置を実現するために、上記マイクロホンパッケージＭＰ１００をモジュール基板の両面に実装した場合、マイクロホン装置の厚さｔ１００は、マイクロホンパッケージＭＰ１００の厚さｔ１０１、モジュール基板の厚さｔ１０２、マイクロホンパッケージＭＰ１００をモジュール基板に接着するための半田の厚さｔ１０３とすると、［ｔ１００＝ｔ１０１×２＋ｔ１０２＋ｔ１０３×２］となり、マイクロホンパッケージＭＰ１００の厚さｔ１０１、および半田の厚さｔ１０２によって厚いものになると考えられる。具体的には、マイクロホンパッケージＭＰ１００の厚さｔ１０１が１．０〜１．５ｍｍ、モジュール基板の厚さｔ１０２が０．５ｍｍ、半田の厚さｔ１０３が０．２ｍｍとすると、このようなマイクロホン装置の厚さｔ１００は２．９〜３．９ｍｍになると推測される。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、製作工程が簡便で、且つ薄いマイクロホン装置、および音響装置を提供することにある。

請求項１の発明は、１つの実装基板と、実装基板に実装されて音響信号を電気信号に変換する１乃至複数の第１のベアチップと、実装基板に取り付けられて、実装基板とともに第１のベアチップを内包する第１のキャビティを形成する第１のキャップ体と、第１のキャビティを形成する実装基板または第１のキャップ体に穿設されて、第１のキャビティを外部に連通させる第１の音孔と、実装基板に実装されて音響信号を電気信号に変換する１乃至複数の第２のベアチップと、実装基板に取り付けられて、実装基板とともに第２のベアチップを内包する第２のキャビティを形成する第２のキャップ体と、第２のキャビティを形成する実装基板または第２のキャップ体に穿設されて、第２のキャビティを外部に連通させる第２の音孔とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、マイクロホン装置において、従来のようにマイクロホンパッケージをモジュール基板に実装するためのリフロー工程は必要なく、製作工程が簡便となり、さらには薄型化を実現することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１，第２のベアチップは前記実装基板の一面に実装され、前記第１の音孔は前記第１のキャップに穿設され、前記第２の音孔は実装基板に穿設されて、第１のベアチップは実装基板の一面側から入力される音声を集音し、第２のベアチップは実装基板の他面側から入力される音声を集音することを特徴とする。

この発明によれば、互いに逆方向となる実装基板の両面方向に指向性を有するので、実装基板の両面から入射する音声を個別に集音でき、さらには実装基板の同一面に第１，第２のベアチップを実装するので、薄型化の効果が高くなる。

請求項３の発明は、請求項１において、前記第２のベアチップは前記実装基板の一面に実装され、前記第１のベアチップは前記実装基板の他面に実装され、前記第１，第２の音孔は実装基板に穿設されて、第１のベアチップは実装基板の一面側から入力される音声を集音し、第２のベアチップは実装基板の他面側から入力される音声を集音することを特徴とする。

この発明によれば、互いに逆方向となる実装基板の両面方向に指向性を有するので、実装基板の両面から入射する音声を個別に集音でき、また、実装基板の異なる面に第１，第２のベアチップを各々実装するので、マイクロホン装置をハウジングに組み込む際に設計許容度が高くなる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、第１のベアチップが出力する電気信号を入力とする第１のインピーダンス変換回路を、前記第１のキャビティ内で実装基板に実装し、第２のベアチップが出力する電気信号を入力とする第２のインピーダンス変換回路を、前記第２のキャビティ内で実装基板に実装することを特徴とする。

この発明によれば、キャビティ内にインピーダンス変換回路を配置することで、外来ノイズの影響を低減して、感度を向上させることができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれか記載のマイクロホン装置と、当該マイクロホン装置に設けた第１，第２のベアチップで集音した各音声信号に演算処理を施して外部へ伝達する音声処理手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、音響装置において、従来のようにマイクロホンパッケージをモジュール基板に実装するためのリフロー工程は必要なく、マイクロホン装置の製作工程が簡便となり、さらには音響装置自体の薄型化を実現することができる。また、音声処理手段によって、特定方向からの音のみを強調したり、あるいは特定方向からの音に対して感度を低くすることができる。

請求項６の発明は、外部から伝達された音声情報を出力するスピーカを収納したハウジングを備えて、第１の音孔をスピーカの振動板に対向して配置し、第２の音孔をスピーカの出力方向に向かって配置した請求項２または３記載のマイクロホン装置と、第２のベアチップで集音した音声信号から第１のベアチップで集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理手段とをハウジング内に配置したことを特徴とする。

この発明によれば、音響装置において、従来のようにマイクロホンパッケージをモジュール基板に実装するためのリフロー工程は必要なく、マイクロホン装置の製作工程が簡便となり、さらには音響装置自体の薄型化を実現することができる。また、音声処理手段によって、スピーカが発する音をマイクロホン装置が拾うことで発生するハウリングを防止することができる。

以上説明したように、本発明では、マイクロホン装置および音響装置において、製作工程が簡便となり、さらには薄型化を実現することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態のマイクロホン装置ＭＭ１の構成を示し、図２（ａ）〜（ｅ）にその製作工程を示す。

まず、マイクロホン装置ＭＭ１に用いられるマイクロホンのベアチップＢＣは、ＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）技術を用いてシリコンウェハー上に複数形成されたベアチップＢＣを個片に分離することで形成される（図２（ａ））。このベアチップＢＣは、図４に示すように、シリコン基板１ｂに穿設した孔１ｃを塞ぐようにシリコン基板１ｂの一面側にＳｉ薄膜１ｄが形成され、このＳｉ薄膜１ｄとの間にエアーギャップ１ｅを介して電極１ｆが形成され、さらに音声信号を出力するパッド１ｇが設けられており、シリコン基板１ｂの他面側（図４中の下側）を集音面とするコンデンサ型のシリコンマイクロホンを構成している。そして、外部からの音響信号がＳｉ薄膜１ｄを振動させることで、Ｓｉ薄膜１ｄと電極１ｆとの間の静電容量が変化して電荷量が変化し、この電荷量の変化に伴ってパッド１ｇ，１ｇから音響信号に応じた電流が流れる。

そして、このベアチップＢＣをＩＣＫａと対にして、ＦＲ−４で形成されたモジュール基板２（図２（ｂ））に実装していくのであるが、以下、この製作工程について説明する。まず、モジュール基板２はその一面２ａおよび他面２ｂを実装面とし、ベアチップＢＣ１（第１のベアチップ）とＩＣＫａ１とを一対にしてモジュール基板２の他面２ｂにダイボンディングし、ベアチップＢＣ２（第２のベアチップ）とＩＣＫａ２とを一対にしてモジュール基板２の一面２ａにダイボンディングし、ベアチップＢＣ１，ＢＣ２の各Ｓｉ薄膜１ｄが、モジュール基板２に穿設した音孔Ｆ１（第１の音孔），Ｆ２（第２の音孔）に各々対向するように、ベアチップＢＣ１，ＢＣ２の各シリコン基板１ｂがモジュール基板２上に固定される（図２（ｃ））。このダイボンディング工程では、モジュール基板２上のベアチップＢＣの外周部分、およびＩＣＫａの実装箇所にダイボンディング材を塗布した後、ダイボンディング材上にベアチップＢＣ、ＩＣＫａが実装される。

次に、モジュール基板２の両面２ａ，２ｂにおいて、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１、モジュール基板２上の配線パターン（図示無し）の各間、およびベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２、モジュール基板２上の配線パターン（図示無し）の各間をワイヤＷで各々接続（ワイヤボンティング）する（図２（ｄ））。

次に、ベアチップＢＣ１とＩＣＫａ１の対を覆うように、１つの面を開口したシールドケースＳＣ１（第１のキャップ体）の開口周縁の鍔部ＳＣａをモジュール基板２の他面２ｂに接着封止し、さらにベアチップＢＣ２とＩＣＫａ２の対を覆うように、１つの面を開口したシールドケースＳＣ２（第２のキャップ体）の開口周縁の鍔部ＳＣａをモジュール基板２の一面２ａに接着封止する（図２（ｅ））。このシールドケースＳＣ（シールドケースＳＣ１またはＳＣ２）の接着封止工程は、モジュール基板２上のシールドケースＳＣの実装箇所に導電性接着剤を塗布した後、シールドケースＳＣの鍔部ＳＣａを実装してリフローすることでなされる。そして、シールドケースＳＣは、導電性接着剤を介してモジュール基板２上のグランド電位に接続されているので、シールド効果が向上し、キャビティＣａ内に配置したベアチップＢＣ、ＩＣＫａに対する外来ノイズの影響を低減して、感度を向上させることができる。

上記のように構成されたマイクロホン装置ＭＭ１において、シールドケースＳＣ１は、その内面とモジュール基板２の他面２ｂとで、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１を内包する空間であるキャビティＣａ１（第１のキャビティ）を形成し、シールドケースＳＣ２は、その内面とモジュール基板２の一面２ａとで、ベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２を内包する空間であるキャビティＣａ２（第２のキャビティ）を形成している。そして、音孔Ｆ１は、キャビティＣａ１をモジュール基板２の一面２ａ側の空間に連通させ、音孔Ｆ２は、キャビティＣＡ２をモジュール基板２の他面２ｂ側の空間に連通させている。

このように、マイクロホン装置ＭＭ１は、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１、シールドケースＳＣ１、音孔Ｆ１で構成されるマイクロホン部Ｍ１と、ベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２、シールドケースＳＣ２、音孔Ｆ２で構成されるマイクロホン部Ｍ２との２つのマイクロホン部を備えたものとなる。そして、マイクロホン部Ｍ１は、モジュール基板２の一面２ａ側から音孔Ｆ１を介して伝達される音響信号に対して高い指向性を有し、マイクロホン部Ｍ２は、モジュール基板２の他面２ｂ側から音孔Ｆ２を介して伝達される音響信号に対して高い指向性を有しており、互いに逆方向となるモジュール基板２の両面方向に指向性を有するものになる。

図３（ａ）は、マイクロホン装置ＭＭ１を、モジュール基板２の一面２ａ側から見た平面図であり、モジュール基板２は、マイクロホン部Ｍ１を配置する矩形部２ｆと、マイクロホン部Ｍ２を配置する矩形部２ｇと、矩形部２ｆ，２ｇ間を連結する連結部２ｈとで構成され、矩形部２ｇは矩形部２ｆより大きく形成される。そして、矩形部２ｇの縁部に沿って、負電源パッドＰ１，正電源パッドＰ２，出力１パッドＰ３，出力２パッドＰ４が設けられている。

そして、図３（ｂ）に示すように、負電源パッドＰ１には外部から供給される電源電圧の負側、正電源パッドＰ２には電源電圧の正側が接続されて、モジュール基板２上の配線パターンを介してマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２に電源を供給している。また、出力１パッドＰ３からは、マイクロホン部Ｍ１が集音した音声信号がモジュール基板２上の配線パターンを介して出力され、出力２パッドＰ４からは、マイクロホン部Ｍ２が集音した音声信号がモジュール基板２上の配線パターンを介して出力される。なお、出力パッドＰ３，Ｐ４から出力される音声信号のグランドは、負電源パッドＰ１で兼用される。

このように、マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の電源を共通の負電源パッドＰ１、正電源パッドＰ２から供給し、さらにマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の各出力のグランドを負電源パッドＰ１で兼用することで、パッドの数を減らすことができ、構成が簡単になる。

次に、マイククロホンモジュールＭＭ１の動作について説明する。

まず、集音した音響信号に応じてベアチップＢＣ１，ＢＣ２から流れる各電流は、ＩＣＫａ１，Ｋａ２によってインピーダンス変換されるとともに電圧信号に変換され、音声信号として出力１パッドＰ３、出力２パッドＰ４から各々出力される。

ＩＣＫａ（ＩＣＫａ１またはＫａ２）は、図５の回路構成を備えており、電源パッドＰ１，Ｐ２から供給される電源電圧＋Ｖ（例えば５Ｖ）を定電圧Ｖｒ（例えば１２Ｖ）に変換するチップＩＣからなる定電圧回路Ｋｂを備えており、抵抗Ｒ１１とベアチップＢＣ（ベアチップＢＣ１またはＢＣ２）との直列回路に定電圧Ｖｒが印加され、抵抗Ｒ１１とベアチップＢＣとの接続中点はコンデンサＣ１１を介してジャンクション型のＪ−ＦＥＴ素子Ｓ１１のゲート端子に接続される。Ｊ−ＦＥＴ素子Ｓ１１のドレイン端子は動作電源＋Ｖに接続され、ソース端子は抵抗Ｒ１２を介して電源電圧の負側に接続される。ここで、Ｊ−ＦＥＴ素子Ｓ１１は電気インピーダンスの変換用であり、このＪ−ＦＥＴ素子Ｓ１１のソース端子の電圧が音声信号として出力される。なお、ＩＣＫａのインピーダンスの変換回路は、上記構成に限定されるものではなく、例えばオペアンプによるソースフォロワ回路の機能を有する回路であってもよく、または必要に応じてＩＣＫａ内に音声信号の増幅回路を設けてもよい。

上記のように構成されたマイクロホン装置ＭＭ１は、従来のマイクロホンパッケージＭＰ１００をモジュール基板に実装するための半田や、マイクロホンパッケージＭＰ１００の基板１００等が必要なく（図２１参照）、マイクロホン装置ＭＭ１の厚さｔ１は、シールドケースＳＣの厚さｔ２、モジュール基板２の厚さｔ３とすると、［ｔ１＝ｔ２×２＋ｔ３］となる。具体的には、シールドケースＳＣの厚さｔ２が０．７５ｍｍ、モジュール基板２の厚さｔ３が０．５ｍｍであり、マイクロホン装置ＭＭ１の厚さｔ１は２．０ｍｍとなり、従来のマイクロホン装置の厚さｔ１００＝２．９〜３．９ｍｍに比べて薄型化を実現している。

また、従来のようにマイクロホンパッケージＭＰ１００をモジュール基板に実装するためのリフロー工程は必要なく、製作工程が簡便となる。

なお、マイクロホン部Ｍ１に設けられるベアチップＢＣ１の数、およびマイクロホン部Ｍ２に各々設けられるベアチップＢＣ２の数は各々１つに限定されるものではなく、マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２に各々複数のベアチップＢＣ１，ＢＣ２を設けて、上記同様の処理を行ってもよい。

（実施形態２）
図６は本実施形態のマイクロホン装置ＭＭ２の構成を示し、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず、モジュール基板２の一面２ａには、ベアチップＢＣ１（第１のベアチップ）とＩＣＫａ１、およびベアチップＢＣ２（第２のベアチップ）とＩＣＫａ２とがダイボンディングされている。そして、モジュール基板２の一面２ａにおいて、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１、モジュール基板２上の配線パターン（図示無し）の各間、およびベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２、モジュール基板２上の配線パターン（図示無し）の各間をワイヤＷで各々接続している（ワイヤボンティング）。

そして、ベアチップＢＣ１とＩＣＫａ１の対を覆うように、１つの面を開口したシールドケースＳＣ１（第１のキャップ体）の開口周縁の鍔部ＳＣａをモジュール基板２の一面２ａに接着封止し、さらにベアチップＢＣ２とＩＣＫａ２の対を覆うように、１つの面を開口したシールドケースＳＣ２（第２のキャップ体）の開口周縁の鍔部ＳＣａをモジュール基板２の一面２ａに接着封止する。

上記のように構成されたマイクロホン装置ＭＭ２において、シールドケースＳＣ１は、その内面とモジュール基板２の一面２ａとで、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１を内包する空間であるキャビティＣａ１（第１のキャビティ）を形成し、シールドケースＳＣ２は、その内面とモジュール基板２の一面２ａとで、ベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２を内包する空間であるキャビティＣａ２（第２のキャビティ）を形成している。

そして本実施形態では、シールドケースＳＣ１の底面に穿設した音孔Ｆ３（第１の音孔）が、キャビティＣａ１をモジュール基板２の一面２ａ側の空間に連通させ、モジュール基板２に穿設した音孔Ｆ２（第２の音孔）は、キャビティＣａ２をモジュール基板２の他面２ｂ側の空間に連通させている。

このように、マイクロホン装置ＭＭ２は、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１、シールドケースＳＣ１、音孔Ｆ３で構成されるマイクロホン部Ｍ１と、ベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２、シールドケースＳＣ２、音孔Ｆ２で構成されるマイクロホン部Ｍ２との２つのマイクロホン部を備えたものとなる。そして、マイクロホン部Ｍ１は、モジュール基板２の一面２ａ側から音孔Ｆ３を介して伝達される音響信号に対して高い指向性を有し、マイクロホン部Ｍ２は、モジュール基板２の他面２ｂ側から音孔Ｆ２を介して伝達される音響信号に対して高い指向性を有しており、互いに逆方向となるモジュール基板２の両面方向に指向性を有するものになる。

上記のように構成されたマイクロホン装置ＭＭ２は、モジュール基板２の一面２ａにマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の両方を実装しているので、マイクロホン装置ＭＭ２の厚さｔ１０は、シールドケースＳＣの厚さｔ２、モジュール基板２の厚さｔ３とすると、［ｔ１０＝ｔ２＋ｔ３］となり、実施形態１のマイクロホン装置ＭＭ１の厚さ［ｔ１＝ｔ２×２＋ｔ３］よりもさらに薄くできる。具体的には、シールドケースＳＣの厚さｔ２が０．７５ｍｍ、モジュール基板２の厚さｔ３が０．５ｍｍであり、マイクロホン装置ＭＭ２の厚さｔ１０は１．２５ｍｍとなる。

（実施形態３）
実施形態１，２において、１つのマイクロホン装置ＭＭ（マイクロホン装置ＭＭ１またはＭＭ２）は、１つのマイクロホン部ＭＭ１と１つのマイクロホン部Ｍ２とを備えているが、１つのマイクロホン装置ＭＭが、複数のマイクロホン部ＭＭ１，複数のマイクロホン部ＭＭ２を備えてもよい。

例えば、図７に示すように、モジュール基板２上に複数のマイクロホン部Ｍ（マイクロホン部Ｍ１またはＭ２）を実装し、各マイクロホン部Ｍが出力する音声信号は、遅延回路Ｋｃおよび加算回路Ｋｄを備える音声処理部Ｋｅに入力される。

そして、各遅延回路Ｋｃでの遅延時間τを設定することで、特定の方向から入力される音声のみを強調することができ、その遅延時間τは、
［τ＝ｄ・ｃｏｓθ／Ｖｓ］
となる。ここで、音源に最も近いマイクロホン部Ｍは遅延回路を省略でき、ｄは遅延回路を省略したマイクロホン部Ｍからの距離（図７中のｄ１，ｄ２）、θは音声を強調したい方向と実装面との角度、Ｖｓは音速を表す。

すなわち、各マイクロホン部Ｍで集音した音声信号の位相を遅延回路Ｋｃによって互いに同位相に合わせ、同位相の各音声信号を加算回路Ｋｄで加算することで、θ方向から入力された音声のみが強調されるのである。また、マイクロホン部Ｍの数が多いほど、またマイクロホン部Ｍ同士の間隔が広いほど、指向性、Ｓ／Ｎ比が良好になる。なお、信号処理によって、特定の方向から入力される音声のみを弱めることも可能である。

また、図８（ａ）（ｂ）に示すように、モジュール基板２上に複数のマイクロホン部Ｍを縦・横に整列して実装すれば、各マイクロホン部Ｍが出力する音声信号に対して上記遅延処理、加算処理を行うことで、任意の方向から入力された音声のみを強調したり、弱めることが可能となる。

なお、図７、図８中のＦは、モジュール基板２に穿設された音孔Ｆ１またはＦ２を示す。

（実施形態４）
本実施形態の音響装置たる通話装置Ａは図９〜図１１に示され、ハウジングＡ１内に、スピーカＳＰ、実施形態１のマイクロホン装置ＭＭ１、通話スイッチＳＷ１、音声処理部１０を備える。

音声処理部１０は、図１１に示すように、通信部１０ａ、エコーキャンセル部１０ｂ，１０ｃ、増幅部１０ｄ、信号処理部１０ｅを備えたＩＣで構成され、ハウジングＡ１内に配置される。他の部屋等に設置されている通話装置Ａから情報線Ｌ２を介して送信された音声信号は、通信部１０ａで受信され、エコーキャンセル部１０ｂを介して増幅部１０ｄで増幅された後、スピーカＳＰから出力される。また、通話スイッチＳＷ１を操作することで通話可能状態となり、マイクロホン装置ＭＭ１から入力された各音声信号は信号処理部１０ｅで後述する信号処理を施された後、エコーキャンセル部１０ｃを通過し、通信部１０ａから情報線Ｌ２を介して他の部屋等に設置されている通話装置Ａへ送信される。すなわち、部屋間で双方向の通話が可能なインターホンとして機能するものである。なお、通話装置Ａの電源は、設置場所の近傍に設けたコンセントから供給されるか、あるいは情報線Ｌ２を介して供給されてもよい。

スピーカＳＰは、図１０に示すように、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＰＣＥＮ）、電磁軟鉄（ＳＵＹ）等の厚み０．８ｍｍ程度の鉄系材料で形成されて一端を開口した円筒状のヨーク２０を具備し、ヨーク２０の開口端から外側に向かって円形の支持体２１が延設されている。

ヨーク２０の筒内にはネオジウムで形成された円柱型永久磁石２２（例えば、残留磁束密度１．３９Ｔ〜１．４３Ｔ）を配置し、ドーム型の振動板２３の外周側の縁部が支持体２１の縁端面に固定されている。

振動板２３は、ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）またはＰＥＩ（Polyetherimide）等の熱可塑性プラスチック（例えば、厚み１２μｍ〜３５μｍ）で形成される。振動板２３の背面には筒状のボビン２４が固定されており、このボビン２４の後端にはクラフト紙の紙管にポリウレタン銅線（例えば、φ０．０５ｍｍ）を巻回することによって形成されたボイスコイル２５が設けられている。ボビン２４およびボイスコイル２５は、ボイスコイル２５がヨーク２０の開口端に位置するように設けられており、ヨーク２０の開口端近傍を前後方向に自在に移動する。

ボイスコイル２５のポリウレタン銅線に音声信号を入力すると、この音声信号の電流と永久磁石２２の磁界とにより、ボイスコイル２５に電磁力が発生するため、ボビン２４が振動板２３を伴なって前後方向に振動させられる。このとき、振動板２３から音声信号に応じた音が発せられる。すなわち、動電型のスピーカＳＰが構成される。

そして、スピーカＳＰの振動板２３が対向するハウジングＡ１の前面内側には、リブ１１が形成されており、スピーカＳＰの円形の支持体２１の外周端部から前面側に突出した凸部２１ａの端面がリブ１１に当接し、振動板２３がハウジングＡ１の前面に内側から対向する状態でスピーカＳＰが固定される。

次に、マイクロホン装置ＭＭ１の配置について説明する。図１０に示すように、マイクロホン装置ＭＭ１は、モジュール基板２の他面２ｂをハウジングＡ１の前面内側に沿って配置される。そして、モジュール基板２に穿設したマイクロホン部Ｍ１の音孔Ｆ１はスピーカＳＰの振動板２３に対向している。またスピーカＳＰ、ハウジングＡ１の前面には複数の音孔１４が穿設されており、モジュール基板２に穿設したマイクロホン部Ｍ２の音孔Ｆ２はスピーカＳＰの出力方向に向かって形成され、音孔１４を介して通話装置Ａの前方に面している。すなわち、マイクロホン部Ｍ１は、音孔Ｆ１を介して伝達されるスピーカＳＰからの音声に対して高い指向性を有し、マイクロホン部Ｍ２は、音孔Ｆ２を介して伝達される、通話装置Ａの前方に位置する話者からの音声に対して高い指向性を有するのである。さらに、スピーカＳＰの中心から各マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の中心までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、Ｘ１＜Ｘ２となる。

このように構成された通話装置Ａは、マイクロホン装置ＭＭ１の厚さｔ１が薄いことで、ハウジングＡ１も薄くでき、通話装置Ａ自体の薄型化を図ることができる。また、マイクロホン装置ＭＭ１は、モジュール基板２の両面２ａ，２ｂにマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２を各々実装しているので、モジュール基板２の一方の面にマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の両方を実装する場合に比べて、マイクロホン装置ＭＭ１をハウジングＡ１に組み込む際の設計許容度が高くなる。

そして、本実施形態では、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止するために、以下の構成を備えている。

まず、音声処理部１０に収納されている信号処理部１０ｅは、図１２に示すように、マイクロホン部Ｍ１のアナログ出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３０と、Ａ／Ｄ変換部３０の出力から音声帯域（３００〜４０００Ｈｚ）以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター３１と、バンドパスフィルター３１の出力を減衰させる減衰部３２と、減衰部３２の出力を遅延させる遅延回路３３と、マイクロホン部Ｍ２のアナログ出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３４と、Ａ／Ｄ変換部３４の出力から音声帯域以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター３５と、バンドパスフィルター３５の出力を反転させて遅延回路３３の出力に加算する加算回路３６と、加算回路３６の出力をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路３７とを備える。

図１３〜図１７は、音声処理部１０の各部の音声信号波形を示す。なお、Ａ／Ｄ変換部３０，３４、バンドパスフィルター３１，３５、減衰部３２、遅延回路３３、加算回路３６の各出力はデジタル信号であるが、説明のため各波形はアナログ波形で示している。

まず、マイクロホン部Ｍ１は、スピーカＳＰが発する音声に対して高い指向性を有するとともに、マイクロホン部Ｍ２よりもスピーカＳＰに近い位置に配置されており、スピーカＳＰが発する音声に対するマイクロホン部Ｍ１の出力Ｙ１１の振幅は、スピーカＳＰが発する音声に対するマイクロホン部Ｍ２の出力Ｙ２１の振幅より大きくなる。

さらに、スピーカＳＰの中心から各マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の中心までの距離Ｘ１，Ｘ２はＸ１＜Ｘ２であるので、スピーカＳＰからの音声に対しては、両マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２とスピーカＳＰとの距離の差（Ｘ２−Ｘ１）に相当する音波の遅延時間［Ｔｄ＝（Ｘ２−Ｘ１）／Ｖｓ］（Ｖｓは音速）だけ、マイクロホン部Ｍ１の出力Ｙ１１に比べてマイクロホン部Ｍ２の出力Ｙ２１の位相が遅れている（図１３（ａ）（ｂ）参照）。

一方、両マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２と話者Ｈとの各距離は等しいとみなせるので、話者Ｈが発する音声に対しては、両マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の各出力Ｙ１１，Ｙ２１は、略同一位相となる。

上記のように両マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２で集音された音声信号は、Ａ／Ｄ変換部３０，３４でデジタル変換された後、バンドパスフィルター３１，３５でノイズを除去した出力Ｙ１２，Ｙ２２に生成される（図１４（ａ）（ｂ）参照）。

次に、前述のようにスピーカＳＰが発する音声に対するマイクロホン部Ｍ１の出力Ｙ１１の振幅は、スピーカＳＰが発する音声に対するマイクロホン部Ｍ２の出力Ｙ２１の振幅より大きいので、減衰部３２は出力Ｙ１２を減衰させてレベル調整を行ない、スピーカＳＰからの音声に対する両マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の出力レベルを一致させる（図１５（ａ）（ｂ）参照）。

次に、遅延回路３３は、時間遅延素子またはＣＲ位相遅延回路で構成されており、上記遅延時間Ｔｄだけ減衰部３２の出力Ｙ１３を遅延させることで、スピーカＳＰからの音声に対する両マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の位相を一致させる（図１６（ａ）（ｂ）参照）。

次に、加算回路３６は、バンドパスフィルター３５の出力Ｙ２２を反転させた信号Ｙ２３を、遅延回路３３の出力Ｙ１４に加算することで（図１７（ａ）参照）、出力Ｙ１４と出力Ｙ２３との差を出力する差動手段を構成しており、スピーカＳＰからの音声成分が打ち消された出力Ｙａが生成される（図１７（ｂ）参照）。そして、Ｄ／Ａ変換回路３５７からは、出力Ｙａをアナログ変換した音声信号が出力される。

したがって、出力Ｙ１４に含まれるスピーカＳＰからの音声成分と、出力Ｙ２２に含まれるスピーカＳＰからの音声成分とは、上記減衰処理，遅延処理によって同一振幅、同一位相となって、上記加算処理によって互いに打ち消される。すなわち、出力Ｙａでは、スピーカＳＰからの音声成分が低減しているのである。

一方、マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２前方の話者Ｈが発する音声に対しては、話者Ｈが発する音声に対して高い指向性を有するマイクロホン部Ｍ２の出力Ｙ２１の振幅が、マイクロホン部Ｍ１の出力Ｙ１１の振幅よりも大きくなる。さらに、マイクロホン部Ｍ１からの信号は減衰回路３２で減衰するので、出力Ｙ２２に含まれる話者Ｈからの音声成分は、出力Ｙ１３に含まれる話者Ｈからの音声成分よりさらに大きくなる。すなわち、出力Ｙ１３に含まれる話者Ｈからの音声成分と、出力Ｙ２２に含まれる話者Ｈからの音声成分との振幅差は大きくなり、加算回路３６で上記加算処理を施しても、出力Ｙａには、話者Ｈが発する音声に応じた信号が十分な振幅を維持した状態で残る。

なお、マイクロホン部Ｍ１からの信号は遅延回路３３による遅延処理が施されるので、話者Ｈが発する音声は、マイクロホン部Ｍ１の信号とマイクロホン部Ｍ２の信号とで遅延時間Ｔｄだけずれるが、遅延時間Ｔｄはμｓｅｃ単位であり、通話先の人の耳では、このμｓｅｃ単位のずれを識別することはできない。すなわち、人の耳に伝達される音声信号としては問題ない。

以上のようにして加算回路３６の出力ＹａではスピーカＳＰからの音声成分が低減されて、通話装置Ａ前方の話者Ｈからマイクロホン装置ＭＭ１に向って発した音声成分は残っており、出力Ｙａでは、残したい話者Ｈからの音声成分と、低減したいスピーカＳＰからの音声成分との相対的な差が大きくなる。すなわち、話者Ｈからの音声とスピーカＳＰからの音声とが同時に発生している場合でも、話者Ｈからの音声成分は十分な振幅を維持しながらスピーカＳＰからの音声成分のみが低減されるので、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止することができるのである。

次に、Ｄ／Ａ変換回路３７が出力する音声信号はエコーキャンセル部１０ｃに出力され、エコーキャンセル部１０ｂ，１０ｃ（図１１参照）では、以下の処理を行うことでさらなるハウリング防止を図っている。

まず、エコーキャンセル部１０ｃは、エコーキャンセル部１０ｂの出力を参照信号として取り込み、信号処理部１０ｅの出力に対して演算を施すことにより、スピーカＳＰからマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２に回り込んだ音声信号をさらにキャンセリングする。一方、エコーキャンセル部１０ｂも、エコーキャンセル部１０ｃの出力を参照信号として取り込み、通信部１０ａの出力に対して演算を施すことにより、通話先の相手側でのスピーカからマイクロホンへの音声信号の回り込みをキャンセリングする。

具体的には、エコーキャンセル部１０ｂ，１０ｃは、スピーカＳＰ−マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２−信号処理部１０ｅ−エコーキャンセル部１０ｃ−通信部１０ａ−エコーキャンセル部１０ｂ−増幅部１０ｄ−スピーカＳＰで構成されるループ回路内に設けた可変損失手段（図示無し）での損失量を調節することにより、ループゲインが１以下となるようにしてハウリングを防止するのである。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。

（実施形態５）
モジュール基板２の一面２ａにマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の両方を実装した実施形態２のマイクロホン装置ＭＭ２を用いた通話装置Ａを図１８、図１９に示す。

本実施形態では、ハウジングＡ１の前面内側は、図１９に示すように、内壁部１２と外壁部１３とを有する二重構造となっており、マイクロホン装置ＭＭ２は、ハウジングＡ１前面の内壁部１２と外壁部１３との間で、モジュール基板２の一面２ａを内壁部１３の前面に沿って配置される。また、ハウジングＡ１の前面（内壁部１２，外壁部１３）には複数の音孔１４が穿設されている。

そして、マイクロホン部Ｍ１は内壁部１２の開口を挿通してスピーカＳＰに面しており、シールドケースＳＣ１の底面に穿設したマイクロホン部Ｍ１の音孔Ｆ３はスピーカＳＰの振動板２３に対向し、モジュール基板２に穿設したマイクロホン部Ｍ２の音孔Ｆ２はスピーカＳＰの出力方向に向かって形成されて、外壁部１３の音孔１４を介して通話装置Ａの前方に面している。すなわち、マイクロホン部Ｍ１は、音孔Ｆ３を介して伝達されるスピーカＳＰからの音声に対して高い指向性を有し、マイクロホン部Ｍ２は、音孔Ｆ２を介して伝達される、通話装置Ａの前方に位置する話者からの音声に対して高い指向性を有するのである。さらに、スピーカＳＰの中心から各マイクロホン部Ｍ１，Ｍ２の中心までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、Ｘ１＜Ｘ２となる。

本実施形態においても、音声処理部１０が実施形態４と同様の処理を行うことで、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホン部Ｍ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止することができる。

また、マイクロホン装置ＭＭ２はマイクロホン装置ＭＭ１よりも薄く形成されるので、ハウジングＡ１もさらに薄くでき、通話装置Ａ自体のさらなる薄型化が可能となる。

（実施形態６）
本発明の通話装置を用いた配線システム例について以下説明する。

まず、図２０に示すように建物内の適所において埋め込み配設している１乃至複数のスイッチボックス８２を設け、各スイッチボックス８２間に壁面内に先行配線した電力線Ｌ１と、情報線Ｌ２とを送り配線するとともに、始端のスイッチボックス８２に対しては、配線盤８１内の主幹ブレーカＭＢと分岐ブレーカＢＢとを介して屋内に引き込まれた電力線Ｌ１を導入し、また外部のインターネット網ＮＴにゲートウェイＧＷ（ルータ、ハブ内蔵）を介して接続されている情報線Ｌ２を導入してある。ここでスイッチボックス８２には室内の天井面のようなハイポジションＨＰに設けられるものと、壁スイッチ等で推奨される高さ位置のミドルポジションＭＰに設けられるものと、足元付近のローポジションＬＰに設けられるものとに区分される。

これらのスイッチボックス８２内には、基本機能モジュール９０を接続するゲート装置８３が取り付けられており、ゲート装置８３は電力線Ｌ１、情報線Ｌ２を接続する接続端子部及び送り配線用の接続端子部を設けており、前面部には、送られてきた電力線Ｌ１と電気的に接続されている接触部を備えた電力路接続口８３ａと、送られてきた情報線Ｌ２と電気的に接続されている情報路接続口８３ｂとを備えている。この接続口８３ａ，８３ｂは両者間の間隔及び内部の接触部の配列、開口部の形状等がシステムとして規格化されており、このゲート装置８３の前面部を覆うように基本機能モジュール９０の背面部に設けたコネクタが各接続口８３ａ，８３ｂに着脱自在に結合されるようになっている。

基本機能モジュール９０は、後述する拡張機能モジュール９１とで機能装置を構成するもので、基本機能モジュール９０、拡張機能モジュール９１の各両側面には、内部の接触部の配列、開口部の形状等がシステムとして規格化された電力路コネクタ、情報路コネクタを設けており、基本機能モジュール９０と拡張機能モジュール９１、または拡張機能モジュール９１同士は上記電力路コネクタ、情報路コネクタを介して着脱自在に結合されるようになっている。したがって、基本機能モジュール９０や拡張機能モジュール９１の追加や削除に特別な施工が不要となり、そのため一般ユーザーの好みに合わせて拡張機能モジュール９１を基本機能モジュール９０に連結するだけで、拡張性が確保される。

上記基本機能モジュール９０、拡張機能モジュール９１は、機能によって複数の種類が準備されており、例えば図２０に示すように建物内の適所において埋め込み配設している１乃至複数のスイッチボックス８２の内、ハイポジションＨＰに設けられたスイッチボックス８２のゲート装置８３には、引掛栓刃接続部Ｎ１を備えた基本機能モジュール９０や、スピーカＮ３のみを備えてＢＧＭ用の機能等を有する基本機能モジュール９０が接続され、さらに基本機能モジュール９０には人感センサＮ２等が設けられた拡張機能モジュール９１等が連結される。

ミドルポジションＭＰに設けられたスイッチボックス８２のゲート装置８３には照明器具をオン／オフする壁スイッチＮ４を構成する基本機能モジュール９０や、モニタ装置Ｎ５を備えた基本機能モジュール９０が接続され、さらに基本機能モジュール９０には時計Ｎ６を有する拡張機能モジュール９１や、インターホン機能を有する拡張機能モジュール９１ａ（以降、通話モジュール９１ａと称す）が連結される。

さらにローポジションＬＰに設けられたスイッチボックス８２のゲート装置８３には電源コンセント部Ｎ７を備えた基本機能モジュール９０や、スピーカＮ３を備えた基本機能モジュール９０が接続され、さらに基本機能モジュール９０には足元灯Ｎ８を構成する拡張機能モジュール０１が連結される。

以上のようにして配設施工が終了し、システムが完成した後は、対応する基本機能モジュール９０、拡張機能モジュール９１間で情報信号の授受を行い、通話モジュール９１ａであれば他の部屋の通話モジュールとの間でインターホンシステムを構成し、両者間での通話を可能とするとともに、警報報知等を行う。

ここで、通話モジュール９１ａに、マイクロホン装置ＭＭ１またはマイクロホン装置ＭＭ２を上記実施形態４，５の通話装置Ａと同様に設けることで、通話モジュール９１ａの薄型化を実現できる。

実施形態１のマイクロホン装置の側面断面図である。 （ａ）〜（ｅ）同上の製作工程を示す側面断面図である。 同上のパッドの構成を示す（ａ）簡略化した平面図、（ｂ）簡略化した回路図である。 同上のベアチップの側面断面図である。 同上のインピーダンス変換回路の回路図である。 実施形態２のマイクロホン装置の側面断面図である。 実施形態３のマイクロホン装置の一部構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の構成の一例を示す図である。 実施形態４の通話装置の斜視図である。 同上の通話装置の一部側面断面図である。 同上の通話装置の回路構成図である。 同上の信号処理部の回路構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 実施形態５の通話装置の斜視図である。 同上の通話装置の一部側面断面図である。 実施形態６の配線システムの構成図である。 従来のマイクロホンパッケージを示す側面断面図である。

符号の説明

ＭＭ１ マイクロホン装置
Ｍ１，Ｍ２ マイクロホン部
ＢＣ１，ＢＣ２ ベアチップ
Ｆ１，Ｆ２ 音孔
Ｋａ１，Ｋａ２ ＩＣ
ＳＣ１，ＳＣ２ シールドケース
ＣＡ１，ＣＡ２ キャビティ
２ モジュール基板
２ａ 一面
２ｂ 他面

Claims (6)

1. １つの実装基板と、
   実装基板に実装されて音響信号を電気信号に変換する１乃至複数の第１のベアチップと、
   実装基板に取り付けられて、実装基板とともに第１のベアチップを内包する第１のキャビティを形成する第１のキャップ体と、
   第１のキャビティを形成する実装基板または第１のキャップ体に穿設されて、第１のキャビティを外部に連通させる第１の音孔と、
   実装基板に実装されて音響信号を電気信号に変換する１乃至複数の第２のベアチップと、
   実装基板に取り付けられて、実装基板とともに第２のベアチップを内包する第２のキャビティを形成する第２のキャップ体と、
   第２のキャビティを形成する実装基板または第２のキャップ体に穿設されて、第２のキャビティを外部に連通させる第２の音孔と、
   を備えることを特徴とするマイクロホン装置。
2. 前記第１，第２のベアチップは前記実装基板の一面に実装され、
   前記第１の音孔は前記第１のキャップに穿設され、前記第２の音孔は実装基板に穿設されて、
   第１のベアチップは実装基板の一面側から入力される音声を集音し、第２のベアチップは実装基板の他面側から入力される音声を集音する
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロホン装置。
3. 前記第２のベアチップは前記実装基板の一面に実装され、前記第１のベアチップは前記実装基板の他面に実装され、
   前記第１，第２の音孔は実装基板に穿設されて、
   第１のベアチップは実装基板の一面側から入力される音声を集音し、第２のベアチップは実装基板の他面側から入力される音声を集音する
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロホン装置。
4. 第１のベアチップが出力する電気信号を入力とする第１のインピーダンス変換回路を、前記第１のキャビティ内で実装基板に実装し、
   第２のベアチップが出力する電気信号を入力とする第２のインピーダンス変換回路を、前記第２のキャビティ内で実装基板に実装する
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のマイクロホン装置。
5. 請求項１乃至４いずれか記載のマイクロホン装置と、当該マイクロホン装置に設けた第１，第２のベアチップで集音した各音声信号に演算処理を施して外部へ伝達する音声処理手段とを備えることを特徴とする音響装置。
6. 外部から伝達された音声情報を出力するスピーカを収納したハウジングを備えて、
   第１の音孔をスピーカの振動板に対向して配置し、第２の音孔をスピーカの出力方向に向かって配置した請求項２または３記載のマイクロホン装置と、第２のベアチップで集音した音声信号から第１のベアチップで集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理手段とをハウジング内に配置した
   ことを特徴とする音響装置。

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