JP2008131474A - Voice input device, its manufacturing method and information processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音声入力装置及びその製造方法、並びに、情報処理システムに関する。 The present invention relates to a voice input device, a manufacturing method thereof, and an information processing system.
電話などによる通話や、音声認識、音声録音などに際しては、目的の音声(ユーザの音声)のみを収音することが好ましい。しかし、音声入力装置の使用環境では、背景雑音など目的の音声以外の音が存在することがある。そのため、雑音を除去する機能を有する音声入力装置の開発が進んでいる。 In a telephone call, voice recognition, voice recording, etc., it is preferable to pick up only the target voice (user voice). However, in a usage environment of the voice input device, there may be a sound other than the target voice such as background noise. Therefore, development of a voice input device having a function of removing noise has been advanced.
雑音が存在する使用環境で雑音を除去する技術として、マイクロフォンに鋭い指向性を持たせること、あるいは、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を識別して信号処理により雑音を除去する方法が知られている。 As a technology to remove noise in usage environments where noise exists, the microphone has sharp directivity, or the arrival direction of the sound wave is identified using the difference in the arrival time of the sound wave, and the noise is removed by signal processing. The method is known.
また、近年では、電子機器の小型化が進んでおり、音声入力装置を小型化する技術が重要になっている。
マイクロフォンに鋭い指向性を持たせるためには、多数の振動膜を並べる必要があり、小型化は困難である。 In order to give the microphone a sharp directivity, it is necessary to arrange a large number of vibrating membranes, and miniaturization is difficult.
また、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を精度よく検出するためには、複数の振動膜を、可聴音波の数波長分の1程度の間隔で設置する必要があるため、小型化は困難である。 In addition, in order to accurately detect the direction of arrival of sound waves using the difference in arrival times of sound waves, it is necessary to install a plurality of vibrating membranes at intervals of about one-several wavelengths of audible sound waves. Is difficult.
本発明の目的は、雑音成分を除去する機能を有する接話型の音声入力装置及びその製造方法、並びに、情報処理システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a close-talking voice input device having a function of removing a noise component, a manufacturing method thereof, and an information processing system.
(1)本発明に係る音声入力装置は、
接話型の音声入力装置であって、
第1の振動膜を有する第1のマイクロフォンと、
第2の振動膜を有する第2のマイクロフォンと、
前記第1のマイクロフォンで取得された第1の電圧信号と、前記第2のマイクロフォンで取得された第2の電圧信号との差を示す差分信号を生成する差分信号生成部と、
を含み、
前記第1及び第2の振動膜は、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されている。
(1) A voice input device according to the present invention includes:
A close-talking voice input device,
A first microphone having a first vibrating membrane;
A second microphone having a second vibrating membrane;
A difference signal generation unit that generates a difference signal indicating a difference between the first voltage signal acquired by the first microphone and the second voltage signal acquired by the second microphone;
Including
The first and second diaphragms have a noise intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal. The input audio component included in the difference signal is arranged to be smaller than an input audio intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input audio component included in the first or second voltage signal to the intensity of the input audio component.
この音声入力装置によると、第1及び第2のマイクロフォン(第1及び第2の振動膜)が所定の条件を満たすように配置されている。これによると、第1及び第2のマイクロフォンで取得された第1及び第2の電圧信号の差を示す差分信号を、雑音成分が除去された、入力音声を示す信号とみなすことができる。そのため、本発明によると、差分信号を生成するだけの単純な構成で雑音除去機能を実現することが可能な音声入力装置を提供することができる。 According to this voice input device, the first and second microphones (first and second diaphragms) are arranged so as to satisfy a predetermined condition. According to this, the difference signal indicating the difference between the first and second voltage signals acquired by the first and second microphones can be regarded as a signal indicating the input sound from which the noise component has been removed. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a voice input device capable of realizing a noise removal function with a simple configuration that only generates a differential signal.
なお、この音声入力装置では、差分信号生成部は、第1及び第2の電圧信号に対する解析処理(フーリエ解析処理など)を行うことなく、差分信号を生成する。そのため、差分信号生成部の信号処理負担を軽減し、あるいは、差分信号生成部を非常に簡易な回路によって実現することが可能になる。 In this voice input device, the difference signal generation unit generates a difference signal without performing analysis processing (Fourier analysis processing or the like) on the first and second voltage signals. Therefore, it is possible to reduce the signal processing load of the differential signal generation unit, or to realize the differential signal generation unit with a very simple circuit.
このことから、本発明によると、小型化が可能で、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な音声入力装置を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a voice input device that can be miniaturized and can realize a highly accurate noise removal function.
なお、この音声入力装置では、第1及び第2の振動膜は、雑音成分の位相差成分に基づく強度比が、入力音声成分の振幅に基づく強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。 In this voice input device, the first and second diaphragms may be arranged such that the intensity ratio based on the phase difference component of the noise component is smaller than the intensity ratio based on the amplitude of the input voice component. Good.
(2)この音声入力装置において、
主面に凹部が形成された基部をさらに含み、
前記第1の振動膜は前記凹部の底面に設置され、
前記第2の振動膜は前記主面に設置されていてもよい。
(2) In this voice input device,
It further includes a base having a recess formed on the main surface,
The first vibrating membrane is installed on the bottom surface of the recess,
The second vibrating membrane may be installed on the main surface.
(3)この音声入力装置において、
前記基部が、前記凹部に連通する開口が、前記主面における前記第2の振動膜の形成領域よりも、前記入力音声のモデル音源の近くに配置されるように設置されていてもよい。
(3) In this voice input device,
The base may be installed such that an opening communicating with the concave portion is disposed closer to the model sound source of the input sound than the formation region of the second vibration film on the main surface.
この音声入力装置によると、第1及び第2の振動膜に入射する入力音声の位相ずれを小さくすることができる。そのため、ノイズの少ない差分信号を生成することが可能になり、精度の高い雑音除去機能を有する音声入力装置を提供することができる。 According to this voice input device, the phase shift of the input voice incident on the first and second diaphragms can be reduced. Therefore, a differential signal with less noise can be generated, and a voice input device having a highly accurate noise removal function can be provided.
(4)この音声入力装置において、
前記凹部は、前記開口と前記第2の振動膜の形成領域との間隔よりも浅くてもよい。
(4) In this voice input device,
The recess may be shallower than a distance between the opening and the formation region of the second vibration film.
(5)この音声入力装置において、
主面に、第1の凹部と、前記第1の凹部よりも浅い第2の凹部が形成された基部をさらに含み、
前記第1の振動膜は前記第1の凹部の底面に設置され、
前記第2の振動膜は前記第2の凹部の底面に設置されていてもよい。
(5) In this voice input device,
The main surface further includes a base formed with a first recess and a second recess shallower than the first recess,
The first diaphragm is installed on a bottom surface of the first recess;
The second vibrating membrane may be installed on the bottom surface of the second recess.
(6)この音声入力装置において、
前記基部が、前記第1の凹部に連通する第1の開口が、前記第2の凹部に連通する第2の開口よりも、前記入力音声のモデル音源の近くに配置されるように設置されていてもよい。
(6) In this voice input device,
The base is installed such that the first opening communicating with the first recess is disposed closer to the model sound source of the input sound than the second opening communicating with the second recess. May be.
この音声入力装置によると、第1及び第2の振動膜に入射する入力音声の位相ずれを小さくすることができる。そのため、ノイズの少ない差分信号を生成することが可能になり、精度の高い雑音除去機能を有する音声入力装置を提供することができる。 According to this voice input device, the phase shift of the input voice incident on the first and second diaphragms can be reduced. Therefore, a differential signal with less noise can be generated, and a voice input device having a highly accurate noise removal function can be provided.
(7)この音声入力装置において、
前記第1及び第2の凹部の深さの差は、前記第1及び第2の開口の間隔よりも小さくてもよい。
(7) In this voice input device,
The difference between the depths of the first and second recesses may be smaller than the distance between the first and second openings.
(8)この音声入力装置において、
前記基部が、前記入力音声が、第1及び第2の振動膜に同時に到着するように設置されてもよい。
(8) In this voice input device,
The base may be installed such that the input sound arrives at the first and second diaphragms simultaneously.
これによると、入力音声の位相ずれを含まない差分信号を生成することができるため、精度の高い雑音除去機能を有する音声入力装置を提供することができる。 According to this, since a differential signal that does not include a phase shift of the input speech can be generated, it is possible to provide a speech input device having a highly accurate noise removal function.
(9)この音声入力装置において、
前記第1及び第2の振動膜は、法線が平行になるように配置されていてもよい。
(9) In this voice input device,
The first and second vibrating membranes may be arranged so that normals are parallel.
(10)この音声入力装置において、
前記第1及び第2の振動膜は、法線が同一直線とならないように配置されていてもよい。
(10) In this voice input device,
The first and second vibrating membranes may be arranged such that the normal lines are not the same straight line.
(11)この音声入力装置において、
前記第1及び第2のマイクロフォンは、半導体装置として構成されていてもよい。
(11) In this voice input device,
The first and second microphones may be configured as semiconductor devices.
例えば、第1及び第2のマイクロフォンは、シリコンマイク(Siマイク)であってもよい。そして、第1及び第2のマイクロフォンは、1つの半導体基板として構成されていてもよい。このとき、第1及び第2のマイクロフォンと、差分信号生成部とが、1つの半導体基板として構成されていてもよい。第1及び第2のマイクロフォンと、差分信号生成部とは、いわゆるメムス(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)として構成されていてもよい。 For example, the first and second microphones may be silicon microphones (Si microphones). The first and second microphones may be configured as one semiconductor substrate. At this time, the first and second microphones and the differential signal generation unit may be configured as one semiconductor substrate. The first and second microphones and the differential signal generation unit may be configured as so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).
(12)この音声入力装置において、
前記第1及び第2の振動膜の中心間距離は、5.2mm以下であってもよい。
(12) In this voice input device,
The distance between the centers of the first and second vibrating membranes may be 5.2 mm or less.
なお、第1及び第2の振動膜は、法線が平行になるように、かつ、法線の間隔が5.2mm以下となるように配置されていてもよい。 Note that the first and second vibrating membranes may be arranged so that the normal lines are parallel to each other and the interval between the normal lines is 5.2 mm or less.
(13)本発明に係る情報処理システムは、
第1の振動膜を有する第1のマイクロフォンと、第2の振動膜を有する第2のマイクロフォンと、前記第1のマイクロフォンで取得された第1の電圧信号と、前記第2のマイクロフォンで取得された第2の電圧信号との差を示す差分信号を生成する差分信号生成部と、を含む接話型の音声入力装置と、
前記差分信号に基づいて、前記音声入力装置に入力された音声情報の解析処理を行う解析処理部と、
を含み、
前記音声入力装置は、
前記第1及び第2の振動膜が、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されている。
(13) An information processing system according to the present invention includes:
A first microphone having a first diaphragm, a second microphone having a second diaphragm, a first voltage signal obtained by the first microphone, and obtained by the second microphone. A close-talking voice input device including a difference signal generation unit that generates a difference signal indicating a difference from the second voltage signal;
Based on the difference signal, an analysis processing unit that performs analysis processing of voice information input to the voice input device;
Including
The voice input device includes:
The first and second diaphragms have a noise intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal, The input audio component included in the difference signal is arranged to be smaller than an input audio intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input audio component included in the first or second voltage signal to the intensity of the input audio component.
この情報処理システムによると、第1及び第2の振動膜が所定の条件を満たすように配置された音声入力装置で取得された差分信号に基づいて、音声情報の解析処理を行う。この音声入力装置によると、差分信号は、雑音成分が除去された音声成分を示す信号となるため、この差分信号を解析処理することによって、入力音声に基づく種々の情報処理が可能になる。 According to this information processing system, voice information analysis processing is performed based on a differential signal acquired by a voice input device arranged such that the first and second diaphragms satisfy a predetermined condition. According to this voice input device, the difference signal becomes a signal indicating the voice component from which the noise component has been removed. Therefore, various information processing based on the input voice can be performed by analyzing the difference signal.
本発明に係る情報処理システムは、音声認識処理や、音声認証処理、あるいは、音声に基づくコマンド生成処理などを行うシステムであってもよい。 The information processing system according to the present invention may be a system that performs voice recognition processing, voice authentication processing, or voice-based command generation processing.
(14)本発明に係る情報処理システムは、
第1の振動膜を有する第1のマイクロフォンと、第2の振動膜を有する第2のマイクロフォンと、前記第1のマイクロフォンで取得された第1の電圧信号と、前記第2のマイクロフォンで取得された第2の電圧信号との差を示す差分信号を生成する差分信号生成部と、通信処理部と、を含む接話型の音声入力装置と、
前記差分信号に基づいて、前記音声入力装置に入力された音声情報の解析処理を行うホストコンピュータと、
を含み、
前記音声入力装置は、
前記第1及び第2の振動膜が、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されており、
前記通信処理部によって、前記ホストコンピュータとのネットワークを介した通信処理を行う。
(14) An information processing system according to the present invention includes:
A first microphone having a first diaphragm, a second microphone having a second diaphragm, a first voltage signal obtained by the first microphone, and a second microphone obtained by the second microphone. A close-talking type voice input device including a difference signal generation unit that generates a difference signal indicating a difference from the second voltage signal, and a communication processing unit;
Based on the difference signal, a host computer that performs analysis processing of voice information input to the voice input device;
Including
The voice input device includes:
The first and second diaphragms have a noise intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal, Arranged so as to be smaller than an input voice intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input voice component included in the difference signal to the intensity of the input voice component included in the first or second voltage signal;
The communication processing unit performs communication processing with the host computer via a network.
この情報処理システムによると、第1及び第2の振動膜が所定の条件を満たすように配置された音声入力装置で取得された差分信号に基づいて、音声情報の解析処理を行う。この音声入力装置によると、差分信号は、雑音成分が除去された音声成分を示す信号となるため、差分信号を解析処理することによって、入力音声に基づく種々の情報処理が可能になる。 According to this information processing system, voice information analysis processing is performed based on a differential signal acquired by a voice input device arranged such that the first and second diaphragms satisfy a predetermined condition. According to this voice input device, the difference signal becomes a signal indicating the voice component from which the noise component has been removed. Therefore, various information processing based on the input voice can be performed by analyzing the difference signal.
本発明に係る情報処理システムでは、音声認識処理や、音声認証処理、あるいは、音声に基づくコマンド生成処理などを行うシステムであってもよい。 The information processing system according to the present invention may be a system that performs voice recognition processing, voice authentication processing, or voice-based command generation processing.
(15)本発明に係る音声入力装置の製造方法は、
第1の振動膜を有する第1のマイクロフォンと、第2の振動膜を有する第2のマイクロフォンと、前記第1のマイクロフォンで取得された第1の電圧信号と、前記第2のマイクロフォンで取得された第2の電圧信号との差を示す差分信号を生成する差分信号生成部と、を含む、雑音成分を除去する機能を有する接話型の音声入力装置を製造する方法であって、
前記第1及び第2の振動膜の中心間距離Δrと雑音の波長λとの比率を示すΔr/λの値と、前記差分信号に含まれる前記雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比との対応関係を示すデータを用意する手順と、
前記データに基づいて、前記Δr/λの値を設定する手順と、
設定された前記Δr/λの値、及び、前記雑音の波長に基づいて、前記中心間距離を設定する手順と、
を含む。
(15) A method of manufacturing a voice input device according to the present invention includes:
A first microphone having a first diaphragm, a second microphone having a second diaphragm, a first voltage signal obtained by the first microphone, and a second microphone obtained by the second microphone. And a differential signal generation unit that generates a differential signal indicating a difference from the second voltage signal, and a method for manufacturing a close-talking voice input device having a function of removing a noise component,
The first or second value of Δr / λ indicating the ratio between the center-to-center distance Δr of the first and second vibrating membranes and the noise wavelength λ and the intensity of the noise component included in the difference signal. A procedure for preparing data indicating a correspondence relationship with a noise intensity ratio indicating a ratio to the intensity of the noise component included in the voltage signal;
A procedure for setting the value of Δr / λ based on the data;
A procedure for setting the center-to-center distance based on the set value of Δr / λ and the wavelength of the noise;
including.
本発明によると、小型化が可能で、かつ、精度の高い雑音除去機能を有する音声入力装置を製造する方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a voice input device that can be miniaturized and has a highly accurate noise removal function.
(16)この音声入力装置の製造方法において、
前記Δr/λの値を設定する手順では、
前記データに基づいて、前記雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように、前記Δr/λの値を設定してもよい。
(16) In the method of manufacturing the voice input device,
In the procedure of setting the value of Δr / λ,
Based on the data, the noise intensity ratio indicates the ratio of the intensity of the input audio component included in the difference signal to the intensity of the input audio component included in the first or second voltage signal. The value of Δr / λ may be set so as to be smaller than the ratio.
(17)この音声入力装置の製造方法において、
前記入力音声強度比は、前記入力音声の振幅成分に基づく強度比であってもよい。
(17) In the method of manufacturing the voice input device,
The input voice intensity ratio may be an intensity ratio based on an amplitude component of the input voice.
(18)この音声入力装置の製造方法において、
前記雑音強度比は、前記雑音成分の位相差に基づく強度比であってもよい。
(18) In this method of manufacturing a voice input device,
The noise intensity ratio may be an intensity ratio based on a phase difference of the noise component.
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, this invention shall include what combined the following content freely.
1.第1の実施の形態に係る音声入力装置の構成
はじめに、図1〜図3を参照して、本発明を適用した実施の形態に係る音声入力装置1の構成について説明する。なお、以下に説明する音声入力装置1は、接話式の音声入力装置であって、例えば、携帯電話やトランシーバー等の音声通信機器や、入力された音声を解析する技術を利用した情報処理システム(音声認証システム、音声認識システム、コマンド生成システム、電子辞書、翻訳機や、音声入力方式のリモートコントローラなど)、あるいは、録音機器やアンプシステム(拡声器)、マイクシステムなどに適用することができる。
1. Configuration of Voice Input Device According to First Embodiment First, the configuration of a
本実施の形態に係る音声入力装置は、第1の振動膜12を有する第1のマイクロフォン10と、第2の振動膜22を有する第2のマイクロフォン20とを含む。ここで、マイクロフォンとは、音響信号を電気信号へ変換する電気音響変換器である。第1及び第2のマイクロフォン10,20は、それぞれ、第1及び第2の振動膜12,22(振動板)の振動を、電圧信号として出力する変換器であってもよい。
The voice input device according to the present embodiment includes a
本実施の形態に係る音声入力装置では、第1のマイクロフォン10は第1の電圧信号を生成する。また、第2のマイクロフォン20は第2の電圧信号を生成する。すなわち、第1及び第2のマイクロフォン10,20で生成された電圧信号を、それぞれ、第1及び第2の電圧信号と呼んでもよい。
In the voice input device according to the present embodiment, the
第1及び第2のマイクロフォン10,20の機構については特に限定されるものではない。図2には、第1及び第2のマイクロフォン10,20に適用可能なマイクロフォンの一例として、コンデンサ型マイクロフォン100の構造を示す。コンデンサ型マイクロフォン100は、振動膜102を有する。振動膜102は、音波を受けて振動する膜(薄膜)で、導電性を有し、電極の一端を形成している。コンデンサ型マイクロフォン100は、また、電極104を有する。電極104は、振動膜102と対向して配置されている。これにより、振動膜102と電極104とは容量を形成する。コンデンサ型マイクロフォン100に音波が入射すると、振動膜102が振動して、振動膜102と電極104との間隔が変化し、振動膜102と電極104との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を、例えば電圧の変化として出力することによって、コンデンサ型マイクロフォン100に入射する音波を、電気信号に変換することができる。なお、コンデンサ型マイクロフォン100では、電極104は、音波の影響を受けない構造をなしていてもよい。例えば、電極104はメッシュ構造をなしていてもよい。
The mechanism of the first and
ただし、本発明に適用可能なマイクロフォンは、コンデンサ型マイクロフォンに限られるものではなく、既に公知となっているいずれかのマイクロフォンを適用することができる。例えば、第1及び第2のマイクロフォン10,20として、動電型(ダイナミック型)、電磁型(マグネティック型)、圧電型(クリスタル型)等のマイクロフォンを適用してもよい。
However, the microphone applicable to the present invention is not limited to the condenser microphone, and any microphone that is already known can be applied. For example, as the first and
第1及び第2のマイクロフォン10,20は、第1及び第2の振動膜12,22がシリコンによって構成されたシリコンマイク(Siマイク)であってもよい。シリコンマイクを利用することで、第1及び第2のマイクロフォン10,20の小型化、及び、高性能化を実現することができる。このとき、第1及び第2のマイクロフォン10,20は、1つの集積回路装置として構成されていてもよい。すなわち、第1及び第2のマイクロフォン10,20は、1つの半導体基板に構成されていてもよい。このとき、後述する差分信号生成部30も、同一の半導体基板に形成されていてもよい。すなわち、第1及び第2のマイクロフォン10,20は、いわゆるメムス(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)として構成されていてもよい。ただし、第1のマイクロフォン10と第2のマイクロフォン20とは、別々のシリコンマイクとして構成されていてもよい。
The first and
本実施の形態に係る音声入力装置では、後述するように、第1及び第2の電圧信号の差を示す差分信号を利用して、雑音成分を除去する機能を実現する。この機能を実現するために、第1及び第2のマイクロフォン(第1及び第2の振動膜12,22)は、一定の制約を満たすように配置される。第1及び第2の振動膜12,22が満たすべき制約の詳細については後述するが、本実施の形態では、第1及び第2の振動膜12,22(第1及び第2のマイクロフォン10,20)は、雑音強度比が、入力音声強度比よりも小さくなるように配置される。これにより、差分信号を、雑音成分が除去された音声成分を示す信号とみなすことが可能になる。第1及び第2の振動膜12,22は、例えば、中心間距離が5.2mm以下になるように配置されていてもよい。
In the voice input device according to the present embodiment, as described later, a function of removing a noise component is realized by using a differential signal indicating a difference between the first and second voltage signals. In order to realize this function, the first and second microphones (first and second vibrating
なお、本実施の形態に係る音声入力装置では、第1及び第2の振動膜12,22の向きは、特に限定されるものではない。第1及び第2の振動膜12,22は、法線が平行になるように配置されていてもよい。このとき、第1及び第2の振動膜12,22は、法線が同一直線にならないように配置されていてもよい。例えば、第1及び第2の振動膜12,22は、図示しない基部(例えば回路基板)の表面に、間隔をあけて配置されていてもよい。あるいは、第1及び第2の振動膜12,22は、法線方向にずれて配置されていてもよい。ただし、第1及び第2の振動膜12,22は、法線が平行にならないように配置されていてもよい。第1及び第2の振動膜12,22は、法線が直交するように配置されていてもよい。
In the voice input device according to the present embodiment, the directions of the first and second vibrating
そして、本実施の形態に係る音声入力装置は、差分信号生成部30を有する。差分信号生成部30は、第1のマイクロフォン10で取得された第1の電圧信号と、第2のマイクロフォン20で取得された第2の電圧信号との差(電圧差)を示す差分信号を生成する。差分信号生成部30では、第1及び第2の電圧信号に対して例えばフーリエ解析などの解析処理を行うことなく、両者の差を示す差分信号を生成する処理を行う。差分信号生成部30の機能は、専用のハードウェア回路(差分信号生成回路)によって実現してもよく、CPUなどによる信号処理によって実現してもよい。
The voice input device according to the present embodiment includes a difference
本実施の形態に係る音声入力装置は、差分信号を増幅する信号増幅部をさらに含んでいてもよい。差分信号生成部30と信号増幅部とは、1つの制御回路によって実現してもよい。ただし、本実施の形態に係る音声入力装置は、信号増幅部を内部に持たない構成をなしていてもよい。
The voice input device according to the present embodiment may further include a signal amplifying unit that amplifies the differential signal. The difference
図3には、差分信号生成部30と信号増幅部とを実現可能な回路の一例を示す。図3に示す回路によれば、第1及び第2の電圧信号を受け付けて、その差を示す差分信号を10倍に増幅した信号を出力することになる。ただし、差分信号生成部30及び信号増幅部を実現するための回路構成は、これに限られるものではない。
FIG. 3 shows an example of a circuit that can realize the differential
本実施の形態に係る音声入力装置は、筐体40を含んでいてもよい。このとき、音声入力装置の外形は、筐体40によって構成されていてもよい。筐体40には基本姿勢が設定されていてもよく、これにより、入力音声の進行径路を規制することができる。第1及び第2の振動膜12,22は、筐体40の表面に形成されていてもよい。あるいは、第1及び第2の振動膜12,22は、筐体40に形成された開口(音声入射口)と対向するように、筐体40内部に配置されていてもよい。そして、第1及び第2の振動膜12,22は、音源(入射音声のモデル音源)からの距離が異なるように配置されていてもよい。例えば図1に示すように、筐体40は、入力音声の進行径路が筐体40の表面に沿うように、基本姿勢が設定されていてもよい。そして、第1及び第2の振動膜12,22は、入力音声の進行径路に沿って配置されていてもよい。そして、入力音声の進行径路の上流側に配置される振動膜を第1の振動膜12とし、下流側に配置される振動膜を第2の振動膜22としてもよい。
The voice input device according to the present embodiment may include a
本実施の形態に係る音声入力装置は、演算処理部50をさらに含んでいてもよい。演算処理部50は、差分信号生成部30で生成された差分信号に基づいて各種の演算処理を行う。演算処理部50は、差分信号に対する解析処理を行ってもよい。演算処理部50は、差分信号を解析することにより、入力音声を発した人物を特定する処理(いわゆる音声認証処理)を行ってもよい。あるいは、演算処理部50は、差分信号を解析処理することにより、入力音声の内容を特定する処理(いわゆる音声認識処理)を行ってもよい。演算処理部50は、入力音声に基づいて、各種のコマンドを作成する処理を行ってもよい。演算処理部50は、差分信号を増幅する処理を行ってもよい。また、演算処理部50は、後述する通信処理部60の動作を制御してもよい。なお、演算処理部50は、上記各機能を、CPUやメモリによる信号処理によって実現してもよい。
The voice input device according to the present embodiment may further include an
演算処理部50は、筐体40の内部に配置されていてもよいが、筐体40の外部に配置されていてもよい。演算処理部50が筐体40の外部に配置されている場合、演算処理部50は、後述する通信処理部60を介して、差分信号を取得してもよい。
The
本実施の形態に係る音声入力装置は、通信処理部60をさらに含んでいてもよい。通信処理部60は、音声入力装置と、他の端末(携帯電話端末や、ホストコンピュータなど)との通信を制御する。通信処理部60は、ネットワークを介して、他の端末に信号(差分信号)を送信する機能を有していてもよい。通信処理部60は、また、ネットワークを介して、他の端末から信号を受信する機能を有していてもよい。そして、例えばホストコンピュータで、通信処理部60を介して取得した差分信号を解析処理して、音声認識処理や音声認証処理、コマンド生成処理や、データ蓄積処理など、種々の情報処理を行ってもよい。すなわち、音声入力装置は、他の端末と協働して、情報処理システムを構成していてもよい。言い換えると、音声入力装置は、情報処理システムを構築する情報入力端末であるとみなしてもよい。ただし、音声入力装置は、通信処理部60を有しない構成となっていてもよい。
The voice input device according to the present embodiment may further include a
本実施の形態に係る音声入力装置は、表示パネルなどの表示装置や、スピーカ等の音声出力装置をさらに含んでいてもよい。また、本実施の形態に係る音声入力装置は、操作情報を入力するための操作キーをさらに含んでいてもよい。 The audio input device according to the present embodiment may further include a display device such as a display panel and an audio output device such as a speaker. In addition, the voice input device according to the present embodiment may further include an operation key for inputting operation information.
本実施の形態に係る音声入力装置は、以上の構成をなしていてもよい。この音声入力装置によると、第1及び第2の電圧信号の差を出力するだけの簡単な処理によって、雑音成分が除去された音声成分を示す信号(電圧信号)が生成される。そのため、本発明によると、小型化が可能で、かつ、優れた雑音除去機能を有する音声入力装置を提供することができる。なお、その原理については、後で詳述する。 The voice input device according to the present embodiment may have the above configuration. According to this voice input device, a signal (voltage signal) indicating the voice component from which the noise component has been removed is generated by a simple process that simply outputs the difference between the first and second voltage signals. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a voice input device that can be miniaturized and has an excellent noise removal function. The principle will be described later in detail.
2.雑音除去機能
以下、本実施の形態に係る音声入力装置が採用する音声除去原理、及び、これを実現するための条件について説明する。
2. Noise Removal Function Hereinafter, the voice removal principle adopted by the voice input device according to the present embodiment and the conditions for realizing this will be described.
(1)雑音除去原理
はじめに、本実施の形態に係る音声入力装置の雑音除去原理について説明する。
(1) Noise removal principle First, the noise removal principle of the voice input device according to the present embodiment will be described.
音波は、媒質中を進行するにつれ減衰し、音圧(音波の強度・振幅)が低下する。音圧は、音源からの距離に反比例するため、音圧Pは、音源からの距離rとの関係において、 The sound wave attenuates as it travels through the medium, and the sound pressure (the intensity and amplitude of the sound wave) decreases. Since the sound pressure is inversely proportional to the distance from the sound source, the sound pressure P is related to the distance r from the sound source.
すなわち、接話型の音声入力装置では、ユーザは、雑音の音源よりも、第1及び第2のマイクロフォン10,20(第1及び第2の振動膜12,22)に近い位置から音声を発する。そのため、第1及び第2の振動膜12,22の間で、ユーザの音声は大きく減衰し、第1及び第2の電圧信号に含まれるユーザ音声の強度には差が現れる。これに対して、雑音成分は、ユーザの音声に比べて音源が遠いため、第1及び第2の振動膜12,22の間でほとんど減衰しない。そのため、第1及び第2の電圧信号に含まれる雑音の強度には、差が現れないとみなすことができる。このことから、第1及び第2の電圧信号の差を検出すれば雑音が消去されるため、雑音成分が含まれない、ユーザの音声成分のみを示す電圧信号(差分信号)を取得することができる。すなわち、差分信号を、雑音成分が除去されたユーザの音声を示す信号であるとみなすことができる。
That is, in the close-talking sound input device, the user emits sound from a position closer to the first and
ただし、音波は位相成分を有する。そのため、信頼性の高い雑音除去機能を実現するためには、第1及び第2の電圧信号に含まれる音声成分及び雑音成分の位相差を考慮する必要がある。 However, the sound wave has a phase component. Therefore, in order to realize a highly reliable noise removal function, it is necessary to consider the phase difference between the speech component and the noise component included in the first and second voltage signals.
以下、差分信号を生成することによって雑音除去機能を実現するために、音声入力装置が満たすべき具体的な条件について説明する。 Hereinafter, specific conditions to be satisfied by the voice input device in order to realize the noise removal function by generating the difference signal will be described.
(2)音声入力装置が満たすべき具体的条件
本実施の形態に係る音声入力装置は、先に説明したように、第1及び第2の電圧信号の差分を示す差分信号を、雑音を含まない入力音声信号であるとみなす。この音声入力装置によると、差分信号に含まれる雑音成分が、第1又は第2の電圧信号に含まれる雑音成分よりも小さくなれば、雑音除去機能が実現できたと評価することができる。詳しくは、差分信号に含まれる雑音成分の強度の、第1又は第2の電圧信号に含まれる雑音成分の強度に対する比を示す雑音強度比が、差分信号に含まれる音声成分の強度の、第1又は第2の電圧信号に含まれる音声成分の強度に対する比を示す音声強度比よりも小さくなれば、この雑音除去機能が実現されたと評価することができる。
(2) Specific conditions to be satisfied by the voice input device As described above, the voice input device according to the present embodiment does not include noise as the difference signal indicating the difference between the first and second voltage signals. It is considered as an input audio signal. According to this voice input device, if the noise component included in the differential signal is smaller than the noise component included in the first or second voltage signal, it can be evaluated that the noise removal function has been realized. Specifically, the noise intensity ratio indicating the ratio of the intensity of the noise component included in the difference signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal is equal to the intensity of the audio component included in the difference signal. If the ratio is smaller than the voice intensity ratio indicating the ratio of the voice component included in the first or second voltage signal, it can be evaluated that the noise removal function is realized.
以下、この雑音除去機能を実現するために、音声入力装置(第1及び第2の振動膜12,22)が満たすべき具体的な条件について説明する。
Hereinafter, specific conditions to be satisfied by the voice input device (first and second vibrating
はじめに、第1及び第2のマイクロフォン10,20(第1及び第2の振動膜12,22)に入射する音声の音圧について検討する。入力音声(ユーザの音声)の音源から第1の振動膜12までの距離をRとし、位相差を無視すれば、第1及び第2のマイクロフォン10,20で取得される、入力音声の音圧(強度)P(S1)及びP(S2)は、
First, the sound pressure of sound incident on the first and
そのため、入力音声の位相差を無視した時の、第1のマイクロフォン10で取得される入力音声成分の強度に対する、差分信号に含まれる入力音声成分の強度の比率を示す音声強度比ρ(P)は、
ここで、本実施の形態に係る音声入力装置は接話式の音声入力装置であって、ΔrはRに比べて充分小さいとみなすことができる。 Here, the voice input device according to the present embodiment is a close-talking voice input device, and Δr can be considered to be sufficiently smaller than R.
そのため、上述の式(4)は、
すなわち、入力音声の位相差を無視した場合の音声強度比は、式(A)と表されることがわかる。 That is, it can be seen that the voice intensity ratio when the phase difference of the input voice is ignored is expressed by the equation (A).
ところで、入力音声の位相差を考慮すると、ユーザ音声の音圧Q(S1)及びQ(S2)は、
このとき、音声強度比ρ(S)は、
At this time, the voice intensity ratio ρ (S) is
ところで、式(8)のうち、sinωt−sin(ωt−α)項は位相成分の強度比を示し、Δr/R sinωt項は振幅成分の強度比を示す。入力音声成分であっても、位相差成分は、振幅成分に対するノイズとなるため、入力音声(ユーザの音声)を精度よく抽出するためには、位相成分の強度比が、振幅成分の強度比よりも充分に小さいことが必要である。すなわち、sinωt−sin(ωt−α)と、Δr/R sinωtとは、 By the way, in equation (8), the term sinωt−sin (ωt−α) indicates the intensity ratio of the phase component, and the Δr / R sinωt term indicates the intensity ratio of the amplitude component. Even if it is an input audio component, the phase difference component becomes noise with respect to the amplitude component. Therefore, in order to accurately extract the input audio (user's audio), the intensity ratio of the phase component is greater than the intensity ratio of the amplitude component. Must be sufficiently small. That is, sinωt−sin (ωt−α) and Δr / R sinωt are
ここで、
式(10)の振幅成分を考慮すると、本実施の形態に係る音声入力装置は、
なお、上述したように、ΔrはRに比べて充分小さいとみなすことができるため、sin(α/2)は充分小さいとみなすことができ、
そのため、式(C)は、
また、位相差であるαとΔrとの関係を、
すなわち、本実施の形態では、入力音声(ユーザの音声)を精度よく抽出するためには、音声入力装置を、式(E)に示す関係を満たすように製造することが必要である。 That is, in this embodiment, in order to accurately extract the input voice (user's voice), it is necessary to manufacture the voice input device so as to satisfy the relationship represented by the equation (E).
次に、第1及び第2のマイクロフォン10,20(第1及び第2の振動膜12,22)に入射する雑音の音圧について検討する。
Next, the sound pressure of noise incident on the first and
第1及び第2のマイクロフォンで取得される雑音成分の振幅を、A,A´とすると、位相差成分を考慮した雑音の音圧Q(N1)及びQ(N2)は、
なお、先に説明したように、第1及び第2のマイクロフォンで取得される雑音成分の振幅(強度)はほぼ同じであり、A=A´と扱うことができる。そのため、上記の式(15)は、
そして、雑音強度比の大きさは、
ここで、上述の式(9)を考慮すると、式(17)は、
そして、式(11)を考慮すると、式(18)は、
ここで、式(D)を参照すれば、雑音強度比は、
以上のことから、入力音声の位相成分の強度比が振幅成分の強度比よりも小さくなるように設計された音声入力装置によれば(式(B)参照)、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さくなる(式(F)参照)。逆に言うと、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さくなるように設計された音声入力装置によると、精度の高い雑音除去機能を実現することができる。 From the above, according to the voice input device designed so that the intensity ratio of the phase component of the input voice is smaller than the intensity ratio of the amplitude component (see equation (B)), the noise intensity ratio is the input voice intensity ratio. (See formula (F)). In other words, according to the voice input device designed so that the noise intensity ratio is smaller than the input voice intensity ratio, a highly accurate noise removal function can be realized.
すなわち、第1及び第2の振動膜12,22(第1及び第2のマイクロフォン10,20)が、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さくなるように配置される本実施の形態に係る音声入力装置によれば、精度の高い雑音除去機能を実現することができる。
That is, according to the present embodiment, the first and second vibrating
3.音声入力装置の製造方法
以下、本実施の形態に係る音声入力装置の製造方法について説明する。本実施の形態では、第1及び第2の振動膜12,22の中心間距離Δrと雑音の波長λとの比率を示すΔr/λの値と、雑音強度比(雑音の位相成分に基づく強度比)との対応関係を示すデータを利用して、音声入力装置を製造する。
3. Method for Manufacturing Voice Input Device Hereinafter, a method for manufacturing the voice input device according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the value of Δr / λ indicating the ratio between the center-to-center distance Δr of the first and second vibrating
雑音の位相成分に基づく強度比は、上述した式(18)で表される。そのため、雑音の位相成分に基づく強度比のデシベル値は、
そして、式(20)のαに各値を代入すれば、位相差αと雑音の位相成分に基づく強度比との対応関係を明らかにすることができる。図5には、横軸をα/2πとし、縦軸に雑音の位相成分に基づく強度比(デシベル値)を取った時の、位相差と強度比との対応関係を表すデータの一例を示す。 Then, by assigning each value to α in Expression (20), it is possible to clarify the correspondence between the phase difference α and the intensity ratio based on the phase component of noise. FIG. 5 shows an example of data representing the correspondence between the phase difference and the intensity ratio when the horizontal axis is α / 2π and the vertical axis is the intensity ratio (decibel value) based on the phase component of noise. .
なお、位相差αは、式(12)に示すように、距離Δrと波長λとの比であるΔr/λの関数で表すことができ、図5の横軸は、Δr/λとみなすことができる。すなわち、図5は、雑音の位相成分に基づく強度比と、Δr/λとの対応関係を示すデータであるといえる。 The phase difference α can be expressed as a function of Δr / λ, which is the ratio of the distance Δr to the wavelength λ, as shown in Equation (12), and the horizontal axis in FIG. 5 is regarded as Δr / λ. Can do. That is, FIG. 5 can be said to be data indicating a correspondence relationship between the intensity ratio based on the phase component of noise and Δr / λ.
本実施の形態では、このデータを利用して、音声入力装置を製造する。図6は、このデータを利用して音声入力装置を製造する手順について説明するためのフローチャート図である。 In the present embodiment, a voice input device is manufactured using this data. FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure for manufacturing the voice input device using this data.
はじめに、雑音の強度比(雑音の位相成分に基づく強度比)と、Δr/λとの対応関係を示すデータ(図5参照)を用意する(ステップS10)。 First, data (see FIG. 5) indicating the correspondence between the noise intensity ratio (intensity ratio based on the noise phase component) and Δr / λ is prepared (step S10).
次に、用途に応じて、雑音の強度比を設定する(ステップS12)。なお、本実施の形態では、雑音の強度が低下するように雑音の強度比を設定する必要がある。そのため、本ステップでは、雑音の強度比を、0dB以下に設定する。 Next, a noise intensity ratio is set according to the application (step S12). In the present embodiment, it is necessary to set the noise intensity ratio so that the noise intensity decreases. Therefore, in this step, the noise intensity ratio is set to 0 dB or less.
次に、当該データに基づいて、雑音の強度比に対応するΔr/λの値を導出する(ステップS14)。 Next, a value of Δr / λ corresponding to the noise intensity ratio is derived based on the data (step S14).
そして、λに主要な雑音の波長を代入することによって、Δrが満たすべき条件を導出する(ステップS16)。 Then, a condition to be satisfied by Δr is derived by substituting the wavelength of the main noise into λ (step S16).
具体例として、主要な雑音が1KHzであり、その波長が0.347mとなる環境下で、雑音の強度が20dB低下する音声入力装置を製造する場合について考える。 As a specific example, consider the case of manufacturing a voice input device in which the noise intensity is reduced by 20 dB in an environment where the main noise is 1 kHz and the wavelength is 0.347 m.
はじめに、必要条件として、雑音の強度比が0dB以下になるための条件について検討する。図5を参照すると、雑音の強度比を0dB以下とするためには、Δr/λの値を0.16以下とすればよいことがわかる。すなわち、Δrの値が55.46mm以下とすればよいことがわかり、これが、この音声入力装置の必要条件となる。
First, as a necessary condition, a condition for the noise intensity ratio to be 0 dB or less is examined. Referring to FIG. 5, it can be seen that the value of Δr / λ may be 0.16 or less in order to make the
次に、1KHzの雑音の強度を20dB低下させるための条件について考える。図5を参照すると、雑音の強度を20dB低下させるためには、Δr/λの値を0.015とすればよいことがわかる。そして、λ=0.347mとすると、Δrの値が5.199mm以下のときに、この条件を満たすことがわかる。すなわち、Δrを約5.2mm以下に設定すれば、雑音除去機能を有する接話型の音声入力装置を製造することが可能になる。 Next, a condition for reducing the intensity of 1 kHz noise by 20 dB will be considered. Referring to FIG. 5, it can be seen that the value of Δr / λ may be 0.015 in order to reduce the noise intensity by 20 dB. When λ = 0.347 m, it can be seen that this condition is satisfied when the value of Δr is 5.199 mm or less. That is, if Δr is set to about 5.2 mm or less, a close-talking voice input device having a noise removal function can be manufactured.
なお、本実施の形態に係る音声入力装置は接話式の音声入力装置であり、ユーザの音声の音源と第1又は第2の振動膜12,22との間隔は、通常5cm以下である。また、ユーザ音声の音源と第1及び第2の振動膜12,22との間隔は、筐体40の設計によって制御することが可能である。そのため、入力音声(ユーザの音声)の強度比であるΔr/Rの値は、0.1(雑音の強度比)よりも大きくなり、雑音除去機能が実現されることがわかる。
Note that the voice input device according to the present embodiment is a close-talking voice input device, and the distance between the sound source of the user's voice and the first or
なお、通常、雑音は単一の周波数に限定されるものではない。しかし、主要な雑音として想定された雑音よりも周波数の低い雑音は、当該主要な雑音よりも波長が長くなるため、Δr/λの値は小さくなり、この音声入力装置によって除去される。また、音波は、周波数が高いほどエネルギーの減衰が早い。そのため、主要な雑音として想定された雑音よりも周波数の高い雑音は、当該主要な雑音よりも早く減衰するため、音声入力装置に与える影響を無視することができる。このことから、本実施の形態に係る音声入力装置は、主要な雑音として想定された雑音とは異なる周波数の雑音が存在する環境下でも、優れた雑音除去機能を発揮することができる。 Normally, noise is not limited to a single frequency. However, since noise having a frequency lower than that of noise assumed as the main noise has a longer wavelength than the main noise, the value of Δr / λ becomes small and is removed by the voice input device. In addition, the sound wave decays faster as the frequency is higher. For this reason, noise having a higher frequency than the noise assumed as the main noise attenuates faster than the main noise, so that the influence on the voice input device can be ignored. Thus, the voice input device according to the present embodiment can exhibit an excellent noise removal function even in an environment where noise having a frequency different from that assumed as main noise exists.
また、本実施の形態では、式(12)からもわかるように、第1及び第2の振動膜12,22を結ぶ直線上から入射する雑音を想定した。この雑音は、第1及び第2の振動膜12,22の見かけ上の間隔が最も大きくなる雑音であり、現実の使用環境において、位相差が最も大きくなる雑音である。すなわち、本実施の形態に係る音声入力装置は、位相差が最も大きくなる雑音を除去することが可能に構成されている。そのため、本実施の形態に係る音声入力装置によると、すべての方向から入射する雑音が除去される。
Further, in this embodiment, as can be seen from the equation (12), it is assumed that noise is incident from a straight line connecting the first and second vibrating
4.効果
以下、本実施の形態に係る音声入力装置が奏する効果について説明する。
4). Effects Hereinafter, effects achieved by the voice input device according to the present embodiment will be described.
先に説明したように、本実施の形態に係る音声入力装置によると、第1及び第2のマイクロフォン10,20で取得された電圧信号の差分を示す差分信号を生成するだけで、雑音成分が除去された音声成分を取得することができる。すなわち、この音声入力装置では、複雑な解析演算処理を行うことなく雑音除去機能を実現することができる。そのため本実施の形態によれば、簡単な構成で、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な音声入力装置を提供することができる。
As described above, according to the voice input device according to the present embodiment, the noise component is generated only by generating a differential signal indicating the difference between the voltage signals acquired by the first and
また、この音声入力装置は、位相差に基づく雑音の強度比が、入力音声の強度比よりも小さくなることによって、雑音除去機能を実現する。ところで、位相差に基づく雑音強度比は、第1及び第2の振動膜12,22の配列方向と雑音の入射方向によって変化する。すなわち、雑音に対する第1及び第2の振動膜12,22の間隔(見かけ上の間隔)が広くなるほど、雑音の位相差が大きくなり、位相差に基づく雑音強度比が大きくなる。ところで、本実施の形態では、音声入力装置は、式(12)からもわかるように、第1及び第2の振動膜12,22の見かけ上の間隔が最も広くなる雑音を除去することができるように構成されている。言い換えると、本実施の形態では、位相差に基づく雑音強度比が最も大きくなるように入射する雑音を除去することができるように、第1及び第2の振動膜12,22が配置されている。そのため、この音声入力装置によると、全方位から入射する雑音が除去される。すなわち、本発明によると、全方位から入射する雑音を除去することが可能な音声入力装置を提供することができる。
Also, this voice input device realizes a noise removal function by making the noise intensity ratio based on the phase difference smaller than the input voice intensity ratio. Incidentally, the noise intensity ratio based on the phase difference varies depending on the arrangement direction of the first and second vibrating
なお、この音声入力装置によると、壁などで反射した後に音声入力装置に入射したユーザ音声成分も除去することができる。詳しくは、壁などで反射したユーザ音声の音源は、通常のユーザ音声の音源よりも遠いとみなすことができ、かつ、反射により大きくエネルギーを消失しているため、雑音成分と同様に、第1及び第2の振動膜12,22の間で音圧が大きく減衰することがない。そのため、この音声入力装置によると、壁などで反射した後に音声入力装置に入射するユーザ音声成分も、雑音と同様に(雑音の一種として)除去される。
In addition, according to this voice input device, the user voice component incident on the voice input device after being reflected by a wall or the like can also be removed. Specifically, the sound source of the user voice reflected by a wall or the like can be regarded as being farther than the sound source of the normal user voice, and the energy is largely lost due to the reflection. In addition, the sound pressure is not greatly attenuated between the second vibrating
そして、この音声入力装置を利用すれば、雑音を含まない、入力音声を示す信号を取得することができる。そのため、この音声入力装置を利用することで、精度の高い音声認識や音声認証、コマンド生成処理を実現することができる。 And if this audio | voice input apparatus is utilized, the signal which shows the input audio | voice which does not contain noise can be acquired. Therefore, by using this voice input device, highly accurate voice recognition, voice authentication, and command generation processing can be realized.
また、この音声入力装置をマイクシステムに適用すれば、スピーカから出力されるユーザの声も、雑音として除去される。そのため、ハウリングが起こりにくいマイクシステムを提供することができる。 Moreover, if this voice input device is applied to a microphone system, the user's voice output from the speaker is also removed as noise. Therefore, it is possible to provide a microphone system in which howling hardly occurs.
5.第2の実施の形態に係る音声入力装置
次に、本発明を適用した第2の実施の形態に係る音声入力装置について、図7を参照して説明する。
5. Voice Input Device According to Second Embodiment Next, a voice input device according to a second embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
本実施の形態に係る音声入力装置は、基部70を含む。基部70の主面72には、凹部74が形成されている。そして、本実施の形態に係る音声入力装置では、凹部74の底面75に第1の振動膜12(第1のマイクロフォン10)が配置され、基部70の主面72に第2の振動膜22(第2のマイクロフォン20)が配置される。なお、凹部74は、主面72に対して垂直に延びていてもよく、凹部74の底面75は、主面72と平行な面であってもよい。底面75は、凹部74と直交する面であってもよい。また、凹部74は、第1の振動膜12と同じ外形をなしていてもよい。
The voice input device according to the present embodiment includes a
本実施の形態では、凹部74は、領域76と開口78との間隔よりも浅くなっていてもよい。すなわち、凹部74の深さをdとし、領域76と開口78との間隔をΔGとすると、基部70は、d≦ΔGを満たしていてもよい。基部70は、2d=ΔGを満たしていてもよい。なお、ΔGは5.2mm以下であってもよい。あるいは、基部70は、第1及び第2の振動膜12,22の中心間を結ぶ直線距離が5.2mm以下になるように構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
基部70は、凹部74に連通する開口78が、主面72における第2の振動膜22が配置される領域76よりも、入力音声の音源に近い位置に配置されるように設置される。基部70は、入力音声が、第1及び第2の振動膜12,22に、同時に到着するように設置されていてもよい。例えば、基部70は、入力音声の音源(モデル音源)と第1の振動膜12との間隔が、モデル音源と第2の振動膜22との間隔と同じになるように設置されていてもよい。基部70は、上記の条件を満たすように、基本姿勢が設定された筐体に設置されていてもよい。
The
本実施の形態に係る音声入力装置によると、第1及び第2の振動膜12,22に入射する入力音声(ユーザの音声)の、入射時間のずれを低減することができる。すなわち、入力音声の位相差成分が含まれないように差分信号を生成することができることから、入力音声の振幅成分を精度よく抽出することが可能になる。
According to the voice input device according to the present embodiment, it is possible to reduce a shift in incident time of input voices (user voices) incident on the first and second vibrating
なお、凹部74内では音波は拡散しないため、音波の振幅ほとんど減衰しない。そのため、この音声入力装置では、第1の振動膜12を振動させる入力音声の強度(振幅)は、開口78における入力音声の強度と同じとみなすことができる。このことから、音声入力装置が、入力音声が第1及び第2の振動膜12,22に同時に到達するように構成されている場合でも、第1及び第2の振動膜12,22を振動させる入力音声の強度には差が現れる。そのため、第1及び第2の電圧信号の差を示す差分信号を取得することで、入力音声を抽出することができる。
In addition, since the sound wave does not diffuse in the
まとめると、この音声入力装置によると、入力音声の位相差成分に基づくノイズを含まないように、入力音声の振幅成分(差分信号)を取得することができる。そのため、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能になる。 In summary, according to the voice input device, the amplitude component (difference signal) of the input voice can be acquired so as not to include noise based on the phase difference component of the input voice. Therefore, it is possible to realize a highly accurate noise removal function.
なお、凹部74の深さをΔG以下(5.2mm以下)とすることで、凹部74の共振周波数を高く設定することができるため、凹部74で共振ノイズが発生することを防止することができる。
In addition, since the resonant frequency of the recessed
図8には、本実施の形態に係る音声入力装置の変形例を示す。 FIG. 8 shows a modification of the voice input device according to the present embodiment.
本実施の形態に係る音声入力装置は、基部80を含む。基部80の主面82には、第1の凹部84と、第1の凹部84よりも浅い第2の凹部86が形成されている。第1及び第2の凹部84,86の深さの差であるΔdは、第1の凹部84に連通する第1の開口85と、第2の凹部86に連通する第2の開口87との間隔であるΔGよりも小さくなっていてもよい。そして、第1の振動膜12は第1の凹部84の底面に配置され、第2の振動膜22は第2の凹部86の底面に配置される。
The voice input device according to the present embodiment includes a base 80. A
この音声入力装置であっても、上記と同様の効果を奏するため、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能になる。 Even with this voice input device, the same effects as described above can be obtained, so that a highly accurate noise removal function can be realized.
最後に、図9〜図11に、本発明の実施の形態に係る音声入力装置の例として、携帯電話300、マイク(マイクシステム)400、及び、リモートコントローラ500を、それぞれ示す。また、図12には、情報入力端末としての音声入力装置602と、ホストコンピュータ604とを含む、情報処理システム600の概略図を示す。
Finally, FIGS. 9 to 11 show a
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various deformation | transformation is possible. The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1…音声入力装置、 10…第1のマイクロフォン、 12…第1の振動膜、 20…第2のマイクロフォン、 22…第2の振動膜、 30…差分信号生成部、 40…筐体、 50…演算処理部、 60…通信処理部、 70…基部、 72…主面、 74…凹部、 75…底面、 76…領域、 78…開口、 80…基部、 82…主面、 84…第1の凹部、 85…第1の開口、 86…第2の凹部、 87…第2の開口、 100…コンデンサ型マイクロフォン、 102…振動膜、 104…電極、 300…携帯電話、 400…マイク、 500…リモートコントローラ、 600…情報処理システム、 602…情報入力端末、 604…ホストコンピュータ
DESCRIPTION OF
Claims (18)
第1の振動膜を有する第1のマイクロフォンと、
第2の振動膜を有する第2のマイクロフォンと、
前記第1のマイクロフォンで取得された第1の電圧信号と、前記第2のマイクロフォンで取得された第2の電圧信号との差を示す差分信号を生成する差分信号生成部と、
を含み、
前記第1及び第2の振動膜は、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されている音声入力装置。 A close-talking voice input device,
A first microphone having a first vibrating membrane;
A second microphone having a second vibrating membrane;
A difference signal generation unit that generates a difference signal indicating a difference between the first voltage signal acquired by the first microphone and the second voltage signal acquired by the second microphone;
Including
The first and second diaphragms have a noise intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal. A voice input arranged so as to be smaller than an input voice intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input voice component included in the difference signal to the intensity of the input voice component included in the first or second voltage signal. apparatus.
主面に凹部が形成された基部をさらに含み、
前記第1の振動膜は前記凹部の底面に設置され、
前記第2の振動膜は前記主面に設置されている音声入力装置。 The voice input device according to claim 1,
It further includes a base having a recess formed on the main surface,
The first vibrating membrane is installed on the bottom surface of the recess,
The second vibrating membrane is a voice input device installed on the main surface.
前記基部が、前記凹部に連通する開口が、前記主面における前記第2の振動膜の形成領域よりも、前記入力音声のモデル音源の近くに配置されるように設置された音声入力装置。 The voice input device according to claim 2,
An audio input device in which the base is installed such that an opening communicating with the concave portion is arranged closer to the model sound source of the input audio than an area where the second vibration film is formed on the main surface.
前記凹部は、前記開口と前記第2の振動膜の形成領域との間隔よりも浅い音声入力装置。 The voice input device according to claim 2 or 3,
The voice input device, wherein the concave portion is shallower than a distance between the opening and the formation region of the second vibration film.
主面に、第1の凹部と、前記第1の凹部よりも浅い第2の凹部が形成された基部をさらに含み、
前記第1の振動膜は前記第1の凹部の底面に設置され、
前記第2の振動膜は前記第2の凹部の底面に設置されている音声入力装置。 The voice input device according to claim 1,
The main surface further includes a base formed with a first recess and a second recess shallower than the first recess,
The first diaphragm is installed on a bottom surface of the first recess;
The second input diaphragm is a voice input device installed on the bottom surface of the second recess.
前記基部が、前記第1の凹部に連通する第1の開口が、前記第2の凹部に連通する第2の開口よりも、前記入力音声のモデル音源の近くに配置されるように設置された音声入力装置。 The voice input device according to claim 5,
The base is installed such that the first opening communicating with the first recess is disposed closer to the model sound source of the input sound than the second opening communicating with the second recess. Voice input device.
前記第1及び第2の凹部の深さの差は、前記第1及び第2の開口の間隔よりも小さい音声入力装置。 The voice input device according to claim 5 or 6,
A voice input device in which a difference in depth between the first and second recesses is smaller than an interval between the first and second openings.
前記基部が、前記入力音声が、第1及び第2の振動膜に同時に到着するように設置された音声入力装置。 The voice input device according to any one of claims 2 to 7,
The voice input device in which the base is installed so that the input voice arrives at the first and second diaphragms simultaneously.
前記第1及び第2の振動膜は、法線が平行になるように配置されている音声入力装置。 The voice input device according to any one of claims 1 to 8,
The voice input device in which the first and second vibrating membranes are arranged so that normals thereof are parallel to each other.
前記第1及び第2の振動膜は、法線が同一直線とならないように配置されている音声入力装置。 The voice input device according to any one of claims 1 to 9,
The voice input device in which the first and second vibrating membranes are arranged so that the normal lines are not the same straight line.
前記第1及び第2のマイクロフォンは、半導体装置として構成されている音声入力装置。 The voice input device according to any one of claims 1 to 10,
The first and second microphones are voice input devices configured as semiconductor devices.
前記第1及び第2の振動膜の中心間距離は、5.2mm以下である音声入力装置。 The voice input device according to any one of claims 1 to 11,
A voice input device in which a distance between centers of the first and second diaphragms is 5.2 mm or less.
前記差分信号に基づいて、前記音声入力装置に入力された音声情報の解析処理を行う解析処理部と、
を含み、
前記音声入力装置は、
前記第1及び第2の振動膜が、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されている情報処理システム。 A first microphone having a first diaphragm, a second microphone having a second diaphragm, a first voltage signal obtained by the first microphone, and a second microphone obtained by the second microphone. A close-talking voice input device including a difference signal generation unit that generates a difference signal indicating a difference from the second voltage signal;
Based on the difference signal, an analysis processing unit that performs analysis processing of voice information input to the voice input device;
Including
The voice input device includes:
The first and second diaphragms have a noise intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal, Information processing arranged so as to be smaller than an input sound intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input sound component included in the difference signal to the intensity of the input sound component included in the first or second voltage signal. system.
前記差分信号に基づいて、前記音声入力装置に入力された音声情報の解析処理を行うホストコンピュータと、
を含み、
前記音声入力装置は、
前記第1及び第2の振動膜が、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されており、
前記通信処理部によって、前記ホストコンピュータとのネットワークを介した通信処理を行う情報処理システム。 A first microphone having a first diaphragm, a second microphone having a second diaphragm, a first voltage signal obtained by the first microphone, and obtained by the second microphone. A close-talking type voice input device including a difference signal generation unit that generates a difference signal indicating a difference from the second voltage signal, and a communication processing unit;
Based on the difference signal, a host computer that performs analysis processing of voice information input to the voice input device;
Including
The voice input device includes:
The first and second diaphragms have a noise intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal, The input audio component included in the difference signal is arranged to be smaller than an input audio intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input audio component included in the first or second voltage signal to the intensity of the input audio component;
An information processing system in which the communication processing unit performs communication processing with the host computer via a network.
前記第1及び第2の振動膜の中心間距離Δrと雑音の波長λとの比率を示すΔr/λの値と、前記差分信号に含まれる前記雑音成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比との対応関係を示すデータを用意する手順と、
前記データに基づいて、前記Δr/λの値を設定する手順と、
設定された前記Δr/λの値、及び、前記雑音の波長に基づいて、前記中心間距離を設定する手順と、
を含む音声入力装置の製造方法。 A first microphone having a first diaphragm, a second microphone having a second diaphragm, a first voltage signal obtained by the first microphone, and a second microphone obtained by the second microphone. And a differential signal generation unit that generates a differential signal indicating a difference from the second voltage signal, and a method for manufacturing a close-talking voice input device having a function of removing a noise component,
The first or second value of Δr / λ indicating the ratio between the center-to-center distance Δr of the first and second vibrating membranes and the noise wavelength λ and the intensity of the noise component included in the difference signal. A procedure for preparing data indicating a correspondence relationship with a noise intensity ratio indicating a ratio to the intensity of the noise component included in the voltage signal;
A procedure for setting the value of Δr / λ based on the data;
A procedure for setting the center-to-center distance based on the set value of Δr / λ and the wavelength of the noise;
A method of manufacturing a voice input device including:
前記Δr/λの値を設定する手順では、
前記データに基づいて、前記雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第1又は第2の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように、前記Δr/λの値を設定する音声入力装置の製造方法。 In the manufacturing method of the voice input device according to claim 15,
In the procedure of setting the value of Δr / λ,
Based on the data, the noise intensity ratio indicates the ratio of the intensity of the input audio component included in the difference signal to the intensity of the input audio component included in the first or second voltage signal. A method for manufacturing a voice input device, wherein the value of Δr / λ is set to be smaller than the ratio.
前記入力音声強度比は、前記入力音声の振幅成分に基づく強度比である音声入力装置の製造方法。 In the manufacturing method of the voice input device according to claim 15 or 16,
The voice input device manufacturing method, wherein the input voice intensity ratio is an intensity ratio based on an amplitude component of the input voice.
前記雑音強度比は、前記雑音成分の位相差に基づく強度比である音声入力装置の製造方法。 In the manufacturing method of the voice input device according to any one of claims 15 to 17,
The method of manufacturing a voice input device, wherein the noise intensity ratio is an intensity ratio based on a phase difference of the noise component.
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