JP2010520728A - 信号処理機能を有する小占有面積のマイクロホン・モジュール - Google Patents

Abstract

音響処理モジュールは、音響信号を受け取り、アナログ出力信号を出力する。マイクロホン・センサは、音響信号に応答して対応する電気信号を発生するために、設けられる。信号処理回路は、マイクロホン・センサに接続され、アナログ出力信号を発生するために１または複数のアナログ信号処理機能に従って電気信号を処理する。集積化ケーシングは、マイクロホン・センサおよびアナログ処理回路をカプセル化し、集積化ケーシング内の電気信号に対して外部干渉が影響を及ぼさないようにする。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、３５ＵＳＣ１１９（ｅ）に基づき、同時係属であり本出願の権利者が所有する２００７年５月５日出願の「Ｓｍａｌｌ−Ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ Ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ（信号処理機能を有する小占有面積のマイクロホン・モジュール）」という名称の米国特許仮出願第６０／８９３，１０６号、および２００７年５月５日出願の「Ｌｏｗ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ ａｎｄ ＤＣ Ｏｕｔｐｕｔ Ｌｅｖｅｌ（プログラマブルな利得およびＤＣ出力レベルを有する低インピーダンス出力増幅器）」という名称の米国特許仮出願第６０／８９３，１０７号の利益を主張するものであり、これらはこの参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。

本発明は、一般に、オーディオ信号処理に関し、より詳細には、マイクロホン・カプセルおよび関係する信号処理回路を含む集積化モジュールに関する。

実世界の特性を、様々な目的のために操作することができる電気信号へと変換するための多種多様なセンサが存在する。例えば、エレクトレット・コンデンサ・マイクロホン（ＥＣＭ：ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）は、音響信号（例えば人の声など）を、パーソナル・コンピュータ、セルラ電話、無線電話、会議電話、ボイス・レコーダなどのような関連するデバイスへ供給することができるアナログ電気信号へと変換する。多くのこのような関連するデバイスは、１または複数のＥＣＭにより捕捉された音響信号を表す電気信号を受け取るための、良く知られたアナログ入力インターフェースを含む。

例えば、図５は、信号線１０を通じて関連デバイス５００に接続された従来のＥＣＭ５０を示す。ＥＣＭ５０は、ＥＣＭカプセル５１と、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）５２とを含む。ＥＣＭカプセル５１の出力はＪＦＥＴ５２のゲートに接続され、このＪＦＥＴ５２は電圧源（ＶＤＤ）と接地電位との間に結合される。ＥＣＭカプセル５１は音響信号（例えば人の声など）を電気信号に変換し、ＪＦＥＴ５２はＥＣＭカプセル５１から受け取った電気信号を増幅して低インピーダンスのアナログ出力信号を生成する。ＪＦＥＴ５２は、貴重な回路面積を消費し、また、ＶＤＤへの接続を必要とするが、その増幅機能は、電界や磁界などのような望ましくない外部干渉に対する出力信号の感受性を低減する。従って、ＪＦＥＴ５２がない場合、ＥＣＭカプセル５１から出力される高インピーダンス信号は、このような干渉の影響を非常に受けやすい。

アナログ出力信号（ＯＵＴ）は、信号線１０を通じてＥＣＭ５０から供給され、良く知られた入力インターフェース５２０を介してデバイス５００に受け取られる。入力インターフェース５２０は、ＶＤＤと信号線１０との間に接続されたバイアス抵抗（Ｒｂｉａｓ（Ｒバイアス））を含む。結合キャパシタ（Ｃｉｎ）は、アナログ入力信号の不要なＤＣ成分がデバイス５００内の回路５１０へ伝送されるのを阻止する。ＶＤＤは、標準の動作電圧（例えば１．８ボルトや３．３ボルトなど）であり、Ｒｂｉａｓは入力信号線１０を約１．５ボルトにバイアスするように大きさが設定される。典型的には、入力信号線１０は、アナログ出力信号ＯＵＴにおける数十から数百ミリボルトの電圧差に応答するものであり、２００〜３００μＡの間の電流をＥＣＭ５０へ供給することができる。入力インターフェース５２０は、ＥＣＭ５０からアナログ信号を受け取るように構成されるので、入力インターフェース５２０は、ＥＣＭ互換インターフェースと呼ばれることもある。確かに、デバイス５００とＥＣＭ５０など外部マイクロホンとの互換性を確保するために、典型的には入力インターフェース５２０は上述のように動作するように構成される。

多くの用途では、ＥＣＭ５０などのようなマイクロホンにより生成される音響信号の音質を改善することが望ましい。例えば、デジタル信号処理（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）をベースとする回路を、ＥＣＭと関連デバイスとの間に接続し、ＥＣＭにより生成される電気信号を、音質を改善するためのノイズ低減および指向性感度などの様々な技術を用いて処理するように構成することができる。ＤＳＰをベースとする解決策は、典型的には、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、ＤＳＰ回路、そして場合によってはデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含む。ＡＤＣは、ＥＣＭから受け取ったアナログ信号を、デジタル信号、すなわち、ＤＳＰ回路がノイズ低減および／または指向性感度などのような１または複数の所望の機能を行うように処理できるデジタル信号に、変換する。ＤＡＣは、ＤＳＰ回路からのデジタル信号出力を変換して、デバイス５００のＥＣＭ入力インターフェース５２０への入力に適合するアナログ電気信号に戻す。

ＤＳＰエンジンの様々な構成要素（例えば、ＤＳＰ回路、ＡＤＣおよびＤＡＣ回路、ならびに他の関連する回路）は比較的複雑であり、かなりの大きさのシリコン面積を必要とし、入力インターフェース５２０などのようなＥＣＭ互換アナログ入力に接続された信号線１０から典型的に利用可能である電力よりも大幅に大きい電力を消費する。その結果、典型的に、ＤＳＰエンジンは別個のＩＣチップとして形成され、そのＩＣチップは、ＶＤＤへのそれ自体の電源接続を含み、かつ別個のマイクロホン回路からの音響信号を表す電気信号を受け取るための入力端子を含み、それにより、このようなシステムの小型化および／または低電力用途への展開の能力が制限されるので望ましくない。従って、ノイズ低減および指向性感度などの信号処理機能を実装することができ、なおも、従来の音響処理システムより寸法が大幅に小さく且つ必要とする電力が大幅に少ないモジュール内に収容することができるマイクロホン・システムが必要とされている。

図１Ａは、本発明の幾つかの実施形態による集積化音響処理モジュールの側面図を示す。 図１Ｂは、図１Ａの集積化音響処理モジュールの上面図を示す。 図１Ｃは、図１Ａの集積化音響処理モジュールの断面ブロック図を示す。 図２は、図１Ａ〜図１Ｃの集積化音響処理モジュールの簡略化したブロック図を示し、図１Ｃの信号処理回路の一実施形態であるビーム・ステアリング回路を示す。 図３は、図２の集積化音響処理モジュールの簡略化したブロック図を示す。 図４は、ＥＣＭ互換入力インターフェースを介して関連デバイスに接続された、図２の集積化音響処理モジュールの簡略化したブロック図を示す。 図５は、関連デバイスに接続された従来のＥＣＭの簡略化したブロック図を示す。

図面にわたって同様の参照番号は対応する部分を指す。

説明を簡素化するために、以下では、本発明の実施形態を、２つのＥＣＭカプセルを有する音響処理モジュールに関連して説明する。本発明の実施形態による音響処理モジュールは、任意の適切な数のＥＣＭカプセルを含み得ることを理解されたい。他の実施形態では、他のタイプのマイクロホン・センサ（例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いてシリコンに製作されたものなど）を用いることができる。代替例として、本発明の実施形態は、例えば加速度計などのような、マイクロホン・センサ以外のセンサを含むことができる。以下の説明では、説明の目的のために、本発明の十分な理解を得るために特定の用語が述べられる。他の場合では、良く知られた回路およびデバイスは、不必要に本発明が不明瞭になるのを避けるために、ブロック図の形で示される。例えば、回路要素または回路ブロックの間の相互接続は、複数の導体または単一の導体の信号線として示すことや説明することがある。複数の導体からなる信号線のそれぞれは、代替例として複数の単一の導体からなる信号線とすることができ、また、複数の単一の導体の信号線のそれぞれは、代替例として複数導体の信号線とすることができる。シングルエンドとして示されまたは説明される信号および信号経路は、差動型としてもよく、差動型として示されまたは説明される信号および信号経路は、シングルエンドとしてもよい。更に、本明細書で述べられる様々な信号の論理状態は例示であり、従って、当技術分野で一般に知られているように、反転したり他の方法で変更することができる。従って、本発明は、本明細書で説明される特定の実施例に限定されると解釈されるべきではなく、その範囲内に、添付の特許請求の範囲により定義されるすべての実施形態を含む。

本発明の実施形態によると集積化音響処理モジュールが開示され、このモジュールは複数のＥＣＭカプセルを含み、ＥＣＭカプセルは信号処理回路に直接に接続され、信号処理回路は、ノイズ低減および／または指向性感度（directional sensitivity）などの技術を用いて、ＥＣＭカプセルにより捕捉された音響信号の音質を改善することができる。幾つかの実施形態では、音響処理モジュールはまた、信号処理回路のために、コンフィギュレーション情報および／または様々な音響プロファイルを記憶するための不揮発性メモリを含む。音響処理モジュールのすべての構成要素はケーシング内に一緒にカプセル化され、ケーシングは、電界、磁界、ＲＦ（無線周波数）波などのような外部干渉から音響処理モジュールを電気的に分離する。このようにして、モジュールのＥＣＭカプセルは、例えば、ＪＦＥＴドライバを用いずに、信号処理回路へ直接に接続することができ、それによりモジュールのサイズおよび電力消費が低減される。

幾つかの実施形態では、モジュールの信号処理回路は、ＥＣＭカプセルから受け取った信号を完全にアナログ領域にて処理するものであり、信号処理ソフトウェアを実行するＤＳＰエンジンおよび／またはマイクロプロセッサよりも消費する電力が大幅に少ないアナログ処理回路を使用する。例えば、デジタル回路における電力消費の主要な要因は、０（論理ロー）と１（論理ハイ）との間のスイッチングであり、これは、短時間での接地から電源電圧までのノード容量の充電および放電を必要とする。一方、アナログの実装は、このような短時間での、このように激烈な信号スイングを必要としない。更に、単一の信号はデジタルでは複数のビットを用いて表されるので、それぞれの動作のために複数のノードが同時に充電および放電されなければならない。一方、アナログ信号は、単一のノードでの電圧により表すことができる。加えて、アナログ領域で動作する信号処理回路を使用することにより、本発明の実施形態ではＡＤＣおよびＤＡＣ変換器を必要とせず、それにより更に回路サイズおよび電力消費が低減される。

本発明の幾つかの実施形態による音響処理モジュール１００は、図１Ａ〜図１Ｃに示され、前部マイクロホン・センサ１１０Ｆ、後部マイクロホン・センサ１１０Ｒ、入力ポート１１１Ｆおよび１１１Ｒ、信号処理回路１２０、キャパシタ１３０、ならびにピン１４１〜１４２を含むものとされている。ここで説明する例示的な実施形態では、マイクロホン・センサ１１０は、ＪＦＥＴドライバを含まない周知のＥＣＭカプセル（例えば、図５のＥＣＭカプセル５１）であるが、他のタイプのセンサを用いることもできる。本発明によれば、音響処理モジュール１００のすべての構成要素は、統合されたケーシング１０１により一緒に完全にカプセル化され、このケーシングは、外部電界、ＲＦ信号、および他の干渉がモジュールの内部の構成要素の動作に影響を及ぼすのを防止する。より具体的にはカプセル化ケーシング１０１は、ケーシング１０１の内部に一定で一様な電界を維持するようにファラデー・ケージとして働き、それにより、モジュール１００で発生されるおよび／または処理される電気信号に外部干渉が影響を及ぼさないようになる。ケーシング１０１は、任意の適切な材料（例えば、金属など）から形成することができる。１つの例示的な実施形態ではモジュール１００の構成要素は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に表面実装され、次いで、ケーシング１０１を形成するように金属の蓋を用いてカプセル化することができる。

入力ポート１１１Ｆおよび１１１Ｒは、良く知られたものであり、ケーシング１０１内に形成され、音響信号（例えば、話す人の声からの音波など）を前部ＥＣＭカプセル１１０Ｆおよび後部ＥＣＭカプセル１１０Ｒそれぞれへ供給する。それに応答して、前部ＥＣＭカプセル１１０Ｆおよび後部ＥＣＭカプセル１１０Ｒは、音響信号を表す電気信号を、信号線１１２および１１３それぞれを介して信号処理回路１２０の入力端へ直接に供給する。

一実施形態では、音響ビームを形成するために音響処理を用いることができ、これは「ビームフォーマ」機能と呼ばれる。音響ビームは、１または複数の好ましい方向において高められたマイクロホン感度、および１または複数の他の方向において低減された感度をもつことと、等価である。このようなビームは、２以上のマイクロホンと、適切な信号処理とを用いて形成することができる。このようなビームはまた、固定または可変として構成することができる。後者の場合は、音響ビーム（感度の方向）は、望ましくない干渉などの音響信号に応答して変化するように、処理することができる。音響ビームが、ある方向へと動的に「ステアリング」されるとき、この機能は「ビーム・ステアリング」と呼ばれる。本明細書に開示された実施形態では、集積化モジュールに含まれる信号処理は、用途での必要性に応じて、ビーム形成およびビーム・ステアリングの動作の両方を行うことができる。ビーム形成は、ビーム・ステアリングのサブセットであり（具体的には、固定ビームの場合）、従って、説明のために、「ビーム形成」および「ビーム・ステアリング」という用語は本明細書では同義的に用いられることに留意されたい。

信号処理回路１２０は、マイクロホン・センサ１１０Ｆおよび１１０Ｒから直接にアナログ電気信号を受け取り、それらに応答して、任意の数の技術を用いて音響信号の音質を改善するようにアナログ回路を用いて信号を処理する。幾つかの実施形態では信号処理回路１２０は、例えば、フィルタのアレイを用いて望ましくないノイズを低減する周知のアナログ・ノイズ低減回路（簡素化するために図示せず）を含むことができる。他の実施形態では、信号処理回路１２０は、フィルタのアレイおよび他の処理回路（簡素化のために図示せず）を用いて望ましくない音響干渉を低減することにより指向性感度をもたらすアナログ・ビームフォーマ回路（簡素化のために図示せず）を含むことができる。他の実施形態では、信号処理回路１２０は、ノイズ低減回路とビームフォーマ回路との両方を含むことができる。キャパシタ１３０は、良く知られたものであり、出力端子に接続され、出力信号から不要なＲＦ成分をフィルタリングしながら、出力信号の所望される音響成分を通過させるハイパス・フィルタを形成する。

ピン１４１〜１４２は、良く知られた技術を用いてケーシング１０１内に形成される。幾つかの実施形態では、ピン１４１は、信号処理回路１２０により発生されたアナログ出力信号を関連デバイス（簡素化のために図１Ａ〜図１Ｃには示さず）へ供給するための出力ピンと、モジュール１００へ電力を供給するための電源ピンとの両方として動作するものであり、ピン１４２はモジュール１００に対する接地接続をもたらす。このような実施形態では、ピン１４１は、関連デバイスの標準（例えば、ＥＣＭ互換）のアナログ入力インターフェースに接続することができ、それにより、モジュール１００は、ＥＣＭ互換のアナログ電気信号を関連デバイスに供給し、且つ同じピンを介して入力インターフェースから電力を受け取る。より具体的には、幾つかの実施形態では、ＥＣＭカプセル１１１および処理回路１２０は、１．５ボルトにて約２００〜３００μＡの電流を用いて動作することができ、従って、図５の入力インターフェース５２０などのようなＥＣＭ互換入力インターフェースにより典型的に供給されるバイアス電圧および電流から、完全に電力供給されることができる。このようにして音響処理モジュール１００は、プラグ・アンド・プレイ様式で（例えば、システムの変更なしに）、標準のＥＣＭセンサと容易に置き換えることができる。例えば、モジュール１００は、デバイス５００の入力インターフェース５２０へ直接に接続することができ、それにより、従来のＥＣＭセンサ５０を、モジュール１００へと容易に置き換えることが可能になり、従来のＥＣＭセンサ５０では行われなかった音響信号処理機能を行うことができる。

上述のように、ＤＳＰエンジンではなくアナログ信号処理回路を使用することにより、電力消費が低減されるだけでなく、回路サイズを低減することができる。更に、ＥＣＭカプセルをアナログ信号処理回路と直接に接続し、それらを一緒に、電気的に遮蔽された集積化ケーシング内に収容することにより、ＥＣＭセンサが典型的に必要とするＪＦＥＴドライバをなくすことが可能となり、それにより電力消費および回路サイズが更に低減される。その結果、本実施形態による音響処理モジュールは、音質を改善するように信号処理を行う従来のマイクロホン・システムに比べて小型である。例えば、モジュール１００の一実施形態では、ＥＣＭカプセル１１１Ｆと１１１Ｒは約５〜１５ｍｍ離れており、ケーシング１０１は、図１Ａ〜図１Ｂに示される方向を示す符号Ｈ、Ｗ、Ｌを用いると、ほぼ高さ（Ｈ）１．５ｍｍ×幅（Ｗ）５ｍｍ×長さ（Ｌ）１５ｍｍである。

更に、当技術分野で知られているように、ＪＦＥＴドライバ（例えば、図５のＪＦＥＴ５２など）は温度係数を有し、ＪＦＥＴは異なる温度において挙動が異なる。従って、モジュール１００からＪＦＥＴドライバをなくすことにより、モジュール１００の出力信号は温度変動の影響を受けにくくなり、それにより、ＪＦＥＴドライバを含む従来のＥＣＭセンサよりも性能が改善される。

他の実施形態では、モジュール１００は、別個の電源および出力のピンを含むことができ、かつ／または他の信号および情報を出力または受け取るための他のピンを含むことができる。例えば、一実施形態では、モジュール１００は、後に図３に関連してより詳しく述べるように、コンフィギュレーション情報を受け取るためのコンフィギュレーションピン（簡素化のために図示せず）を含むことができる。

図２は、ビーム・ステアリング（およびビーム形成）機能を行うように幾つかの実施形態に従って構成された音響処理モジュール２００の簡略化したブロック図を示す。音響処理モジュール２００は、図２では、前部ＥＣＭカプセル１１０Ｆ、後部ＥＣＭカプセル１１０Ｒ、および信号処理回路２２０を含むものとして示される。信号処理回路２２０は、図１Ｃの信号処理回路１２０の一実施形態であり、入力バッファ２２１〜２２２、ビーム・ステアリング・エンジン２２３、不揮発性メモリ（ＮＶＭ：ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ ｍｅｍｏｒｙ）２２４、出力バッファ２２５、および出力キャパシタＣを含む。他の実施形態では、モジュール２００は、任意の適切な数のマイクロホン・センサを含むことができる。更に、簡素化のために図２には示されていないが、モジュール２００のすべての構成要素は、集積化ケーシング１０１により一緒に完全にカプセル化され、モジュールの構成要素は、電界、磁界、ＲＦ信号などの外部干渉から遮蔽される。

入力バッファ２２１〜２２２は、良く知られたものであり、それぞれ、ＥＣＭカプセル１１０Ｆおよび１１０Ｒにより発生されたアナログ電気信号をビーム・ステアリング回路２２３へ直接に供給するものであり、低雑音バッファとして働く。ビーム・ステアリング回路２２３は、複数の別個のフィルタ回路（簡素化のために図示せず）を含み、それぞれのフィルタ回路は、モジュールの長手方向軸（Ｌ）に対する対応する位置で、この対応する位置から生じる不要なノイズを打ち消すヌルを生成するように、選択可能である。幾つかの実施形態では、ビーム・ステアリング回路２２３は、同時係属であり本出願の権利者が所有する２００７年４月１８日出願の「Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｓｅｌｅｃｔ Ｎｕｌｌ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ（応答選択ヌル・ステアリング回路）」という名称の米国特許出願第１１／７３７，１２７号で開示されているタイプのものであるり、この文献の全体を参照により本明細書に組み込むものとする。他の実施形態では、他のビーム・ステアリング回路を用いることができる。

ＮＶＭ２２４は、ビーム・ステアリング回路２２３に結合され、ビーム・ステアリング回路２２３のためのコンフィギュレーション情報を記憶する。ＮＶＭ２２４は、例えば、ＰＲＯＭセル、ＥＰＲＯＭセル、ＥＥＰＲＯＭセル、フラッシュ・メモリ・セル、ヒューズ、ハードワイヤによる信号などを含む任意の適切なタイプの不揮発性メモリとすることができる。一部の実施形態では、コンフィギュレーション・データをデジタルの形でＮＶＭ２２４に記憶することができる。他の実施形態では、一部またはすべてのコンフィギュレーション・データをアナログの形でＮＶＭ２２４に記憶することができる。例えば、ＮＶＭ２２４のメモリ・セルを、従来の２進値（例えば、プログラム済状態または消去状態）にプログラムする代わりに、相対的な閾値電圧が所望されるパラメータ値を表すように、メモリ・セルを段階的にプログラムすることができる。

幾つかの実施形態では、ＮＶＭ２２４に記憶されるコンフィギュレーション情報は、ＥＣＭカプセル１１０Ｆおよび１１０Ｒのための校正情報、および他のビーム・ステアリング（またはビーム形成）のパラメータを含む。例えば、ＥＣＭカプセルの製造において固有の製作上の変動により、正確に整合した１対のＥＣＭカプセルを生成するのは非常に難しい。加えて、ＥＣＭカプセルが本発明のモジュール内に配置されるとき、ノイズ低減および指向性感度の機能を正しく実施するためには、カプセル間の横方向の間隔が既知でなければならない。従って、ＥＣＭカプセル１１０は、事前調整され、モジュールへ挿入された後に、不整合を確かめるために試験され、対応する校正情報がＮＶＭ２２４に記憶される。ビーム・ステアリング・パラメータは、ヌル方向インジケータ、ヌル・ステアリング判断のための検出閾値、スイッチング速度などを含むことができる。その後に、モジュールの動作時に、ＮＶＭ２２４は、コンフィギュレーション情報をビーム・ステアリング回路２２３へ供給し、ビーム・ステアリング回路２２３は、それに応答して、そのフィルタ係数、基準電圧、およびその回路の他の信号を調整して、ＥＣＭカプセルの不整合およびカプセル間の横方向間隔を補償し、また、ビーム・ステアリング回路２２３において他の所望されるビーム・ステアリング（またはビーム形成）特性を実現する。

更に、幾つかの実施形態では、ＮＶＭ２２４は、製造業者や顧客により、または他の手段により選択することができる、１または複数の音響プロファイルを記憶するように構成することができる。それぞれの音響プロファイルは、それぞれがビーム・ステアリング回路のフィルタのうちの対応する１つにより得られるヌルの相対位置を決定する複数のフィルタ係数と、所望される目標源の位置が変化したときにフィルタ間での切り換えを行うために用いられる選択基準と、出力コンフィギュレーションと、その他の情報を含むことができる。音響プロファイルは、所定の用途または環境に対してや、顧客により要求される特性に対してや、その他の条件などに合わせて調整することができる。例えば、第１の音響プロファイルは、全指向性（全方向）感度を生ずるように調整することができ、第２の音響プロファイルは、マイクロホン・センサの長手方向軸（Ｌ）に対しての指定された直線に沿った指向性のみを生ずるように調整することができ、第３の音響プロファイルは、所望される話す人の総合的な動きに応答して音響受信の指向性感度を移動するように調整することができ、また、同様にその他の指向性に関して調整することができる。このような実施形態では、モジュールの動作時に、ＮＶＭ２２４は、選択された音響プロファイルをコンフィギュレーション情報としてビーム・ステアリング回路２２３へ供給し、ビーム・ステアリング回路２２３は、それに応答して、そのフィルタ係数、基準電圧、およびその回路内の他の信号を調整する。

更に、他の実施形態では、モジュール２００はコンフィギュレーション・インターフェース３０２を含むことができ、コンフィギュレーション・インターフェース３０２は、図３に示されるように、通信リンク３０１を介して外部コンフィギュレーション・デバイス３００から校正情報および音響プロファイルなどのコンフィギュレーション情報がＮＶＭ２２４へプログラムされることを可能にする。幾つかの実施形態ではコンフィギュレーション・インターフェース３０２は、デジタル・シリアル・インターフェースを介して入力デバイス（例えば、コンピュータなど）からコンフィギュレーション情報を受け取ることができる。他の実施形態では、コンフィギュレーション回路（例えば、コンフィギュレーション・デバイス３００など）は、モジュール２００内に集積化することができ、それにより、モジュール２００を自己コンフィギュレーション可能とすることができる（例えば、モジュール２００を「チューニング」または「学習」のモードにすることによる）。

上述のように、ビーム・ステアリング回路２２３は、アナログ領域だけで動作することができ、ＥＣＭ互換アナログ出力信号を出力ピン１４１へ供給し、この出力ピン１４１は、上述のように、関連デバイスのアナログ入力インターフェースに接続することができる。例えば、図４は、その出力ピン１４１が信号線１０を通じて関連デバイス５００に接続された音響処理モジュール２００を示す。より具体的には、モジュール２００は、アナログ（ＥＣＭ互換）出力信号（ＯＵＴ）を、デバイス５００へ、その入力インターフェース５２０を通じて供給するものであり、入力インターフェース５２０は、上述のように、バイアス抵抗（Ｒｂｉａｓ）を含み、信号線１０を約１．５ボルトにバイアスし、約２００〜３００μＡのＥＣＭ標準バイアス電流を信号線１０へ供給する。デバイス５００の入力インターフェース５２０により供給されるバイアス電流および電圧は、モジュール２００のすべての構成要素に電力を供給するのに十分であり、それにより、モジュール２００が、それ自体の電源を含む必要性や、ＶＤＤへの専用の電源接続を含む必要性がなくなる。このようにして、モジュール２００は、任意のＥＣＭ互換システムへマイクロホン・センサとして容易に挿入することができ、また、外部電圧源が使用できないおよび／またはそれが望ましくない可搬および低電力の用途向けに理想的である。

本発明について、その特定の例示的な実施形態に関連して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明より広い趣旨および範囲から逸脱せずに、様々な変更および改変を行い得ることが明らかであろう。従って明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的なものと見なされるべきである。例えば、本発明のモジュールは、音響センサ以外のタイプのセンサを含むことができる。そのような一実施例はガラス破損検出器モジュールであり、その場合、センサは、音響センサと衝撃センサとの組み合わせとすることができ、その処理は、幾つか例示すると、衝撃検出、タイミング評価、音響パターン・マッチングなどを含むものとすることができる。これらすべては、小さなモジュールに好適に収容され、単に従来の受動型センサと互換のオン／オフ信号を送出することにより、「プラグ・アンド・プレイ」式で外部へロバストなガラス破損検出信号を供給する。

Claims (21)

1. 音響信号を受け取るための入力端を有し、アナログ出力信号を供給するための出力端を有する音響処理モジュールであって、
   それぞれが前記音響信号に応答して対応する電気信号を発生する、複数のマイクロホン・センサと、
   前記マイクロホン・センサと直接に接続された入力端を有し、前記モジュールの出力端子で前記アナログ出力信号を発生するために１または複数のアナログ信号処理機能に従って前記電気信号を処理するように構成された信号処理回路と、
   集積化ケーシングであって、前記マイクロホン・センサおよび前記アナログ処理回路を一緒にカプセル化するものであり、外部の干渉が前記集積化ケーシング内の電気信号に影響を及ぼすのを防止するように構成された集積化ケーシングと
   を備えるモジュール。
2. 請求項１に記載のモジュールであって、アナログ領域でのみ動作する、モジュール。
3. 請求項１に記載のモジュールであって、前記信号処理回路はビーム・ステアリング回路を備える、モジュール。
4. 請求項１に記載のモジュールであって、前記信号処理回路はノイズ低減回路を備える、モジュール。
5. 請求項１に記載のモジュールであって、それぞれのマイクロホン・センサが、エレクトレット・コンデンサ・マイクロホン（ＥＣＭ）カプセルからなる、モジュール。
6. 請求項５に記載のモジュールであって、前記出力端子は、前記アナログ出力信号を関連するデバイスのＥＣＭ互換入力インターフェースへ供給するように、および前記ＥＣＭ互換入力インターフェースから電力を受け取るように構成される、モジュール。
7. 請求項６に記載のモジュールであって、完全に前記ＥＣＭ互換入力インターフェースにより電力が供給される、モジュール。
8. 請求項１に記載のモジュールであって、
   前記信号処理回路が更に、前記マイクロホン・センサのための校正データを含むコンフィギュレーション情報を記憶するための不揮発性メモリを備える、
   モジュール。
9. 請求項８に記載のモジュールであって、
   前記信号処理回路が更に、ユーザから前記コンフィギュレーションのデータを受け取るためのコンフィギュレーション・インターフェースを備える、
   モジュール。
10. 請求項１に記載のモジュールであって、デジタル信号処理（ＤＳＰ）エンジンを含まない、モジュール。
11. 請求項１に記載のモジュールであって、前記音響モジュールはアナログ−デジタル変換器を含まない、モジュール。
12. 請求項３に記載のモジュールであって、前記ビーム・ステアリング回路はビーム形成動作を行うための回路を備える、モジュール。
13. 請求項３に記載のモジュールであって、前記ビーム・ステアリング回路はビーム・ステアリング動作を行うための回路を備える、モジュール。
14. 音響処理モジュールであって、
    それぞれが受け取った音響信号に応答して対応するアナログ信号を発生する複数のエレクトレット・コンデンサ・マイクロホン（ＥＣＭ）カプセルと、
    前記ＥＣＭカプセルと直接に接続された入力端を有し、ＥＣＭ互換アナログ出力信号を発生するための出力端を有する信号処理回路であって、前記ＥＣＭ互換アナログ出力信号を発生するようにアナログ処理技術を用いて、前記ＥＣＭカプセルにより供給される前記アナログ信号をフィルタリングするアナログ・ビーム・ステアリング回路を含む、信号処理回路と、
    集積化ケーシングであって、前記ＥＣＭカプセルおよび前記信号処理回路を一緒にカプセル化するものであり、外部干渉が前記集積化ケーシング内の電気信号に影響を及ぼすのを防止するように構成された集積化ケーシングと
    を備える音響処理モジュール。
15. 請求項１２に記載のモジュールであって、関連するデバイスへ前記ＥＣＭ互換アナログ出力信号を供給するため、および前記関連するデバイスから電力を受け取るための出力ピンを更に含む、モジュール。
16. 請求項１３に記載のモジュールであって、前記出力ピンは、信号線を介して前記関連するデバイスのＥＣＭ互換入力インターフェースに接続される、モジュール。
17. 請求項１４に記載のモジュールであって、前記信号線は３００μＡ未満の電流を前記モジュールへ供給する、モジュール。
18. 請求項１４に記載のモジュールであって、完全に前記ＥＣＭ互換入力インターフェースにより電力が供給される、モジュール。
19. 請求項１２に記載のモジュールであって、
    前記信号処理回路が更に、前記ＥＣＭカプセルのための校正データ、およびビーム・ステアリング回路のための１または複数の音響プロファイルを含むコンフィギュレーション情報を記憶するための不揮発性メモリを備える、
    モジュール。
20. 請求項１７に記載のモジュールであって、
    前記信号処理回路は更に、ユーザから前記コンフィギュレーションのデータを受け取るためのコンフィギュレーション・インターフェースを備える、
    モジュール。
21. 請求項１７に記載のモジュールであって、それぞれの音響プロファイルは、ビーム・ステアリング回路のためのフィルタ係数の別の組を含む、モジュール。

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