JP2020167670A - マイクとスマート音声機器 - Google Patents

Abstract

【課題】スマート音声機器のマイクにおいて、エコー除去アルゴリズムを追加せず、機器の小型化も妨げずに、拡声器音声の悪影響を抑制する。【解決手段】マイク１００は、ケース１０１と、ケース１０１内に固定され、互いに対向する第１の集音面１０２１と第２の集音面１０２２とを含み、第１の集音面１０２１と第２の集音面１０２２に作用する音圧に基づいて電気信号を出力する振動板１０２と、ケース１０１に形成され、ケース１０１外部からの音波をメイン集音チャンネル１０３１に通過させて伝達し、第１の音圧で第１の集音面１０２１に伝達するメイン集音孔１０３と、ケース１０１に形成され、音波を、サブ集音チャンネル１０４１に通過させて、第１の音圧とは異なる第２の音圧で第２の集音１０２２面に伝達するサブ集音孔１０４と、を含む。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、一般にマイクの技術分野に関し、より具体的には、ＭＥＭＳに基づくマイク及びスマート音声機器に関する。

現在、スマートスピーカなどのスマート音声機器の普及につれて、マイクに対する要求はますます高くなっている。具体的に、ほとんどのスマート音声機器は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの全指向性集音マイクを採用している。拡声器の形状の制限により、マイクと拡声器とは互いに近接するため、拡声器からマイクまでの音量が大きくなり、スマート音声機器を制御するユーザがマイクに伝達した音量よりも大きくなることがある。これにより、ユーザの音声制御コマンドの認識率の低下につながり、ユーザの音声によるスマート音声機器の制御に不便をもたらす。一方、場合によって拡声器の再生効果にも影響する。

現在、全指向性マイクの該当悪影響をできる限りに除去するためのエコー除去アルゴリズムが採用されているが、除去効果が制限され、プロセッサにアルゴリズムによる大きな圧力をもたらす。さらに、スマート音声機器用のエレクトレットベースの指向性マイクもあるが、エレクトレットマイク自身の欠点があるため、サイズが大きく、製品設計の点で制限され、信号対雑音比、一致性、耐老化性低下などの問題がある。

本開示の例示的な実施例により、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に基づく指向性マイクの解決策が提供され、上記の問題及び／または他の潜在的な問題を解決する。

本開示の第１の態様では、マイクが提供されている。前記マイクは、ケースと、ケース内に固定され、互いに対向する第１の集音面と第２の集音面を含み、第１の集音面と第２の集音面に作用する音圧に基づいて電気信号を出力するように構成される振動板と、ケースに形成され、メイン集音チャンネルを通過させてケース外部からの音波を第１の音圧で第１の集音面に伝達するように構成されるメイン集音孔と、ケースに形成され、サブ集音チャンネルを通過させた音波を、第１の音圧とは異なる第２の音圧で第２の集音面に伝達されるように構成されるサブ集音孔とを含む。

ＭＥＭＳに基づく集音の解決策により、２つの集音孔が設けられ、両面集音可能なＭＥＭＳ振動板を採用し、設けられたオーディオ経路を通過させて異なる方向の音源がＭＥＭＳ振動板両側における音圧差を実現することにより、マイクが集音する時に特定の方向の音量を抑制することが最終的に実現される。本開示の解決策は、ＭＥＭＳマイクの利点を持つとともに、構造的改善によりＭＥＭＳマイクの指向性を実現し、特定方向からの音量を効果的に抑制する。本開示に係るマイクの構造は、アルゴリズムによる拡声器音量の圧力を効果的に低減させ、信号対雑音比及び均一性を改善することができる。

いくつかの実施形態では、音波は第１の音圧より小さい第２の音圧で第２の集音面に伝達される。

いくつかの実施形態では、マイクはサブ集音チャンネル内に配置された減衰構造をさらに含み、サブ集音チャンネル内の音波は、減衰構造を介して減圧された第２の音圧で第２の集音面に伝達される。このような構成により、マイク集音の指向性をさらに向上させることができる。

いくつかの実施形態では、減衰構造は少なくとも１層の減圧膜または細孔構造を含む。

いくつかの実施形態では、サブ集音孔の開口面積はメイン集音孔の開口面積より小さく、第１の音圧より低い第２の音圧で音波を第２の集音面に伝達する。これにより、簡単な構造で、異なる方向の音源がＭＥＭＳ振動板両側における音圧差を確保でき、集音時の特定方向の音量抑制効果を向上させる。

いくつかの実施形態では、サブ集音孔及びメイン集音孔は円形孔であり、サブ集音孔の孔径はメイン集音孔の孔径より小さい。

いくつかの実施形態では、マイクはメイン集音チャンネルとサブ集音チャンネルの間に配置され、メイン集音チャンネルとサブ集音チャンネル内の音波の干渉を防止する遮音部材をさらに含む。

いくつかの実施形態では、メイン集音孔及びサブ集音孔は、ケースの同じ壁の異なる位置、またはケースの異なる壁に配置される。
これにより、製品構造の設計の柔軟性を向上させる。

いくつかの実施形態では、マイクは専用集積回路、振動板に結合され、電気信号に基づいて集音した音を表すオーディオ電気信号を生成する専用集積回路を含む。

いくつかの実施形態では、マイクは、マイクを外部回路に結合するためのケースに形成された電気接点をさらに含み、前記電気接点は専用集積回路に結合され、オーディオ電気信号を外部回路に伝達する。

いくつかの実施形態では、ケースの壁は、基板及びパッケージカバーを含み、メイン集音孔及びサブ集音孔はパッケージカバーに形成される。

本開示の第２の態様では、上記マイクを含むスマート音声機器が提供される。

本明細書に記載された内容は、本開示の実施形態のキーポイントまたは重要な特徴を限定するものではなく、本開示の範囲を限定しないことを理解されたい。本開示の他の特徴は、以下の説明により容易に理解される。

図面を参照し、以下の詳細な説明を参照すれば、本開示の様々な実施形態の上記及び他の特徴、利点及び態様はより明らかになる。図面において、同一または類似の参照番号は、同一または類似の要素を示す。

本開示の実施形態に係るマイクを示す概略図である。 本開示の他の実施形態に係るマイクを示す概略図である。

本開示の実施形態は、図面を参照してより詳細に説明される。本開示の特定の実施形態が図面に示されているが、本開示は様々な形態で具現化でき、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、逆に本開示により透徹かつ完全に本開示が理解されると解釈される。本開示の図面及び実施形態は単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものではない。

本開示の実施形態の説明において、用語「含む」などは、「含むがこれに限定されない」と理解されるべきである。「に基づいて」という用語は、「少なくとも部分的に基づいて」を意味すると理解されるべきである。「１つの実施形態」または「実施形態」という用語は、「少なくとも１つの実施形態」を意味すると理解されるべきである。「第１」、「第２」などの用語は、異なるまたは同一のオブジェクトを指す場合がある。以下、他の明示的及び暗黙的な定義も含まれる場合がある。

従来、スマートスピーカなどのスマート音声機器に用いられるＭＥＭＳに基づく全指向性マイクによる問題は、以下の通りである。
拡声器の音量を抑制することができないため、音声認識能力が低くなり、ユーザ体験が低下する。拡声器製品の寸法が制限されるため、拡声器とマイクとが互いに近接する。そのため、拡声器からマイクに伝達した音量（エコーと称することがある）は、ユーザの音声からマイクに伝達した音量を超えることがある。したがって、マイクによりユーザの制御音声信号をよく収集することができず、このようなマイクを採用したスマートスピーカ製品の音声認識能力が低くなる。同時に、ある場合では、この通常のＭＥＭＳマイクによって拡声器の放送効果が劣化し、ユーザ体験に影響する。

従来、エコー除去アルゴリズムにより上記の問題を解決しているが、エコー除去アルゴリズムのエコー除去能力は限定的であり、マイクから送信された音声信号の一部のみしか取り除くことができない。また、誤消去などの問題も発生することがある。さらに、エコー除去アルゴリズムは、プロセッサに大きなアルゴリズムによる圧力をかけるため、他のタスクの処理におけるプロセッサの効率に影響を与える可能性がある。この点でもユーザ体験が低下する。

従来、エレクトレット指向性マイクにより特定の方向（例えば拡声器の方向）からの音を抑制する解決策がある。しかし、エレクトレットマイク自体には多くの欠点と問題がある。たとえば、エレクトレットマイクの原理により、採用される振動板が比較的に大きく（通常５ｍｍ以上）、マイク自体の体積が大きくなる。また、エレクトレットマイクが回路基板に表面実装技術（ＳＭＴ）により溶接することができない。このため、拡声器製品の構造設計が複雑になる。

また、エレクトレット指向性マイクは、取り付け位置に多くの要求があり、マイクの前後に十分な音入力領域が必要であるため、製品の外観が大きく制限される。さらに、マイク自体の信号対雑音比、一致性、耐老化性及びその他の指標は、ＭＥＭＳに基づくマイクに及ばない。

上記の考えに基づいて、本開示の実施形態ではＭＥＭＳに基づく指向性マイクが提供され、上記の従来マイクの問題または他の潜在的な問題のいくつかを解決あるいは部分的に解決する。次に、図１から図２を参照しながらいくつかの例示的な実施形態を説明する。

図１は、本開示の実施例に係るマイク１００を示す概略図であり、図２は、本開示の他の実施例に係るマイク１００を示す概略図である。図示したように、ＭＥＭＳに基づくマイク１００は、ケース１０１と、振動板１０２と、２つの集音孔（説明の便宜上、以下メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４と呼ぶ）とを含む。

なお、図面には単一の２つの集音孔が示されているが、例示にすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、任意の適宜な方法でもあり得る。例えば、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、図示したように１つの孔の形態であってもよい。いくつかの他の実施形態では、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、複数の孔の形態を集音孔としても良い。これらはいずれも本開示の保護範囲内に含まれる。

ＭＥＭＳに基づく振動板１０２は、ケース１０１内に固定されている。振動板１０２の両面に隣接する領域はキャビティ構造を有する。説明の便宜上、以下に本明細書の振動板の２つの面は、それぞれ第１の集音面１０２１及び第２の集音面１０２２と呼ばれる。振動板１０２は、第１の集音面１０２１及び第２の集音面１０２２に作用する音圧に基づいて電気信号を生成する。

ここでの電気信号は、音圧に基づいて生成される電気容量信号でもよい。いくつかの実施形態では、該電気容量信号をさらに処理し、収集された音を示すオーディオ電気信号を生成する。例えば、いくつかの実施形態では、マイク１００は専用集積回路（ＡＳＩＣ）を含み、ＡＳＩＣは適切な方法で振動板に結合されることにより、振動板１０２が生成する電気容量信号に基づいてオーディオ電気信号を生成し、プロセッサなどの外部回路で使用される。

勿論、前記ＡＳＩＣを採用して振動板１０２で生成した電気容量信号を音声電気信号に変換する上記の実施形態は、単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものではないと理解されたい。他の適切な方法または構成も可能である。例えば、いくつかの他実施形態では、振動板によって生成された電気信号は、プロセッサにより直接処理されてもよい。

メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、ケース１０１にそれぞれ形成されている。図１に示すように、メイン集音孔１０３は、マイク１００の外部からの音波を、ケース１００のメイン集音チャンネル１０３１に通過させ、第１の音圧で第１の集音面１０２１に伝達することができる。サブ集音孔１０４は、音波をケース１００の集音チャンネル１０４１に通過させた後、第１の音圧とは異なる第２の音圧で第２の集音面１０２２に伝達することができる。

本構成を採用したＭＥＭＳに基づくマイク１００は、マイク１００の異なる方向の音源が第１の集音面１０２１と第２の集音面１０２２で生成された音圧差を異ならせる。このようにして、マイク１００は特定の方向（拡声器の方向など）の音量を抑制する。例えば、スマート音声機器の設計において、ＭＥＭＳに基づくマイク１００の音量抑制効果が最も良い方向に拡声器（図示せず）を配置することができる。これにより、構造的で優れたエコー除去効果を達成する。

したがって、マイク１００を採用するスマート音声機器は、エコー除去アルゴリズムを追加する必要がないため、プロセッサのアルゴリズム処理圧力を大幅に低減させる。一方、全体処理量が変わらない場合、比較的弱い計算能力と比較的低コストのプロセッサを使用でき、スマート音声機器のコストを削減できる。一方、同じプロセッサでも他のプロセスの処理能力も大幅に向上し、ユーザ体験が向上する。

さらに、マイク１００はＭＥＭＳに基づくものである。一方、ＭＥＭＳに基づく振動板は大きな面積を必要とせず、マイクの前面と背面はエレクトレットマイクのような大きなオーディオ領域を必要とせずに目標の効果が得られる。これにより、マイク１００を採用した音声機器はよりコンパクトになる。この小型化をますます追求することは、今日では特に有利である。一方、ＭＥＭＳに基づくマイク１００は、表面実装技術（ＳＭＴ）を採用して回路基板に溶接することができる。エレクトレット指向性マイク製品と比べて、構造設計の難易度が低減され、スマート音声機器の設計の柔軟性を高める。

いくつかの実施形態では、第２の音圧は第１の音圧より小さい。すなわち、音波は第１の音圧より小さい第２の音圧で第２の集音面１０２２に伝達される。これは、当分野の任意の適切な手段によって実現することができる。例えば、図２に示すように、いくつかの実施形態では、集音チャンネル１０４１に減衰構造１０５を配置することができる。外部からの音波は、減衰構造１０５により減圧され、第１の音圧より小さい第２の音圧で第２の集音面１０２２に伝達される。この構成により、第１集音面１０２１と第２集音面１０２２における異なる方向の音源の音波の音圧差をさらに大きくすることができる。このように、マイク１００は、特定の方向の音量をより効果的に抑制することができる。

減衰構造を通過した後に音圧が低下する限り、減衰構造１０５は、任意の適切な方法で実施することができる。例えば、いくつかの実施形態では、減衰構造１０５は、少なくとも１層の減圧膜、または細孔構造を含むことができる。勿論、減衰構造１０５が集音チャンネル１０４１に配置される方法は単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。音圧を低減できる他の適切な構成または構造が可能である。

いくつかの代替実施形態では、サブ集音孔１０４の開口面積をメイン集音孔１０３の開口面積よりも小さく設定することにより、第２集音面１０２２に伝達される音波の音圧を設定することもできる。つまり、サブ集音孔１０４をメイン集音孔１０３より小さくすることにより、第２の集音面１０２２に伝達される音波の音圧を低減させる。

例えば、いくつかの実施形態では、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は円形孔であり得る。この場合、サブ集音孔１０４の開口をメイン集音孔１０３の開口より小さくすることにより、音波を第１の音圧より小さい第２の音圧で第２の集音面１０２２に伝達することができる。

勿論、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、任意の適切な形状または構造を採用してもよく、上記の効果は、メイン集音チャンネル１０３１及びサブ集音チャンネル１０４１の構造または形状（例えば、開口の形状）を設計することにより実現されると理解されたい。メイン集音チャンネル１０３１及びサブ集音チャンネル１０４１の構造または形状を適切に設定することにより、集音チャンネル１０４１を通過する音波は、第１の音圧とは異なる第２の音圧で第２の集音面１０２２に伝達される。このようにして、特定の方向の音量を抑制する効果が得られる。

メイン集音チャンネル１０３１とサブ集音チャンネル１０４１内の音波の干渉を防止するために、いくつかの実施形態では、マイク１００は、メイン集音チャンネル１０３１とサブ集音チャンネル１０４１との間に配置される遮音部材１０６をさらに含む。すなわち、遮音部材１０６は、メイン集音チャンネル１０３１及びサブ集音チャンネル１０４１の壁または支持構造として形成される。この構成により、マイク１００の集音の指向性をさらに向上させることができる。

いくつかの実施形態では、図１及び図２に示すように、マイク１００のケース１０１の壁は、基板１０１２及びパッケージカバー１０１３を含むことができる。すなわち、ケース１０１は、基板１０１２とパッケージカバー１０１３によってパッケージ化されている。これにより、マイク１００は、所望の製品により便利に適用できるモジュール製品を形成することができる。いくつかの実施形態では、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、ケース１０１の同じ壁または異なる壁の異なる位置に配置されてもよい。

例えば、いくつかの実施形態では、パッケージカバー１０１３は、実質的に柱構造でもよく、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、図１及び図２に示すように、パッケージカバー１０１３の端面に配置されてもよい。勿論、本開示はパッケージカバー１０１３の形状を制限するものではなく、パッケージカバー１０１３は任意の適切な形状でもよいと理解されたい。例えば、いくつかの代替実施形態では、パッケージカバー１０１３も半球形状などでもよく、メイン集音孔１０３とサブ集音孔１０４はパッケージカバー１０１３の異なる位置に配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、メイン集音孔１０３及びサブ集音孔１０４は、パッケージカバー１０１３及び基板１０１２にそれぞれ配置されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイク１００の回路基板へ溶接しやすくなるために（例えば、ＳＭＴ方式により）、ケース１０１はマイク１００を回路基板上の外部回路に結合するための電気接点を含むことができる。電気接点は、特定の集積回路に結合され、前述のマイク１００によって出力されたオーディオ電気信号を外部回路に伝達し、外部回路によりさらなる処理を行う可能になる。さらに、ケース１０１上の任意の適切な位置に電気接点が配置され、マイク１００の製品設計の柔軟性を高めることができる。

勿論、専用集積回路をマイク１００の外側に配置してもよいことを理解されたい。この場合、電気接点を振動板１０２に結合することができ、専用集積回路は電気接点により振動板１０２に結合される。このようにして、マイク１００、またはマイク１００を使用する製品は、より多様化することができる。

本開示の実施例の別の態様により、上記のマイク１００を採用するスマート音声機器も提供される。このスマート音声機器は、スマートスピーカ、スクリーン付きスマートスピーカ、またはスマートテレビなどである。マイク１００を採用することにより、スマート音声機器は、より強力な音声認識能力、よりコンパクトな構造、及びより豊かな設計とすることにより、ユーザ体験を改善する。

本開示の上記の詳細な説明は、単に本開示の原理を例示または説明するものであり、本開示を制限するものではないことを理解されたい。したがって、本開示の精神及び原則内で行われた修正、同等の置換及び改善は、本開示の範囲内に含まれる。同時に、本開示の請求項は請求項の範囲内の同等の置換の範囲内のすべての変更及び修正を含むことを目的としている。

Claims (12)

1. ケース（１０１）と、
   前記ケース（１０１）内に固定され、互いに対向する第１の集音面（１０２１）及び第２の集音面（１０２２）を含み、前記第１の集音面（１０２１）及び前記第２の集音面（１０２２）に作用する音圧に基づいて電気信号を出力するように構成される振動板（１０２）と、
   前記ケース（１０１）に形成され、前記ケース（１０１）の外部からの音波を、メイン集音チャンネル（１０３１）に通過させて第１の音圧で前記第１の集音面（１０２１）に伝達するように構成されるメイン集音孔（１０３）と、
   前記ケース（１０１）に形成され、音波を、サブ集音チャンネル（１０４１）に通過させて前記第１の音圧と異なる第２の音圧で前記第２の集音面（１０２２）に伝達するように構成されるサブ集音孔（１０４）と、を含むことを特徴とする、マイク（１００）。
2. 前記音波は前記第１の音圧より小さい前記第２の音圧で前記第２の集音面に伝達されることを特徴とする、請求項１に記載のマイク（１００）。
3. 前記サブ集音チャンネル（１０４１）内に配置される減衰構造（１０５）をさらに含み、前記サブ集音チャンネル（１０４１）内の音波は前記減衰構造（１０５）を介して減圧された後、前記第２の音圧で前記第２の集音面（１０２２）に伝達されることを特徴とする、請求項２に記載のマイク（１００）。
4. 前記減衰構造（１０５）は、少なくとも１層の減圧膜または細孔構造を含むことを特徴とする、請求項３に記載のマイク（１００）。
5. 前記サブ集音孔（１０４）の開口面積は、前記メイン集音孔（１０３）の開口面積よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載のマイク（１００）。
6. 前記サブ集音孔（１０４）及び前記メイン集音孔（１０３）は、円形孔であり、前記サブ集音孔（１０４）の孔径は、前記メイン集音孔（１０３）の孔径より小さいことを特徴とする、請求項５に記載のマイク（１００）。
7. 前記メイン集音チャンネル（１０３１）と前記サブ集音チャンネル（１０４１）との間に配置され、前記メイン集音チャンネル（１０３１）と前記サブ集音チャンネル（１０４１）内の前記音波の干渉を防止するための遮音部材材（１０６）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のマイク（１００）。
8. 前記メイン集音孔（１０３）及び前記サブ集音孔（１０４）は、前記ケース（１０１）の同じ壁の異なる位置、または前記ケース（１０１）の異なる壁に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のマイク（１００）。
9. 前記振動板（１０２）に結合され、前記電気信号に基づいて、集音された音を示すオーディオ電気信号を生成する専用集積回路（ＡＳＩＣ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のマイク（１００）。
10. 前記ケース（１０１）に形成され、前記マイク（１００）を外部回路に結合するための電気接点をさらに含み、
    前記電気接点は前記専用集積回路に結合され、前記オーディオ電気信号を前記外部回路に伝達することを特徴とする、請求項９に記載のマイク（１００）。
11. 前記ケース（１０１）は、基板（１０１２）とパッケージカバー（１０１３）を含み、前記メイン集音孔（１０３）と前記サブ集音孔（１０４）は、前記パッケージカバー（１０１３）に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のマイク（１００）。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載のマイク（１００）を含むことを特徴とする、スマート音声機器。

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