JP4864089B2 - 雑音を軽減するマイクロホンシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は概してマイクロホンに関し、より詳しくは、本発明はマイクロホンの性能向上に関する。

コンデンサマイクロホンは、一般的に振動板を有し、その振動板は基礎をなす裏板と共にコンデンサを形成する。可聴音信号を受け取ることによって、振動板の振動が引き起こされ、可聴音信号を表す可変の静電容量信号を形成する。この可変の静電容量信号は、増幅され、記録され得、または、さもなければ別の電子機器に送信され得る。

しかしながら、マイクロホンが機械的衝撃を受けるときには、問題が生じる。具体的には、機械的衝撃は、マイクロホン出力信号を下げるような、振動板の振動を引き起こし得る。

本発明の一実施形態に従って、マイクロホンシステムは、第一および第二のマイクロホン装置と連結されるベースを有する。第一のマイクロホン装置は雑音成分を有する第一の出力信号を生成することができ、一方では、第二のマイクロホン装置は第二の出力信号を生成することができる。このシステムはまた、第一のマイクロホン装置および第二のマイクロホン装置と動作可能に連結される結合ロジックを有する。結合ロジックは第二の出力信号を使用して、第一の出力信号から雑音成分の少なくとも一部分を除去する。

第二の出力信号は、とりわけ、第一のマイクロホン装置の機械的応答に関連するデータを有し得る。そのうえ、第二のマイクロホン装置は、振動板およびその振動板を音響的に封印するキャップを有し得る。代替案として、振動板はシステム内の他の振動板が露出される空間に露出され得る。一部の実施形態では、第二のマイクロホン装置はマイクロホンおよびローパスフィルタを有する。

第一のマイクロホン装置の様々な実施形態は第一のマイクロホンを有し、一方では、第二のマイクロホン装置は第二のマイクロホンを有する。第二のマイクロホンは、第一のマイクロホンの低周波遮断（ｃｕｔ−ｏｆｆ）よりも大きな低周波遮断を有するように構成され得る。加えて、第一のマイクロホンは第一の振動板、およびその第一の振動板によって少なくとも部分的に画定される第一の環状ギャップを有し得、一方では、第二のマイクロホンは第二の振動板、および第二の振動板によって少なくとも部分的に画定される第二の環状ギャップを有し得る。第二の環状ギャップは例示的に第一の環状ギャップよりも大きい。この第二のギャップは低周波音声成分を効果的に軽減し、一方では、フィルタが、使用された場合には、残りの音声成分を実質的に除去するか、または軽減する。

機械的衝撃によって生成される雑音成分の少なくとも一部分を除去するために、第二のマイクロホン装置はマイクロホンおよび信号変換モジュール（例えば、適応フィルタ）を有し得る。

本発明の別の実施形態に従って、マイクロホンシステムは、第一および第二のマイクロホン装置と連結されるベースを有する。第一のマイクロホン装置は第一の出力信号を生成することができ、第一の機械的応答を有する第一のマイクロホンを有する。同様に、第二のマイクロホン装置は第二の出力信号を生成することができ、第二の機械的応答を有する第二のマイクロホンを有する。システムはまた、第一および第二のマイクロホン装置と動作可能に連結される結合ロジックを有する。結合ロジックは第一および第二の出力信号を結合し、出力音声信号を生成する。第一および第二の機械的応答は例示的に事実上同じである。

とりわけ、結合ロジックは第二の出力信号を第一の出力信号から減じる減算器を含み得る。他の実施形態では、結合ロジックは加算器を有し得る。

本発明の別の実施形態に従って、マイクロホンシステムから出力音声信号を生成する方法は、入力音声信号および機械的信号に応答して第一のマイクロホン出力信号（音声成分および機械的成分を有する）を生成するための、第一のマイクロホンを有するベースを提供する。ベースはまた、機械的信号に応答して第二のマイクロホン出力信号を生成するための、第二のマイクロホンを有する。該方法は、第二のマイクロホン出力信号からの情報を使用して、第一のマイクロホン出力信号から機械的成分の少なくとも一部分を除去する。

第二のマイクロホン出力信号は第二の音声成分を有し得る。その場合、前記方法は第二のマイクロホン出力信号から第二の音声成分の少なくとも一部分を除去し得る。加えて、前記方法は、第二のマイクロホン出力信号を適応してフィルタリングし得る。とりわけ、前記方法は、適応してフィルタリングする前に、第二のマイクロホン出力信号から第二の音声成分の少なくとも一部分を除去し得る。

本発明の例示的な実施形態は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードをその上に有するコンピュータ使用可能媒体を有する、コンピュータプログラム製品として実装される。コンピュータ読み取り可能なコードは、従来のプロセスに従って、コンピュータシステムによって読み込まれ、かつ利用され得る。

本発明の前述の利点は、添付図面の参照と共に、それに関する以下のさらなる説明から、より完全に理解される。

例示的な実施形態では、マイクロホンシステムは同じベースに結合される主マイクロホンおよび補正マイクロホンを有し、両方とも同じ雑音信号（例えば、機械的衝撃信号）の受信と、対応する様式での応答とを行う。マイクロホンシステムが生成する出力音声信号の質を向上させるために、マイクロホンシステムは補正マイクロホンによって検出される雑音信号を使用して、主マイクロホンによって生成される信号から相当量の雑音を除去する。その結果として、出力音声信号は、処理されずに雑音が存在する場合よりも少ない雑音を有する。例示的な実施形態の詳細が、以下で説明される。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成される、マイクロホンシステム１２を支持するベース１０の機能を果たす携帯電話を、概略的に示す。そのために、携帯電話（参照番号１０によっても識別される）は、出力音声信号を生成するためのマイクロホンシステム１２、イヤホン１６、ならびにキーパッド、トランスポンダロジック、および他のロジック要素（図示せず）などのようなその他の様々な構成要素を含む、プラスチック本体１４を有する。以下でより詳細に論じるように、マイクロホンシステム１２は、主マイクロホン１８Ａおよび補正マイクロホン１８Ｂを有し、この両者は互いに非常に近接して固定して取り付けられており、マイクロホンシステム１２は電話機本体１４に固定して取り付けられている。より一般的には、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの両方は、例示的に互いに機械的に連結され（例えば、ベース１０を介して、または直接接続で）、実質的に同じ機械的信号を確実に受信する。例えば、電話器１０を地面に落とす場合には、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの両方は、電話器１０のその動きおよびそれに続く衝撃（例えば、電話器１０が地面に激突した後で、数度跳ね返った場合）を表す、実質的に同一の機械的／慣性信号を受信する。

代替の実施形態では、マイクロホンシステム１２は、電話機本体１４に固定して取り付けられずに、すなわち電話機本体１４に移動可能なように取り付けられ得る。マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは機械的に連結されているので、いずれにせよ両者共に、上記で論じたように実質的に同じ機械的信号を受信する。例えば、２つのマイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは、電話機本体１４に移動可能なように接続された単一のダイの上に形成され得る。代替案として、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは、一緒にまたは別々にパケージされた個別のダイによって形成され得る。

ベース１０は、マイクロホンを使用するために適応され得る、任意の構造であり得る。したがって、他の構造がベース１０として使用され得ること、および携帯電話１０は例示の目的のみのために論じられていることを、当業者は理解する。例えば、とりわけ、ベース１０は、自動車のダッシュボード、コンピュータのモニタ、ビデオ録画機、ビデオカメラ、またはテープ録音機などの、移動可能または比較的小さな機器であり得る。ベース１０はまた、単一のチップまたはダイの基板、あるいはパッケージのダイ貼付パッドなどの、表面であり得る。反対に、ベース１０はまた建物などの大きな、または相対的に移動ができないもの（例えば、家の玄関の呼び鈴の隣）であり得る。

図２は、ＭＥＭＳマイクロホン（参照番号１８によって識別される）の断面図を概略的に示し、これは主および補正マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの一実施形態の構造を一般的に表す。とりわけ、マイクロホン１８は静止した（ｓｔａｔｉｃ）裏板２２を含み、この裏板は可撓性振動板２４を支持し、可撓性振動板と共にコンデンサを形成する。例示的な実施形態では、裏板２２は単一の結晶シリコンから形成され、一方では、振動板２４は堆積ポリシリコンから形成される。複数のばね２６（図２ではよく図示されていないが、図３Ａおよび図３Ｂでより明確に示される）は、酸化物層２８のような、他の様々な層を用いて振動板２４を裏板２２に移動可能なように接続する。動作を助長するために、裏板２２は背面の空洞３２へつながる複数のスルーホール３０を有する。実施形態およびその機能に応じて、マイクロホン１８はキャップ３４を有する。

音声信号は振動板２４の振動を引き起こし、ひいては静電容量の変化を生成する。内蔵のまたは外部の回路網（図示せず）は、この変化する静電容量を、さらなる処理が可能となる電気信号に変換する。図２のマイクロホンの説明は、例示的目的のためのみであることに留意すべきである。したがって、他のＭＥＭＳまたは非ＭＥＭＳマイクロホンが、本発明の例示的な実施形態と共に使用され得る。

主マイクロホン１８Ａの機能の１つは、音声成分および（ゼロまたは非ゼロの）雑音成分を有する主信号を生成することである。この雑音成分は、とりわけ、１）機械的部分、および２）雑音成分の機械的部分への音声応答、を含み得る。例えば、マイクロホンが地面に落ちるとき（すなわち、その振動板２４が慣性応答として動くとき）には、雑音成分の機械的部分はマイクロホンの応答であり得る。別の例としては、雑音信号の機械的部分への音声応答は、マイクロホン／ベース１０が地面と衝突するときに発生する最初の音および反響の合成音であり得る。主マイクロホン１８Ａはまた、図示されるように（例えば、処理後キャップまたはインサイチュキャップ）、音声信号の侵入を許容するスルーホールを伴って、パッケージされ、またはキャップされ得る。

補正マイクロホン１８Ｂの機能の１つは、主信号の雑音成分の多くを軽減するために使用し得る補正信号を生成することである。この軽減は、主信号の雑音成分の相当な部分、または比較的少ない部分を除去し得る。しかしながら、様々な実施形態は、好ましくも論じられる雑音成分の実質的に全てを除去する。雑音成分を除去することは、最終的な出力信号の質（例えば、信号対雑音比）を高めることになる。

軽減の全体量および形式は、用途に依存する。例えば、一部の実施形態は、雑音成分の機械的部分のみを除去する。他の実施形態は、機械的部分およびその音声応答の両方を除去する。さらに他の実施形態は、雑音信号の音声応答部分のみを除去し得る。

補正マイクロホン１８Ｂは、マイクロホンシステム１２の内部の効果的な加速度計の機能を果たすとみなされ得る。従って、この文脈において、用語「マイクロホン」は、一般的に慣性センサなどの他の機器を含むように使用され得る。その正確な名前にかかわらず、補正マイクロホン１８Ｂは、慣性ベースの雑音（すなわち、望ましくない振動板の動きおよび関連する信号）を軽減する点で役立つ。一部の実施形態においては、論じた補正マイクロホン１８Ｂを使用するかわりに、マイクロホンシステム１２は、１台以上の、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社（ノーウッド、マサチューセッツ州）によって製造販売される１軸、２軸、または３軸のＩＭＥＭＳ加速度計などの、加速度計を有する。

主マイクロホン１８Ａおよび補正マイクロホン１８Ｂは、好ましくは、本明細書において論じた音声および雑音信号に対して実質的に同じ応答をするように形成される。そのために、例示的な実施形態は、実質的に同一の製作プロセスおよび材料（例えば、シリコンオンインシュレータ技術、またはシリコンウエハ基板に層を堆積する従来の非ＳＯＩ表面マイクロマシニングプロセス）を使用して、２つのマイクロホン１８Ａおよび１８Ｂを生成する。従って、論じた様々な実施形態と一致する可能な範囲内で、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは、実質的に同一の振動板質量、裏板、穴の大きさ、材料など…を有するべきである。しかしながら、代替の実施形態は、本明細書において論じた機能を果たすように較正された異なるマイクロホン１８Ａおよび１８Ｂを使用し得る。

図６に関して以下にさらに詳細に述べるように、例示的な実施形態は、補正信号を主信号と結合し、主信号から雑音成分を除去する。とりわけ、例示的な実施形態は補正信号を主信号から減じ得る。従って、目的の音声信号を主信号から減じることを避けるために、補正信号の例示的な実施形態は、実質的に目立った音声成分を含まない（例えば、それは著しく軽減された種類の音声成分を含み得る）。補正信号が実質的に音声成分を有する場合には、補正信号は望ましくはないが、主信号からの音声成分を相殺するかさもなくば実質的に軽減し、ひいてはシステムの様々な実施形態の利点の１つを実質的に損なう。

それ故に、様々な実施形態は、補正マイクロホン１８Ｂを入力音声信号から物理的に遮蔽する。そうすることで、補正マイクロホン振動板２４は機械的（または関連する）信号を受信するが、音声信号を受信しない。振動板２４を物理的に遮蔽するために、補正マイクロホン１８Ｂは、１）振動板２４に対する音響的封印（すなわち、補正マイクロホン振動板２４を遮蔽する）を提供するキャップ３４を有し得、２）密封されたパッケージの中に含まれ得、または３）入力音声信号の振動板２４への接触を防ぐための一部の他の物理的手段を有し得る。

しかしながら、他の実施形態は、補正マイクロホン１８Ｂの振動板２４を、入力音声信号から理論的に遮蔽する。その振動板２４が理論的に遮蔽される場合には、そのときには、補正マイクロホン１８Ｂおよび主マイクロホン１８Ａの両方の振動板２４は、共通空間（例えば、望ましい音声信号が通過する空間）に露出され得る。言い換えると、両方の振動板２４は原則として同じ音声入力信号を受信し得る。図３Ａおよび図３Ｂは、この機能性を提供する２つの実施形態を概略的に示す。

図３Ａは、補正マイクロホン振動板２４を理論的に遮蔽する第一の実施形態に従った、マイクロホンシステム１２の平面図を概略的に示す。具体的には、マイクロホンシステム１２は、基礎をなすプリント回路基盤３６に固定して取り付けられた主および補正マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂ、ならびに、主マイクロホン１８Ａによって受信された音声信号の質を向上させるためのロジック３８（図５参照）を含む。図３Ａは平面図であるために、マイクロホン１８および１８Ｂのそれぞれの振動板２４、ならびにそれらのばね２６を示す。別個のばね２６によって支持される振動板２４を有するこの構成は、振動板２４の外側パラメータと、各ばね２６が接続する構造の内側パラメータとの間にギャップを生成する。このギャップは図３Ａで、主マイクロホン１８Ａ用の「ギャップ１」として、また補正マイクロホン１８Ｂ用の「ギャップ２」として識別されている。

当業者には公知のとおり、一般的にはそのギャップ（例えば、ギャップ１）の大きさを最小にし、マイクロホンが低周波数の音声信号に確実に応答し得るようにすることが望ましい。言い換えると、ギャップが大きすぎる場合には、マイクロホンは比較的低い周波数を有する音声信号を検知し得ない。具体的には、マイクロホンの周波数応答に関しては、低周波遮断（例えば、３ｄＢポイント）の位置は、このギャップの関数である。図４Ａは、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたときの、主マイクロホン１８Ａの例示的な周波数応答曲線を概略的に示す。示されるように、低周波遮断はＦ１であり、それは、好ましくも比較的低い周波数（例えば、約１ミクロンのギャップなどの適切な大きさのギャップによって生成される、５０Ｈｚ〜１００Ｈｚ）である。

このギャップは、機械的信号に対するマイクロホンの慣性応答に対して、無視し得るほどのわずかな影響しか有さないと予想されることに留意するべきである。従って、マイクロホンは低周波遮断よりも低い周波数を有する音声信号を実質的に検知しないが、しかし低周波数の慣性信号を検知し得る。例えば、約３５０Ｈｚの低周波遮断を生成する大きさのギャップを有するマイクロホンは、しかし１５０Ｈｚの周波数を有する機械的信号を検知する。

本発明の一実施形態に従って、ギャップ２（補正マイクロホン１８Ｂの）は、ギャップ１（主マイクロホン１８の）よりも大きい。従って、図４Ｂ（補正マイクロホン１８Ｂの周波数応答を示す）に示すように、補正マイクロホン１８Ｂの低周波遮断Ｆ２（例えば、約５〜１０ミクロンなどの、適切な大きさのギャップによって生成される、２ＫＨｚ〜２．５ＫＨｚ）は、主マイクロホン１８Ａの低周波遮断Ｆ１よりもかなり高い。その結果として、補正マイクロホン１８Ｂは適切にも、低周波の音声信号をより広範囲にわたって検知しない。言い換えれば、ギャップ２の大きさが大きくなることによって、補正マイクロホン１８Ｂは、音声ハイパスフィルタとして有効に機能する。以下にさらに詳細に論じるように、例示的な実施形態は、この有効なハイパスフィルタを後続のローパスフィルタ４６と組み合わせて使用し、入力音声信号に対する補正マイクロホン１８Ｂの応答を著しく軽減する。従って、補正マイクロホン１８Ｂは、入力音声信号から自己を遮蔽する手段（例えば、キャップ３４）を必要としない。

ギャップ２をギャップ１よりも大きくして、その一方で、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの両方が雑音信号に対して実質的に同一の応答を確実に有するための、様々な方法がある。とりわけ、振動板２４は実質的に同一の質量を有するよう形成され得る。そのために、補正マイクロホン１８Ｂの振動板２４は、主マイクロホン１８Ａの振動板２４よりも厚くされ得、一方では、補正マイクロホン１８Ｂの振動板２４の直径は、主マイクロホン１８Ａの振動板２４の直径よりも小さくされ得る。

他の実施形態では、振動板の質量は異なり得る。その場合には、内部ロジックまたは外部ロジックが、質量差を相殺するために使用され得る。例えば、補正マイクロホン振動板２４の質量が主マイクロホン振動板２４の質量の半分である場合には、そのときにはロジックが、補正マイクロホン１８Ｂからの信号にスカラー値（例えば、スカラー値２）を乗じ得る。それ故に、ロジックが、２つのマイクロホンの効果的な振動出力を事実上同じにする。言い換えれば、１）実際に、同じ振動板質量を有する場合、または２）ロジックによって振動板の質量差が相殺され、事実上同じ質量であるように扱われる（例えば、スカラーを適用する）場合、２つのマイクロホンの機械的応答は事実上同じであるとみなし得る。さらに他の実施形態では、２つのマイクロホンは全く異なり得、この場合には、本明細書で論じる結果と一致する正確な結果を確実にもたらすために、他のロジックが必要とされる。

図３Ｂは、上記で論じたギャップが実質的に同一である別の実施形態を概略的に示す。同一のギャップを有するにもかかわらず、補正マイクロホン１８Ｂは、図４Ｂに示すような周波数応答を有するように構成される（すなわち、より高い低周波遮断を有する）。そのために、補正マイクロホン１８Ｂの振動板２４は、１つもしくはそれ以上の穿孔またはスルーホールを有し、それが低周波遮断を効果的に増大させる。具体的には、低周波遮断は、ギャップおよび振動板２４を貫く穴によって画定される面積の大きさによって決定される。かくして、この面積を選択することで、望ましい遮断周波数が提供される。

一般的に言えば、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施形態は、それぞれの振動板２４を通過する漏気を制御するための様々な手段のうちの２つである。言い換えると、これらの実施形態は、空気が振動板を通過して流れる流量を制御し、ひいてはそれぞれの低周波遮断ポイントを制御する。それ故に、当業者は、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂのいずれもの望ましい低周波遮断を調整するために、他の技術を使用し得る。

上記で述べたように、例示的な実施形態は、補正信号を主信号と結合し、雑音成分を主信号から取り除く。このために、図５は、それらの目的を達成するためのマイクロホンシステム１２の様々な要素を概略的に示す。一般的に、マイクロホンシステム１２は主マイクロホン１８Ａを有する主マイクロホン装置４０、ならびに補正マイクロホン１８Ｂおよびその後に続く２つの処理段階４６と４８（すなわち、ロジック３８）を有する補正マイクロホン装置４２を有する。総和ロジック４４（「結合ロジック４４」とも呼ばれる）は、２つのマイクロホン装置からの出力を結合し、好ましも比較的低い雑音成分を有する出力音声信号を生成する。

上記で述べたように、補正マイクロホン装置４２は、主信号の雑音成分を軽減するための雑音成分を生成する。そのために、補正マイクロホン装置４２は、１）補正マイクロホン１８Ｂから受信した補正信号内の音声成分を実質的に軽減するためのローパスフィルタ４６、および２）雑音成分の機械的部分に対する音声応答を標準化するための信号変換モジュール４８、を有する。

より具体的には、図示的には非常に類似しているものの、２つのマイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは一部の相違を有し得る。例えば、マイクロホンの製作プロセスの公差および制限によって、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは、振動板の厚さなどの一部のわずかな相違を有し得る。実際に、本明細書において述べるように、一部の実施形態は、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの１つまたは両方の機能を果たすために、異なる種類の機器を使用する（例えば、補正マイクロホン１８Ｂは従来の加速度計であり得る）。別の例としては、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂは相互に距離をあけて配置される。それ故に、補正マイクロホン１８Ｂは、音声および／または雑音信号の、わずかに時間が遅れた信号を受信し得る。

標準化がなされない場合には、これらの相違によって、２つのマイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの雑音成分が異なり得る。あまりにも異なりすぎる場合には、出力信号は不正となり得るか、またはより望ましくない信号対雑音比を有し得る。したがって、例示的な実施形態は、２つのマイクロホン１８Ａと１８Ｂとの間のこれらのおよび他の差異の影響を相殺し、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂが実質的に同一の雑音成分を確実に有するようにする。上記で述べたように、このプロセスは本明細書において「標準化」プロセスと呼ばれ得る。

このために、信号変換モジュール４８は、主マイクロホン１８Ａと補正マイクロホン１８Ｂとの間の差異を相殺する。例示的な実施形態では、信号変換モジュール４８は従来の適応フィルタである。代替の実施形態では、信号変換モジュール４８は固定フィルタである。前述の結果を達成するために他の機器が使用され得る。それぞれのフィルタは、前述の目的のために使用される、従来公知の任意のフィルタであり得る。例えば、適応フィルタは、それが使用される場合には、当該分野で「ＬＭＳ」フィルタとも呼ばれる、最小二乗平均化適応フィルタであり得る。

従って、例示的な実施形態では、補正マイクロホン装置４２は、無視し得るほどに少ない音声信号を有し、従って実質的に雑音成分を備える信号を生成する。この雑音成分が、主マイクロホン装置４０によって生成される対応する雑音成分を除去するために使用される。

それ故に、マイクロホンシステム１２は、２つの信号を結合するための結合ロジック４４を有する。とりわけ、上記で述べたように、結合ロジック４４は従来の減算ロジックを含み得、それは、主マイクロホン装置４０によって生成される信号からマイクロホン装置４２によって生成される信号を減じる。代替の実施形態では、結合ロジック４４は加算器を含み得る。例えば、かかる実施形態では、位相が１８０度ずれている信号を生成するように、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂがベース１０の中に配置され得る。より具体的には、１つのマイクロホンは、その振動板２４の頂部表面が上方に面するように配向され得、その一方で、他のマイクロホンは、その振動板２４の頂部表面が下方に面するように配向され得ることが、考えられる。もちろん、システムの実装を助長するために他の結合ロジック４４が使用され得ることを、当業者は理解するべきである。

補正マイクロホン装置４２によって生成された信号は、上記で述べた補正信号（すなわち、フィルタによって処理されたような）とみなし得ることに、留意するべきである。同様に、主マイクロホン装置４０によって生成された信号はまた、上記で述べた主信号（すなわち、図示されていない、介在する任意のロジック要素によって処理されたような）とみなし得る。従って、簡潔のために、主マイクロホン装置４０および補正マイクロホン装置４２の出力信号はそれぞれ、主信号および補正信号と呼ばれる。

図６は、本発明の例示的な実施形態に従った、出力音声信号を生成するプロセスを示す。プロセスはステップ６００で、補正マイクロホン１８Ｂによって発生される信号から音声成分を実質的に軽減することによって開始する。そのために、補正出力信号はローパスフィルタ４６によってフィルタリングされる。上記で述べたように、図３Ａ、図３Ｂの実施形態または他の関連した実施形態を使用するときには、補正マイクロホン１８Ｂは当然ながら、ローパスフィルタ４６の低周波遮断よりも低い周波数を有する信号をフィルタリングする。例えば、補正マイクロホン１８Ｂの周波数応答が約２００Ｈｚの低周波遮断を有す場合には、故にローパスフィルタ４６は同様に、約１９０Ｈｚ〜２００Ｈｚまたはそれ以上の高周波遮断を有するべきである。

従って、ステップ６００を遂行した後には、補正出力信号は、入力音声信号に対応する無視できない音声成分を実質的に有しないはずである。しかしながら、振動板２４を入力音声信号から遮蔽する実施形態の場合には、このステップは省略され得る。

ステップ６００を遂行する前に、遂行と同時に、または遂行の後で、プロセスは雑音成分の機械的部分に対する音声応答を標準化する（ステップ６０２）。この音声応答を除去しない実施形態では、この段階は省略され得る。しかしながら、一般的な場合、信号変換モジュール４８が、選択的に作動するオールパスフィルタとしてシステム内に保持され得る。代替案として、信号変換モジュール４８が除去され得る。

プロセスのこの時点で、補正マイクロホン装置４２は、主信号内の雑音成分と実質的に同一の雑音成分を有する補正信号をすでに生成している。したがって両信号は総和ロジック４４へ転送され、主信号から雑音成分を除去／軽減し（ステップ６０４）、次いでプロセスを終了する。言い換えると、ステップ６０４は、雑音信号の機械的部分と、それに関連する音声応答の両方を除去する。

上記で述べたように、マイクロホン１８Ａおよび１８Ｂの配向に応じて、総和ロジック４４は２つの信号を減算、または加算し得る。もちろん他のロジックが、説明された減算および加算ロジックの代わりに、または追加して使用され得る。従って、特定の減算または加算ロジックの説明は単なる例示であり、本発明の全ての実施形態を制限することを意図していない。

それ故に、例示的な実施形態は、発明者に公知の従来の単一マイクロホンシステムと比較して、信号対雑音比を著しく向上する。図面に示される様々な構成要素は例示であり、全ての実施形態を制限することを意図していないことが、繰り返し述べられるべきである。例えば、追加的な構成要素が動作を最適化するために使用され得る。別の例としては、マイクロホンシステム１２は、２つよりも多いマイクロホン１８Ａおよび１８Ｂ、またはマイクロホン装置を有し得る。代わりに、とりわけ、マイクロホンシステム１２は、３つ以上のマイクロホン、あるいは３つ以上のマイクロホン装置を有し得る。そのうえ、１つ以上のマイクロホン装置は、単なるマイクロホンだけ（例えば、補正マイクロホン１８Ｂは音声入力ポートなしのキャップ３４だけを有し得る）を含み得る。

本発明の様々な実施形態は、少なくとも部分的に従来の任意のコンピュータプログラミング言語で実装された部分を少なくとも有し得る。例えば、一部の実施形態は、手続きプログラミング言語（例えば、「Ｃ」）、またはオブジェクト指向プログラミング言語（例えば、「Ｃ＋＋」）で実装され得る。本発明の他の実施形態は、プログラムされたハードウェア要素（例えば、特定用途向け集積回路、ＦＰＧＡ、およびデジタルシグナルプロセッサ）、または他の関連する構成要素として実装され得る。

代替の実施形態では、一部の開示された装置および方法（例えば、上記のフローチャートを参照）は、コンピュータシステム用のコンピュータプログラム製品として実装され得る。かかる実装は、コンピュータ読み取り可能な媒体（例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または固定ディスク）などの有形的媒体、あるいはモデム、または媒体を通じてネットワークに接続される通信アダプタなどの他のインターフェース機器を経由して、コンピュータシステムへ送信可能な媒体、のいずれにも固定される、一連のコンピュータ命令を含み得る。媒体は、有形的媒体（例えば、光またはアナログ通信回線）、または無線技術で実装される媒体（例えば、ＷＩＦＩ、マイクロ波、赤外線、または他の伝送技術）のいずれでもあり得る。一連のコンピュータ命令は、システムに関して本明細書において先述した機能性の全てまたは一部を具体化し得る。

かかるコンピュータ命令は、多くのコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステム用の多数のプログラミング言語で書かれ得ることを、当業者は理解するべきである。さらに、かかる命令は、半導体、磁気、光、または他の記憶機器などの、任意の記憶機器に保存され得、光、赤外線、マイクロ波、または他の伝送技術などの、任意の通信技術を使用して送信され得る。

とりわけ、かかるコンピュータプログラム製品は、印刷または電子文書を伴う取り外し可能な媒体（例えば、ラッピングされたソフトウェア）として流通し得、あらかじめコンピュータシステムに搭載（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上に）され得、あるいはサーバーまたはネットワーク（例えば、インターネット、またはワールドワイドウェブ）上の電子掲示板から流通し得る。もちろん、本発明の一部の実施形態は、ソフトウェア（例えば、コンピュータプログラム製品）およびハードウェア両方の組み合わせとして実装され得る。本発明のさらに他の実施形態は、完全なハードウェア、または完全なソフトウェアとして実装され得る。

上記の説明は、本発明の様々な例示的な実施形態を開示するが、当業者は、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の一部の利点を達成する様々な変更を行うことができることは、明らかである。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成される、マイクロホンシステムを有するベースを概略的に示す。 図２は、本発明の例示的な実施形態で使用され得る、ＭＥＭＳマイクロホンの断面図を概略的に示す。 図３Ａは、本発明の第一の実施形態に従った、マイクロホンシステムの平面図を概略的に示す。 図３Ｂは、本発明の第二の実施形態に従った、マイクロホンシステムの平面図を概略的に示す。 図４Ａは、本発明の例示的な実施形態のマイクロホンシステムにおける、主マイクロホンに対する周波数応答を概略的に示す。 図４Ｂは、本発明の例示的な実施形態のマイクロホンシステムにおける、補正マイクロホンに対する周波数応答を概略的に示す。 図５は、フィルタおよび結合ロジックを含む、マイクロホンシステムの例示的な実施形態の追加的な詳細を概略的に示す。 図６は、本発明の例示的な実施形態に従った、可聴音信号を生成するために図１のマイクロホンシステムによって使用されるプロセスを示す。

Claims (23)

1. マイクロホンシステムであって、
   該マイクロホンシステムは、
   ベースと、
   該ベースと連結される第一のマイクロホン装置であって、該第一のマイクロホン装置は第一の振動板の振動から第一の出力信号を生成することができ、該第一の出力信号は、該マイクロホンシステムに対する機械的衝撃により生じる雑音成分を有する、第一のマイクロホン装置と、
   該ベースと連結される第二のマイクロホン装置であって、該第二のマイクロホン装置は第二の振動板の振動から第二の出力信号を生成することができる、第二のマイクロホン装置と、
   該第一のマイクロホン装置および該第二のマイクロホン装置と動作可能に連結される結合ロジックであって、該結合ロジックは該第二の出力信号を使用して、該第一の出力信号から該雑音成分の少なくとも一部分を除去する、結合ロジックと
   を備え、
   該第一のマイクロホン装置は第一のマイクロホンを備え、該第二のマイクロホン装置は第二のマイクロホンを備え、該第二のマイクロホンは該第一のマイクロホンの低周波遮断周波数よりも高い低周波遮断周波数を有する音響ハイパスフィルタを形成するように構成され、該第二のマイクロホンは、該第二のマイクロホンの出力が、軽減された種類の音声成分以下となるように、入力音声信号から論理的に遮蔽される、マイクロホンシステム。
2. 前記第二の出力信号は、前記第一のマイクロホン装置の機械的応答に関連する成分を備える、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
3. 前記第二のマイクロホンは、前記第二の振動板および該第二の振動板を音響的に封印するキャップを含む、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
4. 前記第二のマイクロホン装置は、ローパスフィルタをさらに備える、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
5. 前記第一のマイクロホンは、前記第一の振動板によって少なくとも部分的に画定される第一の環状ギャップを有し、前記第二のマイクロホンは、前記第二の振動板によって少なくとも部分的に画定される第二の環状ギャップを有し、該第二の環状ギャップは該第一の環状ギャップよりも大きい、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
6. 前記第一および第二の振動板は共通の空間に露出されている、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
7. 前記第二のマイクロホン装置は、信号変換モジュールを含む、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
8. 前記第一のマイクロホンおよび前記第二のマイクロホンは、該第一および第二のマイクロホンに異なる低周波遮断周波数ポイントを提供するために異なる空気漏れ流量を有する、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
9. マイクロホンシステムであって、
   該マイクロホンシステムは、
   ベースと、
   該ベースと連結され、第一の振動板の振動から第一の出力信号を生成することができる第一のマイクロホン装置であって、該第一のマイクロホン装置は機械的衝撃に対する第一の機械的応答を有する第一のマイクロホンを含む、第一のマイクロホン装置と、
   該ベースと連結され、第二の振動板の振動から第二の出力信号を生成することができる第二のマイクロホン装置であって、該第二のマイクロホン装置は機械的衝撃に対する第二の機械的応答を有する第二のマイクロホンを含む、第二のマイクロホン装置と、
   該第一のマイクロホン装置および該第二のマイクロホン装置と動作可能に連結される結合ロジックであって、該結合ロジックは該第一および第二の出力信号を結合して出力音声信号を生成する、結合ロジックと
   を備え、
   該第一および第二の機械的応答は事実上同じであり、該第一のマイクロホンおよび該第二のマイクロホンは単一のダイの上に形成される、マイクロホンシステム。
10. 前記結合ロジックは、前記第一の出力信号から前記第二の出力信号を減じることにより前記出力音声信号を生成する減算器を含む、請求項９に記載のマイクロホンシステム。
11. 前記第一の出力信号から機械的衝撃の可聴音応答を除去するのに用いられる前記第二の出力信号における機械的衝撃の可聴音応答を標準化するための手段をさらに備える、請求項９に記載のマイクロホンシステム。
12. 前記第二のマイクロホン装置は、適応フィルタをさらに備える、請求項９に記載のマイクロホンシステム。
13. 前記第一の出力信号は音声成分および前記マイクロホンシステムに対する機械的衝撃により生じる第一の雑音成分を備え、前記第二の出力信号は該マイクロホンシステムに対する機械的衝撃により生じる第二の雑音成分を備え、前記結合ロジックは、該第二の雑音成分を使用して該第一の出力信号から該第一の雑音成分を軽減することにより前記出力音声信号を生成する、請求項９に記載のマイクロホンシステム。
14. マイクロホンシステムから出力音声信号を生成する方法であって、
    該方法は、
    入力音声信号および機械的信号に応答して第一のマイクロホン出力信号を生成する第一のマイクロホンを有するベースを提供することであって、該第一のマイクロホン出力信号は音声成分および機械的成分を有し、該ベースはまた、該機械的信号に応答して第二のマイクロホン出力信号を生成する第二のマイクロホンを有する、ことと、
    該第一のマイクロホン出力信号から該機械的成分の少なくとも一部分を除去するように該第二のマイクロホン出力信号を使用することと
    を包含し、
    該第一のマイクロホンは第一の環状ギャップを画定する第一の振動板を有し、該第二のマイクロホンは第二の環状ギャップを画定する第二の振動板を有し、該第二の環状ギャップは該第一の環状ギャップよりも大きい、方法。
15. 前記第二のマイクロホン出力信号は第二の音声成分を有し、前記第二のマイクロホン出力信号を使用するステップは、該第二のマイクロホン出力信号から該第二の音声成分の少なくとも一部分を除去することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第二のマイクロホン出力信号を、固定的にまたは適応してフィルタリングすることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第二のマイクロホン出力信号は第二の音声成分を有し、前記第二のマイクロホン出力信号を使用するステップは、フィルタリングの前に該第二のマイクロホン出力信号から該第二の音声成分の少なくとも一部分を除去することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第一および第二の振動板は前記入力音声信号に露出される、請求項１４に記載の方法。
19. 前記第一のマイクロホンおよび前記第二のマイクロホンは、単一のダイの上に形成される、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
20. 前記第一のマイクロホンは、低周波遮断周波数を有し、前記第二のマイクロホンは、該第一のマイクロホンの低周波遮断周波数よりも高い低周波遮断周波数を有する音響ハイパスフィルタを形成するように構成される、請求項９に記載のマイクロホンシステム。
21. 前記ベースは、単一のダイである、請求項１４に記載の方法。
22. 前記第一のマイクロホンおよび前記第二のマイクロホンは、単一のダイの上に形成されるか、単一の半導体パッケージ内にパッケージされる、請求項１に記載のマイクロホンシステム。
23. 前記第二のマイクロホンは、前記第一のマイクロホンの低周波遮断周波数よりも高い低周波遮断周波数を有する音響ハイパスフィルタを形成するように構成される、請求項８に記載のマイクロホンシステム。

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