JP5834818B2 - マイクロホンユニット、及び、それを備えた音声入力装置 - Google Patents
マイクロホンユニット、及び、それを備えた音声入力装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、入力音を電気信号に変換して出力する機能を備えたマイクロホンユニットに関する。また、本発明は、そのようなマイクロホンユニットを備える音声入力装置に関する。
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（話者の声）のみを集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、雑音が存在する環境で使用される場合においても目的の音声を正確に抽出することを可能にする、すなわち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。
また、近年は、携帯端末、スマートホンなどの携帯機器の高機能化はめざましく、通常の音声通話のみでなく、ハンズフリー通話、テレビ電話、音声認識などの機能が積極的に搭載され始めており、こうした機能を持った機器を小型、薄型に実現する技術が重要になっている。
全方位の音を均一に集音するマイクロホンとして、円形型の指向性パターンを持つ無指向性マイクロホンが知られている。また、特定方位の音を集音するマイクロホンとして、カーディオイド型の指向性パターンを持つ単一指向性マイクロホンが知られている。また、遠方音を抑圧して近接音のみを集音するマイクロホンとして、８の字型の指向性パターンを持つ両指向性マイクロホンが知られている。これらのマイクロホンは、使用の目的や用途に応じて使い分けがされる。
無指向性マイクロホンは１つの音孔を持ち、音孔から入力された音圧はマイクロホンの振動板の表面に伝達され、振動板の裏面には基準圧を与える閉空間が形成されるように構成される。
両指向性マイクロホンは、２つの音孔を持ち、一方の音孔から入力された音圧は振動板の表面に伝達され、他方の音孔から入力された音圧は振動板の裏面に伝達されることにより、２つの音孔から入力される音圧の差圧を検出するように構成される（例えば特許文献１参照）。
また、単一指向性マイクロホンは、２つの音孔を持ち、一方の音孔から入力された音圧は振動板の表面に伝達され、他方の音孔から入力された音圧は音響的な遅延を与える遅延部材を通して振動板の裏面に伝達されることにより、２つの音孔から入力される音圧の差圧を検出するように構成される（例えば特許文献２参照）。
単一指向性のマイクロホンユニット１０１の一例を図３３に示す。基板部１０２には基板の表面から裏面に貫通する基板開口部１０６が形成されており、基板開口部１０６を塞ぐように振動板１０３が搭載されている。
また、基板部１０２の上には振動板１０３を覆うように蓋部１０４が搭載されており、蓋部１０４の外縁部は基板部１０２の外縁部と気密的に接合されて、振動板１０３を含む内部空間を形成している。蓋部１０４には音孔１０７が設けられており、外部から入力された音圧は音孔１０７から内部空間を介して振動板１０３の表面に伝達される。
また、基板開口部１０６の裏側を塞ぐように音響遅延部材１０５が配置されており、外部から入力された音圧は、音響遅延部材１０５を通り、基板開口部１０６を介して振動板１０３の裏面に伝達されることで、単一指向性マイクロホンを構成する。音響遅延部材１０５としては、フェルト材などが多く用いられる。音響遅延部材１０５は、基板開口部１０６の裏側に配置する以外に、図３４に示すように、蓋部１０４の音孔１０７を塞ぐように配置することもできる。
また、単一指向性マイクロホンの他の構成方法として、図３５に示すように、２つの無指向性マイクロホンを基板部１０２の上面と下面の両面に実装し、２つのマイクロホンの音孔（第１の音孔１１３、第２の音孔１１４）が上下に反対方向を向くように配置して、それぞれのマイクロホンの出力信号を演算する構成がある（例えば特許文献２参照）。
近年の携帯端末等の携帯機器の薄型化要求は非常に厳しく、この要求に追従するようにメムス（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）を用いた無指向性マイクロホンの薄型化は進展しており、１ｍｍ以下の厚みのマイクロホンが実用化されている。
一方、図３３や図３４に示すような単一指向性のマイクロホンでは、単一指向性のマイクロホンの厚みは、基板部１０２と蓋部１０４の厚みに加えて音響遅延部材の厚みが必要となり、その厚みが加算されるため、薄型化が困難であるという課題があった。
また、図３５に示すように２つの無指向性マイクロホンを実装基板の上面と下面に実装し、それぞれのマイクロホンの出力信号を演算することで、単一指向性マイクロホンを構成する方法があるが、マイクロホンの厚みが約２倍になるため、薄型化が困難であるという課題があった。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、薄型な単一指向性（単一指向性に近い指向性を含む）マイクロホンユニット及びそれを備えた音声入力装置を提供することを目的とする。
（１）本発明の一の態様に係るマイクロホンユニットは、
第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号と、前記第２の振動部より出力される第２の電気信号との差を求める第１の演算部を有することを特徴とする。
第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号と、前記第２の振動部より出力される第２の電気信号との差を求める第１の演算部を有することを特徴とする。
振動板部は、いわゆるメムス（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）として構成されてもよい。また、振動板については無機圧電薄膜、あるいは有機圧電薄膜を使用して、圧電効果により音響−電気変換するようなものであってもよいし、エレクトレット膜を使用しても構わない。また、基板部については、絶縁成形基材、焼成セラミックス、ガラスエポキシ、プラスチック等の材料により構成されるものであってよい。
本発明によれば、第１の振動板と第２の振動板には、共通音孔である第１の音孔から入力される音が双方の振動板に同圧力で伝達されるため、第１の振動板から出力される電気信号と第２の振動板から出力される電気信号の演算を行うことにより、第１の振動板の一方の面に伝達される信号を完全に打ち消して、第１の振動板の他方の面に伝達される信号を分離して抽出することができる。
ここで、第１の振動板と第２の振動板への入力音孔を共通にしている点が非常に重要であり、空間的なずれによる誤差が発生しないため、第１の振動板の一方の面に伝達される信号を完全に打ち消すことができる。
一方、第１の振動板と第２の振動板への入力音孔を独立に設けた場合は、隣接配置したとしても空間的な位置ずれによる、信号誤差が発生するため、第１の振動板の一方の面に伝達される信号を完全に打ち消すことはできない。
これにより、基板部の一方の面と他方の面に２つのマイクロホンを配置したマイクロホンユニットと等価な処理が実現できる。また、音響遅延部材を配置する必要がないため、無指向性マイクロホンと同等の厚みで単一指向性のマイクロホンの特性を実現可能になる。したがって、薄型の携帯機器にマイクロホンの厚みを増加させることなく搭載が可能であり、さらに単一指向性の指向性パターンを実現することができる。
また、本発明によれば、マイクロホンユニットの基板部の基板面に対して鉛直な方向に単一指向性の感度が最も高くなる方位が（ビーム方位）が向くため、携帯機器に搭載されたときに、話者方向にビーム方位を向けやすいという利点がある。
（２）上記（１）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第１の演算部の出力に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部と、前記第２の電気信号と前記遅延信号とを加算する第２の演算部とを有してもよい。
（３）上記（１）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第２の電気信号に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部と、前記第１の演算部の出力と前記遅延信号とを加算する第２の演算部とを有してもよい。
前記第１の演算部の出力に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部と、前記第２の電気信号と前記遅延信号とを加算する第２の演算部とを有してもよい。
（３）上記（１）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第２の電気信号に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部と、前記第１の演算部の出力と前記遅延信号とを加算する第２の演算部とを有してもよい。
本発明によれば、音響遅延部材を必要としない無指向性のマイクロホンおよび両指向性のマイクロホン出力を演算処理することで単一指向性のマイクロホンを実現することができる。音響遅延部材を配置することなく、無指向性マイクロホンと同等の厚みで単一指向性のマイクロホンが実現できるため、薄型の携帯機器において、単一指向性の指向性パターンを導入することが可能になる。
（４）上記（１）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第１の演算部の出力に所定の遅延及び所定のゲイン（増幅率）を与えて出力する遅延・ゲイン部と、前記第２の電気信号と前記遅延・ゲイン部の出力とを加算する第２の演算部とを有してもよい。なお、遅延・ゲイン部の構成としては、例えば、遅延部とゲイン部とを含み、前記ゲイン部が前記遅延部の後段に設けられる構成や、遅延部とゲイン部とを含み、前記ゲイン部が前記遅延部の前段に設けられる構成などが考えられる。
（５）上記（１）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第２の電気信号に所定の遅延及び所定のゲインを与えて出力する遅延・ゲイン部と、前記第１の演算部の出力と前記遅延・ゲイン部の出力とを加算する第２の演算部とを有してもよい。
前記第１の演算部の出力に所定の遅延及び所定のゲイン（増幅率）を与えて出力する遅延・ゲイン部と、前記第２の電気信号と前記遅延・ゲイン部の出力とを加算する第２の演算部とを有してもよい。なお、遅延・ゲイン部の構成としては、例えば、遅延部とゲイン部とを含み、前記ゲイン部が前記遅延部の後段に設けられる構成や、遅延部とゲイン部とを含み、前記ゲイン部が前記遅延部の前段に設けられる構成などが考えられる。
（５）上記（１）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第２の電気信号に所定の遅延及び所定のゲインを与えて出力する遅延・ゲイン部と、前記第１の演算部の出力と前記遅延・ゲイン部の出力とを加算する第２の演算部とを有してもよい。
本発明によれば、音響遅延部材を必要としない無指向性のマイクロホンおよび両指向性のマイクロホン出力を演算処理することで単一指向性のマイクロホンを実現することができる。
また、遅延・ゲイン部のゲイン、遅延量を調整することにより、単一指向性の指向性だけでなく、ハイパーカーディオイド型、スーパーカーディオイド型などの指向性パターンにすることが可能である。
音響遅延部材を配置することなく、無指向性マイクロホンと同等の厚みで単一指向性のマイクロホンが実現できるため、薄型の携帯機器においても、単一指向性の指向性パターンを実現することが可能になる。
（６）上記（２）〜（５）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号と、前記第２の演算部の出力のいずれかを選択して出力するものであってよい。
前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号と、前記第２の演算部の出力のいずれかを選択して出力するものであってよい。
本発明によれば、使用状況に応じて、無指向性、両指向性、単一指向性の指向性パターンを切り替えることができる。
（７）上記（２）〜（６）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号を所定周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有し、前記所定の遅延は、前記アナログ−デジタル変換器のサンプリング時間の整数倍の遅延であってよい。
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号を所定周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有し、前記所定の遅延は、前記アナログ−デジタル変換器のサンプリング時間の整数倍の遅延であってよい。
本発明によれば、前記第１の振動板より出力される第１の電気信号及び前記第２の振動板より出力される第２の電気信号を所定周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換することにより、後の加算及び減算処理、遅延処理を精度よく行うことが可能である。
特に、遅延処理については、全ての周波数について一定時間の遅延を与える必要があり、アナログ信号処理で行うことは困難である。一方、デジタル信号処理で行う場合、例えば、シフトレジスタを用いたクロック単位でのシフト遅延により遅延処理を行うことができるため、高精度な遅延処理が実現できる。
前記遅延部の遅延時間は、例えば、前記第１の音孔と前記第２の音孔との間の距離を音速で除算した時間に設定してよい。この場合には、カーディオイド型の単一指向性の指向性パターンを得ることができる。
（８）上記（２）〜（７）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第１の電気信号を入力として低域濾波処理（ローパスフィルタ処理）を行う第１のフィルター部、又は前記第２の演算部の出力を入力として低域濾波処理を行う第２のフィルター部のうちの少なくともいずれか一方を有するものであってよい。
前記第１の電気信号を入力として低域濾波処理（ローパスフィルタ処理）を行う第１のフィルター部、又は前記第２の演算部の出力を入力として低域濾波処理を行う第２のフィルター部のうちの少なくともいずれか一方を有するものであってよい。
本発明によれば、高域強調型の周波数特性を持つ前記第１の電気信号及び前記第２の演算部の出力に対して低域濾波処理をすることで、音声帯域において平坦な周波数特性を得ることができる。
（９）本発明の他の態様に係るマイクロホンユニットは、
第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号及び前記第２の振動部より出力される第２の電気信号の一方に所定のゲインを与えて出力するゲイン部と、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号の他方と前記ゲイン部の出力とを加算する演算部と、を有することを特徴とする。
第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号及び前記第２の振動部より出力される第２の電気信号の一方に所定のゲインを与えて出力するゲイン部と、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号の他方と前記ゲイン部の出力とを加算する演算部と、を有することを特徴とする。
（１０）本発明の更に他の態様に係るマイクロホンユニットは、
第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号に所定のゲインを与えて出力する第１のゲイン部と、
前記第２の振動部より出力される第２の電気信号に所定のゲインを与えて出力する第２のゲイン部と、
前記第１のゲイン部の出力と前記第２のゲイン部の出力とを加算する演算部と、を有することを特徴とする。
第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号に所定のゲインを与えて出力する第１のゲイン部と、
前記第２の振動部より出力される第２の電気信号に所定のゲインを与えて出力する第２のゲイン部と、
前記第１のゲイン部の出力と前記第２のゲイン部の出力とを加算する演算部と、を有することを特徴とする。
（１１）上記（９）又は（１０）のマイクロホンユニットにおいて、
前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号と、前記演算部の出力のいずれかを選択して出力するものであってよい。
前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号と、前記演算部の出力のいずれかを選択して出力するものであってよい。
本発明によれば、用途に応じて、無指向性、両指向性、単一指向性の指向性パターンを容易に切り替えて使用することができる。
（１２）本発明に係る音声入力装置は、上記（１）〜（１１）のマイクロホンユニットを搭載するものであって構わない。本発明によれば、音声入力装置のマイクロホンユニットの指向性のヌルを抑制し、かつ背景雑音抑圧性能とＳＮＲを両立する薄型の音声入力装置が実現できる。
以上のように、本発明によれば、薄型な単一指向性マイクロホンユニットを提供できる。また、本発明によれば、そのようなマイクロホンユニットを備えた高品質の音声入力装置を提供できる。
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。
＜第１実施形態＞
図１（Ａ）は第１実施形態に係るマイクロホンユニット１の平面図、図１（Ｂ）は第１実施形態に係るマイクロホンユニット１の断面図を模式的に表した図である。
図１（Ａ）は第１実施形態に係るマイクロホンユニット１の平面図、図１（Ｂ）は第１実施形態に係るマイクロホンユニット１の断面図を模式的に表した図である。
第１実施形態に係るマイクロホンユニット１は、基板部２と、入力音圧を電気信号に変換する第１の振動板３と、入力音圧を電気信号に変換する第２の振動板４とを含む。
基板部２の上面には第１の開口部６が形成されており、基板部２の下面には第２の開口部基板部７が形成されており、第１の開口部６と第２の開口部７との間は基板内部の音道により連通している。
第１の振動板３は、第１の開口部６を密閉して覆い隠すように基板部２の上面に配置して搭載されている。また、第２の振動板４は、基板部２の上面の第１の開口部６から外れた一部の領域を密閉するように配置して搭載されている。
第１の振動板３及び第２の振動板４を基板部２に搭載するにあたっては、音響特性に影響を及ぼす空気のリークが発生しないように第１の振動板３及び第２の振動板４を支持する各支持部と基板部２とを気密的に接着する必要がある。そして、第１の振動板３及び第２の振動板４が基板部２から機械的な応力を受けて振動板の張力変動が発生しないように、応力吸収効果を有する接着剤を使用することが好ましい。そのような接着剤としては、エポキシ系の接着剤やシリコーン系の接着剤等が用いられる。
本実施形態においてマイクロホンユニット１は、第１の振動板３と第２の振動板４とを覆う蓋部５を含み、蓋部５は基板部２の外縁部と気密的に接合されて内部空間を形成する。蓋部５には、第３の開口部９が形成されており、内部空間は第３の開口部９を介して外部空間に連通している。
ここで、第１の振動板３の上面には第３の開口部９から入力される音圧Ｐ１がかかり、第１の振動板３の下面には第２の開口部７から入力される音圧Ｐ２がかかるため、第１の振動板３からは差圧（Ｐ１−Ｐ２）に応じた電気信号が出力される。すなわち、第１の振動板３は８の字型の指向性パターンを持つ両指向性マイクロホンとして機能する。
また、第２の振動板４の上面には第３の開口部９から入力される音圧Ｐ１がかかり、第２の振動板４の下面は閉じられた空間となっており一定の基準圧力がかかっているため、第２の振動板４からはＰ１に応じた電気信号が出力される。すなわち、第２の振動板４は円形型の指向性パターンを持つ無指向性マイクロホンとして機能する。
本実施形態においてマイクロホンユニット１は、上記内部空間内に第１の振動板３の出力信号と第２の振動板４の出力信号とを演算する信号処理部１０を含む。信号処理部１０は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）を含む半導体チップで構成される。
第１の振動板３及び第２の振動板４と、信号処理部１０との電気的な接続は、例えば、第１の振動板３と第２の振動板４と信号処理部１０との各上面に電極端子を設けて、電極端子間を互いにワイヤーボンディングすることにより接続される。
あるいは、第１の振動板３と第２の振動板４と信号処理部１０との各下面に電極端子を設け、これらの電極端子に対向して形成した基板部２上面の配線パターン上にフリップチップ実装して電気接続することも可能である。
信号処理部１０にて演算された信号は、信号処理部１０から基板部２の上面の配線パターンに伝達され、基板部２の内部配線を介して、基板部２の下面の電極部（図示せず）に到達する。なお、信号処理部１０から基板部２の上面の配線パターンへの信号の引き出しは、上記の通り例えばワイヤーボンディング又はフリップチップ実装により接続することにより行うことができる。
基板部２としては、基板表面に配線パターンの形成が可能なプリント基板材料を使用することが好ましい。例えば、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板、ポリイミドフィルム基板などの基板を使用することができる。
また、マイクロホンユニット１が外部電磁波によるノイズの影響を受けないようにするため、蓋部５は導電性の金属材料で構成し、基板部２のグランド等の固定電位に接続することが好ましい。あるいは、図２に示すように基板部２を非導電性材料の構造体を含む蓋部５で覆い、さらに蓋部５を覆うように金属製のシールドカバー８を搭載しても構わない。
金属製のシールドカバー８で蓋部５を覆う場合には、図２に示すように、シールドカバー８を固定電位に接続するため、シールドカバー８の端部を基板部２の底面でかしめ、このかしめ部分に電極としての機能を持たせてもよい。マイクロホンユニット１を実装基板（図２において図示せず）上に実装時に、かしめ部分を実装基板のグランドに半田接合することにより、電磁シールドとしての効果を高めることができる。
〔第１変形例〕
両指向性マイクロホンの距離減衰率が最大、すなわち遠方雑音の抑圧効果が最大になるようにするためには、８の字型の指向性パターンの対称性が良好になるように設計する必要がある。
両指向性マイクロホンの距離減衰率が最大、すなわち遠方雑音の抑圧効果が最大になるようにするためには、８の字型の指向性パターンの対称性が良好になるように設計する必要がある。
そのためには、マイクロホンユニット１の第２の開口部７から第１の振動板の下面までの音の伝播距離ｄ１と、第３の開口部９から第１の振動板３の上面までの音の伝播距離ｄ２が等しくなるように構成することが好ましい。
図１または図２においては、第１の振動板３の直下に第２の開口部７があるため、伝播距離ｄ１と伝播距離ｄ２の差を小さくするためには、第３の開口部９が第１の振動板３の真上近傍に来ざるを得なかった。
ところが、第３の開口部９の下に第１の振動板３がある場合、第３の開口部９から外部の塵や埃が侵入して第１の振動板３の上に付着する可能性が高く、マイクロホンの感度が低下したり、動作不良の原因となるおそれがある。したがって、第３の開口部９は極力第１の振動板３の上方から外れるように配置することが望ましい。
例えば、図３の断面図を示すマイクロホンユニット１のように、第３の開口部９が第１の振動板３及び第２の振動板４の上方に来ないように配置し、第３の開口部９から外部の塵や埃が侵入しても第１の振動板３および第２の振動板４の上に付着しないようにする。
しかし、図３に示すように、第３の開口部９を第１の振動板３の上方からオフセットして形成した場合、第３の開口部９から第１の振動板３の上面までの伝播距離ｄ２が長くなるため、伝播距離ｄ１とｄ２を等しくするためには、第２の開口部７から第１の振動板の下面までの音の伝播距離ｄ１を長くする必要がある。
例えば、図３に示すように、基板部２の上面に形成された第１の開口部６に対して基板部２の下面に形成された第２の開口部７を基板面に対して平行な方向にオフセットさせて配置し、基板部２の内層に基板面に対して平行な方向に延在する中空層１１を形成し、第１の開口部６から中空層１１を介して第２の開口部７に連通するようにすることで、伝播距離ｄ１とｄ２が等しくなるようにする。
基板部２の中空層１１の形成は、例えば、図４に示すように、第１基板層の表面から裏面に貫通する第１基板層開口部１１Ｃが形成されている第１基板層２Ｃ、第２基板層の表面から裏面に貫通する第２基板層開口部１１Ｂが形成されている第２基板層２Ｂ、第３基板層の表面から裏面に貫通する第３基板層開口部１１Ａが形成されている第３基板層２Ａを下から順に積層して接着することにより、図３のような中空層１１を有する基板部２を形成することができる。
それぞれの基板の厚みについては、基板部２の強度や、中空層１１の音響インピーダンス等を考慮して決める必要がある。中空層１１の厚みは、音響的な伝播特性の劣化を防ぐため、０．１ｍｍ以上の厚みが必要である。
このように構成することにより、８の字型の指向性パターンの対称性が良好となり、遠方雑音の抑圧効果を最大限に発揮することができる。
〔第２変形例〕
第１変形例において、基板部２に中空層１１を形成する構成を示したが、図４のように3枚の基板を重ねる必要があるため、全体の厚みが増してしまう。そこで、例えば、図５に示すように、基板部２は、第２基板層２Ｂと第３基板層２Ａを下から積層して接着して構成し、基板部２を実装基板１２に実装したときに、基板部２と実装基板１２との内部に中間層１１が形成されるような構成としてもよい。このように構成することにより、基板部２の基板構成枚数を減らすことができるため、薄型化することが可能である。
第１変形例において、基板部２に中空層１１を形成する構成を示したが、図４のように3枚の基板を重ねる必要があるため、全体の厚みが増してしまう。そこで、例えば、図５に示すように、基板部２は、第２基板層２Ｂと第３基板層２Ａを下から積層して接着して構成し、基板部２を実装基板１２に実装したときに、基板部２と実装基板１２との内部に中間層１１が形成されるような構成としてもよい。このように構成することにより、基板部２の基板構成枚数を減らすことができるため、薄型化することが可能である。
なお、本実施形態又はその変形例において、信号処理部１０を１個のチップで構成する例を示したが、複数個のチップで構成するものであっても構わない。例えば、図６に示すように、第１の振動板３から出力される電気信号を増幅する第１のアンプ部１３と、第２の振動板４から出力される電気信号を増幅する第２のアンプ部１４とを分離して構成してもよい。
このように構成することにより、第１の振動板３から出力される電気信号と、第２の振動板４から出力される電気信号との間のクロストークを低減することができる。
さらに、信号処理部１０の処理の一部又は全部をマイクロホンユニット１の外部で処理しても構わない。また、信号処理部１０の処理の一部又は全部をソフトウェア処理により行うことも可能である。この場合、マイクロホンユニット１と外部の処理部との全体で音声信号処理システムとして機能することになる。
［信号処理部の第１構成例］
図７Ａは、信号処理部１０の第１構成例を、第１の振動板３及び第２の振動板４との接続関係を含めて示した図である。
図７Ａは、信号処理部１０の第１構成例を、第１の振動板３及び第２の振動板４との接続関係を含めて示した図である。
信号処理部１０は、第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１から第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２を減算した差信号を出力する第１の加算部１５と、差信号に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部１６と、第２の電気信号Ｓ２と遅延信号とを加算した加算信号を出力する第２の加算部１７とを含む。
ここで、図７Ａに示すように、第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１を第１のアンプ部１３で増幅し、第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２を第２のアンプ部１４で増幅してから第１のアンプ部１３から出力される増幅信号を第１の電気信号Ｓ１とみなし、第２のアンプ部１４から出力される増幅信号を第２の電気信号Ｓ２とみなして演算処理しても構わない。第１の振動板３および第２の振動板４から出力される信号の出力インピーダンスが高い場合、電流増幅してから処理することが好ましい。なお、図７Ａに示すように、第１の電気信号Ｓ１と第２の電気信号Ｓ２を分離して増幅することにより、第１の電気信号Ｓ１と第２の電気信号Ｓ２との間のクロストークを低減することができる。
第１の加算部１５にて、第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１＝（Ｐ１−Ｐ２）から、第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２＝（Ｐ１）を減算することにより、（−Ｐ２）に相当する差信号が得られる。遅延部１６にて、（−Ｐ２）に相当する信号を所定時間遅延させた遅延信号（−Ｐ２・Ｄ）を生成する。第２の加算部１７にて、第２の電気信号Ｓ２＝（Ｐ１）と遅延信号（−Ｐ２・Ｄ）とを加算して、加算信号Ｓ３＝（Ｐ１−Ｐ２・Ｄ）を出力する。
遅延部１６の遅延時間は、例えば、第２の開口部７と第３の開口部９との間の距離を音速で除算した時間に設定してよい。この場合には、カーディオイド型の単一指向性の指向性パターンを得ることができる。
第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１と、第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２と、加算信号Ｓ３のそれぞれは、音源方位により、図８に示すように、Ｓ１は両指向性マイクロホンの指向性パターン、Ｓ２は無指向性マイクロホンの指向性パターン、Ｓ３は単一指向性マイクロホンの指向性パターンとなる。想定話者方向に対する感度が最も高いのはＳ２であり、最も低いのはＳ１である。Ｓ３はＳ１とＳ２の間の感度となる。
図９に、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３それぞれの、音源・マイクロホン間距離に対する減衰特性の一例を示す。Ｓ２は距離に反比例して減衰する特性を示す。距離減衰特性が最も優れるのはＳ１であり、Ｓ３はＳ１とＳ２の中間の特性となっている。
これらの特性の違いを利用し、用途や使用状況に応じて、無指向性、両指向性、単一指向性の指向性パターンを切り替えて使用することができる。携帯端末において、（１）近距離位置（５ｃｍ程度）での接話時、（２）遠距離位置（５０ｃｍ程度）でのハンズフリー時、（３）中距離位置（３０ｃｍ程度）での音声認識時などの使用状況に応じて、最適な指向性パターンに変化させることができる。
例えば、（i）接話時には信号Ｓ１を選択し、両指向性の指向性パターンにして近接話者の音声を集音して遠方雑音を抑制し、（ii）ハンズフリー時には信号Ｓ２を選択し、無指向性の指向性パターンにして全方位の音声を集音し、（iii）携帯端末の画面を見ながら音声認識させる場合には信号Ｓ３を選択し、単一指向性の指向性パターンにしてビーム方位の感度を確保しつつ不要方位の雑音を抑制するといった使用方法が可能である。
一般に、無指向性マイクロホンと両指向性マイクロホンとを比較したとき、無指向性マイクロホンの方がＳＮＲは高い。マイクロホンのノイズレベルは、検出アンプの回路ノイズで決まり、無指向性マイクロホンと両指向性マイクロホンとでほぼ同等レベルとなるのに対して、マイクロホンの信号レベルに関しては、無指向性マイクロホンの場合、音孔から入力される音圧Ｐ１を検出して電気信号に変換するが、両指向性マイクロホンの場合、近傍する音孔から入力される音圧Ｐ１と音圧Ｐ２の差圧を検出して電気信号に変換するため、無指向性マイクロホンに比べて両指向性マイクロホンの方が信号振幅（信号レベル）は低くなるからである。
また、マイクロホン使用時のＳＮＲを考えた場合、音源・マイクロホン間が近距離よりも遠距離の方が入力音圧が低下するため、信号振幅が低下し、ＳＮＲが低下して不利な状況になる。したがって、遠距離の音源を捉える場合、できるだけ感度の良いマイクロホンを使用することが望ましく、この観点で無指向性マイクロホンが優れている。
しかし、背景雑音がある環境で使用する場合、無指向性マイクロホンは全方位の音を捉えてしまうため、本来集音すべき話者の音声以外の背景雑音も含めて集音してしまう。一方、両指向性マイクロホンは、感度が低くＳＮＲの観点では不利であるものの、特定方位の音を捉える指向性パターンを持ち、距離減衰効果が高く、背景雑音を抑圧する効果に優れている。
したがって、用途や使用状況に応じて、無指向性、両指向性、単一指向性の指向性パターンを切り替える場合、ビーム方位だけでなく、ＳＮＲ、背景雑音などの特性も考慮して総合的な性能から判断する必要がある。
ここで、信号処理部１０は、（i）第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１と、（ii）第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２と、（iii）加算信号Ｓ３の３つの信号のそれぞれを独立に出力するものであっても構わないし、図７Ａに示すように切替部１８で３つの信号を選択して出力するものであっても構わない。
本実施形態に係るマイクロホンユニットによれば、第１の振動板３と第２の振動板４には、共通音孔である第３の開口部９から入力される音が双方の振動板に同圧力で伝達されるため、第１の振動板３から出力される第１の電気信号Ｓ１＝（Ｐ１−Ｐ２）と第２の振動板４から出力される第２の電気信号Ｓ２＝（Ｐ１）の相互演算を行うことにより、第１の振動板３の上面に伝達される圧力に対応する信号を完全に打ち消して、第１の振動板３の下面に伝達される圧力に対応する信号（Ｐ２）を分離して抽出することができる。
ここで、第１の振動板３と第２の振動板４への入力音孔を共通にしている点が非常に重要であり、入力音孔の空間的なずれによる誤差が発生しないため、第１の振動板３の上面に伝達される信号を完全に打ち消すことができる。
一方、第１の振動板３と第２の振動板４への入力音孔をそれぞれ独立に設けた場合は、隣接配置したとしても空間的な位置ずれによる、振幅誤差や位相誤差が発生するため、第１の振動板３の上面に伝達される信号を完全に打ち消すことはできない。
第１の振動板３の下面に伝達される圧力に対応する信号（Ｐ２）を分離して抽出することにより、基板部２の上面と下面に２つのマイクロホンを配置したマイクロホンユニット（図３５参照）と等価な処理が実現できる。また、音響遅延部材を配置する必要がないため、無指向性マイクロホンと同等の厚みで単一指向性のマイクロホンの特性を実現可能になる。本実施形態に係るマイクロホンユニット１によれば、薄型の携帯機器にマイクロホンの厚みを増加させることなく搭載が可能であり、かつ単一指向性の指向性パターンを実現することができる。
なお、遅延部１６で（−Ｐ２）に相当する信号を所定時間遅延させた信号（−Ｐ２・Ｄ）を生成したが、この遅延量は可変制御できるようにしても構わない。また、図１０Ａに示すように、遅延部１６の前段あるいは後段にゲイン部１９を有することで、信号（−Ｐ２・Ｄ）の振幅を可変制御できるようにしても構わない。
これにより、遅延部１６の遅延量、ゲイン部１９のゲインを調整することができ、単一指向性の指向性だけでなく、ハイパーカーディオイド型、スーパーカーディオイド型などの様々な指向性パターンを形成することが可能である。
なお、信号処理部１０は、図１１Ａに示すように、第１の振動板３より出力されるアナログ信号の第１の電気信号Ｓ１及び第２の振動板４より出力されるアナログ信号の第２の電気信号Ｓ２を所定周波数でサンプリングしてデジタル信号の第１，２の電気信号Ｓ１，Ｓ２に変換するアナログ−デジタル変換器２０，２１を有し、遅延部１６は差信号（−Ｐ２）をサンプリング時間の整数倍の遅延をさせることにより行われるものであってよい。
第１の振動板３より出力されるアナログ信号の第１の電気信号Ｓ１及び第２の振動板４より出力されるアナログ信号の第２の電気信号Ｓ２を所定周波数でサンプリングしてデジタル信号の第１，２の電気信号Ｓ１，Ｓ２に変換することにより、後の加算及び減算処理、遅延処理を精度よく行うことが可能である。
特に、遅延処理については、全ての周波数について一定時間の遅延を与える必要があり、アナログ信号処理で行うことは困難である。一方、デジタル信号処理で行う場合、例えば、シフトレジスタを用いたクロック単位でのシフト遅延により全ての周波数について一様な遅延処理を行うことができるため、高精度な遅延処理が実現できる。
なお、本実施形態において、音源が本実施形態に係るマイクロホンユニット１から５ｃｍ程度の近距離において信号Ｓ１を使用した場合の周波数特性は、図１２に示すように１．５ｋＨｚ付近からゲインが１次の傾斜で上昇するハイパスフィルタの特性を示す。また、音源が本実施形態に係るマイクロホンユニット１から３０〜４０ｃｍ程度の中距離において信号Ｓ３を使用した場合の周波数特性は、図１３に示すように１００Ｈｚ付近からゲインが１次の傾斜で上昇するハイパスフィルタの特性を示す。
話者の音声を忠実に集音する場合には、周波数特性は基本的に平坦であることが好ましい。したがって、信号処理部１０は、図１４Ａに示すように、信号Ｓ１、信号Ｓ３の周波数特性を平坦化するための第１のフィルター部２２、第２のフィルター部２３のうちの少なくともいずれか一方を含んでも構わない。
例えば、信号Ｓ１に対する第１のフィルター部２２は、カットオフ周波数１．５ｋＨｚのローパスフィルタとすることで、信号Ｓ１の持つハイパスフィルタの特性を相殺して、平坦な周波数特性を実現できる。信号Ｓ３に対する第１のフィルター部２２は、カットオフ周波数３００Ｈｚのローパスフィルタとすることで、信号Ｓ３の持つハイパスフィルタの特性を相殺して、音声帯域（３００Ｈｚ〜４ｋＨｚ）で平坦な周波数特性を実現できる。
［信号処理部の第２構成例］
図１５Ａは、信号処理部１０の第２構成例を、第１の振動板３及び第２の振動板４との接続関係を含めて示した図である。
図１５Ａは、信号処理部１０の第２構成例を、第１の振動板３及び第２の振動板４との接続関係を含めて示した図である。
信号処理部１０は、第２の振動板４から出力される第２の電気信号に対し所定ゲインＧを与えて出力するゲイン部２５と、第１の振動板３から出力される第１の電気信号とゲイン部２５から出力される信号とを加算する加算部２４を含む。
ここで、図１５Ａに示すように、第１の振動板３より出力される第１の電気信号を第１のアンプ部１３で増幅し、第２の振動板４より出力される第２の電気信号を第２のアンプ部１４で増幅してから第１のアンプ部１３から出力される増幅信号を第１の電気信号Ｓ１とみなし、第２のアンプ部１４から出力される増幅信号を第２の電気信号Ｓ２とみなして演算処理しても構わない。第１の振動板３および第２の振動板４から出力される信号の出力インピーダンスが高い場合、電流増幅してから処理することが好ましい。なお、図１５Ａに示すように、第１の電気信号Ｓ１と第２の電気信号Ｓ２を分離して増幅することにより、第１の電気信号Ｓ１と第２の電気信号Ｓ２との間のクロストークを低減することができる。
ゲイン部２５にて、第２の振動板４から出力された電気信号Ｓ２＝（Ｐ１）に対して所定ゲインＧを与えて信号（Ｇ・Ｐ１）を生成する。加算部２４にて、第１の振動板３から出力される電気信号Ｓ１＝（Ｐ１−Ｐ２）と信号（Ｇ・Ｐ１）とを加算して、加算信号Ｓ３＝（Ｐ１−Ｐ２＋Ｇ・Ｐ１）＝（（１＋Ｇ）Ｐ１−Ｐ２）を出力する。
第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１と、第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２と、加算信号Ｓ３のそれぞれは、音源方位により、図１６に示すように、Ｓ１は両指向性マイクロホンの指向性パターン、Ｓ２は無指向性マイクロホンの指向性パターン、Ｓ３は単一指向性マイクロホンに近い指向性パターンとなる。想定話者方向に対する感度が最も高いのはＳ２であり、最も低いのはＳ１である。Ｓ３はＳ１とＳ２の間の感度となっている。
ゲインＧを変化させることにより、信号Ｓ３の指向性パターンを制御できる。Ｇ＝０のとき、信号Ｓ３は両指向性マイクロホンの指向性パターンとなり、例えば、Ｇ＝０．１のとき、図１６に示すような単一指向性に近い指向性パターンとなる。図１６のＳ３は、周波数１ｋＨｚ、マイク音源間距離４０ｃｍのときの指向性パターンを示している。ここで、感度の高い方位が、想定話者方向となるように設計することが好ましい。
一般に、無指向性マイクロホンと両指向性マイクロホンとを比較したとき、無指向性マイクロホンの方がＳＮＲは高い。マイクロホンのノイズレベルは、検出アンプの回路ノイズで決まり、無指向性マイクロホンと両指向性マイクロホンとでほぼ同等レベルとなるのに対して、マイクロホンの信号レベルに関しては、無指向性マイクロホンの場合、音孔から入力される音圧Ｐ１を検出して電気信号に変換するが、両指向性マイクロホンの場合、近傍する音孔から入力される音圧Ｐ１と音圧Ｐ２の差圧を検出して電気信号に変換するため、無指向性マイクロホンに比べて両指向性マイクロホンの方が信号振幅（信号レベル）は低くなるからである。
また、マイクロホン使用時のＳＮＲを考えた場合、音源・マイクロホン間が近距離よりも遠距離の方が入力音圧が低下するため、信号振幅が低下し、ＳＮＲが低下して不利な状況になる。したがって、遠距離の音源を捉える場合、できるだけ感度の良いマイクロホンを使用することが望ましく、この観点で無指向性マイクロホンが優れている。
しかし、背景雑音がある環境で使用する場合、無指向性マイクロホンは全方位の音を捉えてしまうため、本来集音すべき話者の音声以外の背景雑音も含めて集音してしまう。一方、両指向性マイクロホンは、感度が低くＳＮＲの観点では不利であるものの、特定方位の音を捉える指向性パターンを持ち、距離減衰効果が高く、背景雑音を抑圧する効果に優れている。
図１７に、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３それぞれの、音源・マイクロホン距離に対する減衰特性の一例を示す。Ｓ２は無指向性マイクロホンの距離減衰特性であり、距離に反比例して減衰する特性を示す。Ｓ１は両指向性マイクロホンの距離減衰特性であり、距離減衰特性が優れている。Ｓ３はＳ１とＳ２の中間の特性となる。
上述した信号処理部１０の第２構成例によれば、両指向性の指向性パターンを有する第１の電気信号Ｓ１と、無指向性の指向パターンを有する第２の電気信号Ｓ２とを所定比率で混合することにより、無指向性マイクロホンの良好なＳＮＲと、両指向性マイクロホンの背景雑音を抑圧する効果をバランスさせて引き出すことができる。すなわち、中距離３０〜５０ｃｍの距離で必要な感度およびＳＮＲを保持しつつ、想定話者方向に感度が高くなる指向性パターンを生成し、かつ距離減衰特性に優れ、背景雑音抑圧が可能な、実用的なマイクロホンを実現できる。
また、上述した信号処理部１０の第２構成例によれば、両指向性の指向性パターンにおける感度の落ち込み（ヌルと呼ぶ）を緩和する効果を有するため、感度の急激な低下を防止する目的においても使用することができる。
［実装方法］
図１８、図１９、図２０は、本実施形態に係るマイクロホンユニット２６を携帯端末あるいはスマートホンといった携帯機器の製品筐体２７に搭載するときの実装方法について示した図である。製品筐体２７には、無線電話通信を行うための半導体チップや抵抗、コンデンサ等の受動部品を搭載するための実装基板２８格納されており、マイクロホンユニット２６はこの実装基板２８の上に搭載されている。
図１８、図１９、図２０は、本実施形態に係るマイクロホンユニット２６を携帯端末あるいはスマートホンといった携帯機器の製品筐体２７に搭載するときの実装方法について示した図である。製品筐体２７には、無線電話通信を行うための半導体チップや抵抗、コンデンサ等の受動部品を搭載するための実装基板２８格納されており、マイクロホンユニット２６はこの実装基板２８の上に搭載されている。
実装基板２８には実装基板２８の表面から裏面に貫通する基板開口部２９が設けられており、マイクロホンユニット２６の振動板を搭載する基板部（例えば図１の基板部２）の下面に設けられた音孔（例えば図１の第２の開口部７）と、基板開口部２９とが対向するように搭載される。また、マイクロホンユニット２６は、振動板を搭載する基板部（例えば図１の基板部２）の下面に電極パッドを有しており（図示せず）、電極パッドに対向するように配置された実装基板２７の基板面上の配線パターン（図示せず）と半田接合される。半田接合は、配線パターン上にクリームハンダを印刷して、マイクロホンユニット２６を所定位置に配置し、リフローする等の工程により行うことができる。
ここで、上記の半田接合について、基板開口部２９の周囲を含んで半田接合することにより、音響的な空気漏れのないように気密的に接合することができ、シールリング３０として機能させることが出来る。
図１８、図１９においては、製品筐体２７の表面に第１の筐体音孔３３を、裏面に第２の筐体音孔３４を有している。マイクロホンユニット２６の上面の音孔（例えば図１の第３の開口部９）と第１の筐体音孔３３との間は、第１のガスケット３１を介して空気漏れがないように気密的に連結されており、マイクロホンユニット２７の下面の音孔（例えば図１の第２の開口部７）と第２の筐体音孔３４との間は、第２のガスケット３２を介して空気漏れがないように気密的に連結されている。
図２０においては、製品筐体２７の表面に第１の筐体音孔３３を、底面に第２の筐体音孔３４を有している。マイクロホンユニット２６の上面の音孔（例えば図１の第３の開口部９）と第１の筐体音孔３３との間は、第１のガスケット３１を介して空気漏れがないように気密的に連結されており、マイクロホンユニット２７の下面の音孔（例えば図１の第２の開口部７）と第２の筐体音孔３４との間は、第２のガスケット３２を介して空気漏れがないように気密的に連結されている。
マイクロホンユニット２６の音孔と、製品筐体２７の筐体音孔との間に不要な隙間があった場合、この隙間を介して外部音圧が入り込み、マイクロホンの指向特性に影響を与えるため、意図した指向性パターンを得ることができなくなる。したがって、マイクロホンユニット２６の音孔と製品筐体２７の音孔の間は、空気漏れのないようにウレタン材、ゴム材など、弾性を有して空気を通さないあるいは通しにくい材料のガスケットを介して連結することが好ましい。
［第１実施形態のまとめ］
以上のように、本実施形態によれば、薄型な単一指向性（単一指向性に近い指向性を含む）マイクロホンユニットを実現できるので、指向性のヌルを抑制し、かつ背景雑音抑制性能とＳＮＲ性能を両立する薄型のマイクロホンユニットを実現できる。
以上のように、本実施形態によれば、薄型な単一指向性（単一指向性に近い指向性を含む）マイクロホンユニットを実現できるので、指向性のヌルを抑制し、かつ背景雑音抑制性能とＳＮＲ性能を両立する薄型のマイクロホンユニットを実現できる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るマイクロホンユニット１について、図２１を用いて説明する。図２１に示す構成のマイクロホンに、上述した信号処理部１０の第１構成例及び第２構成例で説明した信号処理を適用することで、両指向性の指向性マイクロホンのヌルを軽減する効果を得ることができる。
第２実施形態に係るマイクロホンユニット１について、図２１を用いて説明する。図２１に示す構成のマイクロホンに、上述した信号処理部１０の第１構成例及び第２構成例で説明した信号処理を適用することで、両指向性の指向性マイクロホンのヌルを軽減する効果を得ることができる。
第２実施形態に係るマイクロホンユニット１は、基板部２と、入力音圧を電気信号に変換する第１の振動板３と、入力音圧を電気信号に変換する第２の振動板４とを含む。基板部２は、第１の開口部６と第２の開口部７が基板上面に形成されており、第１の開口部６と第２の開口部７との間は基板内部の音道により連通している。基板部２は内層において中空になっており、基板面に対して平行な方向に延在する空間を介して、第１の開口部６と第２の開口部７が繋がっている。
第１の振動板３は、第１の開口部６を密閉して覆い隠すように基板部２の上面に配置して搭載されている。また、第２の振動板４は、基板部２の上面の第１の開口部６から外れた一部の領域を密閉するように配置して搭載されている。
第１の振動板３及び第２の振動板４を基板部２に搭載するにあたっては、音響特性に影響を及ぼす空気のリークが発生しないように第１の振動板３及び第２の振動板４を支持する各支持部と基板部２とを気密的に接着する必要がある。そして、その接着には、第１の振動板３及び第２の振動板４が基板部２から機械的な応力を受けて振動板の張力変動が発生しないように、応力吸収効果を有する接着剤を使用することが好ましい。そのような接着剤としては、エポキシ系の接着剤やシリコーン系の接着剤等が用いられる。
本実施形態においてマイクロホンユニット１は、上記内部空間内に第１の振動板３の出力信号と第２の振動板４の出力信号とを演算する信号処理部１０を含む。第１の振動板３及び第２の振動板４と、信号処理部１０との電気的な接続は、例えば、第１の振動板３と第２の振動板４と信号処理部１０との各上面に電極端子を設けて、電極端子間を互いにワイヤーボンディングすることにより接続される。
あるいは、第１の振動板３と第２の振動板４と信号処理部１０との各下面に電極端子を設け、これらの電極端子に対向して形成した基板部２上面の配線パターンにフリップチップ接続することにより、電気的に接続することも可能である。
本実施形態において、マイクロホンユニット１は、基板部２の上に搭載される蓋部５を含む。蓋部５は、第１の振動板３と第２の振動板４とを覆い、基板部２の外縁部と接合して内部空間３７を形成する。また、蓋部５には、第３の開口部９が形成されており、内部空間３７は第３の開口部９を介して外部空間に連通している。また、蓋部５は、上面に設けられた第４の開口部３５から下面に設けられた第５の開口部３６に繋がる貫通孔を有しており、蓋部５の第５の開口部３６が基板部２の第２の開口部７と対向するように搭載される。
こうして第３の開口部９から入力された音圧Ｐ１は、内部空間３７を介して、第１の振動板３の上面に伝達され、第４の開口部３５から入力された音圧Ｐ２は、第５の開口部３６、第２の開口部７、第１の開口部６を介して、第１の振動板３の下面に伝達される。
ここで、第１の振動板３の上面には音圧Ｐ１がかかり、第１の振動板３の下面には音圧Ｐ２がかかるため、第１の振動板３からは差圧（Ｐ１−Ｐ２）に応じた電気信号が出力される。すなわち、第１の振動板３は８の字型の指向性パターンを持つ両指向性マイクロホンとして機能する。
また、第２の振動板４の上面には音圧Ｐ１がかかり、第２の振動板４の下面は閉じられた空間となっており一定の基準圧力がかかっているため、第２の振動板４からはＰ１に応じた信号が出力される。すなわち、第２の振動板４は円形型の指向性パターンを持つ無指向性マイクロホンとして機能する。
本実施形態に係るマイクロホンユニット２６を、図２２に示すように、携帯端末、スマートホン等の携帯機器に対し、製品筐体２７の表面側に２つの筐体音孔３３，３４（例えば図２１の第３の開口部９、第４の開口部３５）が縦に並ぶように搭載した場合、上述した「信号処理部の第１構成例」の信号処理部１０を適用したときは図２３のような指向性パターン、上述した「信号処理部の第２構成例」の信号処理部１０を適用したときは図２４に示すような指向性パターンになる。図２３及び図２４において、Ｓ１は、第１の振動板３から出力される第１の電気信号Ｓ１の指向性パターンを表しており、両指向性の指向性パターンとなる。また、Ｓ２は、第２の振動板４から出力される第２の電気信号Ｓ２の指向性パターンを表しており、無指向性の指向性パターンとなる。
携帯端末、スマートホン等の携帯機器において、音声認識、テレビ電話を使用するとき、想定話者が携帯機器の正面に来ることがある。Ｓ１のように指向性パターンのヌルの方位が正面にあった場合、想定話者がヌルの方位に入ったときに、話者の音声レベルが落ちるという問題が発生する。
信号処理部１０に、「信号処理部の第１構成例」の信号処理を使用した場合、遅延量ＤＬ及びゲインＧを変化させることにより、Ｓ３の指向性パターンを制御できる。Ｇ＝１，ＤＬ＝０のとき、図２３のＳ３（ＤＬ＝０）に示すような両指向性の指向性パターンとなり、Ｓ１と一致する。また、Ｇ＝１、ＤＬ＝ＤＬ１（マイクロホンユニットの音孔間隔／音速）のとき、図２３のＳ３（Ｇ＝ＤＬ１）に示すような指向性パターンとなる。なお、図２３のＳ３は、周波数１ｋＨｚ、マイク音源間距離４０ｃｍのときの指向性パターンを示している。
すなわち、信号処理部１０に、「信号処理部の第１構成例」の信号処理を行うことで指向性を制御することにより、ヌルによる正面方向の感度の落ち込みを軽減することが可能である。また、Ｓ３（Ｇ＝ＤＬ１）の指向性パターンにおいてはＳ２に比べて高い距離減衰率が得られ、高い背景雑音抑制の効果が得ることができる。
信号処理部１０に、「信号処理部の第２構成例」の信号処理を使用した場合、ゲインＧを変化させることにより、Ｓ３の指向性パターンを制御できる。Ｇ＝０とき、図２４のＳ３（Ｇ＝０）に示すような両指向性の指向性パターンとなり、Ｓ１と一致する。また、Ｇ＝０．１のとき、図２４のＳ３（Ｇ＝０．１）に示すような指向性パターンとなる。なお、図２４のＳ３は、周波数１ｋＨｚ、マイク音源間距離４０ｃｍのときの指向性パターンを示している。
すなわち、信号処理部１０に、「信号処理部の第２構成例」の信号処理を行うことで指向性を制御することにより、ヌルによる正面方向の感度の落ち込みを軽減することが可能である。また、Ｓ３（Ｇ＝０．１）の指向性パターンにおいてはＳ２に比べて高い距離減衰率が得られ、高い背景雑音抑制の効果が得ることができる。
［第２実施形態のまとめ］
以上のように、本実施形態によれば、薄型な単一指向性（単一指向性に近い指向性を含む）マイクロホンユニットを実現できるので、指向性のヌルを抑制し、かつ背景雑音抑圧性能とＳＮＲを両立する薄型のマイクロホンユニットを実現できる。
以上のように、本実施形態によれば、薄型な単一指向性（単一指向性に近い指向性を含む）マイクロホンユニットを実現できるので、指向性のヌルを抑制し、かつ背景雑音抑圧性能とＳＮＲを両立する薄型のマイクロホンユニットを実現できる。
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るマイクロホンユニット１について、図２５を用いて説明する。図２５に示す構成のマイクロホンに、「信号処理部の第２構成例」で説明した信号処理を適用することで、両指向性の指向性マイクロホンの感度の最も高くなる高い方位（ビーム方位）を０〜３６０°の範囲で自由に回転させることが出来る。
第３実施形態に係るマイクロホンユニット１について、図２５を用いて説明する。図２５に示す構成のマイクロホンに、「信号処理部の第２構成例」で説明した信号処理を適用することで、両指向性の指向性マイクロホンの感度の最も高くなる高い方位（ビーム方位）を０〜３６０°の範囲で自由に回転させることが出来る。
本実施形態に係るマイクロホンユニット１は、基板部２と、入力音圧を電気信号に変換する第１の振動板３と、入力音圧を電気信号に変換する第２の振動板４とを含む。基板部２は、基板上面に第１の開口部６と第４の開口部３５が基板上面に形成されており、基板下面に第１の開口部７と第５の開口部３６が形成されている。そして、第１の開口部６は基板内部の音道を通じて第２の開口部７に連通しており、第４の開口部３５は基板内部の音道を通じて第５の開口部３６に連通している。
第１の振動板３は、第１の開口部６を密閉して覆い隠すように基板部２の上面に配置して搭載されており、第２の振動板４は、第４の開口部３５を密閉して覆い隠すように基板部２の上面に配置して搭載されている。
第１の振動板３及び第２の振動板４を基板部２に搭載するにあたっては、音響特性に影響を及ぼす空気のリークが発生しないように第１の振動板３及び第２の振動板４を支持する各支持部と基板部２とを気密的に接着する必要がある。そして、その接着には、第１の振動板３及び第２の振動板４が基板部２から機械的な応力を受けて振動板の張力変動が発生しないように、応力吸収効果を有する接着剤を使用することが好ましい。そのような接着剤としては、エポキシ系の接着剤やシリコーン系の接着剤等が用いられる。
本実施形態においてマイクロホンユニット１は、第１の振動板３と第２の振動板４とを覆う蓋部５を含み、蓋部５は基板部２の外縁部と気密的に接合されて内部空間を形成する。蓋部５には、第３の開口部９が形成されており、内部空間は第３の開口部９を介して外部空間に連通している。
ここで、第１の振動板３および第２の振動板４の上面には第３の開口部９から入力される音圧Ｐ１がかかり、第１の振動板３の下面には第２の開口部７から入力される音圧Ｐ２がかかり、第２の振動板３の下面には第５の開口部３６から入力される音圧Ｐ３がかかるため、第１の振動板３からは差圧（Ｐ１−Ｐ２）に応じた信号が出力され、第２の振動板４からは差圧（Ｐ１−Ｐ３）に応じた信号が出力される。
すなわち、第１の振動板３は図２６のＰＯＬ１（実線）に示すように８の字型の指向性パターンを持つ両指向性マイクロホンとして機能し、第２の振動板は図２６のＰＯＬ２（点線）に示すように８の字型の指向性パターンを持つ両指向性マイクロホンとして機能する。
また、本実施形態においてマイクロホンユニット１は、上記内部空間内に第１の振動板３の出力信号と第２の振動板４の出力信号とを演算する信号処理部１０を含む。第１の振動板３及び第２の振動板４と、信号処理部１０との電気的な接続は、例えば、第１の振動板３と第２の振動板４と信号処理部１０との各上面に電極端子を設けて、電極端子間を互いにワイヤーボンディングすることにより接続される。
あるいは、第１の振動板３と第２の振動板４と信号処理部１０との各下面に電極端子を設け、これらの電極端子に対向して形成した基板部２上面の配線パターンにフリップチップ接続することにより、電気的に接続することも可能である。
信号処理部１０にて演算された信号は、信号処理部１０から基板部２の上面の配線パターンに伝達され、基板部２の内部配線を介して、基板部２の下面の電極部（図示せず）に到達する。なお、信号処理部１０から基板部２の上面の配線パターンへの信号の引き出しは、上記の通り例えばワイヤーボンディング又はフリップチップ接続することにより行うことができる。
基板部２としては、基板表面に配線パターンの形成が可能なプリント基板材料を使用することが好ましい。例えば、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板、ポリイミドフィルム基板などの基板を使用することができる。
また、マイクロホンユニット１が外部電磁波によるノイズの影響を受けないようにするため、蓋部５は導電性の金属材料で構成し、基板部２のグランド等の固定電位に接続することが好ましい。
あるいは、図２の場合と同様に、基板部２を非導電性材料の構造体からなる蓋部５で覆い、さらに蓋部５を覆うように金属製のシールドカバー８を搭載しても構わない。金属製のシールドカバー８で蓋部５を覆う場合には、シールドカバー８を固定電位に接続するため、シールドカバー８の端部を基板部２の底面でかしめ、このかしめ部分に電極として機能を持たせ、マイクロホンユニット１を実装基板上に実装時に、かしめ部分を実装基板のグランドに半田接合することにより、電磁シールドとしての効果を高めることができる。
なお、本実施形態に係るマイクロホンユニットは、上述した第１実施形態における第２変形例と同様に、図２７に示すように、基板部２の上面に形成された第１の開口部６と下面に形成された第２の開口部７、および基板部２の上面に形成された第４の開口部３５と下面に形成された第５の開口部３６をオフセットさせて配置し、基板部２の内層に基板面に対して平行な方向に延在する中空層を含む第１の中空音道３８および第２の中空音道３９を介して、第１の開口部６から第２の開口部７および第４の開口部３５から第５の開口部３６に連通するように構成してもよい。
［信号処理部の第３構成例］
図２８は、信号処理部１０の第３構成例を、第１の振動板３及び第２の振動板４との接続関係を含めて示した図である。
図２８は、信号処理部１０の第３構成例を、第１の振動板３及び第２の振動板４との接続関係を含めて示した図である。
信号処理部１０は、第１の振動板３から出力される第１の電気信号Ｓ１に対し所定ゲインＧ１を与えて出力する第１のゲイン部４０と、第２の振動板４から出力される第２の電気信号Ｓ２に対し所定ゲインＧ２を与えて出力する第２のゲイン部４１と、第１の電気信号Ｓ１と第２の電気信号Ｓ２とを加算する加算部２４とを含む。
ここで、図２８に示すように、第１の振動板３より出力される第１の電気信号Ｓ１を第１のアンプ部１３で増幅し、第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２を第２のアンプ部１４で増幅してから第１のアンプ部１３から出力される増幅信号を第１の電気信号Ｓ１とみなし、第２のアンプ部１４から出力される増幅信号を第２の電気信号Ｓ２とみなして演算処理しても構わない。第１の振動板３および第２の振動板４から出力される信号の出力インピーダンスが高い場合、電流増幅してから処理することが望ましい。
第１のゲイン部４０にて、第１の振動板３から出力された電気信号Ｓ１＝（Ｐ１−Ｐ２）に対して所定ゲインＧ１を与えて信号（Ｇ１・（Ｐ１−Ｐ２））を生成し、第２のゲイン部４１にて、第２の振動板４から出力された電気信号Ｓ２＝（Ｐ１−Ｐ３）に対して所定ゲインＧ２を与えて信号（Ｇ２・（Ｐ１−Ｐ３））を生成する。加算部２４にて、信号（Ｇ１・（Ｐ１−Ｐ２））と信号（Ｇ２・（Ｐ１−Ｐ３））とを加算して、加算信号Ｓ３＝（Ｇ１・（Ｐ１−Ｐ２）＋Ｇ２・（Ｐ１−Ｐ３））を出力する。
Ｇ１＝ｋ／（ｋ2＋１）1/2，Ｇ２＝１／（ｋ2＋１）1/2として場合、ｋ（−１≦ｋ≦１）を変化させたときの指向性パターンの変化を図２９に示す。ｋの変化にともない、指向性の感度の高い方位が０〜３６０°の範囲で自由に制御することができる。
本実施形態に係るマイクロホンユニット１は、基本的に両指向性の指向性パターンを持ち、感度不感帯（ヌル、Ｎｕｌｌ）を持つ。図２２のように製品筐体２７に実装した場合、想定話者の方位に合わせて、両指向性の指向性パターンの感度が最大となる方位を設定し、ヌルの影響を受けて感度が低下しないように制御することができる。
［実装方法］
図３０に本実施形態に係るマイクロホンユニット２６を携帯端末あるいはスマートホンといった携帯機器の製品筐体２７に搭載するときの実装方法について示した図である。製品筐体２７には、無線電話通信を行うための半導体チップや抵抗、コンデンサ等の受動部品を搭載するための実装基板２８格納されており、マイクロホンユニット２６は実装基板２８の上に搭載されている。
図３０に本実施形態に係るマイクロホンユニット２６を携帯端末あるいはスマートホンといった携帯機器の製品筐体２７に搭載するときの実装方法について示した図である。製品筐体２７には、無線電話通信を行うための半導体チップや抵抗、コンデンサ等の受動部品を搭載するための実装基板２８格納されており、マイクロホンユニット２６は実装基板２８の上に搭載されている。
実装基板２８には基板開口部４２、４３が設けられており、マイクロホンユニット２６の振動板を搭載する基板部２の下面に設けられた第２の開口部７および第５の開口部３６と、実装基板２８の表面から裏面に貫通する第１，２の基板開口部４２、４３とが対向するように搭載される。
また、マイクロホンユニット２６は、振動板を搭載する基板部２の下面に電極パッドを有しており（図示せず）、電極パッドに対向するように配置された実装基板２８の基板面上の配線パターン（図示せず）と半田接合される。半田接合は、配線パターン上にクリームハンダを印刷して、マイクロホンユニット２６を所定位置に配置し、リフローする等の工程により行うことができる。
ここで、上記の半田接合について、第１，２の基板開口部４２、４３の周囲を含んで半田接合することにより、音響的な空気漏れのないように気密的に接合することができ、シールリング３０として機能させることが出来る。
製品筐体２７は、表面に第１の第１の筐体音孔４４を、裏面に第２の筐体音孔４５および第３の筐体音孔４６を有している。マイクロホンユニット２６の上面の第３の開口部９と第１の筐体音孔４４との間は、第１のガスケット３１を介して空気漏れがないように気密的に連結されており、マイクロホンユニット２６の下面の第２の開口部７および第５の開口部３６と、第２の筐体音孔４５および第３の筐体音孔４６との間は、第２のガスケット３２を介して空気漏れがないように気密的に連結されている。
マイクロホンユニット２６の音孔と、製品筐体２７の筐体音孔との間に不要な隙間があった場合、この隙間を介して外部音圧が入り込み、マイクロホンの指向特性に影響を与えるため、意図した指向性パターンを得ることができなくなる。したがって、マイクロホンユニット２６の音孔と製品筐体２７の音孔の間は、空気漏れのないようにウレタン材、ゴム材など、弾性を有して空気を通さない材料のガスケットを介して連結することが好ましい。
［第３実施形態のまとめ］
以上のように、本実施形態によれば、信号処理を適用することで、両指向性の指向性マイクロホンの感度の最も高くなる高い方位（ビーム方位）を０〜３６０°の範囲で自由に回転させることが出来る。
以上のように、本実施形態によれば、信号処理を適用することで、両指向性の指向性マイクロホンの感度の最も高くなる高い方位（ビーム方位）を０〜３６０°の範囲で自由に回転させることが出来る。
なお、「信号処理部の第２構成例」及び「信号処理部の第３構成例」において、図１５Ａ、図２８を用いて説明した第１の振動板３より出力される第１の電気信号と、第２の振動板４より出力される第２の電気信号のそれぞれを所定比率で重み付けして加算演算する方法については、図３１に示すように第１の電気信号と第２の電気信号とを抵抗加算するものであってもよい。この方法によれば、きわめて簡単な構成で２つの信号の加算が実現できる。
＜その他＞
以下、本発明に係るマイクロホンユニットに搭載可能なマイクロホンの一例として、コンデンサ型マイクロホン４９の構成について説明する。図３１は、コンデンサ型マイクロホン４９の構成を模式的に示した断面図である。
以下、本発明に係るマイクロホンユニットに搭載可能なマイクロホンの一例として、コンデンサ型マイクロホン４９の構成について説明する。図３１は、コンデンサ型マイクロホン４９の構成を模式的に示した断面図である。
コンデンサ型マイクロホン４９は、振動板５０を有する。なお、振動板５０が、各実施形態に係るマイクロホンユニット１又は２６の第１の振動板３、第２の振動板４に相当する。振動板５０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ホン４９は、また、電極５１を有する。電極５１は、振動板５０と対向、近接して配置されている。これにより、振動板５０と電極５１とは容量を形成する。コンデンサ型マイクロホン４９に音波が入射すると、振動板５０が振動して、振動板５０と電極５１との間隔が変化し、振動板５０と電極５１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取り出すことによって、振動板５０の振動に基づく電気信号を取得することができる。すなわち、コンデンサ型マイクロホン４９に入射する音波を、電気信号に変換して出力することができる。なお、コンデンサ型マイクロホン４９では、電極５１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５１はメッシュ構造をなしていてもよい。
ただし、本発明に係るマイクロホンユニットに搭載可能なマイクロホン（振動板５０）は、コンデンサ型マイクロホ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ホンを適用することができる。例えば、振動板５０は、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、種々のマイクロホンの振動板であってもよい。
あるいは、振動板５０は、半導体膜（例えばシリコン膜）であってもよい。すなわち、振動板５０は、シリコンマイク（Ｓｉマイク）の振動板であってもよい。シリコンマイクを利用することで、マイクロホンユニット１の小型化、及び、高性能化を実現することができる。
なお、信号処理部の第１〜３構成例について、演算処理を信号処理部１０の内部に含む形で説明したが、信号処理の全てがマイクロホンユニット１の内部で行われる必要はなく、演算処理の一部または全部の処理をマイクロホンユニット１の外部で行うような構成であって構わない。
なお、上記の各実施形態において、信号処理部１０の処理の一部又は全部をマイクロホンユニット１の外部で処理しても構わない。また、信号処理部１０の処理の一部又は全部をソフトウェア処理により行うことも可能である。この場合、マイクロホンユニット１と外部の信号処理部との全体で音声信号処理システムを構成する。
例えば、図６に示すように、マイクロホンユニット１は、第１の振動板３から出力される第１の電気信号および第２の振動板４から出力される第２の電気信号を、第１のアンプ部および第２のアンプ部で増幅して出力してマイクロホンユニット１から外部に出力し、後段で演算処理する構成であって構わない。その他の構成として、切替部１８（例えば図７Ａ参照）以降を後段で演算処理する構成であって構わない。
なお、上記の各実施形態において、携帯機器に搭載されるマイクロホンユニットからの出力振幅、出力パワーが最大になるように、指向性パターンを変化させても構わない。
なお、上記の各実施形態において、携帯機器に角度センサーを持ち、角度センサーの検出値に応じて、想定話者に対する感度が最大になるように、指向性パターンを変化させても構わない。
また、上記の各実施形態において、携帯端末にイメージセンサーを持ち、イメージセンサーで捉えた画像から人の顔の特徴部分を抽出し、人の口元の方向にビーム方位が向くように構成してもよい。
また、携帯機器に接触センサーを持ち、携帯機器の表面に皮膚が接触しているか否かを判定し、接触していると判定されたときには、両指向性の指向性パターンになるようにして、近接音を捉えて遠方音を抑圧する接話マイクとして機能させる構成であって構わない。
また、「信号処理部の第２構成例」では、ゲイン部２５を第２の振動板４側に設けたが、ゲイン部２５を第１の振動板３側に設けてゲイン部２５が第１の振動板３から出力される第１の電気信号Ｓ１に対し所定ゲインＧを与えて出力するようにしてもよい。
また、第１実施形態に係るマイクロホンユニット１と第２実施形態に係るマイクロホンユニット１とに共通する構成要素を備えるマイクロホンユニット、すなわち、「第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、前記筐体には、前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、前記第２の振動板の他方の面に面する密閉空間と、が設けられていることを特徴とするマイクロホンユニット」全般を、第１実施形態に係るマイクロホンユニット１や第２実施形態に係るマイクロホンユニット１と同様に用いることができる。
また、第３実施形態に係るマイクロホンユニット１の主要な構成要素を備えるマイクロホンユニット、すなわち「第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、前記第１の振動部及び前記第２の振動部から得られた電気信号を処理する電気回路部と、前記第１の振動部、前記第２の振動部及び前記電気回路部を収容すると共に、第１の音孔、第２の音孔、及び第３の音孔が設けられる筐体と、を備え、前記筐体には、前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、前記第３の音孔から入力される音圧を前記第２の振動板の他方の面に伝達する第３の音道と、が設けられていることを特徴とするマイクロホンユニット」全般を、第３実施形態に係るマイクロホンユニット１と同様に用いることができる。
また、図７Ａでは、遅延部１６にて（−Ｐ２）に相当する信号を所定時間遅延させていたが、図７Ｂに示すように、遅延部１６にて（−Ｐ２）に相当する信号の代わりに第２の振動板４より出力される第２の電気信号Ｓ２を所定時間遅延させ、第２の加算部１７にて、（−Ｐ２）に相当する信号と遅延信号（Ｐ１・Ｄ）とを加算して、加算信号Ｓ３＝（Ｐ１・Ｄ−Ｐ２）を出力するようにしてもよい。同様に、図１０Ａに示す構成を図１０Ｂに示す構成に変更すること、図１１Ａに示す構成を図１１Ｂに示す構成に変更すること、図１４Ａに示す構成を図１４Ｂに示す構成に変更することがそれぞれ可能である。
また、図１４Ｂに示す構成のように、第１の振動板３から出力される第１の電気信号に対し所定ゲインＧを与えて出力するゲイン部２５’を図１５Ａに示す構成に追加してもよい。
本発明のマイクロホンユニットは、音声を入力して処理を行う音声入力装置に広く適用でき、例えば携帯電話機等に好適である。
１ マイクロホンユニット
２ 基板部
２Ａ 第３基板層
２Ｂ 第２基板層
２Ｃ 第１基板層
３ 第１の振動板
４ 第２の振動板
５ 蓋部
６ 第１の開口部
７ 第２の開口部
８ シールドカバー
９ 第３の開口部
１０ 信号処理部
１１ 中空層
１１Ａ 第３基板層開口部
１１Ｂ 第２基板層開口部
１１Ｃ 第１基板層開口部
１２ 実装基板
１３ 第１のアンプ部
１４ 第２のアンプ部
１５ 第１の加算部
１６ 遅延部
１７ 第２の加算部
１８ 切替部
１９ ゲイン部
２０ 第１のＡＤ変換器
２１ 第２のＡＤ変換器
２２ 第１のフィルター部
２３ 第２のフィルター部
２４ 加算部
２５、２５’ ゲイン部
２６ マイクロホンユニット
２７ 製品筐体
２８ 実装基板
２９ 基板開口部
３０ シールリング
３１ 第１のガスケット
３２ 第２のガスケット
３３ 第１の筐体音孔
３４ 第２の筐体音孔
３５ 第４の開口部
３６ 第５の開口部
３７ 内部空間
３８ 第１の中空音道
３９ 第２の中空音道
４０ 第１のゲイン部
４１ 第２のゲイン部
４２ 第１の基板開口部
４３ 第２の基板開口部
４４ 第１の筐体音孔
４５ 第２の筐体音孔
４６ 第３の筐体音孔
４７ 第1の抵抗部
４８ 第２の抵抗部
４９ コンデンサ型マイクロホン
５０ 振動板
５１ 電極
１０１ マイクロホン
１０２ 基板部
１０３ 振動板
１０４ 蓋部
１０５ 音響遅延部材
１０６ 基板開口部
１０７ 音孔
１０８ 第１の振動板
１０９ 第２の振動板
１１０ 第１の蓋部
１１１ 第２の蓋部
１１２ 第１の音孔
１１３ 第２の音孔
２ 基板部
２Ａ 第３基板層
２Ｂ 第２基板層
２Ｃ 第１基板層
３ 第１の振動板
４ 第２の振動板
５ 蓋部
６ 第１の開口部
７ 第２の開口部
８ シールドカバー
９ 第３の開口部
１０ 信号処理部
１１ 中空層
１１Ａ 第３基板層開口部
１１Ｂ 第２基板層開口部
１１Ｃ 第１基板層開口部
１２ 実装基板
１３ 第１のアンプ部
１４ 第２のアンプ部
１５ 第１の加算部
１６ 遅延部
１７ 第２の加算部
１８ 切替部
１９ ゲイン部
２０ 第１のＡＤ変換器
２１ 第２のＡＤ変換器
２２ 第１のフィルター部
２３ 第２のフィルター部
２４ 加算部
２５、２５’ ゲイン部
２６ マイクロホンユニット
２７ 製品筐体
２８ 実装基板
２９ 基板開口部
３０ シールリング
３１ 第１のガスケット
３２ 第２のガスケット
３３ 第１の筐体音孔
３４ 第２の筐体音孔
３５ 第４の開口部
３６ 第５の開口部
３７ 内部空間
３８ 第１の中空音道
３９ 第２の中空音道
４０ 第１のゲイン部
４１ 第２のゲイン部
４２ 第１の基板開口部
４３ 第２の基板開口部
４４ 第１の筐体音孔
４５ 第２の筐体音孔
４６ 第３の筐体音孔
４７ 第1の抵抗部
４８ 第２の抵抗部
４９ コンデンサ型マイクロホン
５０ 振動板
５１ 電極
１０１ マイクロホン
１０２ 基板部
１０３ 振動板
１０４ 蓋部
１０５ 音響遅延部材
１０６ 基板開口部
１０７ 音孔
１０８ 第１の振動板
１０９ 第２の振動板
１１０ 第１の蓋部
１１１ 第２の蓋部
１１２ 第１の音孔
１１３ 第２の音孔
Claims (12)
- 第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号と、前記第２の振動部より出力される第２の電気信号との差を求める第１の演算部を有することを特徴とするマイクロホンユニット。 - 前記第１の演算部の出力に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部と、
前記第２の電気信号と前記遅延信号とを加算する第２の演算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホンユニット。 - 前記第２の電気信号に所定の遅延を与えた遅延信号を出力する遅延部と、
前記第１の演算部の出力と前記遅延信号とを加算する第２の演算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホンユニット。 - 前記第１の演算部の出力に所定の遅延及び所定のゲインを与えて出力する遅延・ゲイン部と、
前記第２の電気信号と前記遅延・ゲイン部の出力とを加算する第２の演算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホンユニット。 - 前記第２の電気信号に所定の遅延及び所定のゲインを与えて出力する遅延・ゲイン部と、
前記第１の演算部の出力と前記遅延・ゲイン部の出力とを加算する第２の演算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホンユニット。 - 前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号と、前記第２の演算部の出力のいずれかを選択して出力する請求項２乃至５のうちいずれか１項に記載のマイクロホンユニット。
- 前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号を所定周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有し、
前記所定の遅延は、前記アナログ−デジタル変換器のサンプリング時間の整数倍の遅延であることを特徴とする請求項２乃至６のうちいずれか１項に記載のマイクロホンユニット。 - 前記第１の電気信号を入力として低域濾波処理を行う第１のフィルター部、又は
前記第２の演算部の出力を入力として低域濾波処理を行う第２のフィルター部のうちの少なくともいずれか一方、
を有する請求項２乃至７のうちいずれか１項に記載のマイクロホンユニット。 - 第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号及び前記第２の振動部より出力される第２の電気信号の一方に所定のゲインを与えて出力するゲイン部と、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号の他方と前記ゲイン部の出力とを加算する演算部と、
を有することを特徴とするマイクロホンユニット。 - 第１の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第１の振動部と、
第２の振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する第２の振動部と、
前記第１の振動部及び前記第２の振動部を収容すると共に、第１の音孔と第２の音孔とが設けられる筐体と、を備え、
前記筐体には、
前記第１の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の一方の面に伝達すると共に、前記第２の振動板の一方の面に伝達する第１の音道と、
前記第２の音孔から入力される音圧を前記第１の振動板の他方の面に伝達する第２の音道と、が設けられ、
前記第２の振動板の他方の面が前記筐体の一の面に臨んでいるマイクロホンユニットであって、
前記第１の振動部より出力される第１の電気信号に所定のゲインを与えて出力する第１のゲイン部と、
前記第２の振動部より出力される第２の電気信号に所定のゲインを与えて出力する第２のゲイン部と、
前記第１のゲイン部の出力と前記第２のゲイン部の出力とを加算する演算部と、
を有することを特徴とするマイクロホンユニット。 - 前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号と、前記演算部の出力のいずれかを選択して出力する請求項９又は請求項１０に記載のマイクロホンユニット。
- 請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載のマイクロホンユニットを搭載する音声入力装置。
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Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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| JP2011141073 | 2011-06-24 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=47787712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011255690A Active JP5834818B2 (ja) | 2011-06-24 | 2011-11-24 | マイクロホンユニット、及び、それを備えた音声入力装置 |
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-
2011
- 2011-11-24 JP JP2011255690A patent/JP5834818B2/ja active Active
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