KR20100065123A

KR20100065123A - 음성입력장치

Info

Publication number: KR20100065123A
Application number: KR1020090120041A
Authority: KR
Inventors: 후미노리 다나카; 류스케 호리베; 다케시 이노다; 마사토시 오노; 리쿠오 다카노; 도시미 후쿠오카
Original assignee: 후나이 덴키 가부시기가이샤; 후나이 일렉트릭 어드밴스드 어플라이드 테크놀로지 리서치 인스티튜트 인코포레이티드
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2010-06-15
Also published as: US20100142743A1; EP2194730B1; EP2194730A2; JP5325554B2; US8433089B2; JP2010136132A; EP2194730A3

Abstract

음성입력장치의 제1하우징 내부에는 마이크로폰 유닛이 배치된다. 상기 마이크로폰 유닛은, 제2하우징과, 상기 제2하우징의 내부에 배치되는 진동판과, 상기 진동판의 진동에 의거하여 발생하는 전기신호를 처리하는 전기회로부를 구비한다. 음성입력장치에는, 상기 제1하우징의 외부의 음을 상기 진동판의 제1면으로 인도하는 제1사운드 가이드 스페이스와, 상기 진동판의 제2면으로 인도하는 제2사운드 가이드 스페이스가 형성된다. 상기 전기회로부는, 상기 제1사운드 가이드 스페이스와 상기 제2사운드 가이드 스페이스 중 어느 일방에 배치되고, 상기 제1사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성과 상기 제2사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성 중 적어도 일방을 조정하기 위한 음향저항부가 음성입력장치에 설치되어 있다.

Description

음성입력장치{VOICE INPUT APPARATUS}

본 발명은 예를 들면 휴대전화나 녹음기기 등에 적용되는 음성입력장치(voice input apparatus)에 관한 것으로서, 상세하게는 진동판(diaphragm)의 양면(전후면)에 음압(sound pressure)이 가해지도록 형성되고, 음압차이에 의거하는 진동판의 진동에 의하여 음성신호(voice signal)를 취득하는 마이크로폰 유닛(microphone unit)을 구비하는 음성입력장치의 구성에 관한 것이다.

종래로부터, 예를 들면 휴대전화나 트랜스시버(transceiver) 등의 음성통신기기 또는 음성인증시스템 등의 입력된 음성을 분석하는 기술을 이용한 정보처리시스템 또는 녹음기기 등에 음성입력장치가 적용되고 있다. 전화 등에 의한 통화, 음성인식, 음성녹음에 있어서는 원하는 음성(사용자의 음성)만을 듣는 것이 바람직하다. 이 때문에 원하는 음성을 정확하게 추출하고, 원하는 음성 이외의 잡음(배경잡음(background noise) 등)을 제거 하는 음성입력장치의 개발이 진척되고 있다.

잡음이 존재하는 사용환경에서 잡음을 제거하고 원하는 음성만을 들을 수 있는 기술로서, 음성입력장치가 구비되는 마이크로폰 유닛에 지향성(directivity)을 갖게 하는 것을 들 수 있다. 지향성을 구비하는 마이크로폰 유닛의 일례로서, 진동판(다이아프램(diaphragm))의 양면에 음압(sound pressure)이 가해지도록 형성하고, 음압차이에 의거하는 진동판의 진동에 의하여 음성신호를 취득하는 마이크로폰 유닛이 종래로부터 알려져 있다(예를 들면 특허문헌1 또는 2 참조).

그런데 종래에 있어서 음성입력장치가 구비되는 마이크로폰 유닛에는, 진동판의 진동에 의거하여 발생하는 전기신호를 처리(예를 들면 증폭처리 등)하는 전기회로부(electric circuit portion)가 구비된다. 그리고 종래에 있어서 이 전기회로부는, 사운드 홀(sound hole)로부터 진동판에 이르는 사운드 가이드 스페이스(sound guide space)의 외부에 배치되어 있다(예를 들면 특허문헌2의 도2 참조).

특허문헌1 : 일본국 공개특허 JP-A-1992-217199

특허문헌2 : 일본국 공개특허 JP-A-2005-295278

최근에 있어서는 음성입력장치의 소형화가 중요하다. 이 때문에 상기의 진동판의 양면에 음압이 가해지도록 형성된 마이크로폰 유닛을 구비하는 음성입력장치에 있어서, 전기회로부를 사운드 홀로부터 다이아프램에 이르는 사운드 가이드 스페이스 내에 배치하는 것을 검토한 바, 특히 고주파수 대역에 있어서 양호한 지향특성이 얻어지지 않는 것을 알았다. 즉 단지 소형화를 목적으로 전기회로부를 사운드 가이드 스페이스 내에 배치하는 구성으로 하였을 경우에, 음성입력장치의 성능이 저하되는 것을 알았다.

여기에서 본 발명의 목적은, 소형화가 가능한 고성능의 음성입력장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 음성입력장치(voice input apparatus)는, 제1하우징(first housing)과, 상기 제1하우징의 내부에 배치되는 마이크로폰 유닛(microphone unit)으로 구성되고, 상기 마이크로폰 유닛은, 제1사운드 홀(first sound hole)과 제2사운드 홀(second sound hole)이 형성되는 제2하우징(second housing)과, 상기 제2하우징의 내부에 배치되는 진동판(diaphragm)과, 상기 진동판의 진동에 의거하여 발생하는 전기신호를 처리하는 전기회로부(electric circuit portion)를 구비한다. 그리고 상기 제1 하우징에는, 상기 제1사운드 홀과 연결되는 제1개구부(first opening portion)와, 상기 제2사운드 홀과 연결되는 제2개구부(second opening portion)가 형성되어 있고, 상기 제1하우징의 외부의 음을, 상기 제1개구부로부터 상기 진동판의 제1면(first surface)으로 인도하는 제1사운드 가이드 스페이스(first sound guide space)와, 상기 제2개구부로부터 상기 진동판의 상기 제1면의 이면(裏面)인 제2면(second surface)으로 인도하는 제2사운드 가이드 스페이스(second guide space)가 형성되어 있고, 상기 전기회로부는, 상기 제1사운드 가이드 스페이스와 상기 제2사운드 가이드 스페이스 중 어느 일방(一方)에 배치되어 있고, 상기 제1사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성과 상기 제2사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성 중 적어도 일방을 조정하기 위한 음향저항부(acoustic resistance portion)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 의하면, 신호의 증폭처리 등을 하는 전기회로부가 제1사운드 가이드 스페이스와 제2사운드 가이드 스페이스 중 어느 일방에 배치되는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 종래와 같이 사운드 가이드 스페이스의 외측에 전기회로부를 배치하는 경우에 비하여 음성입력장치의 소형화가 가능하다.

그런데 사운드 가이드 스페이스에 전기회로부를 배치하면, 2개의 사운드 가이드 스페이스(제1사운드 가이드 스페이스와 제2사운드 가이드 스페이스)의 형상이 불균형을 이루는 것 등이 원인이 되어, 2개의 사운드 가이드 스페 이스의 주파수 특성에 있어서 차이가 발생한다. 구체적으로는 예를 들면 고주파수 대역에서 주파수 특성의 차이가 발생하여, 고주파수측에서 양호한 노이즈 억압 성능(noise prevention performance)이 얻어지지 않는다. 이 점을 고려하여 본 구성은, 음향저항부를 설치하여 사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성을 조정하는 구성으로 하였기 때문에, 고주파수측에서 양호한 노이즈 억압 성능을 얻을 수 있다. 즉 본 구성에 의하면, 음성입력장치로부터 출력되는 음성신호(전기신호)를 노이즈가 적은 고품질의 것으로 할 수 있다.

상기 구성의 음성입력장치에 있어서, 상기 음향저항부는, 특정한 고주파수 대역(specific high-frequency band)의 음에 선택적으로 작용하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 사운드 가이드 스페이스에 전기회로부를 배치함으로써 발생하는 2개의 사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성 차이는, 예를 들면 저주파수 대역에서는 거의 인지되지 않고, 고주파수 대역에 있어서 인지된다. 이 때문에 본 구성과 같이 음향저항부가 특정한 주파수 대역(예를 들면 고주파수 대역)에 선택적으로 작용하는 구성으로 함으로써, 2개의 사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성 차이를 감소시키는 것이 용이하게 된다.

또한 상기 구성의 음성입력장치에 있어서, 상기 음향저항부는, 음향저항부재(acoustic resistance member)를 상기 제1하우징 또는 상기 제2하우징에 부착하여 이루어지는 것으로 하여도 좋다.

상기 음향저항부재를 사용하는 경우의 구체적인 구성으로서, 상기 음향저항부재는, 상기 제1개구부로부터 상기 제1면에 이르는 경로의 적어도 일부 또는 상기 제2개구부로부터 상기 제2면에 이르는 경로의 적어도 일부를 막도록 배치되어 있는 것으로 하여도 좋다.

또한 상기 음향저항부재를 사용하는 경우의 다른 구체적인 구성으로서, 상기 음향저항부재가, 상기 제1개구부로부터 상기 제1면에 이르는 경로의 적어도 일부 및 상기 제2개구부로부터 상기 제2면에 이르는 경로의 적어도 일부를 막도록 배치되어 있는 것으로 하여도 좋다. 그리고 이 경우에 있어서, 상기 음향저항부재는, 상기 제1하우징 또는 상기 제2하우징에 각각 부착되는 제1음향저항부재와 제2음향저항부재로 이루어지는 것으로 하여도 좋다.

상기 구성의 음성입력장치에 있어서, 상기 제1개구부와 상기 제2개구부 중 적어도 일방은 복수의 관통구멍(through-hole)으로 이루어져서 상기 음향저항부를 겸하는 것으로 하여도 좋다.

본 발명에 의하면 음성입력장치의 소형화가 가능하다. 그리고 소형화를 달성하였을 경우에 발생할 가능성이 있는 「노이즈 억압 성능의 열화(deterioration)」를 억제할 수 있는 구성으로 되어 있기 때문에, 고품질의 음성신호가 얻어진다.

이하에서는, 본 발명을 적용한 음성입력장치의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또 이하에서는 음성입력장치가 휴대전화인 경우를 예로 하여 설명하지만, 본 발명의 음성입력장치는 휴대전화에 한정된다는 취지는 아니다.

도1은 본 실시예의 음성입력장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도1에 나타나 있는 바와 같이 휴대전화로서의 기능을 구비하는 음성입력장치(voice input apparatus)(2)에는 사용자의 음성을 전기신호로 변환하는 마이크로폰 유닛(microphone unit)(1)이 구비되어 있다. 본 실시예의 음성입력장치(2)에 있어서는, 마이크로폰 유닛(1)은 음성입력장치(2)의 하우징(housing)(이하, 제1하우징(first hosing)이라고 한다)(51)의 하부측에 수용배치(收容配置)되어 있다. 또 본 실시예에서는 마이크로폰 유닛(1)을 제1하우징(51)의 하부측에 수용하여 배치하는 구성으로 되어 있지만, 마이크로폰 유닛(1)의 위치는 이 위치에 한정되지 않고 적절하게 변경하여도 상관없다.

도2는, 도1의 A-A 위치에 있어서의 개략적인 단면도이다. 도1 및 도2에 나타나 있는 바와 같이 제1하우징(51)의 하부측에는, 제1개구부(first opening portion)(511)와 제2개구부(second opening portion)(512)의 2개의 개구가 형성되어 있다. 제1개구부(511)의 상부에는 음향저항부(acoustic resistance portion)(52)가 배치되어 있지만, 이것에 관한 상세한 것은 후술한다. 또 본 실시예에서는 제1개구부(511) 및 제2개구부(512)는 평면에서 볼 때에 대략 원형 모양으로 형성되어 있지만, 이들의 형상은 본 실시예의 구성에 한정되지 않고 적절하게 변경할 수 있다.

마이크로폰 유닛(1)은, 도2에 나타나 있는 바와 같이 제2하우징(11)과, MEMS칩(Micro Electro Mechanical System chip)(12)과, ASIC(Application Specific Integrated Circuit)(13)와, 회로기판(14)을 구비하고 있다.

제2하우징(11)은, 도1에 나타나 있는 바와 같이 대략 직육면체 형상으로 형성되고, 그 내부공간에 진동막(vibration membrane)(진동판(diaphragm))(122)을 포함하는 MEMS칩(12)과, ASIC(13)와, 회로기판(circuit board)(14)을 수용한다. 또 제2하우징(11)의 외형은 본 실시예의 형상에 한정된다는 취지가 아니라, 예를 들면 입방체이어도 좋고, 또한 직육면체나 입방체와 같은 육면체에 한정되지 않고, 육면체 이외의 다면체 구조나 다면체 이외의 구조(예를 들면 구상(spherical) 구조, 반구상(semi-spherical) 구조 등)이어도 좋다.

제2하우징(11)의 상면에는, 평면에서 볼 때에 대략 원형 모양(이에 한정되지 않고 그 형상은 적절하게 변경 가능함)의 제1사운드 홀(first sound hole)(111)과 제2사운드 홀(second sound hole)(112)이 형성되어 있다. 제1사운드 홀(111)과 제2사운드 홀(112)의 간격은, 마이크로폰 유닛(1)으로부터 출력되는 음성의 S/N비(Signal to Noise ratio)를 좋게 하는 등의 목적에서 4mm∼6mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 마이크로폰 유닛(1)은, 제1사운드 홀(111)이 제1하우징(51)에 형성되는 제1개구부(511)의 위치와 겹치도록 배 치되어 있고, 또한 제2사운드 홀(112)이 제1하우징(51)에 형성되는 제2개구부(512)의 위치와 겹치도록 배치되어 있다. 즉 제1사운드 홀(111)과 제1개구부(511) 및 제2사운드 홀(112)과 제2개구부(512)는, 각각 연결된 상태로 되어 있다.

또 본 실시예의 음성입력장치(2)에 있어서는, 마이크로폰 유닛(1)은 탄성체(elastic body)(53)를 사이에 두고 제1하우징(51)에 배치되어 있다. 그리고 탄성체(53)에는, 제1사운드 홀(111)과 제1개구부(511) 및 제2사운드 홀(112)과 제2개구부(512)가 각각 연결되도록 개구가 형성되어 있다. 탄성체(53)는 반드시 배치할 필요는 없다. 그러나 탄성체(53)를 사이에 두고 마이크로폰 유닛(1)을 제1하우징(51)에 배치함으로써, 제1하우징(51)의 진동이 마이크로폰 유닛(1)으로 전달되기 어렵게 되어 마이크로폰 유닛(1)의 동작 정밀도를 높인다. 이 때문에 본 실시예와 같이 탄성체(53)를 배치하는 것이 바람직하다.

마이크로폰 유닛(1)을 구성하는 제2하우징(11)의 내부공간은, 그 상세한 것은 후술하는 MEMS칩(12)이 구비하는 진동막(진동판)(122)에 의하여 2개의 공간으로 분할되어 있다. 이에 따라 음성입력장치(2)에는, 제1하우징(51)의 외부의 음을 제1개구부(511)로부터 진동막(122)의 상면(제1면)(122a)으로 인도하는 제1사운드 가이드 스페이스(first sound guide space)(513)와, 제1하우징(51)의 외부의 음을 제2개구부(512)로부터 진동막(122)의 하면(제2면)(122b)으로 인도하는 제2사운드 가이드 스페이스(second sound guide space)(514)가 형성된 상태로 되어 있다.

또 본 실시예에 있어서는, 제1개구부(511)의 상부에는 음향저항부(52)가 설치되어 있지만, 제1하우징(51)의 외부공간에서 발생한 음파(sound wave)는 음향저항부(52)를 통과하여 제1사운드 가이드 스페이스(513)로 들어가도록 되어 있다.

또한 본 실시예에서는 마이크로폰 유닛(1)의 제1사운드 홀(111)과 제2사운드 홀(112)을 제2하우징(11)의 동일면(同一面)에 형성하고 있지만, 이 구성에 한정된다는 취지는 아니다. 즉 이들을 서로 다른 면에 형성하여도 좋고, 예를 들면 이웃하는 면이나 대향(對向)하는 면에 형성하는 구성으로 하여도 좋다. 다만 본 실시예와 같이 2개의 사운드 홀(111, 112)을 제2하우징(11)의 동일면에 형성하는 것이, 음성입력장치(2)에 있어서의 사운드 패스(sound path)가 복잡하게 되지 않기 때문에 바람직하다.

도3은, 본 실시예의 음성입력장치(2)가 구비하는 마이크로폰 유닛(1)에 포함되는 MEMS칩(12)의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다. 도3에 나타나 있는 바와 같이 MEMS칩(12)은, 절연성 베이스 기판(insulation base substrate)(121)과, 진동막(122)과, 절연막(insulation membrane)(123)과, 고정전극(fixed electrode)(124)을 구비하여 커패시터형 마이크로폰(capacitor type microphone)을 형성하고 있다. 또 이 MEMS칩(12)은 반도체 제조기술을 사용하여 제조된다.

베이스 기판(121)에는 예를 들면 평면에서 볼 때에 대략 원형 모양의 개구(opening)(121a)가 형성되어 있고, 이에 따라 진동막(122)의 하부측으로부터 입사되는 음파는 진동막(122)에 도달하도록 되어 있다. 베이스 기판(121) 상에 형성되는 진동막(122)은, 음파를 받아서 진동(상하방향으로 진동)하는 박막(thin film)이고 도전성(electric conductivity)을 구비하며 전극(electrode)의 일단(一端)을 형성하고 있다.

고정전극(124)은 절연막(123)을 사이에 두고 진동막(122)과 대향하도록 배치되어 있다. 이에 따라 진동막(122)과 고정전극(124)은 커패시터(capacitor)를 형성한다. 또 고정전극(124)에는 음파가 통과할 수 있도록 복수의 사운드 홀(124a)이 형성되어 있어, 진동막(122)의 상부측으로부터 입사되는 음파가 진동막(122)에 도달하도록 되어 있다.

이러한 MEMS칩(12)에 있어서는 MEMS칩(12)에 음파가 입사되면, 진동막(122)의 상면(122a)에 음압(sound pressure)(pf), 하면(122b)에 음압(pb)이 각각 가해진다. 그 결과 음압(pf)과 음압(pb)의 차이에 의하여 진동막(122)이 진동하여 진동막(122)과 고정전극(124)의 간격(Gp)이 변화됨으로써, 진동막(122)과 고정전극(124) 사이의 정전용량(electrostatic capacity)이 변화된다. 즉 커패시터형의 마이크로폰으로서 기능을 하는 MEMS칩(12)에 의하여 입사된 음파를 전기신호로서 변화시킬 수 있도록 되어 있다.

또 본 실시예에서는 진동막(122)이 고정전극(124)보다 하측에 배치되어 있지만, 이와는 반대의 관계(진동막이 상측, 고정전극이 하측에 배치되는 관계)가 되도록 구성하여도 상관없다.

도4는, 본 실시예의 음성입력장치(2)가 구비하는 마이크로폰 유닛(1)에 포함되는 ASIC(13)의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다. ASIC(13)는 본 발명의 전기회로부의 실시예에 있어서, MEMS칩(12)에 있어서의 정전용량 변화에 의거하여 발생하는 전기신호를 신호증폭회로(signal amplification circuit)(133)에 의하여 증폭처리하는 집적회로이다. 본 실시예에 있어서는, MEMS칩(12)에 있어서의 정전용량 변화를 정밀하게 얻을 수 있도록 충전펌프회로(charge pump circuit)(131)와 연산증폭기(operational amplifier)(132)를 포함하는 구성으로 되어 있다. 또한 신호증폭회로(133)의 증폭율(amplification factor)(게인(gain))을 조정할 수 있도록 게인조정회로(gain adjustment circuit)(134)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

도2로 되돌아가서 설명하면, 마이크로폰 유닛(1)의 회로기판(14)은 MEMS칩(12) 및 ASIC(13)를 실장(mount)하는 기판이다. 본 실시예에 있어서는, MEMS칩(12) 및 ASIC(13)는 모두 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)에 의하여 실장되고, 회로기판(circuit board)(14)에 형성되는 배선패턴(wiring pattern)에 의하여 양자는 전기적으로 접속되어 있다. 또 본 실시예에 있어서는, MEMS칩(12) 및 ASIC(13)를 플립-칩 본딩에 의하여 실장하는 구성으로 되어 있지만 이 구성에 한정된다는 취지가 아니라, 예를 들면 와이어 본딩(wire bonding)을 사용하여 실장하는 구성 등으로 하여도 상관없다.

이상과 같이 구성되는 마이크로폰 유닛(1)은, 음성입력장치(2)의 제1하우징(51) 내에 배치되는 실장기판(mount board)(54)에 예를 들면 플립-칩 본 딩 등에 의하여 실장되어 있다. 실장기판(54)에는, ASIC(13)에 의하여 증폭처리된 전기신호를 각종 연산처리하는 연산처리회로(operation process circuit)(도면에는 나타내지 않는다)가 설치되어 있다.

다음에 제1개구부(511)의 상부에 설치되는 음향저항부(52)에 대하여 상세하게 설명한다. 음향저항부(52)는, 평면에서 볼 때에 대략 원형 모양으로 형성되는 시트(sheet) 모양의 음향저항부재(acoustic resistance member)로 이루어지고, 음향저항부(52)가 제1하우징(51)에 형성되는 제1개구부(511)를 막도록 배치되어 있다. 음향저항부재로서는, 예를 들면 폴리에스테르(polyester)나 나일론(nylon) 등의 수지(resin) 또는 스테인레스 스틸(staniless steel) 등에 의하여 형성되는 메쉬 부재(mesh member)가 사용된다. 메쉬 부재의 오프닝(opening)은 예를 들면 20∼100μｍ정도로 하고, 그 두께는 예를 들면 0.1mm 정도로 한다. 다만 이들은 어디까지나 하나의 예이고, 음향저항부재로서 사용되는 메쉬 부재의 오프닝, 메쉬 수, 두께 등은 목적에 따라 적절하게 선택되는 것이며, 상기에 한정되는 것은 아니다. 여기에서 메쉬 수란, 1인치(25.4mm) 사이에 있는 메쉬의 수를 가리키고 있다. 또한 오프닝이란, 메쉬를 구성하는 선의 지름을 선 지름이라고 정의하였을 경우에, 이하의 식에서 구해지는 값을 가리키고 있다.

오프닝(μm) = (25400 ÷ 메쉬수) - 선 지름

또 본 실시예에서는, 음향저항부(52)를 구성하는 음향저항부재를 평면에서 볼 때에 대략 원형 모양으로 형성하고 있지만 이에 한정되지 않고, 그 형상은 적절하게 변경하여 좋고 예를 들면 평면에서 볼 때에 대략 사각형 모양 등으로 하여도 좋다.

음향저항부(52)는 제1사운드 가이드 스페이스(513)의 주파수 특성을 조정하기 위하여 설치되어 있다. 이것은, 제1사운드 가이드 스페이스(513)의 주파수 특성과 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 주파수 특성의 차이를 감소시키기 위한 것이다. 이하에서는 이러한 음향저항부(52)를 설치하는 이유에 대하여 상세하게 설명한다.

우선 도5A 및 도5B를 참조하여 본 실시예의 음성입력장치(2)가 구비하는 마이크로폰 유닛(1)에 요구되는 지향특성(directional characteristic)에 대하여 설명한다. 여기에서 도5A에 나타나 있는 바와 같이 제1사운드 홀(111)과 제2사운드 홀(112)을 연결하는 방향을 0° 및 180°의 방향으로 설정한다. 또한 제1사운드 홀(111)과 제2사운드 홀(112)의 중간점을 M이라고 설정한다.

이 경우에 있어서 도5B에 나타나 있는 바와 같이 마이크로폰 유닛(1)은 음원(sound source)과 중간점(M)의 거리가 일정한 것으로 하면, 음원이 0° 또는 180°의 방향에 있을 때에 진동막(122)에 가해지는 음압(pf-pb)이 최대로 되는 것이 요구된다. 한편 음원이 90° 또는 270°의 방향에 있을 때에 진동막(122)에 가해지는 음압(pf-pb)이 최소(0)로 되는 것이 요구된다. 즉 본 실시예의 마이크로폰 유닛(1)은, 0° 및 180°의 방향으로부터 입사되는 음파를 받기 쉽고, 90° 및 270°의 방향으로부터 입 사되는 음파를 받기 어려운 성질(양지향 특성(bidirectional characteristic))을 구비하는 것이 요구된다. 그리고 도5B에 나타나 있는 바와 같은 지향특성의 대칭성(symmetry)은 배경잡음 억압성능(background noise prevention performance)과 관계되어 있고, 마이크로폰 유닛(1)에 있어서는 사용주파수 범위의 전역(全域)에서 대칭성이 우수한 지향특성을 구비하는 것이 요구된다.

도6은, 본 실시예의 음성입력장치(2)가 구비하는 마이크로폰 유닛의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다. 도6에 있어서 가로축(대수축(logarithmic axis))은 주파수를 나타내고, 세로축은 마이크로폰의 출력을 나타낸다. 또한 도6에 있어서, 실선으로 나타나 있는 그래프(a)는 마이크로폰 유닛(1)의 제2사운드 홀(112)로부터 음파가 입사하지 않도록 하였을 경우에 있어서의 주파수 특성을 나타내고 있다. 또한 도6에 있어서, 파선으로 나타나 있는 그래프(b)는 마이크로폰 유닛(1)의 제1사운드 홀(111)로부터 음파가 입사하지 않도록 하였을 경우에 있어서의 주파수 특성을 나타내고 있다.

또 도6의 데이터를 작성하는 것에 있어서, 음원은 90° 및 270°(도5A 참조)로부터 벗어난 방향의 일정위치로 되어 있다. 또한 각 주파수의 데이터를 작성하는 것에 있어서 음파의 진폭(amplitude)(음압(sound pressure))은 동일하게 되어 있다.

마이크로폰 유닛(1)은, 그 사용주파수 범위(예를 들면 100Hz∼10kHz)의 모든 주파수에 있어서 도5B에 나타나 있는 양지향 특성을 발휘하는 것이 요구된다. 이 때문에 음원을 90° 및 270°로부터 벗어난 방향으로 하여 마이크로폰 유닛(1)으로 음파를 입사하였을 경우에, 그 사용주파수 범위에 있어서 도6의 그래프(a)와 그래프(b)는 주파수가 변화되어도 일정한 출력 차이를 유지하는 것이 요구된다. 또 일정한 출력 차이는, 음원으로부터 제1사운드 홀(111)까지의 거리와 음원으로부터 제2사운드 홀(112)까지의 거리의 차이에 따라 결정되는 값이다. 이 점에 있어서 도6에 나타나 있는 실험결과에서는, 100Hz∼6kHz 정도의 주파수까지는 그래프(a)와 그래프(b)가 일정한 출력 차이를 유지하고 있다. 그러나 대략 6kHz를 넘은 고주파수 대역에서는 상기의 일정한 출력 차이가 유지되지 않고, 그래프(a)와 그래프(b)의 사이에서 출력값의 대소의 역전관계(inverse relationship)도 관찰된다.

고주파수 대역에서 상기한 바와 같은 경향이 되는 것은, 장치의 소형화를 목적으로 사운드 패스(사운드 가이드 스페이스)에 ASIC(13)를 배치하고 있는 것이 원인으로서 들 수 있다. 즉 ASIC(13)를 사운드 가이드 스페이스에 배치함으로써, 진동막(122)의 상면(122a)에 이르는 사운드 가이드 스페이스의 용적(volume)과 진동막(122)의 하면(122b)에 이르는 사운드 가이드 스페이스의 용적 사이의 불균형이 커져서, 2개의 공간 사이에서 주파수 특성의 차이가 발생된 것이라고 생각된다. 그리고 이 주파수 특성의 차이가 원인이 되어 도6과 같은 결과가 되었다고 생각된다.

여기에서 본 실시예의 음성입력장치(2)에서는, 마이크로폰 유닛(1)의 하우징(제2하우징)(11) 내부에 ASIC(13)를 배치함으로써 발생하는 불량을 해소하기 위하여 음향저항부(52)를 설치하였다. 즉 ASIC(13)가 배치되어 있는 제1사운드 가이드 스페이스(513)의 주파수 특성을 음향저항부(52)에 의하여 조정하여, 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 주파수 특성 차이를 감소시키도록 되어 있다.

상기한 도6에 나타나 있는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시예의 음성입력장치(2)에서는, 음향저항부(52)를 설치하지 않은 경우에 저주파수측(대략 6kHz보다 낮은 주파수측)에서는 원하는 양지향 특성(도5B에 나타나 있는 바와 같은 특성)이 얻어지지만, 고주파수측(대략 6kHz 높은 주파수측)에서는 원하는 양지향 특성이 얻어지지 않는다. 이 때문에 음성입력장치(2)에 설치하는 음향저항부(52)의 특성으로서, 예를 들면 도7의 파선으로 나타나 있는 마이크 폰 출력이 되는 것과 같은 작용을 하는 것을 설치하는 것이 생각될 수 있다. 즉 저주파수측의 음에 대해서는 거의 작용하지 않고, 고주파수(예를 들면 6kHz∼20kHz 사이의 주파수)측의 음에 대해서는 선택적으로 작용(고주파수측에 있어서 출력을 저하시킨다)하는 음향저항부(52)를 설치하는 것이 생각될 수 있다.

또 도7은 본 실시예의 음성입력장치(2)가 구비하는 음향저항부(52)의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도7에 있어서 가로축은 대수축이다.

도8은, 사운드 가이드 스페이스를 막도록 음향저항부재를 배치하였을 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도8에 있어서 가로축(대수축)은 주파수를 나타내고, 세로축은 마이크로폰의 출력을 나타낸다. 또한 도8에 있어서, 그래프(a)는 음향저항부재를 배치하지 않은 경우의 결과이고, 그래프(b)는 음향저항부재(a)를 배치하였을 경우의 결과이며, 그래프(c)는 음향저항부재(a)와 다른 특성을 구비하는 음향저항부재(b)를 배치하였을 경우의 결과이다. 또 도8은 본 실시예의 마이크로폰 유닛(1)과는 다른 구성의 마이크로폰 유닛을 사용하였을 경우의 결과이지만, 여기에서 얻어진 경향은 본 실시예의 마이크로폰 유닛(1)에도 적합하다.

도8에 나타나 있는 바와 같이 음향저항부재(a, b)를 배치함으로써, 저주파수 대역측에 있어서는 마이크로폰 출력을 대략 변화시키지 않고, 고주파수 대역측에 있어서 마이크로폰 출력을 선택적으로 감쇠시킬 수 있다는 것을 알았다. 또한 음향저항부재의 특성을 변경함으로써 각 주파수에 있어서의 마이크로폰 출력의 감쇠량(attenuation)을 변경할 수 있다는 것을 알았다. 따라서 본 실시예의 음성입력장치(2)와 같이 제1사운드 가이드 스페이스(513)를 막도록 음향저항부(52)를 설치함으로써, 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 주파수 특성 차이를 감소시킬 수 있다는 것을 알았다.

또 시트(sheet) 모양의 메쉬 부재(mesh member)에 의하여 설치된 음향저항부재의 특성을 결정하는 주요한 요인은, 메쉬의 수(메쉬 부재에 형성되는 구멍의 밀도에 상당)와, 메쉬의 오프닝(opening)(메쉬 부재의 구멍 크기 에 상당)과, 두께이다. 이 때문에 이들 요인의 조정에 의하여 원하는 특성을 구비하는 음향특성부재(acoustic characteristic member)를 얻는 것이 가능하다.

여기에서 이상과 같은 구성의 본 실시예의 음성입력장치(2)를 사용하였을 경우의 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예의 음성입력장치에서는, 사용자의 음성은 제1개구부(511) 및 제2개구부(512)의 근방으로부터 발생한다. 이렇게 마이크로폰 유닛(1)의 진동막(122) 근방에서 발생하는 사용자의 음성은, 진동막(122)에 이르기까지의 거리의 차이에 의하여 음압에 큰 차이를 발생시킨다. 이 때문에 사용자의 음성에 의하여 진동막(122)의 상면(122a)과 하면(122b)의 사이에는 음압차이가 발생하여 진동막(122)은 진동한다.

한편 배경잡음 등의 잡음은, 사용자의 음성에 비하여 제1개구부(511) 및 제2개구부(512)로부터 먼 위치에서 음파가 발생한다. 이렇게 진동막(122)으로부터 먼 위치에서 발생하는 잡음은, 진동막(122)에 이르기까지의 거리에 차이가 있어도 거의 음압에 차이를 발생시키지 않는다. 이 때문에 잡음에 의한 음압차이는 진동막(122)에 있어서 부정된다.

따라서 본 실시예의 음성입력장치(2)에 있어서는, 진동막(122)은 근접한 사용자의 음성만에 의하여 진동하고 있다고 간주할 수 있다. 이 때문에 마이크로폰 유닛(1)으로부터 출력되는 전기신호는, 잡음이 제거된 사용자 음성만을 나타내는 신호라고 간주할 수 있다. 즉 본 실시예의 음성입력장 치(2)에 의하면, 잡음을 제거한 사용자 음성을 얻을 수 있다. 여기에서 제1개구부(511)와 제2개구부(512) 사이의 거리는 5mm 이하인 것이 바람직하다. 일본에서 출원공개된 JP-A-2008-258904에 의하면, 제1개구부(511)로부터 입사되어 진동막(122)에 도달하는 음파의 강도(intensity) 또는 제2개구부(512)로부터 입사되어 진동막(122)에 도달하는 음파의 강도와, 제1개구부(511)와 제2개구부(512)로부터 각각 입사되어 진동막(122)에 도달하는 2개의 음파 사이의 위상차(phase difference) 성분에 의거한 강도의 비율은, 100Hz로부터 10kHz의 사용된 주파수 대역에서 0dB 이하로 조정할 수 있다. 따라서 우수한 잡음 억제 기능을 달성할 수 있다.

또한 본 실시예의 음성입력장치(2)에 있어서는, 진동막(122)의 진동에 의거하여 발생하는 전기신호를 처리하는 ASIC(13)를 제1사운드 가이드 스페이스(513)에 배치하고 있기 때문에, 소형화가 가능하다. 제1개구부(511)와 제2개구부 사이의 거리가 5mm 이하로 감소되면, 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 용적도 감소된다. 이러한 경우에 ASIC(13)가 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 어느 일방에 배치되면, 제1사운드 가이드 스페이스(513)의 주파수 특성과 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 주파수 특성 차이에 의하여 용적의 불균형 현상이 발생한다.

제1사운드 가이드 스페이스(513)에 ASIC(13)를 배치하면, 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 용적의 불균형에 의하 여 특히 고주파수 대역에서 원하는 양지향 특성이 얻어지지 않아 양호한 노이즈 억압 성능이 얻어지지 않는다. 그러나 본 실시예의 음성입력장치(2)에 있어서는, 음향저항부(52)를 설치함으로써 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514) 사이의 주파수 특성의 차이를 감소시킬 수 있기 때문에, 고주파수측에서 양호한 노이즈 억압 성능을 얻는 것이 가능하도록 되어 있다. 즉 본 실시예의 음성입력장치(2)는 소형이고 고성능의 음성입력장치라고 할 수 있다.

이상에 나타나 있는 실시예는 하나의 예이며, 본 발명의 음성입력장치는 이상에 나타나 있는 실시예의 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 하여도 상관없다.

예를 들면 이상에 나타나 있는 실시예에서는, 제1개구부(511)의 상부에 음향저항부재를 배치하여 음향저항부(52)를 설치하였다. 그러나 음향저항부재(음향저항부)는 제1개구부(511)로부터 제1사운드 가이드 스페이스(513)를 거쳐서 진동막(122)에 이르는 음파가 통과하는 위치에 설치되면 좋다. 즉 음향저항부재는 제1개구부(511)로부터 진동막(122)의 상면(122a)에 이르는 경로의 적어도 일부를 막도록 배치하면 좋다. 또 본 실시예의 경우에 음향저항부재는 제1개구부(511)로부터 진동막(122)의 상면(122a)에 이르는 경로의 전부를 막고 있다.

또한 이상에 나타나 있는 실시예에서는, 음향저항부(52)는 음향저항부재를 음성입력장치(2)의 하우징(제1하우징)(51)에 부착하여 이루어지는 구성 으로 되어 있다. 그러나 음향저항부(52)의 구성은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 제1하우징(51)을 가공하여 이루어지는 구성으로 하여도 상관없다. 구체적으로는, 예를 들면 도9에 나타나 있는 바와 같이 제1개구부(511)를 복수의 가는 관통구멍의 집합체로 하여, 제1개구부(511)가 음향저항부(52)를 겸하는 구성으로 한 음성입력장치(21)로 하여도 좋다.

또한 이상에 나타나 있는 실시예에서는, 제1개구부(511)측에만 음향저항부(52)를 설치하는 구성으로 하였다. 그러나 이 구성에 한정되지 않고, 제1개구부(511)측에 설치하는 것에 추가하여 제2개구부(512)측에도 음향저항부를 설치하는 구성으로 하여도 좋다. 이러한 구성의 경우에 음향저항부를 설치하여, 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 양방의 주파수 특성을 조정함으로써 양자의 주파수 특성을 합한다.

제1개구부(511)측에 설치하는 것에 추가하여 제2개구부(512)측에도 음향저항부를 설치하는 구성의 구체적인 예로서, 예를 들면 도10에 나타나 있는 바와 같이 특성이 서로 다른 2개의 음향저항부재를 준비하여 2개의 음향저항부(52, 55)를 설치하는 구성(음성입력장치(31))으로 할 수 있다. 특성이 서로 다른 2개의 음향저항부재는, 예를 들면 서로 다른 재질로 이루어지는 것이어도 좋고, 예를 들면 동일한 재질이고, 두께 등의 파라미터(parameter)를 변경한 것이어도 좋다.

다른 구체적인 예로서, 도11에 나타나 있는 바와 같이 예를 들면 1개의 음향저항부재(일체물(single member))만으로 제1개구부(511)와 제2개구 부(512)를 막는 구성(음성입력장치(41))으로 하여도 상관없다. 이 구성의 경우에, 예를 들면 도11에 나타나 있는 바와 같이 단차부(step portion)(56a)를 형성하여 제1개구부(511)측과 제2개구부(512)측에서 음향저항부재의 두께가 서로 다르게 되도록 음향저항부(56)를 구성하여도 좋다. 이에 따라 제1사운드 가이드 스페이스(513)와 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 양방의 주파수 특성을 조정하여, 양자의 주파수 특성의 차이를 감소시킬 수 있다.

또한 이상에 나타나 있는 실시예에서는, 음향저항부(52)를 제1개구부(511)측에만 설치하였지만, 제2개구부(512)측에만 음향저항부(52)를 설치하는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면 음성입력장치(2)의 사운드 패스 형상의 변경에 의하여 본 실시예의 경우와 다르게 되어 제2사운드 가이드 스페이스(514)측의 주파수 특성을 조정하면, 제1사운드 가이드 스페이스(513)의 주파수 특성과 제2사운드 가이드 스페이스(514)의 주파수 특성의 차이를 감소시킬 수 있는 경우도 있을 수 있다.

또한 이상에 나타나 있는 실시예에서는, 진동막(122)(진동판)이 제2하우징(11)의 사운드 홀(111, 112)이 형성되는 면과 평행하게 배치되는 구성으로 하였다. 그러나 이 구성에 한정되지 않고, 진동판이 하우징의 사운드 홀이 형성되는 면과 평행하지 않은 구성으로 하여도 상관없다.

또한 이상에 나타나 있는 음성입력장치(2)에 있어서는, 소위 커패시터형 마이크로폰을 구비하는 구성으로 하였다. 그러나 본 발명은 커패시터 형 마이크로폰 이외의 마이크로폰을 구비하는 음성입력장치에도 물론 적용할 수 있다. 커패시터형 마이크로폰 이외의 구성으로서, 예를 들면 동전형(動電型 ; moving conductor type)(다이나믹형), 전자형(electromagnetic type)(마그네틱형), 압전형(piezoelectric type) 등의 마이크로폰 등을 들 수 있다.

이 이외에 본 발명은, 휴대전화 이외의 음성입력장치에 적용할 수 있고 예를 들면 트랜스시버(transceiver) 등의 음성통신기기(voice communication device)나, 입력된 음성을 분석하는 기술을 채용한 음성처리시스템(voice process system)(음성인증시스템(voice identification system), 음성인식시스템(voice recognition system), 커맨드생성시스템(command generation system), 전자사전, 번역기, 음성입력방식의 리모트 컨트롤러(remote controller) 등) 또는 녹음기기나 앰프시스템(확성기), 마이크시스템 등에 널리 적용할 수 있다.

본 발명은, 접화형(接話型 ; close-talking type)의 음성입력장치에 적합하다.

도1은 본 실시예의 음성입력장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도2는 도1의 Ａ-A 위치에 있어서의 개략적인 단면도이다.

도3은 본 실시예의 음성입력장치가 구비하는 마이크로폰 유닛에 포함되는 MEMS칩의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.

도4는 본 실시예의 음성입력장치가 구비하는 마이크로폰 유닛에 포함되는 ASIC의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다.

도5A는 본 실시예의 음성입력장치가 구비하는 마이크로폰 유닛에 요구되는 지향특성을 설명하기 위한 도면이다.

도5B는 본 실시예의 음성입력장치가 구비하는 마이크로폰 유닛에 요구되는 지향특성을 설명하기 위한 도면이다.

도6은 본 실시예의 음성입력장치가 구비하는 마이크로폰 유닛의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.

도7은 본 실시예의 음성입력장치가 구비하는 음향저항부의 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도8은 사운드 가이드 스페이스를 막도록 음향저항부재를 배치하였을 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도9는 본 실시예의 음성입력장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

도10은 본 실시예의 음성입력장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

도11은 본 실시예의 음성입력장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

Claims

제1하우징(first housing)과, 상기 제1하우징의 내부에 배치되는 마이크로폰 유닛(microphone unit)으로 구성되는 음성입력장치(voice input apparatus)로서,

상기 마이크로폰 유닛은,

제1사운드 홀(first sound hole)과 제2사운드 홀(second sound hole)이 형성되는 제2하우징(second housing)과,

상기 제2하우징의 내부에 배치되는 진동판(diaphragm)과,

상기 진동판의 진동에 의거하여 발생하는 전기신호를 처리하는 전기회로부(electric circuit portion)를

구비하고,

상기 제1하우징에는, 상기 제1사운드 홀과 연결되는 제1개구부(first opening portion)와, 상기 제2사운드 홀과 연결되는 제2개구부(second opening portion)가 형성되어 있고, 상기 제1하우징의 외부의 음을 상기 제1개구부로부터 상기 진동판의 제1면(first surface)으로 인도하는 제1사운드 가이드 스페이스(first sound guide space)와, 상기 제2개구부로부터 상기 진동판의 상기 제1면의 이면(裏面)인 제2면(second surface)으로 인도하는 제2사운드 가이드 스페이스(second guide space)가 형성되어 있고,

상기 전기회로부는, 상기 제1사운드 가이드 스페이스와 상기 제2사운드 가이드 스페이스 중 어느 일방(一方)에 배치되어 있고,

상기 제1사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성과 상기 제2사운드 가이드 스페이스의 주파수 특성 중 적어도 일방을 조정하기 위한 음향저항부(acoustic resistance portion)가 설치되어 있는 것을

특징으로 하는 음성입력장치.
제1항에 있어서,

상기 음향저항부는, 특정한 고주파수 대역(specific high-frequency band)의 음에 선택적으로 작용하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 음성입력장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 음향저항부는, 음향저항부재(acoustic resistance member)를 상기 제1하우징 또는 상기 제2하우징에 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음성입력장치.
제3항에 있어서,

상기 음향저항부재는, 상기 제1개구부로부터 상기 제1면에 이르는 경로의 적어도 일부 또는 상기 제2개구부로부터 상기 제2면에 이르는 경로의 적어도 일부를 막도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음성입력장치.
제3항에 있어서,

상기 음향저항부재가, 상기 제1개구부로부터 상기 제1면에 이르는 경로의 적어도 일부 및 상기 제2개구부로부터 상기 제2면에 이르는 경로의 적어도 일부를 막도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음성입력장치.
제5항에 있어서,

상기 음향저항부재는, 상기 제1하우징 또는 상기 제2하우징에 각각 부착되는 제1음향저항부재와 제2음향저항부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음성입력장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1개구부와 상기 제2개구부 중 적어도 일방은 복수의 관통구 멍(through-hole)으로 이루어져서 상기 음향저항부를 겸하는 것을 특징으로 하는 음성입력장치.