WO2008062849A1 - Dispositif à circuit intégré, dispositif d'entrée vocale et système de traitement d'informations - Google Patents

Dispositif à circuit intégré, dispositif d'entrée vocale et système de traitement d'informations Download PDF

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WO2008062849A1
WO2008062849A1 PCT/JP2007/072592 JP2007072592W WO2008062849A1 WO 2008062849 A1 WO2008062849 A1 WO 2008062849A1 JP 2007072592 W JP2007072592 W JP 2007072592W WO 2008062849 A1 WO2008062849 A1 WO 2008062849A1
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integrated circuit
circuit device
signal
semiconductor substrate
voice
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/072592
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rikuo Takano
Kiyoshi Sugiyama
Toshimi Fukuoka
Masatoshi Ono
Ryusuke Horibe
Shigeo Maeda
Fuminori Tanaka
Takeshi Inoda
Hideki Choji
Original Assignee
Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc.
Funai Electric Co., Ltd.
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Publication date
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    • H04R31/006—Interconnection of transducer parts
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/11—Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's

Definitions

  • Integrated circuit device voice input device, and information processing system
  • the present invention relates to an integrated circuit device, a voice input device, and an information processing system.
  • the microphone has a sharp directivity, or the arrival direction of a sound wave is identified using a difference in arrival time of sound waves, and noise is detected by signal processing.
  • An object of some aspects of the present invention is to provide an integrated circuit device capable of realizing an audio input element (microphone element) having a small outer shape and a highly accurate noise removal function, and an audio input device And providing an information processing system.
  • the present invention provides:
  • a first vibrating membrane constituting a first microphone A second vibrating membrane constituting a second microphone;
  • a differential signal that receives the first signal voltage acquired by the first microphone and the second signal voltage acquired by the second microphone and indicates a difference between the first and second voltage signals.
  • the first diaphragm, the second diaphragm, and the differential signal generation circuit may be formed in the substrate! /, And may be mounted on the wiring substrate by flip chip mounting or the like! /, obviously.
  • the wiring substrate may be a semiconductor substrate! /, Or another circuit substrate such as glass epoxy! /.
  • the difference signal generation circuit may be configured to have a function of adjusting the gain balance of the two microphones. In this way, the gain variation between the two microphones is adjusted for each board, and shipping force S is used.
  • an integrated circuit device can be provided in which the outer shape is small due to high-density mounting, and a highly accurate noise removal function can be realized.
  • the integrated circuit device can be applied as a voice input element (microphone element) of a close-talking voice input device.
  • the first and second vibrating membranes have an intensity of the noise component included in the difference signal with respect to an intensity of the noise component included in the first or second voltage signal.
  • the noise intensity ratio indicating the ratio is smaller than the voice intensity ratio indicating the ratio of the intensity of the input audio component included in the differential signal to the intensity of the input audio component included in the first or second voltage signal.
  • the noise intensity ratio may be an intensity ratio based on the phase difference component of noise
  • the voice intensity ratio may be an intensity ratio based on the amplitude component of the input voice.
  • MEMS Micro Electro
  • An integrated circuit device includes:
  • the wiring board is a semiconductor substrate
  • the first vibration film, the second vibration film, and the differential signal generation circuit are formed on the semiconductor substrate.
  • the wiring board is a semiconductor substrate
  • the first vibration film and the second vibration film are formed on the semiconductor substrate, and the differential signal generation circuit is flip-chip mounted on the semiconductor substrate.
  • Flip chip mounting is a mounting method in which the circuit surface of an IC (Integration circuit) element or IC chip is directly and collectively connected to the substrate, and the chip surface and the substrate are electrically connected.
  • IC Integration circuit
  • the connection is made by protruding terminals called bumps arranged in an array rather than connecting by wire as in wire bonding, the mounting area can be reduced as compared with wire bonding.
  • the first vibration film, the second vibration film, and the differential signal generation circuit are flip-chip mounted on the wiring board.
  • An integrated circuit device of the present invention includes:
  • the wiring board is a semiconductor substrate
  • the differential signal generation circuit is formed on a semiconductor substrate, and the first vibration film and the second vibration film are flip-chip mounted on the semiconductor substrate.
  • the distance between the centers of the first and second vibrating membranes is 5.2 mm or less. (7)
  • the integrated circuit device of the present invention is
  • the first and second vibrating membranes are silicon films.
  • the first and second vibrating membranes are formed so that normal lines are parallel to each other.
  • the first and second vibrating membranes are arranged so as to be shifted in a direction perpendicular to the normal line.
  • An integrated circuit device of the present invention comprises:
  • the first and second vibrating membranes are bottoms of recesses formed from one surface of the semiconductor substrate.
  • An integrated circuit device includes
  • the first and second vibrating membranes are arranged so as to be displaced in the normal direction.
  • the first and second vibrating membranes are respectively bottom portions of first and second recesses formed from opposing first and second surfaces of the semiconductor substrate.
  • At least one of the first vibrating membrane and the second vibrating membrane is configured to acquire a sound wave through a cylindrical sound guide tube installed so as to be perpendicular to the membrane surface. It is characterized by that.
  • the sound guide tube is installed in close contact with the substrate around the vibration membrane so that the sound wave input from the opening does not leak to the outside, so that the sound entering the sound guide tube is It reaches the diaphragm without being attenuated.
  • a sound guide tube in at least one of the first diaphragm and the second diaphragm, the distance until sound reaches the diaphragm without attenuation due to diffusion can be changed. .
  • an appropriate length for example, several millimeters
  • the delay is solved by installing a sound guide tube. Use the power to turn off.
  • the integrated circuit device of the present invention is
  • the difference signal generation circuit includes:
  • a gain section for giving a predetermined gain to the first voltage signal acquired by the first microphone
  • the first voltage signal given a predetermined gain by the gain unit and the second voltage signal obtained by the second miphonon are input, and the first voltage signal given the predetermined gain And a differential signal output unit that generates and outputs a differential signal of the second voltage signal.
  • An integrated circuit device includes
  • the difference signal generation circuit includes:
  • the first voltage signal and the second voltage signal that are input to the difference signal output unit are received, and the difference signal is generated based on the received first voltage signal and second voltage signal.
  • An amplitude difference detection unit that detects an amplitude difference between the first voltage signal and the second voltage signal, generates an amplitude difference signal based on the detection result, and outputs the amplitude difference signal;
  • a gain control unit that performs control to change an amplification factor in the gain unit based on the amplitude difference signal.
  • the amplitude difference detection unit includes a first amplitude detection unit that detects the output signal amplitude of the gain unit, and a second amplitude that detects the signal amplitude of the second voltage signal acquired by the second microphone.
  • a test sound source is prepared for gain adjustment, and the sound from the sound source is set equal to the first microphone on the second microphone and input with sound pressure.
  • the sound is received by the first microphone and the second microphone, and the waveforms of the output first voltage signal and second voltage signal are monitored (for example, monitoring may be performed using an oscilloscope or the like).
  • the amplification factors may be changed so as to match or the amplitude difference is within a predetermined range.
  • the amplitude difference may be in the range of 3% or more and + 3% or less with respect to the output signal of the gain section or the second voltage signal, or in the range of 6% or more and + 6% or less. You may do it.
  • the noise suppression effect is approximately 10 dB for a 1 kHz sound wave
  • the noise suppression effect is approximately 6 dB, and an appropriate suppression effect can be achieved.
  • the predetermined gain may be controlled so as to obtain a noise suppression effect of a predetermined decibel (eg, about 10 decibels).
  • An integrated circuit device of the present invention includes:
  • the difference signal generator is a signal generator
  • a gain unit configured to change an amplification factor according to a force, a voltage applied to a predetermined terminal, or a flowing current
  • a gain control unit that controls a force, a voltage applied to the predetermined terminal, or a flowing current; and the gain control unit includes:
  • a plurality of resistors include a straight line IJ or a resistor array connected in parallel, and a part of the resistor or conductor constituting the resistor array is cut, or at least one resistor is included, and the resistor It is characterized in that it can be changed in force, voltage, or current flowing to a predetermined terminal of the gain section by cutting a part.
  • a part of the resistors or conductors constituting the resistor array may be cut by cutting with a laser or by fusing by applying a high voltage or a high current.
  • the gain balance of the first voltage signal is determined so as to eliminate the amplitude difference caused by the variation by examining the variation of the gain balance due to the individual difference generated in the manufacturing process of the microphone. Then, a part of the resistor or conductor (for example, a fuse) constituting the resistor array is cut so that a voltage or current for realizing the determined amplification factor can be supplied to a predetermined terminal, and the resistance of the gain control unit Set the value to an appropriate value.
  • the force S is used to adjust the amplitude balance between the output of the gain section and the second voltage signal acquired by the second microphone.
  • a voice input device characterized in that the integrated circuit device described in the above! / Is mounted! /.
  • this voice input device it is possible to obtain a signal indicating an input voice from which a noise component has been removed by merely generating a differential signal indicating a difference between two voltage signals. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a voice input device that can realize highly accurate voice recognition processing, voice authentication processing, command generation processing based on input voice, and the like.
  • the analysis processing unit performs an analysis process on the input voice information based on the difference signal.
  • the difference signal can be regarded as a signal indicating the sound component from which the noise component is removed, various information processing based on the input sound can be performed by analyzing the difference signal.
  • the information processing system may be a system that performs voice recognition processing, voice authentication processing, certain! /, Command generation processing based on voice, and the like.
  • a voice input device in which the integrated circuit device according to any one of the above and a communication processing device that performs communication processing via a network are mounted;
  • a host computer that performs analysis processing of input voice information input to the voice input device based on the difference signal acquired by communication processing via the network.
  • the analysis processing unit performs an analysis process on the input voice information based on the difference signal.
  • the difference signal can be regarded as a signal indicating the sound component from which the noise component is removed, various information processing based on the input sound can be performed by analyzing the difference signal.
  • the information processing system according to the present invention may be a system that performs voice recognition processing, voice authentication processing, certain! /, Command generation processing based on voice, and the like.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an integrated circuit device.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an integrated circuit device.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an integrated circuit device.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an integrated circuit device.
  • FIG. 5 is a view for explaining a method of manufacturing the integrated circuit device.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the integrated circuit device.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a voice input device having an integrated circuit device.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a voice input device having an integrated circuit device.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an integrated circuit device according to a modification.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a voice input device having an integrated circuit device according to a modification.
  • FIG. 11 is a diagram showing a mobile phone as an example of a voice input device having an integrated circuit device.
  • FIG. 12 is a diagram showing a microphone as an example of a voice input device having an integrated circuit device.
  • FIG. 13 is a diagram showing a remote controller as an example of a voice input device having an integrated circuit device.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of an information processing system.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining another structure of the integrated circuit device.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining another structure of the integrated circuit device.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining another structure of the integrated circuit device.
  • FIG. 18 illustrates an example of a structure of an integrated circuit device.
  • FIG. 19 illustrates an example of a structure of an integrated circuit device.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of the configuration of an integrated circuit device.
  • FIG. 21 shows an example of a structure of an integrated circuit device.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of a specific configuration of a gain unit and a gain control unit.
  • FIG. 23A is an example of a configuration that statically controls the gain of the gain section.
  • FIG. 23B is an example of a configuration that statically controls the gain of the gain section.
  • FIG. 24 is a diagram showing an example of another configuration of the integrated circuit device.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of adjusting the resistance value by laser trimming.
  • the integrated circuit device 1 according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
  • the integrated circuit device 1 according to the present embodiment is configured as a voice input element (microphone element) and can be applied to a close-talking voice input device or the like.
  • the integrated circuit device 1 includes a semiconductor substrate 100.
  • 1 is a perspective view of the integrated circuit device 1 (semiconductor substrate 100), and
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the integrated circuit device 1.
  • the semiconductor substrate 100 may be a semiconductor chip.
  • the semiconductor substrate 100 may be a semiconductor wafer having a plurality of regions to be the integrated circuit device 1.
  • the semiconductor substrate 100 may be a silicon substrate.
  • the first vibration film 12 is formed on the semiconductor substrate 100.
  • the first vibrating membrane 12 may be the bottom of the first recess 102 formed from a given surface 101 of the semiconductor substrate 100.
  • the first vibrating membrane 12 is a vibrating membrane constituting the first microphone 10. That is, the first vibrating membrane 12 is formed so as to vibrate when a sound wave is incident thereon, and constitutes the first microphone 10 in a pair with the first electrode 14 disposed to face each other with a space therebetween.
  • the first vibrating membrane 12 vibrates, and the distance between the first vibrating membrane 12 and the first electrode 14 changes, and the first vibrating membrane 12 and The capacitance between the first electrode 14 changes.
  • a second vibration film 22 is formed on the semiconductor substrate 100.
  • the second vibrating membrane 22 may be the bottom of the second recess 104 formed from the given surface 101 of the semiconductor substrate 100.
  • the second vibrating membrane 22 is a vibrating membrane constituting the second microphone 20.
  • the second vibrating membrane 22 is formed so as to vibrate when a sound wave is incident thereon, and forms a second microphone 20 in a pair with the second electrode 24 arranged to face each other with a gap therebetween.
  • the second microphone 20 converts the sound wave that vibrates the second vibration film 22 (the sound wave incident on the second vibration film 22) into a voltage signal by the same action as the first microphone 10, and outputs the voltage signal.
  • the voltage signal output from the second microphone 20 is referred to as a second voltage signal.
  • the first and second vibration films 12 and 22 are formed on the semiconductor substrate 100, and may be, for example, a silicon film. That is, the first and second microphones 10 and 20 may be silicon microphones (Si microphones). By using a silicon microphone, the first and second microphones 10 and 20 can be reduced in size and performance.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 may be arranged so that the normal lines are parallel to each other. Further, the first and second vibrating membranes 12 and 22 may be arranged so as to be shifted in a direction orthogonal to the normal line.
  • the first and second electrodes 14 and 24 may be a part of the semiconductor substrate 100 or may be a conductor disposed on the semiconductor substrate 100. Further, the first and second electrodes 14, 24 may have a structure that is not affected by sound waves. For example, the first and second electrodes 14 and 24 may have a mesh structure.
  • An integrated circuit 16 is formed on the semiconductor substrate 100.
  • the configuration of the integrated circuit 16 is not particularly limited.
  • the integrated circuit 16 may include an active element such as a transistor and a passive element such as a resistor.
  • the integrated circuit device has a differential signal generation circuit 30.
  • the difference signal generation circuit 30 receives the first voltage signal and the second voltage signal, and generates (outputs) a difference signal indicating the difference between the two.
  • the difference signal generation circuit 30 performs a process of generating a difference signal without performing an analysis process such as Fourier analysis on the first and second voltage signals.
  • the differential signal generation circuit 30 includes the integrated circuit 16 formed on the semiconductor substrate 100. It may be a part.
  • FIG. 3 shows an example of a circuit diagram of the difference signal generation circuit 30, but the circuit configuration of the difference signal generation circuit 30 is not limited to this.
  • the integrated circuit device 1 further provides a signal amplifying circuit that gives a predetermined gain to the differential signal (whether the gain is increased or decreased). May be included.
  • the signal amplifier circuit may constitute a part of the integrated circuit 16. However, the integrated circuit device may be configured not to include a signal amplifier circuit.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 and the integrated circuit 16 are formed on one semiconductor substrate 100.
  • the semiconductor substrate 100 may be regarded as so-called MEMS (MEMS: Micro Electro Mechanical Systems).
  • the vibrating membrane may be one that uses an inorganic piezoelectric thin film or an organic piezoelectric thin film and performs acoustoelectric conversion by the piezoelectric effect.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 may be arranged so as to satisfy certain restrictions. Details of the constraints to be satisfied by the first and second vibrating membranes 12 and 14 will be described later.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 have an input noise intensity ratio as an input. You may arrange
  • the difference signal can be regarded as a signal indicating the speech component from which the noise component has been removed.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 may be arranged such that the center-to-center distance Ar is 5.2 mm or less.
  • the integrated circuit device 1 according to the present embodiment may be configured as described above. According to this, it is possible to provide an integrated circuit device capable of realizing a highly accurate noise removal function. The principle will be described later.
  • the sound wave attenuates as it travels through the medium, and the sound pressure (the intensity of the sound wave's amplitude) decreases.
  • the sound pressure P is related to the distance R from the sound source.
  • R can be expressed as S.
  • k is a proportionality constant.
  • Fig. 4 shows a graph representing the formula (1).
  • the sound pressure sound wave amplitude
  • a position close to the sound source on the left side of the duff. Attenuates gently as you move away from the sound source. In the integrated circuit device according to the present embodiment, this attenuation characteristic is used to remove the noise component.
  • the integrated circuit device 1 when the integrated circuit device 1 is applied to a close-talking voice input device, the user is closer to the integrated circuit device 1 (first and second vibrating membranes 12, 22) than a noise source. A voice will be emitted at the position. Therefore, the user's voice is greatly attenuated between the first and second vibrating membranes 12 and 22, and a difference appears in the intensity of the user voice included in the first and second voltage signals. In contrast, the noise component is hardly attenuated between the first and second diaphragms 12 and 22 because the sound source is farther than the user's voice. Therefore, it can be considered that there is no difference in the intensity of noise included in the first and second voltage signals.
  • the difference between the first and second voltage signals is detected, the noise is eliminated and only the voice component of the user uttered in the vicinity of the integrated circuit device 1 remains. That is, by detecting the difference between the first and second voltage signals, it is possible to obtain a voltage signal (difference signal) that does not include a noise component and that indicates only the user's voice component. Then, according to the integrated circuit device 1, a signal indicating a user voice from which noise has been accurately removed can be obtained by a simple process that merely generates a difference signal indicating a difference between two voltage signals. .
  • the sound wave has a phase component. Therefore, more accurate noise removal function is realized. In order to achieve this, it is necessary to consider the phase difference between the audio and noise components contained in the first and second voltage signals.
  • the difference signal indicating the difference between the first and second voltage signals is regarded as an input voice signal that does not include noise.
  • the noise removal function can be realized when the noise component included in the differential signal becomes smaller than the noise component included in the first or second voltage signal. it can .
  • the noise intensity ratio indicating the ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal is the intensity of the audio component included in the differential signal. If the ratio is smaller than the voice intensity ratio indicating the ratio of the voice component contained in the first or second voltage signal, it can be evaluated that this noise removal function has been realized.
  • the sound pressure of the sound incident on the first and second microphones 10 and 20 will be examined. If the distance from the sound source of the input sound (user's sound) to the first diaphragm 12 is R and the phase difference is ignored, the input sound acquired by the first and second microphones 10 and 20 is ignored. Sound pressure (intensity) P (S1) and P (S2)
  • the / R sin ⁇ term indicates the intensity ratio of the amplitude component. Even if it is an input voice component, the phase difference component becomes noise with respect to the amplitude component. Therefore, in order to accurately extract the input voice (user's voice), the intensity ratio of the phase component is greater than the intensity ratio of the amplitude component. Must be sufficiently small. That is, sincot-sin (cot- ⁇ ) and ⁇ / R sincot are
  • the integrated circuit device 1 Considering the amplitude component of equation (10), the integrated circuit device 1 according to the present embodiment is
  • the integrated circuit device 1 in order to accurately extract the input voice (user's voice), it is necessary for the integrated circuit device 1 to satisfy the relationship represented by the formula ( ⁇ ).
  • the power S can be expressed as K.
  • Ar / R is the intensity ratio of the amplitude component of the input voice (user voice) as shown in the equation (A). From the equation (F), it can be seen that in this integrated circuit device 1, the noise intensity ratio is smaller than the intensity ratio Ar / R of the input speech.
  • the noise intensity ratio is the input audio intensity ratio. (See equation (F)).
  • the integrated circuit device 1 designed so that the noise intensity ratio is smaller than the input voice intensity ratio a highly accurate noise removal function can be realized.
  • the value of ⁇ r / ⁇ indicating the ratio between the center-to-center distance Ar of the first and second vibrating membranes 12 and 22 and the noise wavelength ratio, and the noise intensity ratio (the noise phase component) (Strength ratio based on)
  • An integrated circuit device may be manufactured using data indicating the relationship.
  • Figure 5 shows an example of data representing the correspondence between phase difference and intensity ratio when the horizontal axis is ⁇ / 2 ⁇ and the vertical axis is the intensity ratio (decibel value) based on the phase component of noise. Show.
  • phase difference ⁇ can be expressed by a function of ⁇ ⁇ / e which is a ratio of the distance ⁇ ⁇ to the wavelength as shown in the equation (12), and the horizontal axis of FIG. / Can be regarded as eh.
  • Fig. 5 can be said to be data showing the correspondence between the intensity ratio based on the phase component of noise and A r / ⁇ .
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure for manufacturing the integrated circuit device 1 using this data.
  • step S10 First, data (see Fig. 5) showing the correspondence between the intensity ratio of noise (the intensity ratio based on the phase component of noise) and ⁇ ⁇ / e is prepared (step S10).
  • the noise intensity ratio is set according to the application (step S 12).
  • the noise intensity ratio is set to OdB or less.
  • step S16 by substituting the wavelength of the main noise, the condition to be satisfied by ⁇ is derived (step S16).
  • the main noise is 1 kHz and the wavelength is 0.347 m.
  • the sound source of the user's voice and the integrated circuit device 1 (first or second diaphragm 12, The distance from 22) is usually less than 5cm. Further, the distance between the sound source of the user voice and the integrated circuit device 1 (first and second vibrating membranes 12, 22) can be controlled by the design of the casing. Therefore, the value of Ar / R, which is the intensity ratio of the input voice (user's voice), is larger than 0.1 (noise intensity ratio), indicating that the noise reduction function is realized.
  • noise is not limited to a single frequency.
  • noise having a lower frequency than the noise assumed as the main noise has a longer wavelength than the main noise, so that the value of / e becomes smaller and is removed by this integrated circuit device.
  • the sound wave decays faster as the frequency is higher. For this reason, noise having a higher frequency than the noise assumed as the main noise attenuates faster than the main noise, so that the influence on the integrated circuit device can be ignored. Therefore, the integrated circuit device according to the present embodiment can exhibit an excellent noise removal function even in an environment where noise having a frequency different from that assumed as main noise exists.
  • noise incident from the straight line connecting the first and second vibrating membranes 12 and 2 2 is assumed as shown by the equation (12).
  • This noise is the noise in which the apparent distance between the first and second vibrating membranes 12 and 22 is the largest.
  • This noise has the largest phase difference. That is, the integrated circuit device 1 according to the present embodiment is
  • the integrated circuit device 1 is configured to be able to remove noise with the largest phase difference. Therefore, according to the integrated circuit device 1 according to the present embodiment, noise incident from all directions is removed.
  • the noise component is removed only by generating a differential signal indicating the difference between the voltage signals acquired by the first and second microphones 10 and 20. Audio components can be acquired. That is, with this voice input device, it is possible to realize a noise removal function without performing complicated analysis calculation processing. Therefore, it is possible to provide an integrated circuit device (microphone element 'voice input element) capable of realizing a highly accurate noise reduction function with a simple configuration.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 are arranged so that the incident noise can be removed so that the noise intensity ratio based on the phase difference is maximized. It has been. Therefore, according to the integrated circuit device 1, noise incident from all directions is removed. That is, according to the present invention, it is possible to provide an integrated circuit device capable of removing noise incident from all directions.
  • the integrated circuit device 1 it is also possible to remove the user sound component incident on the integrated circuit device 1 after being reflected by a wall or the like. Specifically, since the sound source of the user sound reflected by the wall or the like is incident on the integrated circuit device 1 after propagating over a long distance, it can be regarded as being farther than the sound source of the normal user sound, and the reflection causes a large energy Therefore, as with the noise component, the sound pressure is not greatly reduced between the first and second vibrating membranes 12 and 22. Therefore, according to the integrated circuit device 1, the user voice component incident after being reflected by a wall or the like is also removed (as a kind of noise) in the same manner as noise.
  • the first and second vibrating membranes 12 and 22 and the differential signal generation circuit 30 are formed on one semiconductor substrate 100. According to this, the first and second vibrating membranes 12 and 22 can be formed with high accuracy, and the distance between the centers of the first and second vibrating membranes 12 and 22 can be made extremely close. it can. Therefore, noise removal accuracy is high and An integrated circuit device having a small outer shape can be provided.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams for explaining the configuration of the voice input device 2.
  • the voice input device 2 described below is a close-talking voice input device, for example, a voice communication device such as a mobile phone or a transceiver, or information using a technique for analyzing the input voice.
  • processing systems voice authentication systems, voice recognition systems, command generation systems, electronic dictionaries, translators, voice input remote controllers, etc.
  • recording equipment amplifier systems (loudspeakers), microphone systems, etc. be able to.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the structure of the voice input device 2.
  • the voice input device 2 includes a housing 40.
  • the casing 40 may be a member that forms the outer shape of the voice input device 2.
  • a basic posture may be set for the housing 40, thereby restricting the traveling path of the input voice (user's voice).
  • the housing 40 is formed with an opening 42 for receiving input voice (user voice)! /!
  • the integrated circuit device 1 is installed in the casing 40.
  • the integrated circuit device 1 may be installed in the housing 40 so that the first and second recesses 102 and 104 communicate with the opening 42.
  • the integrated circuit device 1 may be installed in the housing 40 such that the first and second vibrating membranes 12 and 22 are displaced along the traveling path of the input sound. Then, the diaphragm disposed on the upstream side of the traveling path of the input voice may be the first diaphragm 12, and the diaphragm disposed on the downstream side may be the second diaphragm 22.
  • FIG. 8 is a block diagram for explaining functions of the audio input device 2.
  • the audio input device 2 includes first and second microphones 10 and 20.
  • First and second The microphones 10 and 20 output the first and second voltage signals.
  • the audio input device 2 includes a differential signal generation circuit 30.
  • the differential signal generation circuit 30 is a differential signal generation circuit 30.
  • the first and second voltage signals output from the first and second microphones 10 and 20 are received, and a difference signal indicating the difference between the two is generated.
  • first and second microphones 10 and 20 and the differential signal generation circuit 30 are realized by a single semiconductor substrate 100.
  • the voice input device 2 has an arithmetic processing unit 50! /, May! /.
  • the arithmetic processing unit 50 performs various arithmetic processes based on the differential signal generated by the differential signal generating circuit 30.
  • the arithmetic processing unit 50 may perform analysis processing on the difference signal.
  • the arithmetic processing unit 50 may perform processing (so-called voice authentication processing) for identifying a person who has emitted the input voice by analyzing the difference signal.
  • the arithmetic processing unit 50 may perform processing (so-called speech recognition processing) for specifying the content of the input speech by analyzing the difference signal.
  • the arithmetic processing unit 50 may perform processing for creating various commands based on the input voice.
  • the arithmetic processing unit 50 may perform a process of giving a predetermined gain to the difference signal (even when the gain is increased or may be decreased). Further, the arithmetic processing unit 50 may control the operation of the communication processing unit 60 described later. The arithmetic processing unit 50 may realize the above functions by signal processing using a CPU or memory! /.
  • the voice input device 2 may further include a communication processing unit 60.
  • the communication processing unit 60 controls communication between the voice input device and other terminals (such as a mobile phone terminal or a host computer).
  • the communication processing unit 60 may have a function of transmitting a signal (difference signal) to another terminal via a network.
  • the communication processing unit 60 may also have a function of receiving signals from other terminals via a network.
  • the host computer analyzes the differential signal acquired via the communication processing unit 60 and performs various information processing such as voice recognition processing, voice authentication processing, command generation processing, and data storage processing. Also good. That is, the voice input device may constitute an information processing system in cooperation with other terminals. In other words, the voice input device may be regarded as an information input terminal for constructing an information processing system.
  • the voice input device may not have the communication processing unit 60.
  • the arithmetic processing unit 50 and the communication processing unit 60 described above may be arranged in the housing 40 as a packaged semiconductor device (integrated circuit device).
  • the present invention is not limited to this.
  • the arithmetic processing unit 50 may be disposed outside the housing 40. When the arithmetic processing unit 50 is disposed outside the housing 40, the arithmetic processing unit 50 may acquire the difference signal via the communication processing unit 60.
  • the audio input device 2 may further include a display device such as a display panel, and an audio output device such as a speaker.
  • the voice input device according to the present embodiment may further include an operation key for inputting operation information.
  • the voice input device 2 has the above configuration! /, May! /.
  • the voice input device 2 uses the integrated circuit device 1 as a microphone element (voice input element). Therefore, the voice input device 2 can acquire a signal indicating input voice that does not contain noise, and can realize highly accurate voice recognition, voice authentication, and command generation processing.
  • the voice input device 2 is applied to a microphone system, the user's voice output from the speaker is also removed as noise. For this reason, it is possible to provide a microphone system that is less susceptible to howling.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the integrated circuit device 3 according to the present embodiment.
  • the integrated circuit device 3 has a semiconductor substrate 200 as shown in FIG.
  • First and second vibrating membranes 12 and 22 are formed on the semiconductor substrate 200.
  • the first vibration film 15 is the bottom of the first recess 210 formed from the first surface 201 of the semiconductor substrate 200.
  • the second vibration film 25 is the bottom of the second recess 220 formed from the second surface 202 of the semiconductor substrate 200 (the surface facing the first surface 201). That is, according to the integrated circuit device 3 (semiconductor substrate 200), the first and second vibrating membranes 15 and 25 are arranged so as to be shifted in the normal direction (in the thickness direction of the semiconductor substrate 200).
  • the first and second vibrating membranes 15 and 25 may be arranged so that the normal distance is 5.2 mm or less. Alternatively, the first and second vibrating membranes 15 and 25 may be arranged so that the center-to-center distance is 5.2 mm or less! /.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the voice input device 4 on which the integrated circuit device 3 is mounted.
  • the integrated circuit device 3 is mounted on the housing 40. As shown in FIG. 3, the integrated circuit device 3 may be mounted on the housing 40 so that the first surface 201 faces the surface where the opening 42 of the housing 40 is formed.
  • the integrated circuit device 3 may be mounted on the housing 40 so that the first recess 210 communicates with the opening 42 and the second vibrating membrane 25 overlaps the opening 42. .
  • the integrated circuit device 3 has the center of the opening 212 communicating with the first recess 210, rather than the center of the second vibration film 25 (the bottom surface of the second recess 220). It may be installed so as to be placed close to the input sound source.
  • the integrated circuit device 3 may be installed so that the input sound arrives at the first and second vibrating membranes 15 and 25 simultaneously.
  • the integrated circuit device 3 is installed so that the distance between the input sound source (model sound source) and the first diaphragm 15 is the same as the distance between the model sound source and the second diaphragm 25. May be.
  • the integrated circuit device 3 may be installed in a casing in which a basic posture is set so as to satisfy the above-described conditions.
  • the audio input device With the audio input device according to the present embodiment, it is possible to reduce the difference in incident time of the input audio (user's audio) incident on the first and second vibrating membranes 15 and 25. As a result, the differential signal can be generated so that the phase difference component of the input speech is not included, and therefore the amplitude component of the input speech can be extracted with high accuracy.
  • the amplitude of the sound wave hardly attenuates. Therefore, in this voice input device, the intensity (amplitude) of the input voice that vibrates the first diaphragm 15 can be regarded as the same as the intensity of the input voice in the opening 212. Therefore, even when the voice input device is configured so that the input voice reaches the first and second vibrating membranes 15 and 25 simultaneously, the voice input device vibrates the first and second vibrating membranes 15 and 25. A difference appears in the strength of the input speech. Therefore, the input sound can be extracted by acquiring a differential signal indicating the difference between the first and second voltage signals.
  • FIGS. 11 to 13 show a mobile phone 300, a microphone (microphone system) 400, and a remote controller 500 as examples of the audio input device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of an information processing system 600 including a voice input device 602 as an information input terminal and a host computer 604.
  • the case where the first diaphragm forming the first microphone, the second diaphragm forming the second microphone, and the differential signal generation circuit are formed on the semiconductor substrate is taken as an example. Although explained, it is not limited to this.
  • a differential signal generation circuit that receives the second signal voltage acquired in step (b) and generates a difference signal indicating a difference between the first and second voltage signals. If present, it is within the scope of the present invention.
  • the first vibration film, the second vibration film, and the differential signal generation circuit are formed in the substrate, and may be mounted on the wiring board by flip chip mounting or the like! Moyo! /
  • the wiring substrate may be a semiconductor substrate or another circuit substrate such as glass epoxy.
  • the difference signal generation circuit may be configured to have a function of adjusting the gain balance of the two microphones. As a result, the gain variation between both microphones can be adjusted for each board before shipment.
  • FIGS. 15 to 17 are diagrams for explaining other configurations of the integrated circuit device according to the present embodiment.
  • the wiring board is a semiconductor substrate 1200, and the first vibration film 714-1 and the second vibration film 714-2 are semiconductors.
  • the differential signal generation circuit 720 formed on the substrate 1 200 may be flip-chip mounted on the semiconductor substrate 1200.
  • Flip chip mounting is a mounting method in which an IC (Integrated circuit) element or IC chip circuit surface faces the substrate and is directly electrically connected in a lump, and the chip surface and the substrate are electrically connected.
  • IC Integrated circuit
  • the mounting area can be reduced compared to wire bonding.
  • the first vibration film 714-1 and the second vibration film 714-2 and the differential signal generation circuit 720 are connected to the wiring board 1200 ′.
  • a configuration in which a flip chip is mounted on top may also be used.
  • the integrated circuit device of the present embodiment has a wiring substrate as a semiconductor substrate.
  • the differential signal generation circuit 720 is formed on the semiconductor substrate 1200, and the first vibration film 714-1 and the second vibration film 714-2 are mounted on the semiconductor substrate 1200 by a flip chip. It ’s a good configuration.
  • FIGS 18 and 19 are diagrams showing an example of the configuration of the integrated circuit device according to the present embodiment.
  • the integrated circuit device 700 of the present embodiment includes a first microphone having a first diaphragm.
  • the voice input device 700 includes a second microphone 71-2 having a second diaphragm.
  • 1 is a noise intensity ratio indicating the ratio of the intensity of the noise component included in the differential signal 742 to the intensity of the noise component included in the first or second voltage signal 712-1 or 712-2. Is arranged to be smaller than an input sound intensity ratio indicating a ratio of the intensity of the input sound component included in the differential signal 742 to the intensity of the input sound component included in the first or second voltage signal. Has been.
  • the integrated circuit device 700 includes a first voltage signal 712-1 acquired by the first microphone 710-1 and a second voltage acquired by the second microphone.
  • a differential signal generation unit 720 that generates 742 a differential signal between the first voltage signal 712-1 and the second voltage signal 712-2 based on the signal 712-2 is included.
  • difference signal generation section 720 includes gain section 760.
  • the gain unit 760 outputs the first voltage signal 712-1 acquired by the first microphone 710-1 with a predetermined gain.
  • the difference signal generation unit 720 includes a difference signal output unit 740.
  • the differential signal output unit 740 receives the first voltage signal S 1 given a predetermined gain by the gain unit 760 and the second voltage signal acquired by the second microphone, and inputs a predetermined voltage signal. A differential signal between the first voltage signal S 1 given the gain and the second voltage signal is generated and output.
  • the first voltage signal 712-1 is corrected so as to eliminate the amplitude difference between the first voltage signal and the second voltage signal due to the individual sensitivity difference between the two microphones by giving a predetermined gain. Therefore, it is possible to prevent the noise suppression effect from being reduced.
  • 20 and 21 are diagrams showing an example of the configuration of the integrated circuit device of the present embodiment.
  • the difference signal generation unit 720 of the present embodiment may include a gain control unit 910.
  • the gain control unit 910 performs control to change the gain in the gain unit 760.
  • the gain control unit 910 dynamically or statically controls the gain of the gain unit 760, so that the amplitude of the gain unit output S1 and the second voltage signal 7 12-2 acquired by the second microphone is increased. You can adjust the balance!
  • FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the gain unit and the gain control unit.
  • the gain unit 760 may be configured by an analog circuit such as an operational amplifier (for example, a non-inverting amplifier circuit as shown in FIG. 22).
  • an operational amplifier for example, a non-inverting amplifier circuit as shown in FIG. 22.
  • the voltage applied to one terminal of the operational amplifier is dynamically or statically controlled to control the gain of the operational amplifier. May be.
  • FIG. 23A (B) is an example of a configuration that statically controls the gain of the gain section.
  • the resistor R1 or R2 in Fig. 22 includes a resistor array in which a plurality of resistors are connected in series as shown in Fig. 23A, and a predetermined terminal of the gain section (one end of Fig. 22 is connected through the resistor array). You may comprise so that the voltage of a predetermined magnitude may be applied to a child.
  • the resistor or conductor (F of 912) constituting the resistor array is cut by a laser or a high voltage so as to obtain an appropriate amplification factor and take a resistance value for realizing the amplification factor. Alternatively, it may be melted by applying a high current.
  • the resistors R1 or R2 in Fig. 32 are connected in parallel as shown in Fig. 23B.
  • the resistor array may be included, and a voltage having a predetermined magnitude may be applied to a predetermined terminal (one terminal in FIG. 22) of the gain section via the resistor array.
  • the resistor or conductor (F of 912) constituting the resistor array is cut by a laser or is increased in the manufacturing stage. Fusing may be done by applying voltage or high current.
  • an appropriate amplification value may be set to a value that can cancel the gain balance of the microphone generated in the manufacturing process.
  • a resistance value corresponding to the gain balance of the microphone generated in the manufacturing process can be created. It is connected to a terminal and functions as a gain control unit that supplies a current for controlling the gain of the gain unit.
  • the configuration in which the plurality of resistors (r) are connected via the fuse (F) has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • a configuration in which a plurality of resistors (r) are directly connected in parallel without a fuse (F) may be used. In this case, at least one resistor may be cut off.
  • the resistor R1 or R2 in Fig. 23 is composed of a single resistor as shown in Fig. 25, and a part of the antibody is cut. V, the resistance value is adjusted by laser trimming. It may be a configuration.
  • FIG. 24 is a diagram showing an example of another configuration of the integrated circuit device according to the present embodiment.
  • the integrated circuit device of the present embodiment includes a first microphone 710-1 having a first vibrating membrane, a second microphone 710-2 having a second vibrating membrane, and the first microphone.
  • a differential signal generator (not shown) that generates a differential signal indicating a difference between the first voltage signal acquired by the phone and the second voltage signal acquired by the second microphone, At least one of the first vibrating membrane and the second vibrating membrane may be configured to acquire a sound wave via a cylindrical sound guide tube 1100 installed so as to be perpendicular to the membrane surface. Good.
  • the sound guide tube 1100 has a vibrating membrane so that the sound wave input from the opening 1102 of the cylinder reaches the vibrating membrane of the second microphone 710-2 so that it does not leak outside through the acoustic hole 714-2. It may be installed on a substrate 1110 around the substrate. This reduces the sound that enters the sound guide tube 1100. It reaches the diaphragm of the second microphone 710-2 without decay. According to the present embodiment, by installing a sound guide tube on at least one of the first vibrating membrane and the second vibrating membrane, the distance until sound reaches the vibrating membrane can be changed. Therefore, according to the variation of the delay balance, the force S can be used to eliminate the delay by installing a sound guide tube of appropriate length (for example, several millimeters).
  • the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects).
  • the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced.
  • the invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object.
  • the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

Landscapes

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Description

明 細 書
集積回路装置及び音声入力装置、並びに、情報処理システム
技術分野
[0001] 本発明は、集積回路装置及び音声入力装置、並びに、情報処理システムに関する 背景技術
[0002] 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 (ユーザ の音声）のみを収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、雑音を除去する 機能を有する音声入力装置の開発が進んで!/、る。
[0003] 雑音が存在する使用環境で雑音を除去する技術として、マイクロフォンに鋭い指向 性を持たせること、あるいは、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を識別 して信号処理により雑音を除去する方法が知られている。
[0004] また、近年では、電子機器の小型化が進んでおり、音声入力装置を小型化する技 術が重要になっている。この分野の従来技術として、特開平 7— 312638号公報、特 開平 9— 331377号公報、特開 2001— 186241号公報がある。
発明の開示
[0005] マイクロフォンに鋭い指向性を持たせるためには、多数の振動膜を並べる必要があ り、小型化は困難である。
[0006] また、音波の到来時刻差を利用して音波の到来方向を精度よく検出するためには
、複数の振動膜を、可聴音波の数波長分の 1程度の間隔で設置する必要があるため
、小型化は困難である。
[0007] 本発明のいくつかの態様の目的は、外形が小さぐかつ、精度の高い雑音除去機 能を有する音声入力素子（マイク素子）の実現が可能な集積回路装置、及び、音声 入力装置、並びに、情報処理システムを提供することにある。
[0008] (1)本発明は、
第 1のマイクロフォンを構成する第 1の振動膜と、 第 2のマイクロフォンを構成する第 2の振動膜と、
前記第 1のマイクロフォンで取得された第 1の信号電圧と、前記第 2のマイクロフォン で取得された第 2の信号電圧とを受け取って、前記第 1及び第 2の電圧信号の差を 示す差分信号を生成する差分信号生成回路と、
を含む配線基板を有することを特徴とする。
[0009] 第 1の振動膜、前記第 2の振動膜、差分信号生成回路は基板内に形成されていて も良!/、し、配線基板上にフリップチップ実装等により実装されて!/、てもよレ、。
[0010] 配線基板は半導体基板でも良!/、し、ガラスエポキシ等の他の回路基板等でもよ!/、。
[0011] 第 1の振動膜および前記第 2の振動膜を同一基板上に形成することで、温度等の 環境に対する両マイクの特性差を抑圧することができる。
[0012] 差分信号生成回路は 2つのマイクのゲインバランスを調整する機能を有するように 構成してもよい。これにより、両マイク間のゲインばらつきを基板毎に調整して出荷す ること力 Sでさる。
[0013] 本発明によると、 2つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけの単純な処 理で、雑音成分が除去された音声を示す信号を生成することができる。
[0014] また本発明によると、高密度実装により外形が小さぐかつ、精度の高い雑音除去 機能を実現することが可能な集積回路装置を提供することができる。
[0015] なお、本発明に係る集積回路装置は、接話型の音声入力装置の音声入力素子（マ イク素子）として適用すること力 Sできる。このとき、集積回路装置は、前記第 1及び第 2 の振動膜が、前記差分信号に含まれる前記雑音成分の強度の、前記第 1又は第 2の 電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記 差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第 1又は第 2の電圧信号に含ま れる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す音声強度比よりも小さくなるように 配置されていてもよい。このとき、雑音強度比は雑音の位相差成分に基づく強度比 であってもよぐ音声強度比は入力音声の振幅成分に基づく強度比であってもよい。
[0016] なお、この集積回路装置（半導体基板）は、いわゆるメムス（MEMS : Micro Electro
Mechanical Systems)として構成されていてもよい。また、振動膜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一電気変換するような ものであっても構わな!/ヽ。
[0017] (2)本発明の集積回路装置は、
前記配線基板は半導体基板であって、
前記第 1の振動膜および前記第 2の振動膜および前記差分信号生成回路は、前 記半導体基板に形成されることを特徴とする。
[0018] (3)本発明の集積回路装置は、
前記配線基板は半導体基板であって、
前記第 1の振動膜および前記第 2の振動膜は前記半導体基板に形成され、前記差 分信号生成回路は、前記半導体基板上にフリップチップ実装されることを特徴とする
[0019] 前記第 1の振動膜および前記第 2の振動膜を同一の半導体基板上に形成すること で、温度等の環境に対する両マイクの特性差を抑圧することができる。
[0020] フリップチップ実装とは、 IC (Integration circuit)素子又は ICチップの回路面を基板 に対向させて一括でダイレクトに電気接続する実装方法であり、チップ表面と基板と を電気的に接続する際、ワイヤ ·ボンディングのようにワイヤによって接続するのでは なぐアレイ状に並んだバンプと呼ばれる突起状の端子によって接続するため、ワイ ャ-ボンディングに比べて実装面積を小さくできる。
[0021] (4)本発明の集積回路装置は、
前記第 1の振動膜、および前記第 2の振動膜、および前記差分信号生成回路は、 前記配線基板上にフリップチップ実装されることを特徴とする。
[0022] (5)本発明の集積回路装置は、
前記配線基板は半導体基板であって、
前記差分信号生成回路は、半導体基板上に形成され、前記第 1の振動膜、および 前記第 2の振動膜は、前記半導体基板上にフリップチップ実装されることを特徴とす
[0023] (6)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜の中心間距離は、 5. 2mm以下であることを特徴とする [0024] (7)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜は、シリコン膜であることを特徴とする。
[0025] (8)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜は、法線が平行になるように形成されていることを特徴と する。
[0026] (9)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜は、法線と直交する方向にずれて配置されていることを 特徴とする。
[0027] (10)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜は、前記半導体基板の 1つの面から形成された凹部の 底部であることを特徴とする。
[0028] (11)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜は、法線方向にずれて配置されていることを特徴とする
[0029] (12)本発明の集積回路装置は、
前記第 1及び第 2の振動膜は、それぞれ、前記半導体基板の対向する第 1及び第 2の面から形成された第 1及び第 2の凹部の底部であることを特徴とする。
[0030] (13)本発明の集積回路装置は、
前記第 1の振動膜及び前記第 2の振動膜の少なくとも一方は、膜面に対して垂直 になるように設置された筒状の導音管を介して音波を取得するように構成されてレ、る ことを特徴とする。
[0031] 導音管は、開口部から入力した音波が外部に漏れないよう振動膜まで届くように、 振動膜の周囲の基板に密着して設置することにより、導音管に入った音は減衰する ことなく振動膜に届く。本発明によれば前記第 1の振動膜及び前記第 2の振動膜の 少なくとも一方に導音管を設置することにより、拡散による減衰なしに音が振動膜に 届くまでの距離を変えることができる。すなわち、導音管入り口での音の振幅を保つ たまま、位相のみを制御することが可能であり、例えば 2つのマイクの遅延バランスの ばらつきに応じて、適当な長さ（例えば数ミリ）の導音管を設置することにより遅延を解 消すること力でさる。
[0032] (14)本発明の集積回路装置は、
前記差分信号生成回路は、
前記第 1のマイクロフォンで取得された第 1の電圧信号に所定のゲインを与えるゲイ ン部と、
前記ゲイン部によって所定のゲインを与えられた第 1の電圧信号と、前記第 2のマイ クロフオンで取得された第 2の電圧信号を入力して、所定のゲインを与えられた第 1の 電圧信号と第 2の電圧信号の差分信号を生成して出力する差分信号出力部とを含 むことを特徴とする。
[0033] (15)本発明の集積回路装置は、
前記差分信号生成回路は、
前記差分信号出力部の入力となる第 1の電圧信号と第 2の電圧信号を受け取り、受 けとつた第 1の電圧信号と第 2の電圧信号に基づいて、差分信号が生成される際の 第 1の電圧信号と第 2の電圧信号の振幅差を検出して、検出結果に基づき振幅差信 号を生成して出力する振幅差検出部と、
前記振幅差信号に基づき、前記ゲイン部における増幅率を変化させる制御を行う ゲイン制御部と、を含むことを特徴とする。
[0034] 振幅差検出部は、ゲイン部の出力信号振幅を検出する第 1の振幅検出部と、前記 第 2のマイクロフォンで取得された第 2の電圧信号の信号振幅を検出する第 2の振幅 検出部と、前記第 1の振幅検出手段で検出された振幅信号と前記第 2の振幅検出手 段で検出された振幅信号との差分信号を検出する振幅差信号生成部とを含んで構 成してもよい。
[0035] 例えばゲイン調整用にテスト用の音源を用意して、当該音源からの音を第 1のマイ クロフオンと第 2のマイクロフォンに対して等しレ、音圧で入力されるように設定し、第 1 のマイクロフォンと第 2のマイクロフォンで受音して、出力される第 1の電圧信号と第 2 の電圧信号の波形をモニタして（例えばオシロスコープ等を用いてモニタしてもよい） 振幅が一致するように、または振幅差が所定の範囲内になるように増幅率を変更して あよい。 例えば振幅の差がゲイン部の出力信号または第 2の電圧信号に対して 3%以上、 + 3%以下の範囲になるようにしても良いし、 6%以上、 + 6%以下の範囲になるよ うにしても良い。前者の場合 1kHzの音波に対してノイズ抑圧効果が約 10デシベルと なり、後者の場合ノイズ抑圧効果が約 6デシベルとなり、適切な抑圧効果をだすこと ができる。
[0036] または所定のデシベル (例えば約 10デシベル）のノイズ抑圧効果を得るように所定 のゲインを制御してもよレ、。
[0037] 本発明によれば使用時の状況 (環境や使用年数)等により変化するマイクロフォン のゲインバランスのばらつきをリアルタイムに検出して調整を行うことができる。
[0038] (16)本発明の集積回路装置は、
前記差分信号生成部は、
所定の端子に力、かる電圧または流れる電流に応じて増幅率が変化するよう構成さ れたゲイン部と、
前記所定の端子に力、かる電圧または流れる電流を制御するゲイン制御部を含み、 前記ゲイン制御部は、
複数の抵抗が直歹 IJまたは並列に接続された抵抗アレー含み、前記抵抗アレーを構 成する抵抗体又は導体の一部を切断すること、もしくは少なくとも 1つの抵抗体を含 み、該抵抗体の一部を切断することでゲイン部の所定の端子に力、かる電圧または流 れる電流を変更可能に構成されていることを特徴とする。
[0039] 抵抗アレーを構成する抵抗体又は導体の一部をレーザによるカット、あるいは高電 圧または高電流の印加により溶断することで切断してもよい。
[0040] マイクロフォンの製造過程で生じる個体差によるゲインバランスのばらつきを調べて 、当該ばらつきにより生じる振幅差を解消するように、第 1の電圧信号の増幅率を決 定する。そして決定した増幅率を実現するための電圧または電流を所定の端子に供 給できるように前記抵抗アレーを構成する抵抗体又は導体 (例えばヒューズ)の一部 を切断して、ゲイン制御部の抵抗値を適切な値に設定する。これによりゲイン部の出 力と、前記第 2のマイクロフォンで取得された第 2の電圧信号との振幅のバランスを調 整すること力 Sでさる。 [0041] (17)本発明は、
上記の!/、ずれかに記載の集積回路装置が実装されて!/、ることを特徴とする音声入 力装置である。
[0042] この音声入力装置によると、 2つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけ で、雑音成分が除去された、入力音声を示す信号を取得することができる。そのため 、本発明によると、精度の高い音声認識処理や、音声認証処理、あるいは、入力音 声に基づくコマンド生成処理などの実現を可能にする音声入力装置を提供すること ができる。
[0043] (18)本発明は、
上記の!/、ずれかに記載の集積回路装置と、
前記差分信号に基づ!/、て、入力音声情報の解析処理を行う解析処理部と、 を含む情報処理システムである。
[0044] この情報処理システムによると、解析処理部は、差分信号に基づいて入力音声情 報の解析処理を行う。ここで、差分信号は、雑音成分が除去された音声成分を示す 信号とみなすことができるため、この差分信号を解析処理することによって、入力音 声に基づく種々の情報処理が可能になる。
[0045] 本発明に係る情報処理システムは、音声認識処理や、音声認証処理、ある!/、は、 音声に基づくコマンド生成処理などを行うシステムであってもよい。
[0046] (19)本発明は、
上記のいずれかに記載の集積回路装置とネットワークを介した通信処理を行う通信 処理装置とが実装された音声入力装置と、
前記ネットワークを介した通信処理によって取得した前記差分信号に基づ!/、て、前 記音声入力装置に入力された入力音声情報の解析処理を行うホストコンピュータと、 を含む情報処理システムである。
[0047] この情報処理システムによると、解析処理部は、差分信号に基づいて入力音声情 報の解析処理を行う。ここで、差分信号は、雑音成分が除去された音声成分を示す 信号とみなすことができるため、この差分信号を解析処理することによって、入力音 声に基づく種々の情報処理が可能になる。 [0048] 本発明に係る情報処理システムは、音声認識処理や、音声認証処理、ある!/、は、 音声に基づくコマンド生成処理などを行うシステムであってもよい。
図面の簡単な説明
[0049] [図 1]集積回路装置について説明するための図。
[図 2]集積回路装置について説明するための図。
[図 3]集積回路装置について説明するための図。
[図 4]集積回路装置について説明するための図。
[図 5]集積回路装置を製造する方法について説明するための図。
[図 6]集積回路装置を製造する方法について説明するための図。
[図 7]集積回路装置を有する音声入力装置について説明するための図。
[図 8]集積回路装置を有する音声入力装置について説明するための図。
[図 9]変形例に係る集積回路装置について説明するための図。
[図 10]変形例に係る集積回路装置を有する音声入力装置について説明するための 図。
[図 11]集積回路装置を有する音声入力装置の一例としての携帯電話を示す図。
[図 12]集積回路装置を有する音声入力装置の一例としてのマイクを示す図。
[図 13]集積回路装置を有する音声入力装置の一例としてのリモートコントローラを示 す図。
[図 14]情報処理システムの概略図。
[図 15]集積回路装置の他の構成について説明するための図。
[図 16]集積回路装置の他の構成について説明するための図。
[図 17]集積回路装置の他の構成について説明するための図。
[図 18]集積回路装置の構成の一例を示す図。
[図 19]集積回路装置の構成の一例を示す図。
[図 20]集積回路装置の構成の一例を示す図。
[図 21]集積回路装置の構成の一例を示す図。
[図 22]ゲイン部とゲイン制御部の具体的構成の一例を示す図。
[図 23A]図 23Aは、ゲイン部の増幅率をスタティックに制御する構成の一例。 [図 23B]図 23Bは、ゲイン部の増幅率をスタティックに制御する構成の一例。
[図 24]集積回路装置の他の構成の一例を示す図である。
[図 25]レーザートリミングにより抵抗値を調整する例を示す図。
発明を実施するための最良の形態
[0050] 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。
[0051] 1.集積回路装置の構成
はじめに、図 1〜図 3を参照して、本発明を適用した実施の形態に係る集積回路装 置 1の構成について説明する。なお、本実施の形態に係る集積回路装置 1は、音声 入力素子（マイク素子）として構成され、接話型の音声入力装置等に適用することが できる。
[0052] 本実施の形態に係る集積回路装置 1は、図 1及び図 2に示すように、半導体基板 1 00を有する。なお、図 1は集積回路装置 1 (半導体基板 100)の斜視図であり、図 2は 、集積回路装置 1の断面図である。半導体基板 100は、半導体チップであってもよい 。あるいは、半導体基板 100は、集積回路装置 1となる領域を複数有する半導体ゥェ ハであってもよい。半導体基板 100は、シリコン基板であってもよい。
[0053] 半導体基板 100には、第 1の振動膜 12が形成されている。第 1の振動膜 12は、半 導体基板 100の所与の面 101から形成された第 1の凹部 102の底部であってもよい 。第 1の振動膜 12は、第 1のマイクロフォン 10を構成する振動膜である。すなわち、 第 1の振動膜 12は音波が入射することによって振動するように形成されており、間隔 をあけて対向配置された第 1の電極 14と対になって第 1のマイクロフォン 10を構成す る。第 1の振動膜 12に音波が入射すると、第 1の振動膜 12が振動し、第 1の振動膜 1 2と第 1の電極 14との間隔が変化して、第 1の振動膜 12と第 1の電極 14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出力すること によって、第 1の振動膜 12を振動させる音波（第 1の振動膜 12に入射する音波）を、 電気信号 (電圧信号）に変換して出力することができる。以下、第 1のマイクロフォン 1 0から出力される電圧信号を、第 1の電圧信号と呼ぶ。 [0054] 半導体基板 100には、第 2の振動膜 22が形成されている。第 2の振動膜 22は、半 導体基板 100の所与の面 101から形成された第 2の凹部 104の底部であってもよい 。第 2の振動膜 22は、第 2のマイクロフォン 20を構成する振動膜である。すなわち、 第 2の振動膜 22は音波が入射することによって振動するように形成されており、間隔 をあけて対向配置された第 2の電極 24と対になって第 2のマイクロフォン 20を構成す る。第 2のマイクロフォン 20は、第 1のマイクロフォン 10と同様の作用によって、第 2の 振動膜 22を振動させる音波（第 2の振動膜 22に入射する音波）を、電圧信号に変換 して出力する。以下、第 2のマイクロフォン 20から出力される電圧信号を、第 2の電圧 信号と呼ぶ。
[0055] 本実施の形態では、第 1及び第 2の振動膜 12, 22は半導体基板 100に形成されて おり、例えばシリコン膜であってもよい。すなわち、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20は、シリコンマイク（Siマイク）であってもよい。シリコンマイクを利用することで、第 1 及び第 2のマイクロフォン 10, 20の小型化、及び、高性能化を実現することができる 。第 1及び第 2の振動膜 12, 22は、法線が平行になるように配置されていてもよい。 また、第 1及び第 2の振動膜 12, 22は、法線と直交する方向にずれて配置されてい てもよい。
[0056] 第 1及び第 2の電極 14, 24は、半導体基板 100の一部であってもよぐあるいは、 半導体基板 100上に配置された導電体であってもよい。また、第 1及び第 2の電極 1 4, 24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、第 1及び第 2の電 極 14, 24は、メッシュ構造をなしていてもよい。
[0057] 半導体基板 100には、集積回路 16が形成されている。集積回路 16の構成は特に 限定されないが、例えば、トランジスタ等の能動素子や、抵抗等の受動素子を含んで いてもよい。
[0058] 本実施の形態に係る集積回路装置は、差分信号生成回路 30を有する。差分信号 生成回路 30は、第 1の電圧信号と、第 2の電圧信号とを受け付けて、両者の差を示 す差分信号を生成（出力）する。差分信号生成回路 30では、第 1及び第 2の電圧信 号に対して例えばフーリエ解析などの解析処理を行うことなぐ差分信号を生成する 処理を行う。差分信号生成回路 30は、半導体基板 100に構成された集積回路 16の 一部であってもよい。図 3には、差分信号生成回路 30の回路図の一例を示すが、差 分信号生成回路 30の回路構成はこれに限られるものではない。
[0059] なお、本実施の形態に係る集積回路装置 1は、差分信号を所定のゲインを与える（ ゲインを上げる場合でもよレ、し、ゲインを下げる場合でもよレ、)信号増幅回路をさらに 含んでいてもよい。信号増幅回路は、集積回路 16の一部を構成していてもよい。た だし、集積回路装置は、信号増幅回路を含まない構成になっていてもよい。
[0060] 本実施の形態に係る集積回路装置 1では、第 1及び第 2の振動膜 12, 22、及び、 集積回路 16 (差分信号生成回路 30)は、 1つの半導体基板 100に形成されている。 半導体基板 100は、いわゆるメムス（MEMS : Micro Electro Mechanical Systems)とと らえてもよい。また、振動膜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構わない。第 1及び 第 2の振動膜 12, 22を、同一基板（半導体基板 100)に形成することで、第 1及び第 2の振動膜 12, 22を精度よく形成することができるとともに、第 1及び第 2の振動膜 12 , 22を極めて近接させることが可能になる。
[0061] なお、本実施の形態に係る集積回路装置 1によると、後述するように、第 1及び第 2 の電圧信号の差を示す差分信号を利用して、雑音成分を除去する機能を実現する。 この機能を高精度に実現するために、第 1及び第 2の振動膜 12, 22は、一定の制約 を満たすように配置してもよい。第 1及び第 2の振動膜 12, 14が満たすべき制約の詳 細については後述するが、本実施の形態では、第 1及び第 2の振動膜 12, 22は、雑 音強度比が、入力音声強度比よりも小さくなるように配置されてもよい。これにより、差 分信号を、雑音成分が除去された音声成分を示す信号とみなすことが可能になる。 第 1及び第 2の振動膜 12, 22は、例えば、中心間距離 A rが 5. 2mm以下になるよう に配置されていてもよい。
[0062] 本実施の形態に係る集積回路装置 1は以上のように構成されていてもよい。これに よると、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な集積回路装置を提供する こと力 Sできる。なお、その原理については後述する。
[0063] 2.雑音除去機能
以下、集積回路装置 1による音声除去原理、及び、これを実現するための条件につ いて説明する。
[0064] (1)雑音除去原理
はじめに、雑音除去原理について説明する。
[0065] 音波は、媒質中を進行するにつれ減衰し、音圧（音波の強度'振幅）が低下する。
音圧は、音源からの距離に反比例するため、音圧 Pは、音源からの距離 Rとの関係に おいて、
[0066] [数 1]
P = K- (1)
R と表すこと力 Sできる。なお、式（1)中、 kは比例定数である。図 4には、式（1)を表すグ ラフを示すが、本図からもわかるように、音圧（音波の振幅）は、音源に近い位置（ダラ フの左側）では急激に減衰し、音源から離れるほどなだらかに減衰する。本実施の形 態に係る集積回路装置では、この減衰特性を利用して雑音成分を除去する。
[0067] すなわち、集積回路装置 1を接話型の音声入力装置に適用する場合、ユーザは、 雑音の音源よりも、集積回路装置 1 (第 1及び第 2の振動膜 12, 22)に近い位置で音 声を発することになる。そのため、第 1及び第 2の振動膜 12, 22の間で、ユーザの音 声は大きく減衰し、第 1及び第 2の電圧信号に含まれるユーザ音声の強度には差が 現れる。これに対して雑音成分は、ユーザの音声に比べて音源が遠いため、第 1及 び第 2の振動膜 12, 22の間でほとんど減衰しない。そのため、第 1及び第 2の電圧信 号に含まれる雑音の強度には、差が現れないとみなすことができる。このこと力 、第 1及び第 2の電圧信号の差を検出すれば雑音が消去され、集積回路装置 1の近傍で 発声されたユーザの音声成分のみが残ることになる。すなわち、第 1及び第 2の電圧 信号の差を検出することで、雑音成分が含まれない、ユーザの音声成分のみを示す 電圧信号 (差分信号)を取得することができる。そして、この集積回路装置 1によると、 2つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけの単純な処理によって、精度よ く雑音が除去された、ユーザ音声を示す信号を取得することができる。
[0068] ただし、音波は位相成分を有する。そのため、より精度の高い雑音除去機能を実現 するためには、第 1及び第 2の電圧信号に含まれる音声成分及び雑音成分の位相差 を考慮する必要がある。
[0069] 以下、差分信号を生成することによって雑音除去機能を実現するために、集積回 路装置 1が満たすべき具体的な条件について説明する。
[0070] (2)集積回路装置が満たすべき具体的条件
集積回路装置 1によると、先に説明したように、第 1及び第 2の電圧信号の差分を示 す差分信号を、雑音を含まない入力音声信号であるとみなす。この集積回路装置に よると、差分信号に含まれる雑音成分が、第 1又は第 2の電圧信号に含まれる雑音成 分よりも小さくなつたことをもって、雑音除去機能が実現できたと評価することができる 。詳しくは、差分信号に含まれる雑音成分の強度の、第 1又は第 2の電圧信号に含ま れる雑音成分の強度に対する比を示す雑音強度比が、差分信号に含まれる音声成 分の強度の、第 1又は第 2の電圧信号に含まれる音声成分の強度に対する比を示す 音声強度比よりも小さくなれば、この雑音除去機能が実現されたと評価することがで きる。
[0071] 以下、この雑音除去機能を実現するために、集積回路装置 1 (第 1及び第 2の振動 膜 12, 22)が満たすべき具体的な条件について説明する。
[0072] はじめに、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20 (第 1及び第 2の振動膜 12, 22)に 入射する音声の音圧について検討する。入力音声 (ユーザの音声）の音源から第 1 の振動膜 12までの距離を Rとし、位相差を無視すれば、第 1及び第 2のマイクロフォ ン 10, 20で取得される、入力音声の音圧（強度） P (S1)及び P (S2)は、
[0073] [数 2]
Figure imgf000015_0001
と表すこと力 Sでさる。
[0074] そのため、入力音声の位相差を無視した時の、第 1のマイクロフォン 10で取得され る入力音声成分の強度に対する、差分信号に含まれる入力音声成分の強度の比率 を示す音声
強度比 P (P)は、
[0075] [数 3]
P(S\)-P(S2)
' P(si)
Ar
R + Ar
と表される。
[0076] ここで、本実施の形態に係る集積回路装置が接話式の音声入力装置に利用される マイク素子である場合、 Arは Rに比べて充分小さいとみなすことができるため、上述 の式（4)は、
[0077] [数 4]
Ar
P(P) =― (A
と変形すること力でさる。
[0078] すなわち、入力音声の位相差を無視した場合の音声強度比は、式 (A)と表されるこ とがわカゝる。
[0079] ところで、入力音声の位相差を考慮すると、ユーザ音声の音圧 Q(S1)及び Q(S2) は、
[0080] [数 5]
0(Sl) = :丄 sinot (5)
Q(S2) ^K ~ i ~ s ( t-a) (6)
R + Ar と表すこと力 Sできる。なお、式中、 αは位相差である。
[0081] このとき、音声強度比 p (S)は、 [0082] [数 6]
Figure imgf000017_0001
と表される。式（7)を考慮すると、音声強度比 p (S)の大きさは、
[0083] [数 7]
Figure imgf000017_0002
1
|(1 + Ar/R) sin cot - &ιη(ωί―
l + Ar/R
1 . . . 、 Ar .
sm ωί - sm(fi^— a)-\ sm cot (8)
l + Ar/R R と表すこと力 Sでさる。
[0084] ところで、式（8)のうち、 sincot— sin(cot— α)項は位相成分の強度比を示し、 ΔΓ
/R sin ωΐ項は振幅成分の強度比を示す。入力音声成分であっても、位相差成分は 、振幅成分に対するノイズとなるため、入力音声 (ユーザの音声）を精度よく抽出する ためには、位相成分の強度比が、振幅成分の強度比よりも充分に小さいことが必要 である。すなわち、 sincot— sin(cot— α)と、 ΔΓ/R sincotとは、
[0085] [数 8]
> |sin ί» t - sin(iy t-a)\t
Figure imgf000017_0003
の関係を満たしていることが必要である。
[0086] ここで、
[0087] [数 9] smωt-sm(ωt- ) - 2sin
Figure imgf000018_0001
と表すことができるため、上述の式 (B)は、
[0088] [数 10]
2sin— 'cosicii } (10)
Figure imgf000018_0002
2 2 1
と表すこと力 sでさる。
[0089] 式（10)の振幅成分を考慮すると、本実施の形態に係る集積回路装置 1は、
[0090] [数 11]
Ar - . a
—— > 2 sin— (C)
R 2
を満たす必要があることがわかる。
[0091] なお、上述したように、 は Rに比べて充分小さいとみなすことができるため、 sin( α /2)は充分小さいとみなすことができ、
[0092] [数 12]
SIN^ = ^ (11)
と近似すること力でさる。
[0093] そのため、式（C)は、
[0094] [数 13] ^>a (D) と変形すること力でさる。
[0095] また、位相差である αと ΔΓとの関係を、
[0096] [数 14]
Figure imgf000019_0001
と表せば、式（D)は、
[0097] [数 15]
ΔΓ n Ar Ar ,
— >2π— >— {Ε)
と変形すること力でさる。
[0098] すなわち、本実施の形態では、入力音声 (ユーザの音声）を精度よく抽出するため には、集積回路装置 1が式 (Ε)に示す関係を満たすことが必要である。
[0099] 次に、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20 (第 1及び第 2の振動膜 12, 22)に入射 する雑音の音圧につ!/、て検討する。
[0100] 第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20で取得される雑音成分の振幅を、 A, とする と、位相差成分を考慮した雑音の音圧 Q(N1)及び Q(N2)は、
[0101] [数 16]
Q(N\) = As t
Q N2) = A' ?,m{ t - a) と表すことができ、第 1のマイクロフォン 10で取得される雑音成分の強度に対する、差 分信号に含まれる雑音成分の強度の比率を示す雑音強度比 p (N)は、 [0102] [数 17]
Figure imgf000020_0001
Asin t - A' sin(iut - a)
(15)
Usincotl
と表すこと力 Sでさる。
[0103] なお、先に説明したように、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20で取得される雑音 成分の振幅（強度）はほぼ同じであり、 A=A 'と极うことができる。そのため、上記の 式（15)は、
[0104] [数 18]
Figure imgf000020_0002
と変形すること力でさる。
[0105] そして、雑音強度比の大きさは、
[0106] [数 19] sm ωΐ - sm(^ - a)
P(N) =
I sm mt\ I max
Figure imgf000020_0003
と表すこと力 ^でさる。
[0107] ここで、上述の式（9)を考慮すると、式（17)は、
[0108] [数 20] P(N) = cos(ft»t— sin—
Figure imgf000021_0001
= 2 sin (18) と変形すること力でさる。
[0109] そして、式（11)を考慮すると、式（18)は、
[0110] [数 21] p(N = a (19)
と変形すること力でさる。
[0111] ここで、式 (D)を参照すれば、雑音強度比の大きさは、
[0112] [数 22] p{N) = a < ^ (F)
K と表すこと力 Sできる。なお、 A r/Rとは、式 (A)に示すように、入力音声 (ユーザ音声 )の振幅成分の強度比である。式 (F)から、この集積回路装置 1では、雑音強度比が 入力音声の強度比 A r/Rよりも小さくなることがわかる。
[0113] 以上のことから、入力音声の位相成分の強度比が振幅成分の強度比よりも小さくな る集積回路装置 1によれば (式 (B)参照）、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さ くなる（式 (F)参照）。逆に言うと、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さくなるよう に設計された集積回路装置 1によると、精度の高い雑音除去機能を実現することが できる。
[0114] 3.集積回路装置の製造方法
以下、本実施の形態に係る集積回路装置の製造方法について説明する。本実施 の形態では、第 1及び第 2の振動膜 12, 22の中心間距離 A rと雑音の波長えとの比 率を示す Δ r/ λの値と、雑音強度比 (雑音の位相成分に基づく強度比）との対応関 係を示すデータを利用して、集積回路装置を製造してもよい。
[0115] 雑音の位相成分に基づく強度比は、上述した式（18)で表される。そのため、雑音 の位相成分に基づく強度比のデシベル値は、
[0116] [数 23]
Figure imgf000022_0001
と表すこと力 sでさる。
[0117] そして、式（20)の αに各値を代入すれば、位相差 αと雑音の位相成分に基づく強 度比との対応関係を明らかにすることができる。図 5には、横軸を α /2 πとし、縦軸 に雑音の位相成分に基づく強度比（デシベル値)を取った時の、位相差と強度比との 対応関係を表すデータの一例を示す。
[0118] なお、位相差 αは、式（12)に示すように、距離 Δ Γと波長えとの比である Δ Γ /えの 関数で表すことができ、図 5の横軸は、 Δ Γ /えとみなすことができる。すなわち、図 5 は、雑音の位相成分に基づく強度比と、 A r/ λとの対応関係を示すデータであると いえる。
[0119] 本実施の形態では、このデータを利用して、集積回路装置 1を製造する。図 6は、こ のデータを利用して集積回路装置 1を製造する手順について説明するためのフロー チャート図である。
[0120] はじめに、雑音の強度比 (雑音の位相成分に基づく強度比）と、 Δ Γ /えとの対応関 係を示すデータ（図 5参照）を用意する（ステップ S 10)。
[0121] 次に、用途に応じて、雑音の強度比を設定する（ステップ S 12)。なお、本実施の形 態では、雑音の強度が低下するように雑音の強度比を設定する必要がある。そのた め、本ステップでは、雑音の強度比を、 OdB以下に設定する。
[0122] 次に、当該データに基づいて、雑音の強度比に対応する A r /えの値を導出する（ ステップ S 14)。
[0123] そして、 えに主要な雑音の波長を代入することによって、 Δ Γが満たすべき条件を導 出する（ステップ S 16)。 [0124] 具体例として、主要な雑音が 1kHzであり、その波長が 0. 347mとなる環境下で、 雑音の強度が 20dB低下する集積回路装置を製造する場合について考える。
[0125] はじめに、必要条件として、雑音の強度比が OdB以下になるための条件について 検討する。図 5を参照すると、雑音の強度比を OdB以下とするためには、 /えの 値を 0· 16以下とすればよいことがわかる。すなわち、 Δ Γの値が 55· 46mm以下とす ればよいことがわかり、これが、この集積回路装置の必要条件となる。
[0126] 次に、 1kHzの雑音の強度を 20dB低下させるための条件について考える。図 5を 参照すると、雑音の強度を 20dB低下させるためには、 /えの値を 0· 015とすれ ばよいことがわかる。そして、 λ = 0· 347mとすると、 Δ Γの値が 5. 20mm以下のとき に、この条件を満たすことがわかる。すなわち、 を約 5· 2mm以下に設定すれば、 雑音除去機能を有する集積回路装置を製造することが可能になる。
[0127] なお、本実施の形態に係る集積回路装置 1は接話式の音声入力装置に利用される ため、ユーザの音声の音源と集積回路装置 1 (第 1又は第 2の振動膜 12, 22)との間 隔は、通常 5cm以下である。また、ユーザ音声の音源と集積回路装置 1 (第 1及び第 2の振動膜 12, 22)との間隔は、筐体の設計によって制御することが可能である。そ のため、入力音声 (ユーザの音声）の強度比である A r/Rの値は、 0. 1 (雑音の強 度比）よりも大きくなり、雑音除去機能が実現されることがわかる。
[0128] なお、通常、雑音は単一の周波数に限定されるものではない。しかし、主要な雑音 として想定された雑音よりも周波数の低い雑音は、当該主要な雑音よりも波長が長く なるため、 /えの値は小さくなり、この集積回路装置によって除去される。また、音 波は、周波数が高いほどエネルギーの減衰が早い。そのため、主要な雑音として想 定された雑音よりも周波数の高い雑音は、当該主要な雑音よりも早く減衰するため、 集積回路装置に与える影響を無視することができる。このことから、本実施の形態に 係る集積回路装置は、主要な雑音として想定された雑音とは異なる周波数の雑音が 存在する環境下でも、優れた雑音除去機能を発揮することができる。
[0129] また、本実施の形態では、式（12)からもわ力、るように、第 1及び第 2の振動膜 12, 2 2を結ぶ直線上から入射する雑音を想定した。この雑音は、第 1及び第 2の振動膜 12 , 22の見かけ上の間隔が最も大きくなる雑音であり、現実の使用環境において、位 相差が最も大きくなる雑音である。すなわち、本実施の形態に係る集積回路装置 1は
、位相差が最も大きくなる雑音を除去することが可能に構成されている。そのため、本 実施の形態に係る集積回路装置 1によると、すべての方向から入射する雑音が除去 される。
[0130] 4.効果
以下、集積回路装置 1が奏する効果についてまとめる。
[0131] 先に説明したように、集積回路装置 1によると、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20 で取得された電圧信号の差分を示す差分信号を生成するだけで、雑音成分が除去 された音声成分を取得することができる。すなわち、この音声入力装置では、複雑な 解析演算処理を行うことなく雑音除去機能を実現することができる。そのため、簡単 な構成で、精度の高レ、雑音除去機能を実現することが可能な集積回路装置 (マイク 素子'音声入力素子)を提供することができる。
[0132] また、集積回路装置 1では、位相差に基づく雑音強度比が最も大きくなるように入 射する雑音を除去することができるように、第 1及び第 2の振動膜 12, 22が配置され ている。そのため、この集積回路装置 1によると、全方位から入射する雑音が除去さ れる。すなわち、本発明によると、全方位から入射する雑音を除去することが可能な 集積回路装置を提供することができる。
[0133] なお、集積回路装置 1によると、壁などで反射した後に集積回路装置 1に入射した ユーザ音声成分も除去することができる。詳しくは、壁などで反射したユーザ音声の 音源は、長距離を伝搬した後に集積回路装置 1に入射するため、通常のユーザ音声 の音源よりも遠いとみなすことができ、かつ、反射により大きくエネルギーを消失して いるため、雑音成分と同様に、第 1及び第 2の振動膜 12, 22の間で音圧が大きく減 衰することがない。そのため、この集積回路装置 1によると、壁などで反射した後に入 射するユーザ音声成分も、雑音と同様に (雑音の一種として）除去される。
[0134] また、集積回路装置 1によると、第 1及び第 2の振動膜 12, 22と、差分信号生成回 路 30とが 1つの半導体基板 100に形成されている。これによると、第 1及び第 2の振 動膜 12, 22を、高精度に形成することができ、また、第 1及び第 2の振動膜 12, 22の 中心間距離を極めて近接させることができる。そのため、雑音除去精度が高ぐかつ 、外形が小さレ、集積回路装置を提供することができる。
[0135] そして、集積回路装置 1を利用すれば、雑音を含まない、入力音声を示す信号を取 得すること力 Sできる。そのため、この集積回路装置を利用することで、精度の高い音 声認識や音声認証、コマンド生成処理を実現することができる。
[0136] 5.音声入力装置
次に、集積回路装置 1を有する音声入力装置 2について説明する。
[0137] (1)音声入力装置の構成
はじめに、音声入力装置 2の構成について説明する。図 7及び図 8は、音声入力装 置 2の構成について説明するための図である。なお、以下に説明する音声入力装置 2は、接話式の音声入力装置であって、例えば、携帯電話やトランシーバ一等の音 声通信機器や、入力された音声を解析する技術を利用した情報処理システム（音声 認証システム、音声認識システム、コマンド生成システム、電子辞書、翻訳機や、音 声入力方式のリモートコントローラなど）、あるいは、録音機器やアンプシステム（拡声 器）、マイクシステムなどに適用することができる。
[0138] 図 7は、音声入力装置 2の構造を説明するための図である。
[0139] 音声入力装置 2は、筐体 40を有する。筐体 40は、音声入力装置 2の外形を構成す る部材であってもよい。筐体 40には基本姿勢が設定されていてもよぐこれにより、入 力音声 (ユーザの音声）の進行径路を規制することができる。筐体 40には、入力音声 (ユーザの音声）を受け付けるための開口 42が形成されて!/、てもよ!/、。
[0140] 音声入力装置 2では、集積回路装置 1は、筐体 40に設置される。集積回路装置 1 は、第 1及び第 2の凹部 102, 104が開口 42に連通するように、筐体 40に設置され ていてもよい。集積回路装置 1は、第 1及び第 2の振動膜 12, 22が入力音声の進行 径路に沿ってずれて配置されるように、筐体 40に設置されていてもよい。そして、入 力音声の進行径路の上流側に配置される振動膜を第 1の振動膜 12とし、下流側に 配置される振動膜を第 2の振動膜 22としてもよレ、。
[0141] 次に、図 8を参照して、音声入力装置 2の機能について説明する。なお、図 8は、音 声入力装置 2の機能を説明するためのブロック図である。
[0142] 音声入力装置 2は、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20を有する。第 1及び第 2の マイクロフォン 10, 20は、第 1及び第 2の電圧信号を出力する。
[0143] 音声入力装置 2は、差分信号生成回路 30を有する。差分信号生成回路 30は、第
1及び第 2のマイクロフォン 10, 20から出力された第 1及び第 2の電圧信号を受け付 けて、両者の差を示す差分信号を生成する。
[0144] なお、第 1及び第 2のマイクロフォン 10, 20と、差分信号生成回路 30とは、 1つの半 導体基板 100で実現される。
[0145] 音声入力装置 2は、演算処理部 50を有して!/、てもよ!/、。演算処理部 50は、差分信 号生成回路 30で生成された差分信号に基づ!/、て各種の演算処理を行う。演算処理 部 50は、差分信号に対する解析処理を行ってもよい。演算処理部 50は、差分信号 を解析することにより、入力音声を発した人物を特定する処理 (いわゆる音声認証処 理）を行ってもよい。あるいは、演算処理部 50は、差分信号を解析処理することにより 、入力音声の内容を特定する処理（いわゆる音声認識処理）を行ってもよい。演算処 理部 50は、入力音声に基づいて、各種のコマンドを作成する処理を行ってもよい。 演算処理部 50は、差分信号を所定のゲインを与える（ゲインを上げる場合でもよレ、し 、ゲインを下げる場合でもよい）処理を行ってもよい。また、演算処理部 50は、後述す る通信処理部 60の動作を制御してもよい。なお、演算処理部 50は、上記各機能を、 CPUやメモリによる信号処理によって実現してもよ!/、。
[0146] 音声入力装置 2は、通信処理部 60をさらに含んでいてもよい。通信処理部 60は、 音声入力装置と、他の端末 (携帯電話端末や、ホストコンピュータなど)との通信を制 御する。通信処理部 60は、ネットワークを介して、他の端末に信号 (差分信号)を送 信する機能を有していてもよい。通信処理部 60は、また、ネットワークを介して、他の 端末から信号を受信する機能を有していてもよい。そして、例えばホストコンピュータ で、通信処理部 60を介して取得した差分信号を解析処理して、音声認識処理や音 声認証処理、コマンド生成処理や、データ蓄積処理など、種々の情報処理を行って もよい。すなわち、音声入力装置は、他の端末と協働して、情報処理システムを構成 していてもよい。言い換えると、音声入力装置は、情報処理システムを構築する情報 入力端末であるとみなしてもよい。ただし、音声入力装置は、通信処理部 60を有しな い構成となっていてもよい。 [0147] なお、上述した演算処理部 50及び通信処理部 60は、パッケージングされた半導体 装置 (集積回路装置）として、筐体 40内に配置されていてもよい。ただし、本発明はこ れに限られるものではない。例えば、演算処理部 50は、筐体 40の外部に配置されて いてもよい。演算処理部 50が筐体 40の外部に配置されている場合、演算処理部 50 は、通信処理部 60を介して、差分信号を取得してもよい。
[0148] なお、音声入力装置 2は、表示パネルなどの表示装置や、スピーカ等の音声出力 装置をさらに含んでいてもよい。また、本実施の形態に係る音声入力装置は、操作情 報を入力するための操作キーをさらに含んでいてもよい。
[0149] 音声入力装置 2は、以上の構成をなして!/、てもよ!/、。この音声入力装置 2は、マイク 素子（音声入力素子）として集積回路装置 1を利用する。そのため、この音声入力装 置 2は、雑音を含まない、入力音声を示す信号を取得することができ、精度の高い音 声認識や音声認証、コマンド生成処理を実現することができる。
[0150] また、音声入力装置 2をマイクシステムに適用すれば、スピーカから出力されるユー ザの声も、雑音として除去される。そのため、ハウリングが起こりにくいマイクシステム を提供すること力できる。
[0151] 6.変形例
以下、本発明を適用した実施の形態の変形例について説明する。
[0152] 図 9は、本実施の形態に係る集積回路装置 3について説明するための図である。
[0153] 本実施の形態に係る集積回路装置 3は、図 9に示すように、半導体基板 200を有す る。半導体基板 200には、第 1及び第 2の振動膜 12, 22が形成されている。ここで、 第 1の振動膜 15は、半導体基板 200の第 1の面 201から形成された第 1の凹部 210 の底部である。また、第 2の振動膜 25は、半導体基板 200の第 2の面 202 (第 1の面 201と対向する面）から形成された第 2の凹部 220の底部である。すなわち、集積回 路装置 3 (半導体基板 200)によると、第 1及び第 2の振動膜 15, 25は、法線方向に（ 半導体基板 200の厚み方向に)ずれて配置される。なお、半導体基板 200では、第 1及び第 2の振動膜 15, 25は、法線距離が 5. 2mm以下になるように配置されてい てもよい。あるいは、第 1及び第 2の振動膜 15, 25は、中心間距離が 5. 2mm以下に なるように配置されて!/、てもよレ、。 [0154] 図 10は、集積回路装置 3が実装された音声入力装置 4について説明するための図 である。集積回路装置 3は、筐体 40に実装される。集積回路装置 3は、図 3に示すよ うに、第 1の面 201が、筐体 40の開口 42が形成された面を向くように、筐体 40に実 装されていてもよい。そして、集積回路装置 3は、第 1の凹部 210が開口 42に連通す るように、かつ、第 2の振動膜 25が開口 42と重複するように、筐体 40に実装されてい てもよい。
[0155] 本実施の形態では、集積回路装置 3は、第 1の凹部 210に連通する開口 212の中 心が、第 2の振動膜 25 (第 2の凹部 220の底面）の中心よりも、入力音声の音源に近 い位置に配置されるように設置されていてもよい。集積回路装置 3は、入力音声が、 第 1及び第 2の振動膜 15, 25に、同時に到着するように設置されていてもよい。例え ば、集積回路装置 3は、入力音声の音源 (モデル音源）と第 1の振動膜 15との間隔が 、モデル音源と第 2の振動膜 25との間隔と同じになるように設置されていてもよい。集 積回路装置 3は、上記の条件を満たすように、基本姿勢が設定された筐体に設置さ れていてもよい。
[0156] 本実施の形態に係る音声入力装置によると、第 1及び第 2の振動膜 15, 25に入射 する入力音声 (ユーザの音声）の、入射時間のずれを低減することができる。そのた め、入力音声の位相差成分が含まれないように差分信号を生成することができること から、入力音声の振幅成分を精度よく抽出することが可能になる。
[0157] なお、凹部（第 1の凹部 210)内では音波は拡散しないため、音波の振幅ほとんど 減衰しない。そのため、この音声入力装置では、第 1の振動膜 15を振動させる入力 音声の強度（振幅）は、開口 212における入力音声の強度と同じとみなすことができ る。このことから、音声入力装置が、入力音声が第 1及び第 2の振動膜 15, 25に同時 に到達するように構成されている場合でも、第 1及び第 2の振動膜 15, 25を振動させ る入力音声の強度には差が現れる。そのため、第 1及び第 2の電圧信号の差を示す 差分信号を取得することで、入力音声を抽出することができる。
[0158] まとめると、この音声入力装置によると、入力音声の位相差成分に基づくノイズを含 まないように、入力音声の振幅成分 (差分信号)を取得することができる。そのため、 精度の高い雑音除去機能を実現することが可能になる。 [0159] 最後に、図 11〜図 13に、本発明の実施の形態に係る音声入力装置の例として、 携帯電話 300、マイク（マイクシステム） 400、及び、リモートコントローラ 500を、それ ぞれ示す。また、図 14には、情報入力端末としての音声入力装置 602と、ホストコン ピュータ 604とを含む、情報処理システム 600の概略図を示す。
[0160] 7.集積回路装置の構成
上記実施の形態では、第 1のマイクロフォンを構成する第 1の振動膜と第 2のマイク 口フォンを構成する第 2の振動膜と差分信号生成回路が半導体基板に形成される場 合を例にとり説明したがこれに限られない。第 1のマイクロフォンを構成する第 1の振 動膜と、第 2のマイクロフォンを構成する第 2の振動膜と、前記第 1のマイクロフォンで 取得された第 1の信号電圧と、前記第 2のマイクロフォンで取得された第 2の信号電 圧とを受け取って、前記第 1及び第 2の電圧信号の差を示す差分信号を生成する差 分信号生成回路と、を含む配線基板を有する集積回路装置であれば本発明の範囲 内である。第 1の振動膜、前記第 2の振動膜、差分信号生成回路は基板内に形成さ れてレ、ても良レ、し、配線基板上にフリップチップ実装等により実装されて!/、てもよ!/、。
[0161] 配線基板は半導体基板でも良いし、ガラスエポキシ等の他の回路基板等でもよい。
[0162] 第 1の振動膜および前記第 2の振動膜を同一基板上に形成することで、温度等の 環境に対する両マイクの特性差を抑圧することができる。差分信号生成回路は 2つの マイクのゲインバランスを調整する機能を有するように構成してもよい。これにより、両 マイク間のゲインばらつきを基板毎に調整して出荷することができる。
[0163] 図 15〜図 17は、本実施の形態の集積回路装置の他の構成について説明するた めの図である。
[0164] 本実施の形態の集積回路装置は図 15に示すように、配線基板は半導体基板 120 0であって、第 1の振動膜 714— 1および前記第 2の振動膜 714— 2は半導体基板 1 200に形成され、差分信号生成回路 720は、半導体基板上 1200にフリップチップ実 装された構成でもよい。
[0165] フリップチップ実装とは、 IC (Integrated circuit)素子又は ICチップの回路面を基板 に対向させて一括でダイレクトに電気接続する実装方法であり、チップ表面と基板と を電気的に接続する際、ワイヤ ·ボンディングのようにワイヤによって接続するのでは なぐアレイ状に並んだバンプと呼ばれる突起状の端子によって接続するため、ワイ ャ-ボンディングに比べて実装面積を小さくできる。
[0166] 第 1の振動膜 714— 1および第 2の振動膜 714— 2を同一の半導体基板 1200上に 形成することで、温度等の環境に対する両マイクの特性差を抑圧することができる。
[0167] また本実施の形態の集積回路装置は図 16に示すように、第 1の振動膜 714— 1お よび第 2の振動膜 714— 2および差分信号生成回路 720は、配線基板 1200'上にフ リップチップ実装された構成でもよい。配線基板 1200'は、配線基板は半導体基板 でも良レ、し、ガラスエポキシ等の他の回路基板等でもよレ、。
[0168] また本実施の形態の集積回路装置は図 17に示すように、配線基板は半導体基板
1200であって、差分信号生成回路 720は、半導体基板 1200上に形成され、前記 第 1の振動膜 714— 1、および第 2の振動膜 714— 2は、半導体基板 1200上にフリツ プチップ実装された構成でもよレ、。
[0169] 図 18、 19は本実施の形態の集積回路装置の構成の一例を示す図である。
[0170] 本実施の形態の集積回路装置 700は、第 1の振動膜を有する第 1のマイクロフォン
710— 1を含む。また第 4の実施の形態の音声入力装置 700は、第 2の振動膜を有 する第 2のマイクロフォン 710— 2を含む。
[0171] 第 1のマイクロフォン 710— 1の第 1の振動膜及び第 2のマイクロフォン 710— 2の第
1の振動膜は、差分信号 742に含まれる雑音成分の強度の、前記第 1又は第 2の電 圧信号 712— 1 , 712— 2に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音 強度比が、前記差分信号 742に含まれる入力音声成分の強度の、前記第 1又は第 2 の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強 度比よりも小さくなるように配置されている。
[0172] 本実施の形態の集積回路装置 700は、前記第 1のマイクロフォン 710— 1で取得さ れた第 1の電圧信号 712— 1と、前記第 2のマイクロフォンで取得された第 2の電圧信 号 712— 2とに基づき第 1の電圧信号 712— 1と第 2の電圧信号 712— 2の差分信号 を 742生成する差分信号生成部 720を含む。
[0173] また差分信号生成部 720は、ゲイン部 760を含む。ゲイン部 760は、第 1のマイクロ フォン 710— 1で取得された第 1の電圧信号 712— 1を所定のゲインを与えて出力す [0174] また差分信号生成部 720は、差分信号出力部 740を含む。差分信号出力部に 74 0は、ゲイン部 760によって所定のゲインを与えられた第 1の電圧信号 S 1と、前記第 2のマイクロフォンで取得された第 2の電圧信号を入力して、所定のゲインを与えられ た第 1の電圧信号 S 1と第 2の電圧信号との差分信号を生成して出力する。
[0175] 第 1の電圧信号 712— 1を所定のゲインを与えることにより、 2つのマイクロフォンの 個体感度差に起因する第 1の電圧信号及び第 2の電圧信号の振幅差が無くなるよう に補正することができるので、ノイズ抑制効果の低減を防止することができる。
[0176] 図 20、 21は本実施の形態の集積回路装置の構成の一例を示す図である。
[0177] 本実施の形態の差分信号生成部 720は、ゲイン制御部 910を含んで構成してもよ い。ゲイン制御部 910は、ゲイン部 760におけるゲインを変化させる制御を行う。ゲイ ン制御部 910でゲイン部 760のゲインをダイナミックにまたはスタティックに制御する とこで、ゲイン部出力 S1と、前記第 2のマイクロフォンで取得された第 2の電圧信号 7 12 - 2との振幅のバランスを調整してもよ!/、。
[0178] 図 22はゲイン部とゲイン制御部の具体的構成の一例を示す図である。例えばアナ ログ信号を処理する場合にはゲイン部 760を、オペアンプ (例えば図 22に示すような 非反転増幅回路）などのアナログ回路で構成してもよい。抵抗 Rl、 R2の値を変更す ることにより、又は例えば製造時に所定の値に設定することで、オペアンプの一端子 にかかる電圧をダイナミックまたはスタティックに制御することでオペアンプの増幅率 を制徒 Pしてもよい。
[0179] 図 23A(B)は、ゲイン部の増幅率をスタティックに制御する構成の一例である。
[0180] 例えば図 22の抵抗 R1又 R2を、図 23Aに示すように複数の抵抗が直列に接続され た抵抗アレーを含み、当該抵抗アレーを介してゲイン部の所定の端子（図 22の一端 子）に所定の大きさの電圧をかけるよう構成してもよい。適切な増幅率を求めて、当該 増幅率を実現するための抵抗値をとるように、製造段階において、前記抵抗アレーを 構成する抵抗体又は導体（912の F)をレーザによるカット、あるいは高電圧または高 電流の印加により溶断してもよい。
[0181] また例えば図 32の抵抗 R1又 R2を、図 23Bに示すように複数の抵抗が並列に接続 された抵抗アレーを含み、当該抵抗アレーを介してゲイン部の所定の端子（図 22の 一端子）に所定の大きさの電圧をかけるよう構成してもよい。適切な増幅率を求めて、 当該増幅率を実現するための抵抗値をとるように、製造段階において、前記抵抗ァ レーを構成する抵抗体又は導体（912の F)をレーザによるカット、あるいは高電圧ま たは高電流の印加により溶断してもよい。
[0182] ここで適切な増幅値は、製造工程で生じたマイクロフォンのゲインバランスを解消で きる値に設定するとよい。図 23A(B)のように複数の抵抗が直列又は並列に接続さ れた抵抗アレーを用いることにより、製造工程で生じたマイクロフォンのゲインバラン スに対応した抵抗値を作る込むことができ、所定の端子に接続され、前記ゲイン部の ゲインを制御する電流を供給するゲイン制御部として機能する。
[0183] なお上記実施の形態では複数の抵抗体 (r)がヒューズ (F)を介して接続されている 構成を例にとり説明したがこれに限られない。複数の抵抗 (r)がヒューズ (F)を介さず に直歹ほたは並列に接続されている構成でもよぐこの場合少なくとも 1つの抵抗を切 断してもよい。
[0184] また、例えば図 23の抵抗 R1又 R2を、図 25に示すように 1つの抵抗体で構成し、抵 抗体の一部を切断する、 V、わゆるレーザートリミングにより抵抗値を調整する構成で あっても構わない。
[0185] 図 24は本実施の形態の集積回路装置の他の構成の一例を示す図である。
[0186] 本実施の形態の集積回路装置は、第 1の振動膜を有する第 1のマイクロフォン 710 — 1と、第 2の振動膜を有する第 2のマイクロフォン 710— 2と、前記第 1のマイクロフォ ンで取得された第 1の電圧信号と、前記第 2のマイクロフォンで取得された第 2の電圧 信号との差を示す差分信号を生成する図示しない差分信号生成部とを含んでおり、 前記第 1の振動膜及び前記第 2の振動膜の少なくとも一方は、膜面に対して垂直に なるように設置された筒状の導音管 1100を介して音波を取得するように構成してもよ い。
[0187] 導音管 1100は、筒の開口部 1102からから入力した音波が音響孔 714— 2を介し て外部に漏れないよう第 2のマイクロフォン 710— 2の振動膜まで届くように、振動膜 の周囲の基板 1110に設置してもよい。このようすると、導音管 1100に入った音は減 衰することなく第 2のマイクロフォン 710— 2の振動膜に届く。本実施の形態によれば 前記第 1の振動膜及び前記第 2の振動膜の少なくとも一方に導音管を設置すること により、音が振動膜に届くまでの距離を変えることができる。従って遅延バランスのば らつきに応じて、適当な長さ（例えば数ミリ）の導音管を設置することにより遅延を解消 すること力 Sでさる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなぐ種々の変形が可 能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成 (例えば、 機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。 また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成 を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構 成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形 態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1のマイクロフォンを構成する第 1の振動膜と、
第 2のマイクロフォンを構成する第 2の振動膜と、
前記第 1のマイクロフォンで取得された第 1の信号電圧と、前記第 2のマイクロフォン で取得された第 2の信号電圧とを受け取って、前記第 1及び第 2の電圧信号の差を 示す差分信号を生成する差分信号生成回路と、
を含む配線基板を有することを特徴とする集積回路装置。
[2] 請求項 1において、
前記配線基板は半導体基板であって、
前記第 1の振動膜および前記第 2の振動膜および前記差分信号生成回路は、前 記半導体基板に形成されることを特徴とする集積回路装置。
[3] 請求項 1において、
前記配線基板は半導体基板であって、
前記第 1の振動膜および前記第 2の振動膜は前記半導体基板に形成され、前記差 分信号生成回路は、前記半導体基板上にフリップチップ実装されることを特徴とする 集積回路装置。
[4] 請求項 1において、
前記第 1の振動膜、および前記第 2の振動膜、および前記差分信号生成回路は、 前記配線基板上にフリップチップ実装されることを特徴とする集積回路装置。
[5] 請求項 1において、
前記配線基板は半導体基板であって、
前記差分信号生成回路は、半導体基板上に形成され、前記第 1の振動膜、および 前記第 2の振動膜は、前記半導体基板上にフリップチップ実装されることを特徴とす る集積回路装置。
[6] 請求項 1乃至 5のいずれかにおいて、
前記第 1及び第 2の振動膜の中心間距離は、 5. 2mm以下であることを特徴とする 集積回路装置。
[7] 請求項 1乃至 6のいずれかにおいて、 前記第 1及び第 2の振動膜は、シリコン膜であることを特徴とする集積回路装置。
[8] 請求項 1乃至 7のいずれかにおいて、
前記第 1及び第 2の振動膜は、法線が平行になるように形成されていることを特徴と する集積回路装置。
[9] 請求項 8において、
前記第 1及び第 2の振動膜は、法線と直交する方向にずれて配置されていることを 特徴とする集積回路装置。
[10] 請求項 9において、
前記第 1及び第 2の振動膜は、前記半導体基板の 1つの面から形成された凹部の 底部であることを特徴とする集積回路装置。
[11] 請求項 9において、
前記第 1及び第 2の振動膜は、法線方向にずれて配置されていることを特徴とする 集積回路装置。
[12] 請求項 11において、
前記第 1及び第 2の振動膜は、それぞれ、前記半導体基板の対向する第 1及び第 2の面から形成された第 1及び第 2の凹部の底部であることを特徴とする集積回路装 置。
[13] 請求項 1乃至 8のいずれかにおいて、
前記第 1の振動膜及び前記第 2の振動膜の少なくとも一方は、膜面に対して垂直 になるように設置された筒状の導音管を介して音波を取得するように構成されてレ、る ことを特徴とする集積回路装置。
[14] 請求項 1乃至 13のいずれかにおいて、
前記差分信号生成回路は、
前記第 1のマイクロフォンで取得された第 1の電圧信号に所定のゲインを与えるゲイ ン部と、
前記ゲイン部によって所定のゲインを与えられた第 1の電圧信号と、前記第 2のマイ クロフオンで取得された第 2の電圧信号を入力して、所定のゲインを与えられた第 1の 電圧信号と第 2の電圧信号の差分信号を生成して出力する差分信号出力部とを含 むことを特徴とする集積回路装置。
[15] 請求項 14において、
前記差分信号生成回路は、
前記差分信号出力部の入力となる第 1の電圧信号と第 2の電圧信号を受け取り、受 けとつた第 1の電圧信号と第 2の電圧信号に基づいて、差分信号が生成される際の 第 1の電圧信号と第 2の電圧信号の振幅差を検出して、検出結果に基づき振幅差信 号を生成して出力する振幅差検出部と、
前記振幅差信号に基づき、前記ゲイン部における増幅率を変化させる制御を行う ゲイン制御部と、を含むことを特徴とする集積回路装置。
[16] 請求項 14において、
前記差分信号生成部は、
所定の端子に力、かる電圧または流れる電流に応じて増幅率が変化するよう構成さ れたゲイン部と、
前記所定の端子に力、かる電圧または流れる電流を制御するゲイン制御部を含み、 前記ゲイン制御部は、
複数の抵抗が直歹 IJまたは並列に接続された抵抗アレー含み、前記抵抗アレーを構 成する抵抗体又は導体の一部を切断すること、もしくは少なくとも 1つの抵抗体を含 み、該抵抗体の一部を切断することでゲイン部の所定の端子に力、かる電圧または流 れる電流を変更可能に構成されていることを特徴とする集積回路装置。
[17] 請求項 1乃至 16のいずれかに記載の集積回路装置が実装されたていることを特徴 とする音声入力装置。
[18] 請求項 1乃至 16のいずれかに記載の集積回路装置と、
前記差分信号に基づ!/、て、入力音声情報の解析処理を行う解析処理部と、 を含む情報処理システム。
[19] 請求項 1乃至 16のいずれかに記載の集積回路装置とネットワークを介した通信処 理を行う通信処理装置とが実装された音声入力装置と、
前記ネットワークを介した通信処理によって取得した前記差分信号に基づ!/、て、前 記音声入力装置に入力された入力音声情報の解析処理を行うホストコンピュータと、
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