マイクロホンユニット
【課題】広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることが可能であると共に、小型化が可能な高品質のマイクロホンユニットを提供する。
【解決手段】マイクロホンユニット１は、振動板１３４の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子１３と、電気音響変換素子１３を収容する筐体１０と、を備える。筐体１０には、その外面に形成される少なくとも１つの第１の開口１８を介して振動板１３４の一方の面に外部から音波を導く第１の導音空間ＳＰ１と、第１の導音空間ＳＰ１とは異なる形状を有し、第１の開口１８と同一外面に形成される少なくとも１つの第２の開口１９を介して振動板１３４の他方の面に外部から音波を導く第２の導音空間ＳＰ２と、が設けられる。少なくとも１つある第１の開口１８のトータル面積と、少なくとも１つある第２の開口１９のトータル面積とは異なっている。
【解決手段】マイクロホンユニット１は、振動板１３４の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子１３と、電気音響変換素子１３を収容する筐体１０と、を備える。筐体１０には、その外面に形成される少なくとも１つの第１の開口１８を介して振動板１３４の一方の面に外部から音波を導く第１の導音空間ＳＰ１と、第１の導音空間ＳＰ１とは異なる形状を有し、第１の開口１８と同一外面に形成される少なくとも１つの第２の開口１９を介して振動板１３４の他方の面に外部から音波を導く第２の導音空間ＳＰ２と、が設けられる。少なくとも１つある第１の開口１８のトータル面積と、少なくとも１つある第２の開口１９のトータル面積とは異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力音を電気信号に変換して出力する機能を備えたマイクロホンユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、携帯電話やトランシーバ等の音声通信機器、音声認証システム等の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、或いは録音機器等に、入力音を電気信号に変換して出力する機能を備えたマイクロホンユニットが適用されており、種々のマイクロホンユニットが開発されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
従来のマイクロホンユニットの中には、例えば特許文献１や２に示されるように、振動板をその両面に加わる音圧の差によって振動させて音信号を電気信号に変換するタイプのマイクロホンユニットがある。以下においては、このタイプのマイクロホンユニットのことを差動マイクロホンユニットと表現することがある。
【０００４】
差動マイクロホンユニットは、接話マイクとして使用する場合に優れた遠方ノイズ抑圧性能を得ることができる。このため、例えば、接話マイクとしての機能が要求される携帯電話機用途等において、差動マイクロホンユニットは有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８８９４３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５２７８号公報
【特許文献３】特開２００７−１５０５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、差動マイクロホンユニットには、振動板の一方の面（第１の面）に外部から音波を導く第１の導音空間と、振動板の他方の面（第１の面の裏面）に外部から音波を導く第２の導音空間と、が備えられる。近年においては、マイクロホンユニット及びそれが搭載される機器の小型化や薄型化の要求が強い。このため、差動マイクロホンユニットの構成としては、例えば特許文献１や２に示されるように、第１の導音空間と外部とを連通する開口と、第２の導音空間と外部とを連通する開口とは、マイクロホンユニットを構成する筐体の同一外面に設けるのが好ましい。このように構成することで、マイクロホンユニットの小型・薄型化が可能となり、また、それが搭載される機器内に設けられる導音空間（マイクロホンユニットの導音空間ではない）の構成を単純とできる（小型・薄型化が可能となる）からである。
【０００７】
しかし、差動マイクロホンユニットをこのような構成とすると、第１の導音空間と第２の導音空間との形状を同一形状とするのが難しくなる。この場合、両者の周波数特性を一致させることができない。本出願人は、音波が第１の導音空間を伝播するときの周波数特性と、音波が第２の導音空間を伝播するときの周波数特性とが異なると、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることができないといった問題が発生するという知見を得ている。すなわち、上記の小型化を狙った差動マイクロホンユニットでは、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることができないといった問題が生じ、これを解消することが重要となる。
【０００８】
特許文献２のマイクロホンユニットに見られるような音響抵抗部材を第１の導音空間及び／又は第２の導音空間に配置し、これによって周波数特性を調整して上述の問題を解消することも考えられる。しかしながら、音響抵抗部材（例えばフェルト等が使用される）を用いる構成では、例えば、振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップを用いるような場合に、音響抵抗部材から発生するダストによって電気音響変換素子が故障しやすいといった問題が発生する。
【０００９】
なお、特許文献３に開示されるマイクロホンパッケージ（マイクロホンユニット）は、筐体の同一面に２つの開口を設ける構成となっているが、これは差動マイクロホンユニットではない。２つの開口のうち、一方は音響信号の受音特性を向上するために設けられたリーク孔である。このマイクロホンパッケージでは、振動板の一方の面に面する空間の周波数特性と、振動板の他方の面に面する空間の周波数特性とを一致させる必要がなく、上述したような問題は生じない。
【００１０】
以上の点に鑑みて、本発明の目的は、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることが可能であると共に、小型化が可能な高品質のマイクロホンユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明のマイクロホンユニットは、振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子と、前記電気音響変換素子を収容する筐体と、を備えるマイクロホンユニットであって、前記筐体には、その外面に形成される少なくとも１つの第１の開口を介して前記振動板の一方の面に外部から音波を導く第１の導音空間と、前記第１の導音空間とは異なる形状を有し、前記第１の開口と同一外面に形成される少なくとも１つの第２の開口を介して前記振動板の他方の面に外部から音波を導く第２の導音空間と、が設けられ、少なくとも１つある前記第１の開口のトータル面積と、少なくとも１つある前記第２の開口のトータル面積とが異なっていることを特徴としている。
【００１２】
本構成のマイクロホンユニットは、第１の導音空間によって振動板の一方の面に音圧を加え、第２の導音空間によって振動板の他方の面に音圧を加えることが可能であり、差動マイクロホンユニットとして機能する。また、第１の導音空間と外部とを連通する第１の開口と、第２の導音空間と外部とを連通する第２の開口とが筐体の同一外面に設けられるために、小型化・薄型化が可能である。
【００１３】
そして、形状の異なる２つの導音空間の各々に外部から音を入力するための第１の開口と第２の開口とを、トータル面積が異なるように設けているために、音波が第１の導音空間を伝播するときの周波数特性（共振周波数）と第２の導音空間を伝播するときの周波数特性（共振周波数）を近づけることが可能となっている。その結果、本構成によると、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を示すマイクロホンユニットを得ることが可能となっている。なお、本構成は、筐体の構造を工夫することによって音波が２つの導音空間伝播するときの周波数特性を近づけるものである。このため、音響抵抗部材を用いて音波が２つの導音空間を伝播するときの周波数特性を近づける場合に懸念される「ダスト発生による電気音響変換素子の故障」が起り難い。
【００１４】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記電気音響変換素子は前記第１の導音空間内に配置され、前記第１の開口のトータル面積が前記第２の開口のトータル面積よりも大きいこととしてよい。通常、電気音響変換素子を配置する側の導音空間の方が、電気音響変換素子が配置されない側の導音空間よりも体積が大きくなり、共振周波数が低くなる傾向がある。この点、本構成によれば、体積が大きくなる側の導音空間とつながる第１の開口のトータル面積を他方に対して大きくするものであり、音波が２つの導音空間を伝播するときの周波数特性を近づけることが可能である。
【００１５】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記第１の開口は１つであり、前記第２の開口は複数であることとしてもよいし、また、前記第１の開口及び前記第２の開口はいずれも１つであることとしてもよい。
【００１６】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記筐体は、前記電気音響変換素子を搭載する搭載部と、前記搭載部上に載置されて前記電気音響変換素子を覆うカバーと、からなって、前記搭載部には、その上に搭載される前記電気音響変換素子に覆われる第１の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と同一面に形成される第２の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と前記第２の搭載部開口とをつなぐ搭載部内空間と、が設けられ、前記カバーには、前記搭載部上に載置される前記電気音響変換素子を収容する収容空間と、一端が前記収容空間とつながるとともに他端が外部へとつながる少なくとも１つの第１の貫通孔と、前記収容空間につながることなく、一端が前記第２の搭載部開口とつながるとともに他端が外部につながる少なくとも１つの第２の貫通孔と、が設けられ、前記第１の開口は前記第１の貫通孔によって得られ、前記第２の開口は前記第２の貫通孔によって得られ、前記第１の導音空間が、前記第１の貫通孔と前記収容空間とを用いて形成されており、前記第２の導音空間が、前記第２の貫通孔と、前記第１の搭載部開口と、前記第２の搭載部開口と、前記搭載部内空間と、を用いて形成されていることとしてもよい。 本構成によれば、小型化や薄型化が可能な差動マイクロホンユニットの構造を簡易なものとでき、その製造が容易となる。
【００１７】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記第１の導音空間内に、前記電気音響変換素子から得られる電気信号を処理する電気回路部が配置されていることとしてもよい。例えば、電気回路部は筐体外に設けることも可能であるが、本構成の方がマイクロホンユニットの取り扱いが容易となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることが可能であると共に、小型化が可能な高品質のマイクロホンユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示す図
【図２】第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を構成する３つの平板を示す概略平面図
【図３】第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図
【図４】第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるＭＥＭＳチップの構成を示す概略断面図
【図５】第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示すブロック図
【図６】第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を上から見た場合の概略平面図で、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣが搭載された状態を示す図
【図７】第１実施形態のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフ
【図８】第２実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図
【図９】先行開発のマイクロホンユニットの構成を示す図
【図１０】音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフ
【図１１】先行開発のマイクロホンユニットの指向特性を示す図
【図１２】先行開発のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明が適用されたマイクロホンユニットの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明の理解を容易とするために、本出願人が先に開発したマイクロホンユニット（以下、先行開発のマイクロホンユニットという）の構成と、その問題点について先に説明しておく。
【００２１】
（先行開発のマイクロホンユニット）
図９は、先行開発のマイクロホンユニットの構成を示す図で、図９（ａ）は外観構成を示す概略斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ位置における断面図である。図９に示すように、先行開発のマイクロホンユニット１００は、搭載部１０１とカバー１０２とによって形成される略直方体状の筐体内に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップ１０３及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０４が収容された構成となっている。
【００２２】
ＭＥＭＳチップ１０３は、振動板１０３ａを有し、この振動板１０３ａの振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子として機能する。また、ＡＳＩＣ１０４は、ＭＥＭＳチップ１０３から取り出される電気信号の増幅処理を行う。マイクロホンユニット１００の筐体を構成するカバー１０２の上面には、同一形状（略長方形状或いは略スタジアム形状と言える）且つ同面積の２つの開口１０２ａ、１０２ｂが形成されている。第１の開口１０２ａはマイクロホンユニット１００の長手方向の一端部寄りに、第２の開口１０２ｂはマイクロホンユニット１００の長手方向の他端部寄りに配置され、両者はマイクロホンユニット１００の中心に対して対称配置されている。
【００２３】
搭載部１０１及びカバー１０２で構成される筐体内には、第１の開口１０２ａを介してＭＥＭＳチップ１０３の振動板１０３ａの上面に外部から音波を導く第１の導音空間ＳＰ１と、第２の開口１０２ｂを介してＭＥＭＳチップ１０３の振動板１０３ａの下面に外部から音波を導く第２の導音空間ＳＰ２と、が形成されている。すなわち、マイクロホンユニット１００は差動マイクロホンユニットとして構成されている。
【００２４】
なお、ＭＥＭＳチップ１０３及びＡＳＩＣ１０４は、第１の導音空間ＳＰ１内に配置されている。第１の導音空間ＳＰ１にＭＥＭＳチップ１０３が配置されることによって、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２とは仕切られる。また、マイクロホンユニット１００においては、外部音が第１の開口１０２ａから振動板１０３ａの上面へと至る音の伝播時間と、外部音が第２の開口１０２ｂから振動板１０３ａの下面へと至る音の伝播時間とが等しくなるよう、外部音が第１の開口１０２ａから振動板１０３ａの上面へと至る音の伝播距離と、外部音が第２の開口１０２ｂから振動板１０３ａの下面へと至る音の伝播距離とはほぼ等しくなるように設けられている。
【００２５】
このように構成される先行開発のマイクロホンユニット１００の特性について説明する。説明に先立って、音波の性質について説明しておく。図１０は、音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、音波は、空気等の媒質中を進行するにつれて減衰し、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し、音圧Ｐと距離Ｒとの関係は、以下の式（１）のように表せる。なお、式（１）におけるｋは比例定数である。
Ｐ＝ｋ／Ｒ （１）
【００２６】
図１０及び式（１）から明らかなように、音圧は音源に近い位置では急激に減衰（グラフの左側）し、音源から離れるほどなだらかに減衰（グラフの右側）する。すなわち、音源からの距離がΔｄだけ異なる２つの位置（Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４）に伝達される音圧は、音源からの距離が小さいＲ１からＲ２においては大きく減衰する（Ｐ１−Ｐ２）が、音源からの距離が大きいＲ３からＲ４においてはあまり減衰しない（Ｐ３−Ｐ４）。
【００２７】
図１１は、先行開発のマイクロホンユニットの指向特性を示す図である。なお、図１１においては、マイクロホンユニット１００の姿勢は図９（ｂ）に示すのと同姿勢を想定している。音源とマイクロホンユニット１００との距離が一定であれば、音源が図１１における０°又は１８０°の方向にある時に、振動板１０３ａに加わる音圧が最大となる。これは、音源から発せられた音波が第１の開口１０２ａを経て振動板１０３ａの上面に至る距離と、音源から発せられた音波が第２の開口１０２ｂを経て振動板１０３ａの下面へと至る距離との差が最も大きくなるからである。また、音源が図１１における９０°又は２７０°の方向にある時に振動板１０３ａに加わる音圧が最小（ほぼ０）になる。これは、音源から発せられた音波が第１の開口１０２ａから振動板１０３ａの上面に至る距離と、音源から発せられた音波が第２の開口１０２ｂから振動板１０３ａの下面へと至る距離との差がほぼ０となるからである。
【００２８】
すなわち、図１１に示すように、マイクロホンユニット１００は、０°及び１８０°の方向から入射される音波に対して感度が高く、９０°及び２７０°の方向から入射される音波に対して感度が低い両指向性のマイクロホンユニットとして機能する。
【００２９】
ここで、マイクロホンユニット１００を接話マイクとして使用する場合を想定して、マイクロホンユニット１００の特性を説明する。
【００３０】
マイクロホンユニット１００の近傍で発せられる目的音の音圧は、第１の開口１０２ａと第２の開口１０２ｂとの間で大きく減衰する。このため、振動板１０３ａの上面に伝達される音圧と振動板１０３ａの下面に伝達される音圧との間には大きな差が生じる。一方、背景雑音は目的音に比べて音源が遠い位置にあり、第１の開口１０２ａと第２の開口１０２ｂとの間ではほとんど減衰しない。このため、振動板１０３ａの上面に伝達される音圧と、振動板１０３ａの下面に伝達される音圧との間の音圧差は非常に小さくなる。
【００３１】
振動板１０３ａにて受音される背景雑音の音圧差は非常に小さいために、背景雑音の音圧は振動板１０３ａにてほぼ打ち消される。これに対して、振動板１０３ａにて受音される上記目的音の音圧差は大きいために、上記目的音の音圧は振動板１０３ａで打ち消されない。このため、振動板１０３ａの振動によって得られた信号は、背景雑音が除去された上記目的音の信号であると見なせる。すなわち、マイクロホンユニット１００は接話マイクとして使用した場合に、優れた遠方ノイズ抑圧性能を発揮する。
【００３２】
しかしながら、本出願人は、先行開発のマイクロホンユニット１００は次のような問題を有するという知見を得ている。以下、この問題点について説明する。
【００３３】
図１２は、先行開発のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフである。図１２において、横軸（対数軸）は周波数、縦軸はマイクロホンの出力である。また、図１２において、実線で示すグラフ（ａ）は、マイクロホンユニット１００の第１の開口１０２ａのみから音波が入射するようにした場合（すなわち第１の導音空間ＳＰ１のみを用いた場合）における周波数特性を示している。また、図１２において、破線で示すグラフ（ｂ）は、マイクロホンユニット１００の第２の開口１０２ｂのみから音波が入射するようにした場合（すなわち第２の導音空間ＳＰ２のみを用いた場合）における周波数特性を示している。
【００３４】
なお、図１２のデータを得るにあたって、音源位置は、図１１の１８０°方向の一定位置としている。また、各周波数のデータを得るに際して、音源から発せられる音波の音圧は同一としている。
【００３５】
当然ながら、マイクロホンユニット１００は、その使用周波数範囲（例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の全ての周波数において、良好な遠方ノイズ抑圧性能を発揮することが求められる。遠方ノイズ抑圧性能は上述の両指向性と深く関係しており、使用周波数範囲において良好な遠方ノイズ抑圧性能を得るためには、マイクロホンユニット１００は、その使用周波数範囲の全ての周波数において、図１１に示すような両指向性を発揮することが求められる。
【００３６】
このことを言い換えると、図１１の１８０°方向に配置した音源からマイクロホンユニット１００に音波を入射する場合、その使用周波数範囲において、図１２のグラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とは、周波数が変化しても一定の出力差を維持することが求められる。なお、一定の出力差は、音源から第１の開口１０２ａまでの距離と、音源から第２の開口１０２ｂまでの距離とが異なるために発生する。
【００３７】
図１２に示す実験結果では、１００Ｈｚ〜７ｋＨｚ程度の周波数までは、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とが一定の出力差を維持している。しかし、７ｋＨｚを超えた辺りから、上述の出力差が一定ではなくなり、８ｋＨｚを越えたところでグラフ（ａ）とグラフ（ｂ）との間で出力値の大小の逆転も見られるようになっている。すなわち、先行開発のマイクロホンユニット１００では、音波が第１の導音空間ＳＰ１を伝播するときの周波数特性と第２の導音空間ＳＰ２を伝播するときの周波数特性のバランスが高周波数域において崩れるため、狙いの両指向性が得られず、良好な遠方ノイズ抑圧性能を得られないといった問題が生じる。
【００３８】
マイクロホンユニット１００は、それが搭載される機器（携帯電話機等の音声入力機能を備える機器）の小型化や薄型化を実現し易くする目的等のために、外部音を振動板１０３ａの上面に導くための第１の開口１０２ａと、外部音を振動板１０３ａの下面に導くための第２の開口１０２ｂと、を同一面（カバー１０２の上面）に設ける構成となっている。しかし、このような構成を採用するために、マイクロホンユニット１００において、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２とは異なる形状とせざるを得なくなっている。
【００３９】
また、筐体内に収容されるＭＥＭＳチップ１０３（ＡＳＩＣをＭＥＭＳチップと別体として筐体内に収容する場合はＡＳＩＣも）はいずれかの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２に収容する必要があり、２つの導音空間の体積を同一とするのは困難である。なお、マイクロホンユニット１００においては、ＭＥＭＳチップ１０３は第１の導音空間ＳＰ１に収容され、第１の導音空間ＳＰ１の方が第２の導音空間ＳＰ２よりも体積が大きくなっている。
【００４０】
以上のような、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２との形状のアンバラスが原因となって、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２は異なる周波数特性を有するようになっているものと考えられる。そして、このことが原因となって、上述した、高周波数側で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得られないといった問題が生じているものと考えられる。
【００４１】
本発明は、先行開発のマイクロホンユニット１００の構造を改良することで、上述の第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２との周波数特性を合わせ（近づけ）、上記問題を解消することを狙ったものである。なお、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせる手法としては音響抵抗部材を用いる手法も考えられる。しかし、音響抵抗部材は通常フェルト等で構成されるために、ＭＥＭＳチップ１０３へのダストの入り込み等が懸念される。このため、このようなダストの問題が生じないように、本発明はマイクロホンユニット１００の構造改良によって、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせることとした。
【００４２】
（本発明の第１実施形態のマイクロホンユニット）
図１は、第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示す図で、図１（ａ）は外観構成を示す概略斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ位置における断面図である。図１に示すように、第１実施形態のマイクロホンユニット１は、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４とを搭載する搭載部１１と、搭載部１１上に載置されてＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を覆うカバー１２と、を備える。搭載部１１とカバー１２とはマイクロホンユニット１の筐体１０を構成し、筐体１０の形状は略直方体形状となっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、筐体１０の長手方向（図１（ｂ）の左右方向が該当）の長さは７ｍｍ、短手方向（図１（ｂ）の紙面と垂直な方向が該当）の長さは４ｍｍ、厚み方向（図１（ｂ）の上下方向が該当）の長さは１．５ｍｍとなっている。ただし、このサイズはあくまでも一例であり、当然ながら、本発明のマイクロホンユニットのサイズは、これに限定されない。また、以下においてもサイズに関する開示があるが、サイズはあくまでも一例であることを断っておく。
【００４４】
搭載部１１は、図１（ｂ）に示すように、第３平板１１３、第２平板１１２、第１平板１１１を、この順に下から上へと積み重ねてなる。各平板同士は、例えば接着剤や接着シート等を用いて接合される。図２は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を構成する３つの平板を示す概略平面図で、図２（ａ）は第１平板の上面図、図２（ｂ）は第２平板の上面図、図２（ｃ）は第３平板の上面図である。
【００４５】
図２に示すように、搭載部１１を構成する３つの平板１１１、１１２、１１３はいずれも平面視略長方形状に設けられ、平面視した場合の縦・横のサイズ、及び、厚みは略同一のサイズとなっている。なお、本実施形態では、各平板の長手方向（横方向）の長さは７ｍｍ、短手方向（縦方向）の長さは４ｍｍ、厚みは０．２ｍｍとなっている。搭載部１１を構成する平板１１１〜１１３の材料は特に限定されるものではないが、基板材料として用いられる公知の材料が好適に使用され、例えばＦＲ−４、セラミックス、ポリイミドフィルム等が用いられる。
【００４６】
第１平板１１１には、図２（ａ）に示すように、平面視略円形状の貫通孔１１１ａと、平面視略長方形状（略スタジアム形状）の貫通孔１１１ｂと、が設けられている。本実施形態では、平面視略円形状の貫通孔１１１ａの断面の直径は０．５ｍｍとされ、平面視略長方形状の貫通孔１１１ｂの断面は、その長手方向（図２（ａ）の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図２（ａ）の左右方向）の長さが０．５ｍｍとされている。平面視略長方形状の貫通孔１１１ｂは、第１平板１１１の長手方向の一端寄り（図２（ａ）では左端寄り）に設けられている。また、平面視略円形状の貫通孔１１１ａは、第１平板１１１の中心から長手方向の一方側（平面視略長方形状の貫通孔１１１ｂが設けられる側）に少しずれた位置に設けられている。
【００４７】
第２平板１１２には、図２（ｂ）に示すように、平面視略長方形状の貫通孔１１２ａ（その上面及び下面は同形状・同サイズである）が設けられている。平面視略長方形状の貫通孔１１２ａは、第２平板１１２が第１平板１１１と重ね合わされた状態で、第１平板１１１に設けられる貫通孔１１１ａ及び貫通孔１１１ｂが、その領域内に含まれるように設けられている。なお、図２（ｂ）においては、第１平板１１１と第２平板１１２との関係について理解が容易となるように、第１平板１１１に設けられる貫通孔１１１ａ及び貫通孔１１１ｂを破線で示している。
【００４８】
第３平板１１３は、図２（ｃ）に示すように、貫通孔が形成されていない平板となっている。このように構成される第１平板１１１、第２平板１１２、及び第３平板１１３を貼り合わせると、貫通孔１１１ａによって得られる第１の搭載部開口１５と、貫通孔１１１ｂによって得られる第２の搭載部開口１６と、第１の搭載部開口１５と第２の搭載部開口１６とをつなぐ搭載部内空間１７と、が形成された搭載部１１が得られる（図１（ｂ）参照）。
【００４９】
なお、搭載部１１には電極パッドや電気配線が形成されているが、これらについては後述する。また、本実施形態では搭載部１１を３つの平板を貼り合わせて得る構成としているが、この構成に限定されず、搭載部１１は１つの平板で構成しても構わないし、３つとは異なる複数の平板で構成しても構わない。また、搭載部１１の形状は板状に限定されない。板状でない搭載部１１を複数の部材で構成する場合には、搭載部１１を構成する部材の中に平板ではない部材が含まれて良い。更に、搭載部１１に形成される第１の搭載部開口１５、第２の搭載部開口１６、及び搭載部内空間１７の形状は本実施形態の構成に限定されず、適宜変更可能である。
【００５０】
図３は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図で、図３（ａ）はカバーを上から見た状態を示し、図３（ｂ）はカバーを下から見た状態を示す。カバー１２は、その外形が略直方体形状に設けられる（図１及び図３参照）。カバー１２の長手方向（図３において左右方向）及び短手方向（図３において上下方向）の長さは、それぞれ搭載部１１の長手方向及び短手方向の長さと同一である。詳細には、本実施形態では、長手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは４ｍｍとしている。また、カバー１２の厚みは０．９ｍｍとしている。
【００５１】
図３に示すように、カバー１２には、その長手方向の一端側（図３の右側）に平面視略長方形状（略スタジアム形状）の１つの貫通孔１２１（本発明の第１の貫通孔の実施形態）が設けられている。この貫通孔１２１の断面は、その長手方向（図３の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図３の左右方向）の長さが０．５ｍｍとされている。
【００５２】
また、カバー１２には、その長手方向の他端側（図３の左側）に平面視略円形状の２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂ（本発明の第２の貫通孔の実施形態）が設けられている。これらの貫通孔１２２ａ、１２２ｂの断面は、いずれも直径が０．５ｍｍとなっている。２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂは、それらの中心がカバー１２の短手方向（図３において上下方向）に平行な直線上に並ぶように配置されている。また、２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂは、カバー１２が搭載部１１に載置された状態において、その一方端（下端）が、搭載部１１に形成される第２の搭載部開口１６（図１（ｂ）参照）と重なる（つながる）ように、その位置が調整されている。
【００５３】
なお、カバー１２の一端側に設けられる貫通孔１２１と、カバー１２の他端側に設けられる貫通孔１２２ａ、１２２ｂとは、長手方向（カバー１２の長手方向）の間隔（貫通孔１２１の中心を通る短手方向に平行な線と、貫通孔１２２ａ及び貫通孔１２２ｂの各中心を通る短手方向に平行な線との間隔）が４ｍｍ以上６ｍｍ以下となるように形成するのが好ましい。後述のように、これらの貫通孔１２１、１２２ａ、１２２ｂは音波の入力部として使用される。上記間隔が広すぎると、振動板１３４（ＭＥＭＳチップ１３に備えられる）の上面と下面に到達する音波の位相差が大きくなってマイク特性が低下（ノイズ抑圧性能が低下）してしまうために、このような事態を抑制する趣旨である。また、上記間隔が狭すぎると、振動板１３４の上面と下面に加わる音圧の差が小さくなって振動板１３４の振幅が小さくなり、ＡＳＩＣ１４から出力される電気信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が悪くなるために、このような事態を抑制する趣旨である。
【００５４】
また、カバー１２には、下側から見た場合に平面視略長方形状の凹部１２３（本実施形態では、その深さは０．７ｍｍとされている）が形成されている。この凹部１２３は、カバー１２の長手方向の一端側（図３の右端側）に設けられる貫通孔１２１と重なるように設けられており、凹部１２３と貫通孔１２１とはつながった状態となっている。一方、凹部１２３は、カバー１２の長手方向の他端側（図３の左端側）に設けられる２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂとは重ならないように設けられている。すなわち、凹部１２３は２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂとはつながっていない。
【００５５】
カバー１２を構成する材料については、例えばＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer；液晶ポリマ）やＰＰＳ（polyphenylene sulfide；ポリフェニレンスルファイド）等の樹脂とすることができる。なお、樹脂に導電性を持たせるため、ステンレス等の金属フィラーやカーボンを、カバー１２を構成する樹脂に混入しても構わない。また、カバー１２を構成する材料は、ＦＲ−４等、セラミックス等の基板材料としても構わない。
【００５６】
搭載部１１に搭載されるＭＥＭＳチップ１３は、本発明における、振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子の実施形態である。シリコンチップからなるＭＥＭＳチップ１３は、半導体製造技術を用いて製造される小型のコンデンサ型マイクロホンチップである。
【００５７】
図４は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるＭＥＭＳチップの構成を示す概略断面図である。図４に示すように、ＭＥＭＳチップ１３は、その外形は略直方体形状であり、絶縁性のベース基板１３１と、固定電極１３２と、絶縁性の中間基板１３３と、振動板１３４と、を備える。
【００５８】
ベース基板１３１には、その中央部に平面視略円形状の貫通孔１３１ａが形成されている。板状の固定電極１３２はベース基板１３１の上に配置され、複数の小径（直径１０μｍ程度）の貫通孔１３２ａが形成されている。中間基板１３３は固定電極１３２の上に配置され、ベース基板１３１と同様に、その中央部に平面視略円形状の貫通孔１３３ａが形成されている。中間基板１３３の上に配置される振動板１３４は、音圧を受けて振動する（図４において上下方向に振動する。また、本実施形態では略円形部分が振動する）薄膜で、導電性を有して電極の一端を形成している。中間基板１３３の存在によって隙間Ｇｐをあけて互いに略平行な関係となるように対向配置される、固定電極１３２と振動板１３４とはコンデンサを形成している。
【００５９】
ＭＥＭＳチップ１３は、音波の到来により振動板１３４が振動すると、振動板１３４と固定電極１３２との間の電極間距離が変動するために静電容量が変化する。この結果、ＭＥＭＳチップ１３に入射した音波（音信号）を電気信号として取り出せる。ＭＥＭＳチップ１３においては、ベース基板１３１に形成される貫通孔１３１ａ、固定電極１３２に形成される複数の貫通孔１３２ａ、及び中間基板１３３に形成される貫通孔１３３ａの存在により、振動板１３４の下面側も外部（ＭＥＭＳチップ１３外部）の空間と連通している。
【００６０】
なお、ＭＥＭＳチップ１３の構成は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、適宜、その構成を変更しても構わない。例えば、本実施形態では振動板１３４の方が固定電極１３２よりも上となっているが、これとは逆の関係（振動板が下で、固定電極が上となる関係）となるように構成しても構わない。
【００６１】
ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３の静電容量の変化（振動板１３４の振動に由来する）に基づいて取り出される電気信号を増幅処理する集積回路である。なお、ＡＳＩＣ１４は本発明の電気回路部の実施形態である。図５に示すように、ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３にバイアス電圧を印加するチャージポンプ回路１４１を備える。チャージポンプ回路１４１は、電源電圧ＶＤＤ（例えば１．５〜３Ｖ程度）を昇圧（例えば６〜１０Ｖ程度）して、ＭＥＭＳチップ１３にバイアス電圧を印加する。また、ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３における静電容量の変化を検出するアンプ回路１４２を備える。アンプ回路１４２で増幅された電気信号はＡＳＩＣ１４から出力される。なお、図５は、第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示すブロック図である。
【００６２】
ここで、主に図６を参照して、マイクロホンユニット１における、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４の位置関係及び電気的な接続関係について説明しておく。なお、図６は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を上から見た場合の概略平面図で、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣが搭載された状態を示す図である。
【００６３】
ＭＥＭＳチップ１３は、振動板１３４が搭載部１１の上面（搭載面）１１ａに対して略平行となる姿勢（図１（ｂ）参照）で搭載部１１に搭載される。そして、ＭＥＭＳチップ１３は、搭載部１１の上面１１ａに形成される第１の搭載部開口１５（図１（ｂ）参照）を覆うように、搭載部１１に搭載される。ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３に隣り合うように配置される。
【００６４】
ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４は、搭載部１１にダイボンディング及びワイヤボンディングにより実装されている。詳細には、ＭＥＭＳチップ１３は図示しないダイボンド材（例えばエポキシ樹脂系やシリコーン樹脂系の接着剤等）によって、それらの底面と搭載部１１の上面１１ａとの間に隙間ができないように、搭載部１１の上面１１ａに接合されている。このように接合することにより、搭載部１１の上面１１ａとＭＥＭＳチップ１３の底面との間にできる隙間から音が漏れ込むという事態が発生しないようになっている。また、図６に示すように、ＭＥＭＳチップ１３はＡＳＩＣ１４に、ワイヤ２０（好ましくは金線）によって電気的に接続されている。
【００６５】
ＡＳＩＣ１４は、図示しないダイボンド材によって搭載部１１の上面１１ａと対向する底面が、搭載部１１の上面１１ａに接合されている。図６に示すように、ＡＳＩＣ１４は、ワイヤ２０によって搭載部１１の上面１１ａに形成される複数の電極端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれと電気的に接続されている。電極端子２１ａは電源電圧（ＶＤＤ）入力用の電源用端子で、電極端子２１ｂはＡＳＩＣ１４のアンプ回路１４２で増幅処理された電気信号を出力する出力端子で、電極端子２１ｃはグランド接続用のＧＮＤ端子である。
【００６６】
搭載部１１の下面（搭載面１１ａの裏面）１１ｂには、図１（ｂ）示すように外部接続用電極パッド２２が形成されている。外部接続用電極パッド２２には、電源用電極パッド２２ａ、出力用電極パッド２２ｂ、ＧＮＤ用電極パッド２２ｃ（図５参照）が含まれる。搭載部１１の上面１１ａに設けられる電源端子２１ａは搭載部１１に形成される図示しない配線（貫通配線含む）を介して電源用電極パッド２２ａに電気的に接続される。搭載部１１の上面１１ａに設けられる出力端子２１ｂは搭載部１１に形成される図示しない配線（貫通配線含む）を介して出力用電極パッド２２ｂに電気的に接続される。搭載部１１の上面１１ａに設けられるＧＮＤ端子２１ｃは搭載部１１に形成される図示しない配線（貫通配線含む）を介してＧＮＤ用電極パッド２０ｃに電気的に接続される。貫通配線については基板製造で一般的に使用されるスルーホールビアにより形成が可能である。
【００６７】
また、本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４がワイヤボンディング実装される構成としたが、ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４はフリップチップ実装しても勿論構わない。この場合、ＭＥＭＳチップ１３およびＡＳＩＣ１４の下面に電極を形成し、これに対応する電極パッドを搭載部１１の上面に配置し、これらの結線は搭載部１１上に形成された配線パターンにより行う。
【００６８】
ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を搭載した搭載部１１の上に、凹部１２３がＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を収容するようにカバー１２を載置する。そして、搭載部１１とカバー１２とを気密封止するように接合（例えば接着剤や接着シートが使用される）すると、筐体１０内にＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を備えるマイクロホンユニット１が得られる。
【００６９】
マイクロホンユニット１の筐体１０内には、図１（ｂ）に示すように、カバー１２に設けられる貫通孔１２１及び収容空間（凹部）１２３を用いて形成され、第１の開口１８（貫通孔１２１によって得られる）を介して振動板１３４の上面に外部から音波を導く第１の導音空間ＳＰ１が形成されている。また、筐体１０内には、カバー１２に設けられる２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂと、搭載部１１に設けられる第１の搭載部開口１５、第２の搭載部開口１６及び搭載部内空間１７と、を用いて形成され、第２の開口１９（２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂによって得られる）を介して振動板１３４の下面に外部から音波を導く第２の導音空間ＳＰ２が形成されている。すなわち、マイクロホンユニット１は差動マイクロホンユニットとして構成されている。
【００７０】
なお、外部音が第１の開口１８から第１の導音空間ＳＰ１を経て振動板１３４へと至る音の伝播時間と、外部音が第２の開口１９から第２の導音空間ＳＰ２を経て振動板１３４へと至る音の伝播時間が等しくなるよう、外部音が第１の開口１８から第１の導音空間ＳＰ１を経て振動板１３４へと至る音の伝播距離と、外部音が第２の開口１９から第２の導音空間ＳＰ２を経て振動板１３４へと至る音の伝播距離とはほぼ等しくなるように設計するのが好ましく、本実施形態のマイクロホンユニット１は、そのように構成されている。
【００７１】
以上のように構成されるマイクロホンユニット１は、上述した先行開発のマイクロホンユニット１００と同様に優れた遠方ノイズ抑圧性能を示す。そして、先行開発のマイクロホンユニット１００では、高周波数帯域において遠方ノイズ抑圧性能が劣化するといった問題があったが、本実施形態のマイクロホンユニット１では、この問題が解消されている。以下、これについて説明する。
【００７２】
本実施形態のマイクロホンユニット１においては、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２とは、その形状が異なるとともに体積が異なっている。この点は、先行開発のマイクロホンユニット１００と同様である。しかし、マイクロホンユニット１における、第１の導音空間ＳＰ１と外部とをつなぐ第１の開口１８と、第２の導音空間ＳＰ２と外部とをつなぐ第２の開口１９との関係は、先行開発のマイクロホンユニット１００の構成と異なっている。そして、この違いにより、マイクロホンユニット１は、高周波数帯域においても良好な遠方ノイズ抑圧性能を発揮するようになっている。
【００７３】
なお、本実施形態では、第１の導音空間ＳＰ１の体積は約５ｍｍ３であり、第２の導音空間ＳＰ２の体積は２ｍｍ３となっている。
【００７４】
上述のように、先行開発のマイクロホンユニット１００において高周波数側で良好な遠方ノイズ抑圧性能が得られないのは、音波が第１の導音空間ＳＰ１を伝播するときの周波数特性と第２の導音空間ＳＰ２を伝播するときの周波数特性とが異なることが原因になっているものと考えられた。すなわち、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせることにより、高周波数側においても良好な遠方ノイズ抑圧性能が得られるものと考えられた。
【００７５】
そこで、本出願の発明者らは、従来のマイクロホンユニット１００の構造改良によって、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２の共振周波数を近づけ、それにより、音波が第１の導音空間ＳＰ１を伝播するときの周波数特性と第２の導音空間ＳＰ２を伝播するときの周波数特性とを合わせることを考えた。なお、従来の構成の構造改良によって音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせることとしたのは、上述したダスト（音響抵抗部材から発生する）の影響でＭＥＭＳチップが故障するといった事態が発生し難いマイクロホンユニットを提供することを考慮するものである。
【００７６】
第１の導音空間ＳＰ１は、その形状から公知のヘルムホルツ共鳴器と同様に振舞うものと考えられる。このため、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数ｆｒは、以下の式（２）で与えられるものと考えられる。なお、式（２）において、Ｃｖは音速、Ｓは第１の開口１８の面積（貫通孔１２１の断面積）、Ｌｐはカバー１２に設けられる貫通孔１２１の厚み（孔の長さ）、ΔＬは開口端補正、Ｖは収容空間１２３の容積である。
【数１】
【００７７】
式（２）からわかるように、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数は、収容空間１２３の容積、第１の開口１８の面積、及び貫通孔１２１の厚みのうち、少なくともいずれか１つを変動させることによって変動することがわかる。一方、第２の導音空間ＳＰ２は、その形状がヘルムホルツ共鳴器とは全く異なると考えられるために、その共振周波数は単純に式（２）で表すことはできないものと考えられる。しかし、第２の導音空間ＳＰ２においても、同様のパラメータによって共振周波数を変動させられるものと考えられた。
【００７８】
上記式（２）と、マイクロホンユニットの小型化の要請や製造しやすさ等とを考慮しながら鋭意研究を行った結果、従来のマイクロホンユニット１００を改良するにあたって、次のような改良を行えば良いことがわかった。すなわち、外部音を振動板１３４の上面に導くために筐体１０に設けられる開口のトータル面積と、外部音を振動板１３４の下面に導くために筐体１０に設けられる開口のトータル面積と、を異ならせることによって、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性（共振周波数）を近づけられることがわかった。
【００７９】
本実施形態のマイクロホンユニット１では、振動板１３４を有するＭＥＭＳチップ１３が配置される側の第１の導音空間ＳＰ１は、第２の導音空間ＳＰ２よりも容積が大きくなって、共振周波数が第２の導音空間ＳＰ２より低くなる傾向がある。このような場合、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２の共振周波数を合わせようとすると、第２の導音空間ＳＰ２の共振周波数を小さくするように構成するか、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数が高くなるように構成するかが考えられる。マイクロホンユニット１においては、前者の構成を採用している。
【００８０】
具体的には、第１の開口１８のトータル面積は先行開発のマイクロホンユニット１００の構成と同様とし、第２の開口１９のトータル面積を先行開発のマイクロホンユニット１００の場合（すなわち、第１の開口１８のトータル面積）より小さくしている。トータル面積をどの程度小さくするかは、実験等によって決定される。
【００８１】
なお、マイクロホンユニット１においては、第１の開口１８は１つしかないために、第１の開口１８のトータル面積は第１の開口１８そのものの面積（貫通孔１２１の断面積に同じ）である。また、第２の開口１９は２つあるために、第２の開口１９のトータル面積は２つの第２の開口１９の面積（各貫通孔１２２ａ、１２２ｂの断面積に同じ）を合計した面積である。
【００８２】
第１の開口１８のトータル面積に比べて、第２の開口１９のトータル面積を小さくするにあたって、第２の開口１９を、第１の開口１８（略長方形状・スタジアム形状）と相似形（必ずしも相似形に限定される趣旨ではない）であって、第１の開口１８に比べて面積が小さい１つの開口としてもよい。この点、本実施形態では製造時の作業性等を考慮して、平面視略円形状（この形状も適宜変更してよい）の小さな開口（直径が第１の開口１８の短手方向の長さと同一）である２つの第２の開口１９を設けることで、第２の開口１９のトータル面積の狭小化を図っている。
【００８３】
なお、第２の開口１９の数は２つ以上としても構わないが、あまり多くすると製造時の作業性を悪くする等の問題が生じる場合があり、あまり多くしすぎないのが好ましい。
【００８４】
図７は、第１実施形態のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフである。図７は、上述した図１２と同様のグラフであり、周波数特性は図１２と同様の手法で得たものである。図７において、実線で示すグラフ（ａ）は、マイクロホンユニット１の第１の導音空間ＳＰ１のみを用いた場合における周波数特性を示し、破線で示すグラフ（ｂ）は、マイクロホンユニット１の第２の導音空間ＳＰ２のみを用いた場合における周波数特性を示している。
【００８５】
図７に示すように、本実施形態のマイクロホンユニット１では、高周波数帯域（７ｋＨｚ以上）において、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）の出力値が逆転することはなく、高周波数帯域において、ほぼ狙い通りの両指向性が得ることが可能である。すなわち、マイクロホンユニット１は高周波数帯域でも（広い周波数帯域で）良好な遠方ノイズ抑圧性能を示す。
【００８６】
（本発明の第２実施形態のマイクロホンユニット）
第２実施形態のマイクロホンユニットは、搭載部１１に搭載されてＭＥＭＳチップ１３を覆うカバーの構成を除いて、第１実施形態のマイクロホンユニット１と同一の構成となっている。以下、異なる点についてのみ説明する。なお、第１実施形態と共通する部分については同一の符号を付して説明する。
【００８７】
図８は、第２実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図で、図８（ａ）はカバーを上から見た状態を示し、図８（ｂ）はカバーを下から見た状態を示す。第２実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバー５２は、その外形が略直方体形状に設けられ、長手方向（図８において左右方向）及び短手方向（図８において上下方向）の長さは、それぞれ搭載部１１の長手方向及び短手方向の長さと同一である。詳細には、本実施形態では、長手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは４ｍｍとしている。また、カバー５２の厚みは０．９ｍｍとしている。なお、カバー５２の材質は第１実施形態と同様にすればよい。
【００８８】
図８に示すように、カバー５２には、その長手方向の一端側（図８の右側）に平面視略長方形状（略スタジアム形状）の１つの貫通孔５２１（本発明の第１の貫通孔の実施形態）が設けられている。この貫通孔５２１の断面は、その長手方向（図８の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図８の左右方向）の長さが１．５ｍｍとされている。
【００８９】
また、カバー５２には、その長手方向の他端側（図８の左側）に平面視略長方形状（略スタジアム形状）の１つの貫通孔５２２（本発明の第２の貫通孔の実施形態）が設けられている。この貫通孔５２２の断面は、その長手方向（図８の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図８の左右方向）の長さが０．５ｍｍとされている。また、貫通孔５２２は、カバー５２が搭載部１１に載置された状態において、その一方端（下端）が、搭載部１１に形成される第２の搭載部開口１６（図１（ｂ）参照）と重なる（つながる）ように、その位置が調整されている。
【００９０】
なお、カバー５２の一端側に設けられる貫通孔５２１と、カバー５２の他端側に設けられる貫通孔５２２とは、第１実施形態のマイクロホンユニット１の場合と同様の理由で、長手方向（カバー５２の長手方向）の間隔（２つの貫通孔５２１、５２２の中心間距離）が４ｍｍ以上６ｍｍ以下となるように形成するのが好ましい。
【００９１】
カバー５２には、下側から見た場合に平面視略矩形状の凹部５２３（本実施形態では、その深さは０．７ｍｍとされている）が形成されている。この凹部５２３は、カバー５２の長手方向の一端側（図８の右端側）に設けられる貫通孔５２１と重なるように設けられており、凹部５２３と貫通孔５２１とはつながった状態となっている。一方、凹部５２３は、カバー５２の長手方向の他端側（図８の左端側）に設けられる貫通孔５２２とは重ならないように設けられている。すなわち、凹部５２３は貫通孔５２２とはつながっていない。
【００９２】
カバー５２に設けられる貫通孔５２１によって、第２実施形態のマイクロホンユニットの第１の導音空間ＳＰ１と外部とをつなぐ第１の開口１８が得られる。また、カバー５２に設けられる貫通孔５２２によって、第２実施形態のマイクロホンユニットの第２の導音空間ＳＰ２と外部とをつなぐ第２の開口１９が得られる。第１の開口１８のトータル面積は、第２の開口１９のトータル面積に比べて大きくなっている。
【００９３】
なお、第２実施形態のマイクロホンユニットにおいては、第１の開口１８は１つしかないために、第１の開口１８のトータル面積は第１の開口１８そのものの面積（貫通孔５２１の断面積に同じ）である。また、第２の開口１９も１つしかないために、第２の開口１９のトータル面積は第２の開口１９そのものの面積（貫通孔５２２の断面積に同じ）である。
【００９４】
第２実施形態のマイクロホンユニットにおいても、振動板１３４を有するＭＥＭＳチップ１３が配置される側の第１の導音空間ＳＰ１は、第２の導音空間ＳＰ２よりも容積が大きくなって、共振周波数が第２の導音空間ＳＰ２より低くなる傾向がある。このような場合、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２の共振周波数を合わせようとすると、第２の導音空間ＳＰ２の共振周波数を小さくするように構成するか、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数が高くなるように構成するかが考えられる。第２実施形態では第１実施形態の場合とは逆に、後者の構成を採用している。
【００９５】
具体的には、第２の開口１９のトータル面積を先行開発のマイクロホンユニット１００の構成と同様とし、第１の開口１８のトータル面積は先行開発のマイクロホンユニット１００の場合（すなわち、第２の開口１９のトータル面積）より大きくしている。以上のように構成されることにより、第２実施形態のマイクロホンユニットは、高周波数帯域でも（広い周波数帯域で）良好な遠方ノイズ抑圧性能を示す。
【００９６】
（その他）
以上の実施形態で示したマイクロホンユニットは本発明の例示であり、本発明の適用範囲は、以上に示した実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の目的を逸脱しない範囲で、以上に示した実施形態について種々の変更を行っても構わない。
【００９７】
例えば、第１の開口１８と第２の開口１９の形状は、以上に示した実施形態の形状に限定されず、適宜変更可能である。なお、マイクロホンユニット１の筐体１０に設ける開口（筐体内に音波を導くもの）の面積をあまり小さくすると、第１の導音空間ＳＰ１や第２の導音空間ＳＰ２の共振周波数が低くなりすぎて好ましくない。マイクロホンユニットの出力は使用周波数範囲（例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）でフラットとなるのが好ましいが、共振周波数が低く成りすぎると前述のフラットが得られないからである。このような意味で、マイクロホンユニット１の筐体１０に設ける開口１８、１９の面積（トータル面積）はある程度の大きさを確保する必要がある。筐体に設ける開口（筐体内に音波を導くもの）をマイクロホンユニットの短手方向に長い長孔形状（略長方形状・略スタジアム形状）とすると、マイクロホンユニット１の長手方向のサイズを小さく保ちつつ大きな面積を確保できる。このような点を考慮して、第１実施形態及び第２実施形態のマイクロホンユニットにおいては、第１の開口１８や第２の開口１９に適宜、長孔形状（略長方形状・略スタジアム形状）を採用している。
【００９８】
また、第１の開口１８及び第２の開口１９の数は、以上に示した構成に限定されず、第１の開口１８のトータル面積が、第２の開口１９のトータル面積に比べて大きくなることを前提として、適宜変更しても構わない。
【００９９】
また、以上に示した実施形態では、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４とは別チップで構成したが、ＡＳＩＣ１４に搭載される集積回路はＭＥＭＳチップ１３を形成するシリコン基板上にモノリシックで形成するものであっても構わない。すなわち、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４とは一体的に形成しても構わない。また、以上に示した実施形態では、ＡＳＩＣ１４を筐体１０内に収容する構成としているが、ＡＳＩＣ１４は筐体１０外に設けるようにしても構わない。
【０１００】
また、以上に示した実施形態では、音圧を電気信号に変換する電気音響変換素子が、半導体製造技術を利用して形成されるＭＥＭＳチップ１３である構成としたが、この構成に限定される趣旨ではない。例えば、電気音響変換素子はエレクトレック膜を使用したコンデンサマイクロホン等であっても構わない。
【０１０１】
また、以上の実施形態では、マイクロホンユニットが備える電気音響変換素子（本実施形態のＭＥＭＳチップ１３が該当）の構成として、いわゆるコンデンサ型マイクロホンを採用した。しかし、本発明はコンデンサ型マイクロホン以外の構成を採用したマイクロホンユニットにも適用できる。例えば、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型等のマイクロホン等が採用されたマイクロホンユニットにも本発明は適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のマイクロホンユニットは、例えば携帯電話、トランシーバ等の音声通信機器や、入力された音声を解析する技術を採用した音声処理システム（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、音声入力方式のリモートコントローラ等）、或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好適である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ マイクロホンユニット
１０ 筐体
１１ 搭載部
１２、５２ カバー
１３ ＭＥＭＳチップ（電気音響変換素子）
１４ ＡＳＩＣ（電気回路部）
１５ 第１の搭載部開口
１６ 第２の搭載部開口
１７ 搭載部内空間
１８ 第１の開口
１９ 第２の開口
１２１、５２１ 貫通孔（第１の貫通孔）
１２２ａ、１２２ｂ、５２２ 貫通孔（第２の貫通孔）
１２３ 凹部・収容空間
１３４ 振動板
ＳＰ１ 第１の導音空間
ＳＰ２ 第２の導音空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力音を電気信号に変換して出力する機能を備えたマイクロホンユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、携帯電話やトランシーバ等の音声通信機器、音声認証システム等の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、或いは録音機器等に、入力音を電気信号に変換して出力する機能を備えたマイクロホンユニットが適用されており、種々のマイクロホンユニットが開発されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
従来のマイクロホンユニットの中には、例えば特許文献１や２に示されるように、振動板をその両面に加わる音圧の差によって振動させて音信号を電気信号に変換するタイプのマイクロホンユニットがある。以下においては、このタイプのマイクロホンユニットのことを差動マイクロホンユニットと表現することがある。
【０００４】
差動マイクロホンユニットは、接話マイクとして使用する場合に優れた遠方ノイズ抑圧性能を得ることができる。このため、例えば、接話マイクとしての機能が要求される携帯電話機用途等において、差動マイクロホンユニットは有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８８９４３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５２７８号公報
【特許文献３】特開２００７−１５０５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、差動マイクロホンユニットには、振動板の一方の面（第１の面）に外部から音波を導く第１の導音空間と、振動板の他方の面（第１の面の裏面）に外部から音波を導く第２の導音空間と、が備えられる。近年においては、マイクロホンユニット及びそれが搭載される機器の小型化や薄型化の要求が強い。このため、差動マイクロホンユニットの構成としては、例えば特許文献１や２に示されるように、第１の導音空間と外部とを連通する開口と、第２の導音空間と外部とを連通する開口とは、マイクロホンユニットを構成する筐体の同一外面に設けるのが好ましい。このように構成することで、マイクロホンユニットの小型・薄型化が可能となり、また、それが搭載される機器内に設けられる導音空間（マイクロホンユニットの導音空間ではない）の構成を単純とできる（小型・薄型化が可能となる）からである。
【０００７】
しかし、差動マイクロホンユニットをこのような構成とすると、第１の導音空間と第２の導音空間との形状を同一形状とするのが難しくなる。この場合、両者の周波数特性を一致させることができない。本出願人は、音波が第１の導音空間を伝播するときの周波数特性と、音波が第２の導音空間を伝播するときの周波数特性とが異なると、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることができないといった問題が発生するという知見を得ている。すなわち、上記の小型化を狙った差動マイクロホンユニットでは、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることができないといった問題が生じ、これを解消することが重要となる。
【０００８】
特許文献２のマイクロホンユニットに見られるような音響抵抗部材を第１の導音空間及び／又は第２の導音空間に配置し、これによって周波数特性を調整して上述の問題を解消することも考えられる。しかしながら、音響抵抗部材（例えばフェルト等が使用される）を用いる構成では、例えば、振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップを用いるような場合に、音響抵抗部材から発生するダストによって電気音響変換素子が故障しやすいといった問題が発生する。
【０００９】
なお、特許文献３に開示されるマイクロホンパッケージ（マイクロホンユニット）は、筐体の同一面に２つの開口を設ける構成となっているが、これは差動マイクロホンユニットではない。２つの開口のうち、一方は音響信号の受音特性を向上するために設けられたリーク孔である。このマイクロホンパッケージでは、振動板の一方の面に面する空間の周波数特性と、振動板の他方の面に面する空間の周波数特性とを一致させる必要がなく、上述したような問題は生じない。
【００１０】
以上の点に鑑みて、本発明の目的は、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることが可能であると共に、小型化が可能な高品質のマイクロホンユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明のマイクロホンユニットは、振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子と、前記電気音響変換素子を収容する筐体と、を備えるマイクロホンユニットであって、前記筐体には、その外面に形成される少なくとも１つの第１の開口を介して前記振動板の一方の面に外部から音波を導く第１の導音空間と、前記第１の導音空間とは異なる形状を有し、前記第１の開口と同一外面に形成される少なくとも１つの第２の開口を介して前記振動板の他方の面に外部から音波を導く第２の導音空間と、が設けられ、少なくとも１つある前記第１の開口のトータル面積と、少なくとも１つある前記第２の開口のトータル面積とが異なっていることを特徴としている。
【００１２】
本構成のマイクロホンユニットは、第１の導音空間によって振動板の一方の面に音圧を加え、第２の導音空間によって振動板の他方の面に音圧を加えることが可能であり、差動マイクロホンユニットとして機能する。また、第１の導音空間と外部とを連通する第１の開口と、第２の導音空間と外部とを連通する第２の開口とが筐体の同一外面に設けられるために、小型化・薄型化が可能である。
【００１３】
そして、形状の異なる２つの導音空間の各々に外部から音を入力するための第１の開口と第２の開口とを、トータル面積が異なるように設けているために、音波が第１の導音空間を伝播するときの周波数特性（共振周波数）と第２の導音空間を伝播するときの周波数特性（共振周波数）を近づけることが可能となっている。その結果、本構成によると、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を示すマイクロホンユニットを得ることが可能となっている。なお、本構成は、筐体の構造を工夫することによって音波が２つの導音空間伝播するときの周波数特性を近づけるものである。このため、音響抵抗部材を用いて音波が２つの導音空間を伝播するときの周波数特性を近づける場合に懸念される「ダスト発生による電気音響変換素子の故障」が起り難い。
【００１４】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記電気音響変換素子は前記第１の導音空間内に配置され、前記第１の開口のトータル面積が前記第２の開口のトータル面積よりも大きいこととしてよい。通常、電気音響変換素子を配置する側の導音空間の方が、電気音響変換素子が配置されない側の導音空間よりも体積が大きくなり、共振周波数が低くなる傾向がある。この点、本構成によれば、体積が大きくなる側の導音空間とつながる第１の開口のトータル面積を他方に対して大きくするものであり、音波が２つの導音空間を伝播するときの周波数特性を近づけることが可能である。
【００１５】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記第１の開口は１つであり、前記第２の開口は複数であることとしてもよいし、また、前記第１の開口及び前記第２の開口はいずれも１つであることとしてもよい。
【００１６】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記筐体は、前記電気音響変換素子を搭載する搭載部と、前記搭載部上に載置されて前記電気音響変換素子を覆うカバーと、からなって、前記搭載部には、その上に搭載される前記電気音響変換素子に覆われる第１の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と同一面に形成される第２の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と前記第２の搭載部開口とをつなぐ搭載部内空間と、が設けられ、前記カバーには、前記搭載部上に載置される前記電気音響変換素子を収容する収容空間と、一端が前記収容空間とつながるとともに他端が外部へとつながる少なくとも１つの第１の貫通孔と、前記収容空間につながることなく、一端が前記第２の搭載部開口とつながるとともに他端が外部につながる少なくとも１つの第２の貫通孔と、が設けられ、前記第１の開口は前記第１の貫通孔によって得られ、前記第２の開口は前記第２の貫通孔によって得られ、前記第１の導音空間が、前記第１の貫通孔と前記収容空間とを用いて形成されており、前記第２の導音空間が、前記第２の貫通孔と、前記第１の搭載部開口と、前記第２の搭載部開口と、前記搭載部内空間と、を用いて形成されていることとしてもよい。 本構成によれば、小型化や薄型化が可能な差動マイクロホンユニットの構造を簡易なものとでき、その製造が容易となる。
【００１７】
上記構成のマイクロホンユニットにおいて、前記第１の導音空間内に、前記電気音響変換素子から得られる電気信号を処理する電気回路部が配置されていることとしてもよい。例えば、電気回路部は筐体外に設けることも可能であるが、本構成の方がマイクロホンユニットの取り扱いが容易となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、広い周波数帯域で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得ることが可能であると共に、小型化が可能な高品質のマイクロホンユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示す図
【図２】第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を構成する３つの平板を示す概略平面図
【図３】第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図
【図４】第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるＭＥＭＳチップの構成を示す概略断面図
【図５】第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示すブロック図
【図６】第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を上から見た場合の概略平面図で、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣが搭載された状態を示す図
【図７】第１実施形態のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフ
【図８】第２実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図
【図９】先行開発のマイクロホンユニットの構成を示す図
【図１０】音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフ
【図１１】先行開発のマイクロホンユニットの指向特性を示す図
【図１２】先行開発のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明が適用されたマイクロホンユニットの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明の理解を容易とするために、本出願人が先に開発したマイクロホンユニット（以下、先行開発のマイクロホンユニットという）の構成と、その問題点について先に説明しておく。
【００２１】
（先行開発のマイクロホンユニット）
図９は、先行開発のマイクロホンユニットの構成を示す図で、図９（ａ）は外観構成を示す概略斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ位置における断面図である。図９に示すように、先行開発のマイクロホンユニット１００は、搭載部１０１とカバー１０２とによって形成される略直方体状の筐体内に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップ１０３及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０４が収容された構成となっている。
【００２２】
ＭＥＭＳチップ１０３は、振動板１０３ａを有し、この振動板１０３ａの振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子として機能する。また、ＡＳＩＣ１０４は、ＭＥＭＳチップ１０３から取り出される電気信号の増幅処理を行う。マイクロホンユニット１００の筐体を構成するカバー１０２の上面には、同一形状（略長方形状或いは略スタジアム形状と言える）且つ同面積の２つの開口１０２ａ、１０２ｂが形成されている。第１の開口１０２ａはマイクロホンユニット１００の長手方向の一端部寄りに、第２の開口１０２ｂはマイクロホンユニット１００の長手方向の他端部寄りに配置され、両者はマイクロホンユニット１００の中心に対して対称配置されている。
【００２３】
搭載部１０１及びカバー１０２で構成される筐体内には、第１の開口１０２ａを介してＭＥＭＳチップ１０３の振動板１０３ａの上面に外部から音波を導く第１の導音空間ＳＰ１と、第２の開口１０２ｂを介してＭＥＭＳチップ１０３の振動板１０３ａの下面に外部から音波を導く第２の導音空間ＳＰ２と、が形成されている。すなわち、マイクロホンユニット１００は差動マイクロホンユニットとして構成されている。
【００２４】
なお、ＭＥＭＳチップ１０３及びＡＳＩＣ１０４は、第１の導音空間ＳＰ１内に配置されている。第１の導音空間ＳＰ１にＭＥＭＳチップ１０３が配置されることによって、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２とは仕切られる。また、マイクロホンユニット１００においては、外部音が第１の開口１０２ａから振動板１０３ａの上面へと至る音の伝播時間と、外部音が第２の開口１０２ｂから振動板１０３ａの下面へと至る音の伝播時間とが等しくなるよう、外部音が第１の開口１０２ａから振動板１０３ａの上面へと至る音の伝播距離と、外部音が第２の開口１０２ｂから振動板１０３ａの下面へと至る音の伝播距離とはほぼ等しくなるように設けられている。
【００２５】
このように構成される先行開発のマイクロホンユニット１００の特性について説明する。説明に先立って、音波の性質について説明しておく。図１０は、音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、音波は、空気等の媒質中を進行するにつれて減衰し、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し、音圧Ｐと距離Ｒとの関係は、以下の式（１）のように表せる。なお、式（１）におけるｋは比例定数である。
Ｐ＝ｋ／Ｒ （１）
【００２６】
図１０及び式（１）から明らかなように、音圧は音源に近い位置では急激に減衰（グラフの左側）し、音源から離れるほどなだらかに減衰（グラフの右側）する。すなわち、音源からの距離がΔｄだけ異なる２つの位置（Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４）に伝達される音圧は、音源からの距離が小さいＲ１からＲ２においては大きく減衰する（Ｐ１−Ｐ２）が、音源からの距離が大きいＲ３からＲ４においてはあまり減衰しない（Ｐ３−Ｐ４）。
【００２７】
図１１は、先行開発のマイクロホンユニットの指向特性を示す図である。なお、図１１においては、マイクロホンユニット１００の姿勢は図９（ｂ）に示すのと同姿勢を想定している。音源とマイクロホンユニット１００との距離が一定であれば、音源が図１１における０°又は１８０°の方向にある時に、振動板１０３ａに加わる音圧が最大となる。これは、音源から発せられた音波が第１の開口１０２ａを経て振動板１０３ａの上面に至る距離と、音源から発せられた音波が第２の開口１０２ｂを経て振動板１０３ａの下面へと至る距離との差が最も大きくなるからである。また、音源が図１１における９０°又は２７０°の方向にある時に振動板１０３ａに加わる音圧が最小（ほぼ０）になる。これは、音源から発せられた音波が第１の開口１０２ａから振動板１０３ａの上面に至る距離と、音源から発せられた音波が第２の開口１０２ｂから振動板１０３ａの下面へと至る距離との差がほぼ０となるからである。
【００２８】
すなわち、図１１に示すように、マイクロホンユニット１００は、０°及び１８０°の方向から入射される音波に対して感度が高く、９０°及び２７０°の方向から入射される音波に対して感度が低い両指向性のマイクロホンユニットとして機能する。
【００２９】
ここで、マイクロホンユニット１００を接話マイクとして使用する場合を想定して、マイクロホンユニット１００の特性を説明する。
【００３０】
マイクロホンユニット１００の近傍で発せられる目的音の音圧は、第１の開口１０２ａと第２の開口１０２ｂとの間で大きく減衰する。このため、振動板１０３ａの上面に伝達される音圧と振動板１０３ａの下面に伝達される音圧との間には大きな差が生じる。一方、背景雑音は目的音に比べて音源が遠い位置にあり、第１の開口１０２ａと第２の開口１０２ｂとの間ではほとんど減衰しない。このため、振動板１０３ａの上面に伝達される音圧と、振動板１０３ａの下面に伝達される音圧との間の音圧差は非常に小さくなる。
【００３１】
振動板１０３ａにて受音される背景雑音の音圧差は非常に小さいために、背景雑音の音圧は振動板１０３ａにてほぼ打ち消される。これに対して、振動板１０３ａにて受音される上記目的音の音圧差は大きいために、上記目的音の音圧は振動板１０３ａで打ち消されない。このため、振動板１０３ａの振動によって得られた信号は、背景雑音が除去された上記目的音の信号であると見なせる。すなわち、マイクロホンユニット１００は接話マイクとして使用した場合に、優れた遠方ノイズ抑圧性能を発揮する。
【００３２】
しかしながら、本出願人は、先行開発のマイクロホンユニット１００は次のような問題を有するという知見を得ている。以下、この問題点について説明する。
【００３３】
図１２は、先行開発のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフである。図１２において、横軸（対数軸）は周波数、縦軸はマイクロホンの出力である。また、図１２において、実線で示すグラフ（ａ）は、マイクロホンユニット１００の第１の開口１０２ａのみから音波が入射するようにした場合（すなわち第１の導音空間ＳＰ１のみを用いた場合）における周波数特性を示している。また、図１２において、破線で示すグラフ（ｂ）は、マイクロホンユニット１００の第２の開口１０２ｂのみから音波が入射するようにした場合（すなわち第２の導音空間ＳＰ２のみを用いた場合）における周波数特性を示している。
【００３４】
なお、図１２のデータを得るにあたって、音源位置は、図１１の１８０°方向の一定位置としている。また、各周波数のデータを得るに際して、音源から発せられる音波の音圧は同一としている。
【００３５】
当然ながら、マイクロホンユニット１００は、その使用周波数範囲（例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の全ての周波数において、良好な遠方ノイズ抑圧性能を発揮することが求められる。遠方ノイズ抑圧性能は上述の両指向性と深く関係しており、使用周波数範囲において良好な遠方ノイズ抑圧性能を得るためには、マイクロホンユニット１００は、その使用周波数範囲の全ての周波数において、図１１に示すような両指向性を発揮することが求められる。
【００３６】
このことを言い換えると、図１１の１８０°方向に配置した音源からマイクロホンユニット１００に音波を入射する場合、その使用周波数範囲において、図１２のグラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とは、周波数が変化しても一定の出力差を維持することが求められる。なお、一定の出力差は、音源から第１の開口１０２ａまでの距離と、音源から第２の開口１０２ｂまでの距離とが異なるために発生する。
【００３７】
図１２に示す実験結果では、１００Ｈｚ〜７ｋＨｚ程度の周波数までは、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とが一定の出力差を維持している。しかし、７ｋＨｚを超えた辺りから、上述の出力差が一定ではなくなり、８ｋＨｚを越えたところでグラフ（ａ）とグラフ（ｂ）との間で出力値の大小の逆転も見られるようになっている。すなわち、先行開発のマイクロホンユニット１００では、音波が第１の導音空間ＳＰ１を伝播するときの周波数特性と第２の導音空間ＳＰ２を伝播するときの周波数特性のバランスが高周波数域において崩れるため、狙いの両指向性が得られず、良好な遠方ノイズ抑圧性能を得られないといった問題が生じる。
【００３８】
マイクロホンユニット１００は、それが搭載される機器（携帯電話機等の音声入力機能を備える機器）の小型化や薄型化を実現し易くする目的等のために、外部音を振動板１０３ａの上面に導くための第１の開口１０２ａと、外部音を振動板１０３ａの下面に導くための第２の開口１０２ｂと、を同一面（カバー１０２の上面）に設ける構成となっている。しかし、このような構成を採用するために、マイクロホンユニット１００において、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２とは異なる形状とせざるを得なくなっている。
【００３９】
また、筐体内に収容されるＭＥＭＳチップ１０３（ＡＳＩＣをＭＥＭＳチップと別体として筐体内に収容する場合はＡＳＩＣも）はいずれかの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２に収容する必要があり、２つの導音空間の体積を同一とするのは困難である。なお、マイクロホンユニット１００においては、ＭＥＭＳチップ１０３は第１の導音空間ＳＰ１に収容され、第１の導音空間ＳＰ１の方が第２の導音空間ＳＰ２よりも体積が大きくなっている。
【００４０】
以上のような、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２との形状のアンバラスが原因となって、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２は異なる周波数特性を有するようになっているものと考えられる。そして、このことが原因となって、上述した、高周波数側で良好な遠方ノイズ抑圧性能を得られないといった問題が生じているものと考えられる。
【００４１】
本発明は、先行開発のマイクロホンユニット１００の構造を改良することで、上述の第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２との周波数特性を合わせ（近づけ）、上記問題を解消することを狙ったものである。なお、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせる手法としては音響抵抗部材を用いる手法も考えられる。しかし、音響抵抗部材は通常フェルト等で構成されるために、ＭＥＭＳチップ１０３へのダストの入り込み等が懸念される。このため、このようなダストの問題が生じないように、本発明はマイクロホンユニット１００の構造改良によって、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせることとした。
【００４２】
（本発明の第１実施形態のマイクロホンユニット）
図１は、第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示す図で、図１（ａ）は外観構成を示す概略斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ位置における断面図である。図１に示すように、第１実施形態のマイクロホンユニット１は、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４とを搭載する搭載部１１と、搭載部１１上に載置されてＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を覆うカバー１２と、を備える。搭載部１１とカバー１２とはマイクロホンユニット１の筐体１０を構成し、筐体１０の形状は略直方体形状となっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、筐体１０の長手方向（図１（ｂ）の左右方向が該当）の長さは７ｍｍ、短手方向（図１（ｂ）の紙面と垂直な方向が該当）の長さは４ｍｍ、厚み方向（図１（ｂ）の上下方向が該当）の長さは１．５ｍｍとなっている。ただし、このサイズはあくまでも一例であり、当然ながら、本発明のマイクロホンユニットのサイズは、これに限定されない。また、以下においてもサイズに関する開示があるが、サイズはあくまでも一例であることを断っておく。
【００４４】
搭載部１１は、図１（ｂ）に示すように、第３平板１１３、第２平板１１２、第１平板１１１を、この順に下から上へと積み重ねてなる。各平板同士は、例えば接着剤や接着シート等を用いて接合される。図２は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を構成する３つの平板を示す概略平面図で、図２（ａ）は第１平板の上面図、図２（ｂ）は第２平板の上面図、図２（ｃ）は第３平板の上面図である。
【００４５】
図２に示すように、搭載部１１を構成する３つの平板１１１、１１２、１１３はいずれも平面視略長方形状に設けられ、平面視した場合の縦・横のサイズ、及び、厚みは略同一のサイズとなっている。なお、本実施形態では、各平板の長手方向（横方向）の長さは７ｍｍ、短手方向（縦方向）の長さは４ｍｍ、厚みは０．２ｍｍとなっている。搭載部１１を構成する平板１１１〜１１３の材料は特に限定されるものではないが、基板材料として用いられる公知の材料が好適に使用され、例えばＦＲ−４、セラミックス、ポリイミドフィルム等が用いられる。
【００４６】
第１平板１１１には、図２（ａ）に示すように、平面視略円形状の貫通孔１１１ａと、平面視略長方形状（略スタジアム形状）の貫通孔１１１ｂと、が設けられている。本実施形態では、平面視略円形状の貫通孔１１１ａの断面の直径は０．５ｍｍとされ、平面視略長方形状の貫通孔１１１ｂの断面は、その長手方向（図２（ａ）の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図２（ａ）の左右方向）の長さが０．５ｍｍとされている。平面視略長方形状の貫通孔１１１ｂは、第１平板１１１の長手方向の一端寄り（図２（ａ）では左端寄り）に設けられている。また、平面視略円形状の貫通孔１１１ａは、第１平板１１１の中心から長手方向の一方側（平面視略長方形状の貫通孔１１１ｂが設けられる側）に少しずれた位置に設けられている。
【００４７】
第２平板１１２には、図２（ｂ）に示すように、平面視略長方形状の貫通孔１１２ａ（その上面及び下面は同形状・同サイズである）が設けられている。平面視略長方形状の貫通孔１１２ａは、第２平板１１２が第１平板１１１と重ね合わされた状態で、第１平板１１１に設けられる貫通孔１１１ａ及び貫通孔１１１ｂが、その領域内に含まれるように設けられている。なお、図２（ｂ）においては、第１平板１１１と第２平板１１２との関係について理解が容易となるように、第１平板１１１に設けられる貫通孔１１１ａ及び貫通孔１１１ｂを破線で示している。
【００４８】
第３平板１１３は、図２（ｃ）に示すように、貫通孔が形成されていない平板となっている。このように構成される第１平板１１１、第２平板１１２、及び第３平板１１３を貼り合わせると、貫通孔１１１ａによって得られる第１の搭載部開口１５と、貫通孔１１１ｂによって得られる第２の搭載部開口１６と、第１の搭載部開口１５と第２の搭載部開口１６とをつなぐ搭載部内空間１７と、が形成された搭載部１１が得られる（図１（ｂ）参照）。
【００４９】
なお、搭載部１１には電極パッドや電気配線が形成されているが、これらについては後述する。また、本実施形態では搭載部１１を３つの平板を貼り合わせて得る構成としているが、この構成に限定されず、搭載部１１は１つの平板で構成しても構わないし、３つとは異なる複数の平板で構成しても構わない。また、搭載部１１の形状は板状に限定されない。板状でない搭載部１１を複数の部材で構成する場合には、搭載部１１を構成する部材の中に平板ではない部材が含まれて良い。更に、搭載部１１に形成される第１の搭載部開口１５、第２の搭載部開口１６、及び搭載部内空間１７の形状は本実施形態の構成に限定されず、適宜変更可能である。
【００５０】
図３は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図で、図３（ａ）はカバーを上から見た状態を示し、図３（ｂ）はカバーを下から見た状態を示す。カバー１２は、その外形が略直方体形状に設けられる（図１及び図３参照）。カバー１２の長手方向（図３において左右方向）及び短手方向（図３において上下方向）の長さは、それぞれ搭載部１１の長手方向及び短手方向の長さと同一である。詳細には、本実施形態では、長手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは４ｍｍとしている。また、カバー１２の厚みは０．９ｍｍとしている。
【００５１】
図３に示すように、カバー１２には、その長手方向の一端側（図３の右側）に平面視略長方形状（略スタジアム形状）の１つの貫通孔１２１（本発明の第１の貫通孔の実施形態）が設けられている。この貫通孔１２１の断面は、その長手方向（図３の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図３の左右方向）の長さが０．５ｍｍとされている。
【００５２】
また、カバー１２には、その長手方向の他端側（図３の左側）に平面視略円形状の２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂ（本発明の第２の貫通孔の実施形態）が設けられている。これらの貫通孔１２２ａ、１２２ｂの断面は、いずれも直径が０．５ｍｍとなっている。２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂは、それらの中心がカバー１２の短手方向（図３において上下方向）に平行な直線上に並ぶように配置されている。また、２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂは、カバー１２が搭載部１１に載置された状態において、その一方端（下端）が、搭載部１１に形成される第２の搭載部開口１６（図１（ｂ）参照）と重なる（つながる）ように、その位置が調整されている。
【００５３】
なお、カバー１２の一端側に設けられる貫通孔１２１と、カバー１２の他端側に設けられる貫通孔１２２ａ、１２２ｂとは、長手方向（カバー１２の長手方向）の間隔（貫通孔１２１の中心を通る短手方向に平行な線と、貫通孔１２２ａ及び貫通孔１２２ｂの各中心を通る短手方向に平行な線との間隔）が４ｍｍ以上６ｍｍ以下となるように形成するのが好ましい。後述のように、これらの貫通孔１２１、１２２ａ、１２２ｂは音波の入力部として使用される。上記間隔が広すぎると、振動板１３４（ＭＥＭＳチップ１３に備えられる）の上面と下面に到達する音波の位相差が大きくなってマイク特性が低下（ノイズ抑圧性能が低下）してしまうために、このような事態を抑制する趣旨である。また、上記間隔が狭すぎると、振動板１３４の上面と下面に加わる音圧の差が小さくなって振動板１３４の振幅が小さくなり、ＡＳＩＣ１４から出力される電気信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が悪くなるために、このような事態を抑制する趣旨である。
【００５４】
また、カバー１２には、下側から見た場合に平面視略長方形状の凹部１２３（本実施形態では、その深さは０．７ｍｍとされている）が形成されている。この凹部１２３は、カバー１２の長手方向の一端側（図３の右端側）に設けられる貫通孔１２１と重なるように設けられており、凹部１２３と貫通孔１２１とはつながった状態となっている。一方、凹部１２３は、カバー１２の長手方向の他端側（図３の左端側）に設けられる２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂとは重ならないように設けられている。すなわち、凹部１２３は２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂとはつながっていない。
【００５５】
カバー１２を構成する材料については、例えばＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer；液晶ポリマ）やＰＰＳ（polyphenylene sulfide；ポリフェニレンスルファイド）等の樹脂とすることができる。なお、樹脂に導電性を持たせるため、ステンレス等の金属フィラーやカーボンを、カバー１２を構成する樹脂に混入しても構わない。また、カバー１２を構成する材料は、ＦＲ−４等、セラミックス等の基板材料としても構わない。
【００５６】
搭載部１１に搭載されるＭＥＭＳチップ１３は、本発明における、振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子の実施形態である。シリコンチップからなるＭＥＭＳチップ１３は、半導体製造技術を用いて製造される小型のコンデンサ型マイクロホンチップである。
【００５７】
図４は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備えるＭＥＭＳチップの構成を示す概略断面図である。図４に示すように、ＭＥＭＳチップ１３は、その外形は略直方体形状であり、絶縁性のベース基板１３１と、固定電極１３２と、絶縁性の中間基板１３３と、振動板１３４と、を備える。
【００５８】
ベース基板１３１には、その中央部に平面視略円形状の貫通孔１３１ａが形成されている。板状の固定電極１３２はベース基板１３１の上に配置され、複数の小径（直径１０μｍ程度）の貫通孔１３２ａが形成されている。中間基板１３３は固定電極１３２の上に配置され、ベース基板１３１と同様に、その中央部に平面視略円形状の貫通孔１３３ａが形成されている。中間基板１３３の上に配置される振動板１３４は、音圧を受けて振動する（図４において上下方向に振動する。また、本実施形態では略円形部分が振動する）薄膜で、導電性を有して電極の一端を形成している。中間基板１３３の存在によって隙間Ｇｐをあけて互いに略平行な関係となるように対向配置される、固定電極１３２と振動板１３４とはコンデンサを形成している。
【００５９】
ＭＥＭＳチップ１３は、音波の到来により振動板１３４が振動すると、振動板１３４と固定電極１３２との間の電極間距離が変動するために静電容量が変化する。この結果、ＭＥＭＳチップ１３に入射した音波（音信号）を電気信号として取り出せる。ＭＥＭＳチップ１３においては、ベース基板１３１に形成される貫通孔１３１ａ、固定電極１３２に形成される複数の貫通孔１３２ａ、及び中間基板１３３に形成される貫通孔１３３ａの存在により、振動板１３４の下面側も外部（ＭＥＭＳチップ１３外部）の空間と連通している。
【００６０】
なお、ＭＥＭＳチップ１３の構成は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、適宜、その構成を変更しても構わない。例えば、本実施形態では振動板１３４の方が固定電極１３２よりも上となっているが、これとは逆の関係（振動板が下で、固定電極が上となる関係）となるように構成しても構わない。
【００６１】
ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３の静電容量の変化（振動板１３４の振動に由来する）に基づいて取り出される電気信号を増幅処理する集積回路である。なお、ＡＳＩＣ１４は本発明の電気回路部の実施形態である。図５に示すように、ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３にバイアス電圧を印加するチャージポンプ回路１４１を備える。チャージポンプ回路１４１は、電源電圧ＶＤＤ（例えば１．５〜３Ｖ程度）を昇圧（例えば６〜１０Ｖ程度）して、ＭＥＭＳチップ１３にバイアス電圧を印加する。また、ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３における静電容量の変化を検出するアンプ回路１４２を備える。アンプ回路１４２で増幅された電気信号はＡＳＩＣ１４から出力される。なお、図５は、第１実施形態のマイクロホンユニットの構成を示すブロック図である。
【００６２】
ここで、主に図６を参照して、マイクロホンユニット１における、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４の位置関係及び電気的な接続関係について説明しておく。なお、図６は、第１実施形態のマイクロホンユニットが備える搭載部を上から見た場合の概略平面図で、ＭＥＭＳチップ及びＡＳＩＣが搭載された状態を示す図である。
【００６３】
ＭＥＭＳチップ１３は、振動板１３４が搭載部１１の上面（搭載面）１１ａに対して略平行となる姿勢（図１（ｂ）参照）で搭載部１１に搭載される。そして、ＭＥＭＳチップ１３は、搭載部１１の上面１１ａに形成される第１の搭載部開口１５（図１（ｂ）参照）を覆うように、搭載部１１に搭載される。ＡＳＩＣ１４は、ＭＥＭＳチップ１３に隣り合うように配置される。
【００６４】
ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４は、搭載部１１にダイボンディング及びワイヤボンディングにより実装されている。詳細には、ＭＥＭＳチップ１３は図示しないダイボンド材（例えばエポキシ樹脂系やシリコーン樹脂系の接着剤等）によって、それらの底面と搭載部１１の上面１１ａとの間に隙間ができないように、搭載部１１の上面１１ａに接合されている。このように接合することにより、搭載部１１の上面１１ａとＭＥＭＳチップ１３の底面との間にできる隙間から音が漏れ込むという事態が発生しないようになっている。また、図６に示すように、ＭＥＭＳチップ１３はＡＳＩＣ１４に、ワイヤ２０（好ましくは金線）によって電気的に接続されている。
【００６５】
ＡＳＩＣ１４は、図示しないダイボンド材によって搭載部１１の上面１１ａと対向する底面が、搭載部１１の上面１１ａに接合されている。図６に示すように、ＡＳＩＣ１４は、ワイヤ２０によって搭載部１１の上面１１ａに形成される複数の電極端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれと電気的に接続されている。電極端子２１ａは電源電圧（ＶＤＤ）入力用の電源用端子で、電極端子２１ｂはＡＳＩＣ１４のアンプ回路１４２で増幅処理された電気信号を出力する出力端子で、電極端子２１ｃはグランド接続用のＧＮＤ端子である。
【００６６】
搭載部１１の下面（搭載面１１ａの裏面）１１ｂには、図１（ｂ）示すように外部接続用電極パッド２２が形成されている。外部接続用電極パッド２２には、電源用電極パッド２２ａ、出力用電極パッド２２ｂ、ＧＮＤ用電極パッド２２ｃ（図５参照）が含まれる。搭載部１１の上面１１ａに設けられる電源端子２１ａは搭載部１１に形成される図示しない配線（貫通配線含む）を介して電源用電極パッド２２ａに電気的に接続される。搭載部１１の上面１１ａに設けられる出力端子２１ｂは搭載部１１に形成される図示しない配線（貫通配線含む）を介して出力用電極パッド２２ｂに電気的に接続される。搭載部１１の上面１１ａに設けられるＧＮＤ端子２１ｃは搭載部１１に形成される図示しない配線（貫通配線含む）を介してＧＮＤ用電極パッド２０ｃに電気的に接続される。貫通配線については基板製造で一般的に使用されるスルーホールビアにより形成が可能である。
【００６７】
また、本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４がワイヤボンディング実装される構成としたが、ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４はフリップチップ実装しても勿論構わない。この場合、ＭＥＭＳチップ１３およびＡＳＩＣ１４の下面に電極を形成し、これに対応する電極パッドを搭載部１１の上面に配置し、これらの結線は搭載部１１上に形成された配線パターンにより行う。
【００６８】
ＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を搭載した搭載部１１の上に、凹部１２３がＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を収容するようにカバー１２を載置する。そして、搭載部１１とカバー１２とを気密封止するように接合（例えば接着剤や接着シートが使用される）すると、筐体１０内にＭＥＭＳチップ１３及びＡＳＩＣ１４を備えるマイクロホンユニット１が得られる。
【００６９】
マイクロホンユニット１の筐体１０内には、図１（ｂ）に示すように、カバー１２に設けられる貫通孔１２１及び収容空間（凹部）１２３を用いて形成され、第１の開口１８（貫通孔１２１によって得られる）を介して振動板１３４の上面に外部から音波を導く第１の導音空間ＳＰ１が形成されている。また、筐体１０内には、カバー１２に設けられる２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂと、搭載部１１に設けられる第１の搭載部開口１５、第２の搭載部開口１６及び搭載部内空間１７と、を用いて形成され、第２の開口１９（２つの貫通孔１２２ａ、１２２ｂによって得られる）を介して振動板１３４の下面に外部から音波を導く第２の導音空間ＳＰ２が形成されている。すなわち、マイクロホンユニット１は差動マイクロホンユニットとして構成されている。
【００７０】
なお、外部音が第１の開口１８から第１の導音空間ＳＰ１を経て振動板１３４へと至る音の伝播時間と、外部音が第２の開口１９から第２の導音空間ＳＰ２を経て振動板１３４へと至る音の伝播時間が等しくなるよう、外部音が第１の開口１８から第１の導音空間ＳＰ１を経て振動板１３４へと至る音の伝播距離と、外部音が第２の開口１９から第２の導音空間ＳＰ２を経て振動板１３４へと至る音の伝播距離とはほぼ等しくなるように設計するのが好ましく、本実施形態のマイクロホンユニット１は、そのように構成されている。
【００７１】
以上のように構成されるマイクロホンユニット１は、上述した先行開発のマイクロホンユニット１００と同様に優れた遠方ノイズ抑圧性能を示す。そして、先行開発のマイクロホンユニット１００では、高周波数帯域において遠方ノイズ抑圧性能が劣化するといった問題があったが、本実施形態のマイクロホンユニット１では、この問題が解消されている。以下、これについて説明する。
【００７２】
本実施形態のマイクロホンユニット１においては、第１の導音空間ＳＰ１と第２の導音空間ＳＰ２とは、その形状が異なるとともに体積が異なっている。この点は、先行開発のマイクロホンユニット１００と同様である。しかし、マイクロホンユニット１における、第１の導音空間ＳＰ１と外部とをつなぐ第１の開口１８と、第２の導音空間ＳＰ２と外部とをつなぐ第２の開口１９との関係は、先行開発のマイクロホンユニット１００の構成と異なっている。そして、この違いにより、マイクロホンユニット１は、高周波数帯域においても良好な遠方ノイズ抑圧性能を発揮するようになっている。
【００７３】
なお、本実施形態では、第１の導音空間ＳＰ１の体積は約５ｍｍ３であり、第２の導音空間ＳＰ２の体積は２ｍｍ３となっている。
【００７４】
上述のように、先行開発のマイクロホンユニット１００において高周波数側で良好な遠方ノイズ抑圧性能が得られないのは、音波が第１の導音空間ＳＰ１を伝播するときの周波数特性と第２の導音空間ＳＰ２を伝播するときの周波数特性とが異なることが原因になっているものと考えられた。すなわち、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせることにより、高周波数側においても良好な遠方ノイズ抑圧性能が得られるものと考えられた。
【００７５】
そこで、本出願の発明者らは、従来のマイクロホンユニット１００の構造改良によって、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２の共振周波数を近づけ、それにより、音波が第１の導音空間ＳＰ１を伝播するときの周波数特性と第２の導音空間ＳＰ２を伝播するときの周波数特性とを合わせることを考えた。なお、従来の構成の構造改良によって音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性を合わせることとしたのは、上述したダスト（音響抵抗部材から発生する）の影響でＭＥＭＳチップが故障するといった事態が発生し難いマイクロホンユニットを提供することを考慮するものである。
【００７６】
第１の導音空間ＳＰ１は、その形状から公知のヘルムホルツ共鳴器と同様に振舞うものと考えられる。このため、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数ｆｒは、以下の式（２）で与えられるものと考えられる。なお、式（２）において、Ｃｖは音速、Ｓは第１の開口１８の面積（貫通孔１２１の断面積）、Ｌｐはカバー１２に設けられる貫通孔１２１の厚み（孔の長さ）、ΔＬは開口端補正、Ｖは収容空間１２３の容積である。
【数１】
【００７７】
式（２）からわかるように、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数は、収容空間１２３の容積、第１の開口１８の面積、及び貫通孔１２１の厚みのうち、少なくともいずれか１つを変動させることによって変動することがわかる。一方、第２の導音空間ＳＰ２は、その形状がヘルムホルツ共鳴器とは全く異なると考えられるために、その共振周波数は単純に式（２）で表すことはできないものと考えられる。しかし、第２の導音空間ＳＰ２においても、同様のパラメータによって共振周波数を変動させられるものと考えられた。
【００７８】
上記式（２）と、マイクロホンユニットの小型化の要請や製造しやすさ等とを考慮しながら鋭意研究を行った結果、従来のマイクロホンユニット１００を改良するにあたって、次のような改良を行えば良いことがわかった。すなわち、外部音を振動板１３４の上面に導くために筐体１０に設けられる開口のトータル面積と、外部音を振動板１３４の下面に導くために筐体１０に設けられる開口のトータル面積と、を異ならせることによって、音波が２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２を伝播するときの周波数特性（共振周波数）を近づけられることがわかった。
【００７９】
本実施形態のマイクロホンユニット１では、振動板１３４を有するＭＥＭＳチップ１３が配置される側の第１の導音空間ＳＰ１は、第２の導音空間ＳＰ２よりも容積が大きくなって、共振周波数が第２の導音空間ＳＰ２より低くなる傾向がある。このような場合、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２の共振周波数を合わせようとすると、第２の導音空間ＳＰ２の共振周波数を小さくするように構成するか、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数が高くなるように構成するかが考えられる。マイクロホンユニット１においては、前者の構成を採用している。
【００８０】
具体的には、第１の開口１８のトータル面積は先行開発のマイクロホンユニット１００の構成と同様とし、第２の開口１９のトータル面積を先行開発のマイクロホンユニット１００の場合（すなわち、第１の開口１８のトータル面積）より小さくしている。トータル面積をどの程度小さくするかは、実験等によって決定される。
【００８１】
なお、マイクロホンユニット１においては、第１の開口１８は１つしかないために、第１の開口１８のトータル面積は第１の開口１８そのものの面積（貫通孔１２１の断面積に同じ）である。また、第２の開口１９は２つあるために、第２の開口１９のトータル面積は２つの第２の開口１９の面積（各貫通孔１２２ａ、１２２ｂの断面積に同じ）を合計した面積である。
【００８２】
第１の開口１８のトータル面積に比べて、第２の開口１９のトータル面積を小さくするにあたって、第２の開口１９を、第１の開口１８（略長方形状・スタジアム形状）と相似形（必ずしも相似形に限定される趣旨ではない）であって、第１の開口１８に比べて面積が小さい１つの開口としてもよい。この点、本実施形態では製造時の作業性等を考慮して、平面視略円形状（この形状も適宜変更してよい）の小さな開口（直径が第１の開口１８の短手方向の長さと同一）である２つの第２の開口１９を設けることで、第２の開口１９のトータル面積の狭小化を図っている。
【００８３】
なお、第２の開口１９の数は２つ以上としても構わないが、あまり多くすると製造時の作業性を悪くする等の問題が生じる場合があり、あまり多くしすぎないのが好ましい。
【００８４】
図７は、第１実施形態のマイクロホンユニットにおいて、第１の導音空間と第２の導音空間とのうち、いずれか一方のみを用いた場合の周波数特性を示すグラフである。図７は、上述した図１２と同様のグラフであり、周波数特性は図１２と同様の手法で得たものである。図７において、実線で示すグラフ（ａ）は、マイクロホンユニット１の第１の導音空間ＳＰ１のみを用いた場合における周波数特性を示し、破線で示すグラフ（ｂ）は、マイクロホンユニット１の第２の導音空間ＳＰ２のみを用いた場合における周波数特性を示している。
【００８５】
図７に示すように、本実施形態のマイクロホンユニット１では、高周波数帯域（７ｋＨｚ以上）において、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）の出力値が逆転することはなく、高周波数帯域において、ほぼ狙い通りの両指向性が得ることが可能である。すなわち、マイクロホンユニット１は高周波数帯域でも（広い周波数帯域で）良好な遠方ノイズ抑圧性能を示す。
【００８６】
（本発明の第２実施形態のマイクロホンユニット）
第２実施形態のマイクロホンユニットは、搭載部１１に搭載されてＭＥＭＳチップ１３を覆うカバーの構成を除いて、第１実施形態のマイクロホンユニット１と同一の構成となっている。以下、異なる点についてのみ説明する。なお、第１実施形態と共通する部分については同一の符号を付して説明する。
【００８７】
図８は、第２実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバーの構成を示す概略平面図で、図８（ａ）はカバーを上から見た状態を示し、図８（ｂ）はカバーを下から見た状態を示す。第２実施形態のマイクロホンユニットが備えるカバー５２は、その外形が略直方体形状に設けられ、長手方向（図８において左右方向）及び短手方向（図８において上下方向）の長さは、それぞれ搭載部１１の長手方向及び短手方向の長さと同一である。詳細には、本実施形態では、長手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは４ｍｍとしている。また、カバー５２の厚みは０．９ｍｍとしている。なお、カバー５２の材質は第１実施形態と同様にすればよい。
【００８８】
図８に示すように、カバー５２には、その長手方向の一端側（図８の右側）に平面視略長方形状（略スタジアム形状）の１つの貫通孔５２１（本発明の第１の貫通孔の実施形態）が設けられている。この貫通孔５２１の断面は、その長手方向（図８の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図８の左右方向）の長さが１．５ｍｍとされている。
【００８９】
また、カバー５２には、その長手方向の他端側（図８の左側）に平面視略長方形状（略スタジアム形状）の１つの貫通孔５２２（本発明の第２の貫通孔の実施形態）が設けられている。この貫通孔５２２の断面は、その長手方向（図８の上下方向）の長さが２ｍｍ、短手方向（図８の左右方向）の長さが０．５ｍｍとされている。また、貫通孔５２２は、カバー５２が搭載部１１に載置された状態において、その一方端（下端）が、搭載部１１に形成される第２の搭載部開口１６（図１（ｂ）参照）と重なる（つながる）ように、その位置が調整されている。
【００９０】
なお、カバー５２の一端側に設けられる貫通孔５２１と、カバー５２の他端側に設けられる貫通孔５２２とは、第１実施形態のマイクロホンユニット１の場合と同様の理由で、長手方向（カバー５２の長手方向）の間隔（２つの貫通孔５２１、５２２の中心間距離）が４ｍｍ以上６ｍｍ以下となるように形成するのが好ましい。
【００９１】
カバー５２には、下側から見た場合に平面視略矩形状の凹部５２３（本実施形態では、その深さは０．７ｍｍとされている）が形成されている。この凹部５２３は、カバー５２の長手方向の一端側（図８の右端側）に設けられる貫通孔５２１と重なるように設けられており、凹部５２３と貫通孔５２１とはつながった状態となっている。一方、凹部５２３は、カバー５２の長手方向の他端側（図８の左端側）に設けられる貫通孔５２２とは重ならないように設けられている。すなわち、凹部５２３は貫通孔５２２とはつながっていない。
【００９２】
カバー５２に設けられる貫通孔５２１によって、第２実施形態のマイクロホンユニットの第１の導音空間ＳＰ１と外部とをつなぐ第１の開口１８が得られる。また、カバー５２に設けられる貫通孔５２２によって、第２実施形態のマイクロホンユニットの第２の導音空間ＳＰ２と外部とをつなぐ第２の開口１９が得られる。第１の開口１８のトータル面積は、第２の開口１９のトータル面積に比べて大きくなっている。
【００９３】
なお、第２実施形態のマイクロホンユニットにおいては、第１の開口１８は１つしかないために、第１の開口１８のトータル面積は第１の開口１８そのものの面積（貫通孔５２１の断面積に同じ）である。また、第２の開口１９も１つしかないために、第２の開口１９のトータル面積は第２の開口１９そのものの面積（貫通孔５２２の断面積に同じ）である。
【００９４】
第２実施形態のマイクロホンユニットにおいても、振動板１３４を有するＭＥＭＳチップ１３が配置される側の第１の導音空間ＳＰ１は、第２の導音空間ＳＰ２よりも容積が大きくなって、共振周波数が第２の導音空間ＳＰ２より低くなる傾向がある。このような場合、２つの導音空間ＳＰ１、ＳＰ２の共振周波数を合わせようとすると、第２の導音空間ＳＰ２の共振周波数を小さくするように構成するか、第１の導音空間ＳＰ１の共振周波数が高くなるように構成するかが考えられる。第２実施形態では第１実施形態の場合とは逆に、後者の構成を採用している。
【００９５】
具体的には、第２の開口１９のトータル面積を先行開発のマイクロホンユニット１００の構成と同様とし、第１の開口１８のトータル面積は先行開発のマイクロホンユニット１００の場合（すなわち、第２の開口１９のトータル面積）より大きくしている。以上のように構成されることにより、第２実施形態のマイクロホンユニットは、高周波数帯域でも（広い周波数帯域で）良好な遠方ノイズ抑圧性能を示す。
【００９６】
（その他）
以上の実施形態で示したマイクロホンユニットは本発明の例示であり、本発明の適用範囲は、以上に示した実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の目的を逸脱しない範囲で、以上に示した実施形態について種々の変更を行っても構わない。
【００９７】
例えば、第１の開口１８と第２の開口１９の形状は、以上に示した実施形態の形状に限定されず、適宜変更可能である。なお、マイクロホンユニット１の筐体１０に設ける開口（筐体内に音波を導くもの）の面積をあまり小さくすると、第１の導音空間ＳＰ１や第２の導音空間ＳＰ２の共振周波数が低くなりすぎて好ましくない。マイクロホンユニットの出力は使用周波数範囲（例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）でフラットとなるのが好ましいが、共振周波数が低く成りすぎると前述のフラットが得られないからである。このような意味で、マイクロホンユニット１の筐体１０に設ける開口１８、１９の面積（トータル面積）はある程度の大きさを確保する必要がある。筐体に設ける開口（筐体内に音波を導くもの）をマイクロホンユニットの短手方向に長い長孔形状（略長方形状・略スタジアム形状）とすると、マイクロホンユニット１の長手方向のサイズを小さく保ちつつ大きな面積を確保できる。このような点を考慮して、第１実施形態及び第２実施形態のマイクロホンユニットにおいては、第１の開口１８や第２の開口１９に適宜、長孔形状（略長方形状・略スタジアム形状）を採用している。
【００９８】
また、第１の開口１８及び第２の開口１９の数は、以上に示した構成に限定されず、第１の開口１８のトータル面積が、第２の開口１９のトータル面積に比べて大きくなることを前提として、適宜変更しても構わない。
【００９９】
また、以上に示した実施形態では、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４とは別チップで構成したが、ＡＳＩＣ１４に搭載される集積回路はＭＥＭＳチップ１３を形成するシリコン基板上にモノリシックで形成するものであっても構わない。すなわち、ＭＥＭＳチップ１３とＡＳＩＣ１４とは一体的に形成しても構わない。また、以上に示した実施形態では、ＡＳＩＣ１４を筐体１０内に収容する構成としているが、ＡＳＩＣ１４は筐体１０外に設けるようにしても構わない。
【０１００】
また、以上に示した実施形態では、音圧を電気信号に変換する電気音響変換素子が、半導体製造技術を利用して形成されるＭＥＭＳチップ１３である構成としたが、この構成に限定される趣旨ではない。例えば、電気音響変換素子はエレクトレック膜を使用したコンデンサマイクロホン等であっても構わない。
【０１０１】
また、以上の実施形態では、マイクロホンユニットが備える電気音響変換素子（本実施形態のＭＥＭＳチップ１３が該当）の構成として、いわゆるコンデンサ型マイクロホンを採用した。しかし、本発明はコンデンサ型マイクロホン以外の構成を採用したマイクロホンユニットにも適用できる。例えば、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型等のマイクロホン等が採用されたマイクロホンユニットにも本発明は適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のマイクロホンユニットは、例えば携帯電話、トランシーバ等の音声通信機器や、入力された音声を解析する技術を採用した音声処理システム（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、音声入力方式のリモートコントローラ等）、或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好適である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ マイクロホンユニット
１０ 筐体
１１ 搭載部
１２、５２ カバー
１３ ＭＥＭＳチップ（電気音響変換素子）
１４ ＡＳＩＣ（電気回路部）
１５ 第１の搭載部開口
１６ 第２の搭載部開口
１７ 搭載部内空間
１８ 第１の開口
１９ 第２の開口
１２１、５２１ 貫通孔（第１の貫通孔）
１２２ａ、１２２ｂ、５２２ 貫通孔（第２の貫通孔）
１２３ 凹部・収容空間
１３４ 振動板
ＳＰ１ 第１の導音空間
ＳＰ２ 第２の導音空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子と、前記電気音響変換素子を収容する筐体と、を備えるマイクロホンユニットであって、
前記筐体には、その外面に形成される少なくとも１つの第１の開口を介して前記振動板の一方の面に外部から音波を導く第１の導音空間と、前記第１の導音空間とは異なる形状を有し、前記第１の開口と同一外面に形成される少なくとも１つの第２の開口を介して前記振動板の他方の面に外部から音波を導く第２の導音空間と、が設けられ、
少なくとも１つある前記第１の開口のトータル面積と、少なくとも１つある前記第２の開口のトータル面積とが異なっていることを特徴とするマイクロホンユニット。
【請求項２】
前記電気音響変換素子は前記第１の導音空間内に配置され、前記第１の開口のトータル面積が前記第２の開口のトータル面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロホンユニット。
【請求項３】
前記第１の開口は１つであり、前記第２の開口は複数であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホンユニット。
【請求項４】
前記第１の開口及び前記第２の開口はいずれも１つであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホンユニット。
【請求項５】
前記筐体は、前記電気音響変換素子を搭載する搭載部と、前記搭載部上に載置されて前記電気音響変換素子を覆うカバーと、からなって、
前記搭載部には、その上に搭載される前記電気音響変換素子に覆われる第１の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と同一面に形成される第２の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と前記第２の搭載部開口とをつなぐ搭載部内空間と、が設けられ、
前記カバーには、前記搭載部上に載置される前記電気音響変換素子を収容する収容空間と、一端が前記収容空間とつながるとともに他端が外部へとつながる少なくとも１つの第１の貫通孔と、前記収容空間につながることなく、一端が前記第２の搭載部開口とつながるとともに他端が外部につながる少なくとも１つの第２の貫通孔と、が設けられ、
前記第１の開口は前記第１の貫通孔によって得られ、前記第２の開口は前記第２の貫通孔によって得られ、
前記第１の導音空間が、前記第１の貫通孔と前記収容空間とを用いて形成されており、
前記第２の導音空間が、前記第２の貫通孔と、前記第１の搭載部開口と、前記第２の搭載部開口と、前記搭載部内空間と、を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロホンユニット。
【請求項６】
前記第１の導音空間内に、前記電気音響変換素子から得られる電気信号を処理する電気回路部が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロホンユニット。
【請求項１】
振動板の振動に基づいて音信号を電気信号に変換する電気音響変換素子と、前記電気音響変換素子を収容する筐体と、を備えるマイクロホンユニットであって、
前記筐体には、その外面に形成される少なくとも１つの第１の開口を介して前記振動板の一方の面に外部から音波を導く第１の導音空間と、前記第１の導音空間とは異なる形状を有し、前記第１の開口と同一外面に形成される少なくとも１つの第２の開口を介して前記振動板の他方の面に外部から音波を導く第２の導音空間と、が設けられ、
少なくとも１つある前記第１の開口のトータル面積と、少なくとも１つある前記第２の開口のトータル面積とが異なっていることを特徴とするマイクロホンユニット。
【請求項２】
前記電気音響変換素子は前記第１の導音空間内に配置され、前記第１の開口のトータル面積が前記第２の開口のトータル面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロホンユニット。
【請求項３】
前記第１の開口は１つであり、前記第２の開口は複数であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホンユニット。
【請求項４】
前記第１の開口及び前記第２の開口はいずれも１つであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホンユニット。
【請求項５】
前記筐体は、前記電気音響変換素子を搭載する搭載部と、前記搭載部上に載置されて前記電気音響変換素子を覆うカバーと、からなって、
前記搭載部には、その上に搭載される前記電気音響変換素子に覆われる第１の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と同一面に形成される第２の搭載部開口と、前記第１の搭載部開口と前記第２の搭載部開口とをつなぐ搭載部内空間と、が設けられ、
前記カバーには、前記搭載部上に載置される前記電気音響変換素子を収容する収容空間と、一端が前記収容空間とつながるとともに他端が外部へとつながる少なくとも１つの第１の貫通孔と、前記収容空間につながることなく、一端が前記第２の搭載部開口とつながるとともに他端が外部につながる少なくとも１つの第２の貫通孔と、が設けられ、
前記第１の開口は前記第１の貫通孔によって得られ、前記第２の開口は前記第２の貫通孔によって得られ、
前記第１の導音空間が、前記第１の貫通孔と前記収容空間とを用いて形成されており、
前記第２の導音空間が、前記第２の貫通孔と、前記第１の搭載部開口と、前記第２の搭載部開口と、前記搭載部内空間と、を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロホンユニット。
【請求項６】
前記第１の導音空間内に、前記電気音響変換素子から得られる電気信号を処理する電気回路部が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロホンユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−３４２５８（Ｐ２０１２−３４２５８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３２８９（Ｐ２０１０−１７３２８９）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
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