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
【課題】外形が小さく、かつ、精度の高い雑音除去機能を有する音声入力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。
【解決手段】第１のマイクロフォンを構成する第１の振動膜７１４−１と、第２のマイクロフォンを構成する第２の振動膜７１４−２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７２０と、を含む配線基板１２００’を有することを特徴とする集積回路装置である。
【解決手段】第１のマイクロフォンを構成する第１の振動膜７１４−１と、第２のマイクロフォンを構成する第２の振動膜７１４−２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７２０と、を含む配線基板１２００’を有することを特徴とする集積回路装置である。
【発明の詳細な説明】
【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いる。
【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。
【特許文献１】特開平７−３１２６３８号公報
【特許文献２】特開平９−３３１３７７号公報
【特許文献３】特開２００１−１８６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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、外形が小さく、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。
【課題を解決するための手段】
【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いし、配線基板上にフリップチップ実装等により実装されていてもよい。
【００１０】
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。
【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ができる。
【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く、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ができる。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く、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−電気変換するようなものであっても構わない。
【００１７】
（２）この集積回路装置は、
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）この集積回路装置は、
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く、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、ワイヤ・ボンディングに比べて実装面積を小さくできる。
【００２１】
（４）この集積回路装置は、
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）この集積回路装置は、
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る。
【００２３】
（６）この集積回路装置は、
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）この集積回路装置は、
前記振動膜を、ＳＮ比が約６０デシベル以上の振動子で構成してもよい。
例えばＳＮ比が６０デシベル以上の振動子で構成してもよいし、６０±αデシベル以上の振動子で構成してもよい。
【００２５】
（８）この集積回路装置は、
前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が、１０kHz以下の周波数帯域の音に対して第１の振動膜に入射する音声の音圧の強度に対する第１の振動膜と第２の振動膜に入射する音声の差分音圧の強度の比率である音声強度比の位相成分が０デシベル以下となる距離に設定されていてもよい。
【００２６】
（９）この集積回路装置は、
前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が、抽出対象周波数帯域の音に対して、前記振動膜を差動マイクとして使用した場合の音圧が全方位において単体マイクとして使用した場合の音圧を上回らない範囲の距離に設定されていてもよい。
【００２７】
抽出対象周波数は、本音声入力装置で抽出したい音の周波数である。例えば７kHz以下の周波数を抽出対象周波数として前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が設定されていてもよい。
【００２８】
（１０）この集積回路装置は、
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。
【００２９】
（１１）この集積回路装置は、
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。
【００３０】
（１２）この集積回路装置は、
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。
【００３１】
（１３）この集積回路装置は、
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。
【００３２】
（１４）この集積回路装置は、
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。
【００３３】
（１５）この集積回路装置は、
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。
【００３４】
（１６）この集積回路装置は、
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いることを特徴とする。
【００３５】
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ったまま、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ができる。
【００３６】
（１７）この集積回路装置は、
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。
【００３７】
（１８）この集積回路装置は、
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、受けとった第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。
【００３８】
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。
【００３９】
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のマイクロフォンと第２のマイクロフォンに対して等しい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もよい。
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。
【００４０】
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い。
【００４１】
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。
【００４２】
（１９）この集積回路装置は、
前記差分信号生成部は、
所定の端子にか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、
前記所定の端子にか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、
複数の抵抗が直列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か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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ができる。
【００４５】
（２０）本発明は、
上記のいずれかに記載の集積回路装置が実装されていることを特徴とする音声入力装置である。
【００４６】
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。
【００４７】
（２１）本発明は、
上記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いて、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、あるいは、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。
【００５０】
（２２）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いて、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、あるいは、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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１００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ウエハであってもよい。半導体基板１００は、シリコン基板であってもよい。
【００５６】
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１２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１０から出力される電圧信号を、第１の電圧信号と呼ぶ。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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く、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１４，２４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。
【００６０】
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。
【００６１】
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く、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。
【００６２】
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いし、ゲインを下げる場合でもよい）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。
【００６３】
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。
【００６４】
前記振動膜を、ＳＮ（Signal to Noise）比が約６０デシベル以上の振動子で構成してもよい。振動子を差動マイクとして機能させる場合には単体マイクとして機能させる場合に比べてＳＮ比が低下する。従ってＳＮ比に優れた振動子（例えばＳＮ比が６０デシベル以上のＭＥＭＳ振動子）を用いて前記振動膜を構成することで、感度のよい集積回路装置を実現することができる。
【００６５】
例えば、単体マイク２個を５ｍｍ程度離して配置し、これらの差分をとることで差動マイクを構成し、話者とマイク間の距離を約2.5cm程度（接話型の音声入力装置）の条件で使用する場合には、単体マイクの場合に比べて出力感度が１０デシベル程度低下する。すなわち、単体マイクに比べて差動マイクは少なくとも１０デシベルはＳＮ比が低下することになる。マイクの実用性を考えた場合、ＳＮ比は５０デシベル程度必要であるとされているため、差動マイクにおいてこの条件を満たすためには、単体の状態でＳＮ比が約６０デシベル以上確保できるような振動子を用いてマイクロフォンを構成する必要があり、これにより、前記感度の低下による影響を鑑みてもマイクとしての機能の必要レベルを満たした集積回路装置を実現することができる。
【００６６】
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Δｒが５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。
【００６７】
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ができる。なお、その原理については後述する。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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、
【００７１】
【数１】
と表すことができる。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（グラフの左側）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。
【００７２】
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。このことから、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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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ったことをもって、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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、第１及び第２の振動膜１２，２２（第１及び第２のマイクロフォン１０，２０）の中心間距離をΔｒとすれば、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、
【００７８】
【数２】
と表すことができる。
【００７９】
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ρ（Ｐ）は、
【００８０】
【数３】
と表される。
【００８１】
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、Δｒ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、
【００８２】
【数４】
と変形することができる。
【００８３】
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かる。
【００８４】
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、
【００８５】
【数５】
と表すことができる。なお、式中、αは位相差である。
【００８６】
このとき、音声強度比ρ（Ｓ）は、
【００８７】
【数６】
と表される。式（７）を考慮すると、音声強度比ρ（Ｓ）の大きさは、
【００８８】
【数７】
と表すことができる。
【００８９】
ところで、式（８）のうち、sinωｔ−sin(ωｔ−α）項は位相成分の強度比を示し、Δr／R sinωｔ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、sinωｔ−sin(ωｔ−α)と、Δr／R sinωｔとは、
【００９０】
【数８】
の関係を満たしていることが必要である。
【００９１】
ここで、
【００９２】
【数９】
と表すことができるため、上述の式（Ｂ）は、
【００９３】
【数１０】
と表すことができる。
【００９４】
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、
【００９５】
【数１１】
を満たす必要があることがわかる。
【００９６】
なお、上述したように、Δｒ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、
【００９７】
【数１２】
と近似することができる。
そのため、式（Ｃ）は、
【００９８】
【数１３】
と変形することができる。
また、位相差であるαとΔｒとの関係を、
【００９９】
【数１４】
と表せば、式（Ｄ）は、
【０１００】
【数１５】
と変形することができる。
【０１０１】
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（Ｅ）に示す関係を満たすことが必要である。
【０１０２】
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いて検討する。
【０１０３】
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，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、
【０１０４】
【数１６】
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ρ（Ｎ）は、
【０１０５】
【数１７】
と表すことができる。
【０１０６】
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´と扱うことができる。そのため、上記の式（１５）は、
【０１０７】
【数１８】
と変形することができる。
そして、雑音強度比の大きさは、
【０１０８】
【数１９】
と表すことができる。
ここで、上述の式（９）を考慮すると、式（１７）は、
【０１０９】
【数２０】
と変形することができる。
【０１１０】
そして、式（１１）を考慮すると、式（１８）は、
【０１１１】
【数２１】
と変形することができる。
【０１１２】
ここで、式（Ｄ）を参照すれば、雑音強度比の大きさは、
【０１１３】
【数２２】
と表すことができる。なお、Δｒ／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Δｒ／Ｒよりも小さくなることがわかる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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Δｒと雑音の波長λとの比率を示すΔｒ／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。
【０１１６】
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、
【０１１７】
【数２３】
と表すことができる。
【０１１８】
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／２π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。
【０１１９】
なお、位相差αは、式（１２）に示すように、距離Δｒと波長λとの比であるΔｒ／λの関数で表すことができ、図５の横軸は、Δｒ／λ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、Δｒ／λとの対応関係を示すデータであるといえる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、Δｒ／λ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Ｓ１０）。
【０１２２】
次に、用途に応じて、雑音の強度比を設定する（ステップＳ１２）。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、０ｄＢ以下に設定する。
【０１２３】
次に、当該データに基づいて、雑音の強度比に対応するΔｒ／λの値を導出する（ステップＳ１４）。
【０１２４】
そして、λに主要な雑音の波長を代入することによって、Δｒが満たすべき条件を導出する（ステップＳ１６）。
【０１２５】
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。
【０１２６】
はじめに、必要条件として、雑音の強度比が０ｄＢ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０ｄＢ以下とするためには、Δｒ／λの値を０．１６以下とすればよいことがわかる。すなわち、Δｒ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。
【０１２７】
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、Δｒ／λ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、Δｒ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、第１及び第２の振動膜１２，２２（第１及び第２のマイクロフォン１０，２０）の中心間距離Δｒ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。
【０１２８】
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Δｒ／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。
【０１２９】
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、Δｒ／λ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。
【０１３０】
また、本実施の形態では、式（１２）からもわかるように、第１及び第２の振動膜１２，２２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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、精度の高い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。
【０１３３】
特に、第１及び第２の振動膜の中心間距離Δｒを５．２ｍｍ以下に設定することで、位相歪が少なく、より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。
【０１３４】
また前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が、１０kHz以下の周波数帯域の音に対して、第１の振動膜に入射する音声の音圧の強度に対する第１の振動膜と第２の振動膜に入射する音声の差分音圧の強度の比率である音声強度比の位相成分が、０デシベル以下となる距離に設定してもよい。
【０１３５】
前記第１及び第２の振動膜を音源の音（例えば音声）の進行方向に沿って配置して、前記進行方向からの１０kHz以下の周波数帯域の音に対して、前記振動膜を差動マイクとして使用した場合の音圧の位相成分が単体マイクとして使用した場合の音圧を上回らない範囲の距離に前記第１及び第２の振動膜の中心間距離を設定してもよい。
【０１３６】
集積回路装置が奏する遅延歪除去効果について説明する。
【０１３７】
先に説明したように、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）は以下の式（８）で表される。
【０１３８】
【数２４】
ここで、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは、sinωt−sin（ωt−α）の項である。式（８）に、
【０１３９】
【数２５】
と
【０１４０】
【数２６】
を代入すると、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは、以下の式で表すことができる。
【０１４１】
【数２７】
したがって、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）p haseに基づく強度比のデシベル値は、以下の式で表すことができる。
【０１４２】
【数２８】
そして、式（２２）のαに各値を代入すれば、位相差αと、ユーザ音声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。
【０１４３】
図２６から図２８はマイク間距離とユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの関係について説明するための図である。図２６から図２８の横軸はΔｒ／λであり、縦軸はユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseである。ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseとは差動マイクと単体マイクの音圧比の位相成分（ユーザ音声の位相成分に基づく強度比）であり、差動マイクを構成するマイクを単体マイクとして使用した場合の音圧が差動音圧と同じになるところを０デシベルとしている。
【０１４４】
すなわち図２６から図２８のグラフは、Δｒ／λに対応した差動音圧の遷移を示しており、縦軸が０デシベル以上のエリアは、遅延歪（ノイズ）が大きいと考えることができる。
【０１４５】
現行の電話回線は３．４kHzの音声周波数帯域で設計されているが、より高品質な音声通信を実現しようとした場合、７kHz以上、好ましくは１０kHzの音声周波数帯域が必要とされる。以下、１０kHzの音声周波数帯域を想定した場合における、遅延による音声歪みの影響について考察する。
【０１４６】
図２６はマイク間距離（Δｒ）が５mmである場合の、１kHz、７kHz、１０kHzの周波数の音を差動マイクでとらえた場合のユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの分布を示している。
【０１４７】
マイク間距離が５mmの場合には、図２６に示すように１kHz、７kHz、１０kHzのいずれの周波数の音についても音ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは０デシベル以下である。
【０１４８】
また図２７はマイク間距離（Δｒ）が１０mmである場合の、１kHz、７kHz、１０kHzの周波数の音を差動マイクでとらえた場合のユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの分布を示している。
【０１４９】
マイク間距離が１０mmになると、図２７に示すように１kHz、７kHzの周波数の音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは０デシベル以下であるが、１０kHzの周波数の音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseが０デシベル以上となり遅延ひずみ（ノイズ）が大きくなっている。
【０１５０】
また図２８はマイク間距離（Δｒ）が２０mmである場合の、１kHz、７kHz、１０kHzの周波数の音を差動マイクでとらえた場合の音ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの分布を示している。
【０１５１】
マイク間距離が２０mmになると、図２８に示すように１kHzの周波数の音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは０デシベル以下であるが、７kHz、１０kHzの音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseが０デシベル以上となり遅延ひずみ（ノイズ）が大きくなっている。
【０１５２】
ここで、マイク間距離を短くするほど、話者音声の位相歪みを抑えられて忠実性は良くなるが、逆に差動マイクの出力レベルが低下して、ＳＮ比が低下してしまう。したがって、実用性を考えた場合、最適なマイク間距離範囲が存在する。
従ってマイク間距離を約５mm〜６mm程度（より具体的には５．２ｍｍ以下）にすることで、周波数が１０kHz帯域まで話者音声を忠実に抽出し、かつ実用レベルのＳＮ比を確保し、遠方雑音の抑制効果の高い音声入力装置を実現することができる。
【０１５３】
本実施の形態では第１及び第２の振動膜の中心間距離を約５mm〜６mm程度（より具体的には５．２mm以下）にすることで、１０kHz帯域まで話者音声を忠実に抽出し、かつ遠方雑音の抑制効果の高い集積回路装置を実現することができる。
【０１５４】
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。
【０１５５】
図２９（Ａ）（Ｂ）から図３７（Ａ）（Ｂ）は音源周波数とマイク間距離Δｒとマイク−音源間の距離毎の差動マイクの指向性について説明するための図である。
【０１５６】
図２９（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が１kHz、マイク間距離が５mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm（接話型の話者の口元からマイクまでの距離に相当）および１m（遠方雑音に相当）の場合の差動マイクの指向性を示す図である。
【０１５７】
１１１６は差動マイクの全方位に対する感度（差動音圧）を示すグラフであり、差動マイクの指向特性を示している。また１１１２は差動マイクを単体マイクとして使用した場合の全方位に対する感度（音圧）を示すグラフであり、単体マイクの均等特性を示している。
【０１５８】
１１１４はマイクを2つ用いて差動マイクを構成する場合の両マイクを結ぶ直線の方向又はマイクを１つで差動マイクを実現する場合にマイクの両面に音波を到達させるための第１の振動膜と第２の振動膜を結ぶ直線の方向（０度−１８０度、差動マイクを構成する２つのマイクＭ１、Ｍ２又は第１の振動膜と第２の振動膜はこの直線上に置かれている）を示している。この直線の方向を０度、１８０度とし、この直線の方向と直角な方向を９０度、２７０度とする。
【０１５９】
１１１２、１１２２に示すように単体マイクは全方位から均一に音を取っており指向性を有していない。また音源が遠くなるほど取得する音圧は減衰している。
【０１６０】
１１１６、１１２０に示すように差動マイクは９０度、２７０度方向で多少感度が落ちるが全方位にほぼ均一な指向性を有している。また単体マイクより取得する音圧が減衰しており、単体マイクと同様に音源が遠くなるほど取得する音圧は減衰している。
【０１６１】
図２９（Ｂ）に示すように音源の周波数帯域が１ｋHz、マイク間距離が５mmの場合には、差動マイクの指向性を示す差動音圧のグラフ１１２０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１１２２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６２】
図３０（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が１ｋHz、マイク間距離Δｒが１０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を説明する図である。かかる場合にも、図３０（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１１４０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１４２２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６３】
図３１（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が１ｋHz、マイク間距離Δｒが２０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３１（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１１６０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１４６２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６４】
図３２（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が７ｋHz、マイク間距離Δｒが５mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３２（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１１８０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１１８２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６５】
図３３（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が７ｋHz、マイク間距離Δｒが１０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合には、図３３（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２００の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２０２の示す領域に内包されておらず、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているとはいえない。
【０１６６】
図３４（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が７ｋHz、マイク間距離Δｒが２０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３４（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２２０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２２２の示す領域に内包されておらず、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているとはいえない。
【０１６７】
図３５（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が３００Hz、マイク間距離Δｒが５mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合には、図３５（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２４０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２４２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６８】
図３６（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が３００Hz、マイク間距離Δｒが１０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３６（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２６０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２６２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６９】
図３７（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が３００Hz、マイク間距離Δｒが２０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３７（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２８０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２８２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１７０】
マイク間距離が５mmである場合には、図２９（Ｂ）、図３２（Ｂ）、図３５（Ｂ）に示すように音の周波数が１ｋHz、７ｋHz、３００Hzのいずれの場合についても、差動マイクの指向性を示すグラフの示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフの示す領域に内包されている。すなわちマイク間距離が５mmである場合については音の周波数が７ｋHz以下の帯域では、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１７１】
ところがマイク間距離が１０mmである場合には、図３０（Ｂ）、図３３（Ｂ）、図３６（Ｂ）に示すように音の周波数が７ｋHzの場合には、差動マイクの指向性を示すグラフの示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフの示す領域に内包されていない。すなわちマイク間距離が１０mmである場合については音の周波数が７ｋHz付近（又は７ｋHz以上）では、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえない。
【０１７２】
またマイク間距離が２０mmである場合には、図３１（Ｂ）、図３４（Ｂ）、図３７（Ｂ）に示すように音の周波数が７ｋHzの場合には、差動マイクの指向性を示すグラフの示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフの示す領域に内包されていない。すなわちマイク間距離が２０mmである場合については音の周波数が７ｋHz付近（又は７ｋHz以上）では、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえない。
【０１７３】
差動マイクのマイク間距離を約５ｍｍ〜６mm程度（より具体的には５．２ｍｍ以下）にすることで、７ｋHz以下の音については指向性によらず全方位の遠方雑音の抑圧効果が単体マイクに比べ高くなる。従って第１及び第２の振動膜の中心間距離を約５ｍｍ〜６mm程度（より具体的には５．２ｍｍ以下）にすることで、７ｋHz以下の音については指向性によらず全方位の遠方雑音を抑圧することが可能な集積回路装置を実現することができる。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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、雑音除去精度が高く、かつ、外形が小さい集積回路装置を提供することができる。
【０１７６】
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ができる。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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
（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ー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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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く、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が形成されていてもよい。
【０１８１】
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としてもよい。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
音声入力装置２は、演算処理部５０を有していてもよい。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い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いし、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い。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
音声入力装置２は、以上の構成をなしていてもよい。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。
【０１９１】
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ができる。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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いてもよい。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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のマイクロ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いても良いし、配線基板上にフリップチップ実装等により実装されていてもよい。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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１２００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１２００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。
【０２０６】
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く、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、ワイヤ・ボンディングに比べて実装面積を小さくできる。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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いし、ガラスエポキシ等の他の回路基板等でもよい。
【０２０９】
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上にフリップチップ実装された構成でもよい。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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る。
【０２１５】
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７４０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の電圧信号を入力して、所定のゲインを与えられた第１の電圧信号Ｓ１と第２の電圧信号との差分信号を生成して出力する。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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７１２−２との振幅のバランスを調整してもよい。
【０２１９】
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Ｒ１、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−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御してもよい。
【０２２０】
図２３（Ａ）（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。
【０２２１】
例えば図２２の抵抗Ｒ１又Ｒ２を、図２３（Ａ）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−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。
【０２２２】
また例えば図３２の抵抗Ｒ１又Ｒ２を、図２３（Ｂ）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−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。
【０２２３】
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２３（Ａ）（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り込むことができ、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。
【０２２４】
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）を介さずに直列または並列に接続されている構成でもよく、この場合少なくとも１つの抵抗を切断してもよい。
【０２２５】
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、い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。
【０２２６】
また、抵抗体はマイクロフォン７１０が搭載される配線基板上に、抵抗体を吹き付ける等により、パターンニングして形成されたプリント抵抗を使用し、トリミングを行うものであって構わない。また、マイクロホンユニットの完成状態で実動作状態でのトリミングを行うためには、マイクロホンユニットの筐体表面に抵抗体を設けることがより好ましい。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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ができる。
【０２３０】
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く、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。
【図面の簡単な説明】
【０２３１】
【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２３】図２３（Ａ）（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。
【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。
【図２６】マイク間距離が５mmの場合のユーザー音声強度比の位相成分の分布の関係について説明するための図。
【図２７】マイク間距離が１０mmの場合のユーザー音声強度比の位相成分の分布について説明するための図。
【図２８】マイク間距離が２０mmの場合のユーザー音声強度比の位相成分の分布について説明するための図。
【図２９】マイク間距離５mm、音源周波数１kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３０】マイク間距離１０mm、音源周波数１kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３１】マイク間距離２０mm、音源周波数１kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３２】マイク間距離５mm、音源周波数７kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３３】マイク間距離１０mm、音源周波数７kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３４】マイク間距離２０mm、音源周波数７kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３５】マイク間距離５mm、音源周波数３００Hz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３６】マイク間距離１０mm、音源周波数３００Hz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３７】マイク間距離２０mm、音源周波数３００Hz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【符号の説明】
【０２３２】
１…集積回路装置、 ２…音声入力装置、 ３…集積回路装置、 ４、音声入力装置、
１０…第１のマイクロフォン、 １２…第１の振動膜、 １４…第１の電極、 １５…第１の振動膜、 １６…集積回路、 ２０…第２のマイクロフォン、 ２２…第２の振動膜、 ２４…第２の電極、 ２５…第２の振動膜、 ３０…差分信号生成回路、 ４０…筐体、 ４２…開口、 ５０…演算処理部、 ６０…通信処理部、 １００…半導体基板、 １０２…第１の凹部、 １０４…第２の凹部、 ２００…半導体基板、 ２０１…第１の面、 ２０２…第２の面、 ２１０…第１の凹部、 ２１２…開口、 ２２０…第２の凹部、 ３００…携帯電話、 ４００…マイク、 ５００…リモートコントローラ、 ６００…情報処理システム、 ６０２…音声入力装置、 ６０４…ホストコンピュータ、７１０−１ 第１のマイクロフォン、７１０−２ 第２のマイクロフォン、７１２−１ 第１の電圧信号、７１２−２ 第２の電圧信号、７１４−１ 第１の振動膜、７１４−２ 第２の振動膜、７２０ 差分信号生成回路、７６０ ゲイン部、７４０ 差分信号出力部、９１０ ゲイン制御部、１１００ 導音管、１２００ 半導体基板、１２００’ 配線基板
【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いる。
【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。
【特許文献１】特開平７−３１２６３８号公報
【特許文献２】特開平９−３３１３７７号公報
【特許文献３】特開２００１−１８６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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、外形が小さく、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。
【課題を解決するための手段】
【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いし、配線基板上にフリップチップ実装等により実装されていてもよい。
【００１０】
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。
【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ができる。
【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く、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ができる。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く、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−電気変換するようなものであっても構わない。
【００１７】
（２）この集積回路装置は、
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）この集積回路装置は、
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く、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、ワイヤ・ボンディングに比べて実装面積を小さくできる。
【００２１】
（４）この集積回路装置は、
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）この集積回路装置は、
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る。
【００２３】
（６）この集積回路装置は、
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）この集積回路装置は、
前記振動膜を、ＳＮ比が約６０デシベル以上の振動子で構成してもよい。
例えばＳＮ比が６０デシベル以上の振動子で構成してもよいし、６０±αデシベル以上の振動子で構成してもよい。
【００２５】
（８）この集積回路装置は、
前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が、１０kHz以下の周波数帯域の音に対して第１の振動膜に入射する音声の音圧の強度に対する第１の振動膜と第２の振動膜に入射する音声の差分音圧の強度の比率である音声強度比の位相成分が０デシベル以下となる距離に設定されていてもよい。
【００２６】
（９）この集積回路装置は、
前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が、抽出対象周波数帯域の音に対して、前記振動膜を差動マイクとして使用した場合の音圧が全方位において単体マイクとして使用した場合の音圧を上回らない範囲の距離に設定されていてもよい。
【００２７】
抽出対象周波数は、本音声入力装置で抽出したい音の周波数である。例えば７kHz以下の周波数を抽出対象周波数として前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が設定されていてもよい。
【００２８】
（１０）この集積回路装置は、
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。
【００２９】
（１１）この集積回路装置は、
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。
【００３０】
（１２）この集積回路装置は、
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。
【００３１】
（１３）この集積回路装置は、
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。
【００３２】
（１４）この集積回路装置は、
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。
【００３３】
（１５）この集積回路装置は、
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。
【００３４】
（１６）この集積回路装置は、
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いることを特徴とする。
【００３５】
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ったまま、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ができる。
【００３６】
（１７）この集積回路装置は、
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。
【００３７】
（１８）この集積回路装置は、
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、受けとった第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。
【００３８】
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。
【００３９】
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のマイクロフォンと第２のマイクロフォンに対して等しい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もよい。
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。
【００４０】
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い。
【００４１】
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。
【００４２】
（１９）この集積回路装置は、
前記差分信号生成部は、
所定の端子にか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、
前記所定の端子にか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、
複数の抵抗が直列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か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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ができる。
【００４５】
（２０）本発明は、
上記のいずれかに記載の集積回路装置が実装されていることを特徴とする音声入力装置である。
【００４６】
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。
【００４７】
（２１）本発明は、
上記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いて、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、あるいは、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。
【００５０】
（２２）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いて、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、あるいは、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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１００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ウエハであってもよい。半導体基板１００は、シリコン基板であってもよい。
【００５６】
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１２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１０から出力される電圧信号を、第１の電圧信号と呼ぶ。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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く、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１４，２４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。
【００６０】
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。
【００６１】
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く、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。
【００６２】
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いし、ゲインを下げる場合でもよい）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。
【００６３】
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。
【００６４】
前記振動膜を、ＳＮ（Signal to Noise）比が約６０デシベル以上の振動子で構成してもよい。振動子を差動マイクとして機能させる場合には単体マイクとして機能させる場合に比べてＳＮ比が低下する。従ってＳＮ比に優れた振動子（例えばＳＮ比が６０デシベル以上のＭＥＭＳ振動子）を用いて前記振動膜を構成することで、感度のよい集積回路装置を実現することができる。
【００６５】
例えば、単体マイク２個を５ｍｍ程度離して配置し、これらの差分をとることで差動マイクを構成し、話者とマイク間の距離を約2.5cm程度（接話型の音声入力装置）の条件で使用する場合には、単体マイクの場合に比べて出力感度が１０デシベル程度低下する。すなわち、単体マイクに比べて差動マイクは少なくとも１０デシベルはＳＮ比が低下することになる。マイクの実用性を考えた場合、ＳＮ比は５０デシベル程度必要であるとされているため、差動マイクにおいてこの条件を満たすためには、単体の状態でＳＮ比が約６０デシベル以上確保できるような振動子を用いてマイクロフォンを構成する必要があり、これにより、前記感度の低下による影響を鑑みてもマイクとしての機能の必要レベルを満たした集積回路装置を実現することができる。
【００６６】
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Δｒが５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。
【００６７】
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ができる。なお、その原理については後述する。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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、
【００７１】
【数１】
と表すことができる。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（グラフの左側）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。
【００７２】
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。このことから、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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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ったことをもって、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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、第１及び第２の振動膜１２，２２（第１及び第２のマイクロフォン１０，２０）の中心間距離をΔｒとすれば、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、
【００７８】
【数２】
と表すことができる。
【００７９】
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ρ（Ｐ）は、
【００８０】
【数３】
と表される。
【００８１】
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、Δｒ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、
【００８２】
【数４】
と変形することができる。
【００８３】
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かる。
【００８４】
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、
【００８５】
【数５】
と表すことができる。なお、式中、αは位相差である。
【００８６】
このとき、音声強度比ρ（Ｓ）は、
【００８７】
【数６】
と表される。式（７）を考慮すると、音声強度比ρ（Ｓ）の大きさは、
【００８８】
【数７】
と表すことができる。
【００８９】
ところで、式（８）のうち、sinωｔ−sin(ωｔ−α）項は位相成分の強度比を示し、Δr／R sinωｔ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、sinωｔ−sin(ωｔ−α)と、Δr／R sinωｔとは、
【００９０】
【数８】
の関係を満たしていることが必要である。
【００９１】
ここで、
【００９２】
【数９】
と表すことができるため、上述の式（Ｂ）は、
【００９３】
【数１０】
と表すことができる。
【００９４】
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、
【００９５】
【数１１】
を満たす必要があることがわかる。
【００９６】
なお、上述したように、Δｒ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、
【００９７】
【数１２】
と近似することができる。
そのため、式（Ｃ）は、
【００９８】
【数１３】
と変形することができる。
また、位相差であるαとΔｒとの関係を、
【００９９】
【数１４】
と表せば、式（Ｄ）は、
【０１００】
【数１５】
と変形することができる。
【０１０１】
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（Ｅ）に示す関係を満たすことが必要である。
【０１０２】
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いて検討する。
【０１０３】
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，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、
【０１０４】
【数１６】
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ρ（Ｎ）は、
【０１０５】
【数１７】
と表すことができる。
【０１０６】
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´と扱うことができる。そのため、上記の式（１５）は、
【０１０７】
【数１８】
と変形することができる。
そして、雑音強度比の大きさは、
【０１０８】
【数１９】
と表すことができる。
ここで、上述の式（９）を考慮すると、式（１７）は、
【０１０９】
【数２０】
と変形することができる。
【０１１０】
そして、式（１１）を考慮すると、式（１８）は、
【０１１１】
【数２１】
と変形することができる。
【０１１２】
ここで、式（Ｄ）を参照すれば、雑音強度比の大きさは、
【０１１３】
【数２２】
と表すことができる。なお、Δｒ／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Δｒ／Ｒよりも小さくなることがわかる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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Δｒと雑音の波長λとの比率を示すΔｒ／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。
【０１１６】
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、
【０１１７】
【数２３】
と表すことができる。
【０１１８】
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／２π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。
【０１１９】
なお、位相差αは、式（１２）に示すように、距離Δｒと波長λとの比であるΔｒ／λの関数で表すことができ、図５の横軸は、Δｒ／λ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、Δｒ／λとの対応関係を示すデータであるといえる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、Δｒ／λ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Ｓ１０）。
【０１２２】
次に、用途に応じて、雑音の強度比を設定する（ステップＳ１２）。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、０ｄＢ以下に設定する。
【０１２３】
次に、当該データに基づいて、雑音の強度比に対応するΔｒ／λの値を導出する（ステップＳ１４）。
【０１２４】
そして、λに主要な雑音の波長を代入することによって、Δｒが満たすべき条件を導出する（ステップＳ１６）。
【０１２５】
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。
【０１２６】
はじめに、必要条件として、雑音の強度比が０ｄＢ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０ｄＢ以下とするためには、Δｒ／λの値を０．１６以下とすればよいことがわかる。すなわち、Δｒ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。
【０１２７】
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、Δｒ／λ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、Δｒ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、第１及び第２の振動膜１２，２２（第１及び第２のマイクロフォン１０，２０）の中心間距離Δｒ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。
【０１２８】
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Δｒ／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。
【０１２９】
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、Δｒ／λ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。
【０１３０】
また、本実施の形態では、式（１２）からもわかるように、第１及び第２の振動膜１２，２２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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、精度の高い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。
【０１３３】
特に、第１及び第２の振動膜の中心間距離Δｒを５．２ｍｍ以下に設定することで、位相歪が少なく、より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。
【０１３４】
また前記第１及び第２の振動膜の中心間距離が、１０kHz以下の周波数帯域の音に対して、第１の振動膜に入射する音声の音圧の強度に対する第１の振動膜と第２の振動膜に入射する音声の差分音圧の強度の比率である音声強度比の位相成分が、０デシベル以下となる距離に設定してもよい。
【０１３５】
前記第１及び第２の振動膜を音源の音（例えば音声）の進行方向に沿って配置して、前記進行方向からの１０kHz以下の周波数帯域の音に対して、前記振動膜を差動マイクとして使用した場合の音圧の位相成分が単体マイクとして使用した場合の音圧を上回らない範囲の距離に前記第１及び第２の振動膜の中心間距離を設定してもよい。
【０１３６】
集積回路装置が奏する遅延歪除去効果について説明する。
【０１３７】
先に説明したように、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）は以下の式（８）で表される。
【０１３８】
【数２４】
ここで、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは、sinωt−sin（ωt−α）の項である。式（８）に、
【０１３９】
【数２５】
と
【０１４０】
【数２６】
を代入すると、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは、以下の式で表すことができる。
【０１４１】
【数２７】
したがって、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）p haseに基づく強度比のデシベル値は、以下の式で表すことができる。
【０１４２】
【数２８】
そして、式（２２）のαに各値を代入すれば、位相差αと、ユーザ音声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。
【０１４３】
図２６から図２８はマイク間距離とユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの関係について説明するための図である。図２６から図２８の横軸はΔｒ／λであり、縦軸はユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseである。ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseとは差動マイクと単体マイクの音圧比の位相成分（ユーザ音声の位相成分に基づく強度比）であり、差動マイクを構成するマイクを単体マイクとして使用した場合の音圧が差動音圧と同じになるところを０デシベルとしている。
【０１４４】
すなわち図２６から図２８のグラフは、Δｒ／λに対応した差動音圧の遷移を示しており、縦軸が０デシベル以上のエリアは、遅延歪（ノイズ）が大きいと考えることができる。
【０１４５】
現行の電話回線は３．４kHzの音声周波数帯域で設計されているが、より高品質な音声通信を実現しようとした場合、７kHz以上、好ましくは１０kHzの音声周波数帯域が必要とされる。以下、１０kHzの音声周波数帯域を想定した場合における、遅延による音声歪みの影響について考察する。
【０１４６】
図２６はマイク間距離（Δｒ）が５mmである場合の、１kHz、７kHz、１０kHzの周波数の音を差動マイクでとらえた場合のユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの分布を示している。
【０１４７】
マイク間距離が５mmの場合には、図２６に示すように１kHz、７kHz、１０kHzのいずれの周波数の音についても音ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは０デシベル以下である。
【０１４８】
また図２７はマイク間距離（Δｒ）が１０mmである場合の、１kHz、７kHz、１０kHzの周波数の音を差動マイクでとらえた場合のユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの分布を示している。
【０１４９】
マイク間距離が１０mmになると、図２７に示すように１kHz、７kHzの周波数の音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは０デシベル以下であるが、１０kHzの周波数の音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseが０デシベル以上となり遅延ひずみ（ノイズ）が大きくなっている。
【０１５０】
また図２８はマイク間距離（Δｒ）が２０mmである場合の、１kHz、７kHz、１０kHzの周波数の音を差動マイクでとらえた場合の音ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseの分布を示している。
【０１５１】
マイク間距離が２０mmになると、図２８に示すように１kHzの周波数の音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseは０デシベル以下であるが、７kHz、１０kHzの音についてはユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の位相成分ρ（Ｓ）phaseが０デシベル以上となり遅延ひずみ（ノイズ）が大きくなっている。
【０１５２】
ここで、マイク間距離を短くするほど、話者音声の位相歪みを抑えられて忠実性は良くなるが、逆に差動マイクの出力レベルが低下して、ＳＮ比が低下してしまう。したがって、実用性を考えた場合、最適なマイク間距離範囲が存在する。
従ってマイク間距離を約５mm〜６mm程度（より具体的には５．２ｍｍ以下）にすることで、周波数が１０kHz帯域まで話者音声を忠実に抽出し、かつ実用レベルのＳＮ比を確保し、遠方雑音の抑制効果の高い音声入力装置を実現することができる。
【０１５３】
本実施の形態では第１及び第２の振動膜の中心間距離を約５mm〜６mm程度（より具体的には５．２mm以下）にすることで、１０kHz帯域まで話者音声を忠実に抽出し、かつ遠方雑音の抑制効果の高い集積回路装置を実現することができる。
【０１５４】
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。
【０１５５】
図２９（Ａ）（Ｂ）から図３７（Ａ）（Ｂ）は音源周波数とマイク間距離Δｒとマイク−音源間の距離毎の差動マイクの指向性について説明するための図である。
【０１５６】
図２９（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が１kHz、マイク間距離が５mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm（接話型の話者の口元からマイクまでの距離に相当）および１m（遠方雑音に相当）の場合の差動マイクの指向性を示す図である。
【０１５７】
１１１６は差動マイクの全方位に対する感度（差動音圧）を示すグラフであり、差動マイクの指向特性を示している。また１１１２は差動マイクを単体マイクとして使用した場合の全方位に対する感度（音圧）を示すグラフであり、単体マイクの均等特性を示している。
【０１５８】
１１１４はマイクを2つ用いて差動マイクを構成する場合の両マイクを結ぶ直線の方向又はマイクを１つで差動マイクを実現する場合にマイクの両面に音波を到達させるための第１の振動膜と第２の振動膜を結ぶ直線の方向（０度−１８０度、差動マイクを構成する２つのマイクＭ１、Ｍ２又は第１の振動膜と第２の振動膜はこの直線上に置かれている）を示している。この直線の方向を０度、１８０度とし、この直線の方向と直角な方向を９０度、２７０度とする。
【０１５９】
１１１２、１１２２に示すように単体マイクは全方位から均一に音を取っており指向性を有していない。また音源が遠くなるほど取得する音圧は減衰している。
【０１６０】
１１１６、１１２０に示すように差動マイクは９０度、２７０度方向で多少感度が落ちるが全方位にほぼ均一な指向性を有している。また単体マイクより取得する音圧が減衰しており、単体マイクと同様に音源が遠くなるほど取得する音圧は減衰している。
【０１６１】
図２９（Ｂ）に示すように音源の周波数帯域が１ｋHz、マイク間距離が５mmの場合には、差動マイクの指向性を示す差動音圧のグラフ１１２０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１１２２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６２】
図３０（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が１ｋHz、マイク間距離Δｒが１０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を説明する図である。かかる場合にも、図３０（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１１４０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１４２２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６３】
図３１（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が１ｋHz、マイク間距離Δｒが２０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３１（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１１６０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１４６２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６４】
図３２（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が７ｋHz、マイク間距離Δｒが５mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３２（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１１８０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１１８２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６５】
図３３（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が７ｋHz、マイク間距離Δｒが１０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合には、図３３（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２００の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２０２の示す領域に内包されておらず、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているとはいえない。
【０１６６】
図３４（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が７ｋHz、マイク間距離Δｒが２０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３４（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２２０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２２２の示す領域に内包されておらず、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているとはいえない。
【０１６７】
図３５（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が３００Hz、マイク間距離Δｒが５mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合には、図３５（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２４０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２４２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６８】
図３６（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が３００Hz、マイク間距離Δｒが１０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３６（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２６０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２６２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１６９】
図３７（Ａ）（Ｂ）は音源の周波数が３００Hz、マイク間距離Δｒが２０mm、マイク−音源間距離がそれぞれ2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性を示す図である。かかる場合にも、図３７（Ｂ）に示すように、差動マイクの指向性を示すグラフ１２８０の示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフ１２８２の示す領域に内包されており、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１７０】
マイク間距離が５mmである場合には、図２９（Ｂ）、図３２（Ｂ）、図３５（Ｂ）に示すように音の周波数が１ｋHz、７ｋHz、３００Hzのいずれの場合についても、差動マイクの指向性を示すグラフの示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフの示す領域に内包されている。すなわちマイク間距離が５mmである場合については音の周波数が７ｋHz以下の帯域では、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえる。
【０１７１】
ところがマイク間距離が１０mmである場合には、図３０（Ｂ）、図３３（Ｂ）、図３６（Ｂ）に示すように音の周波数が７ｋHzの場合には、差動マイクの指向性を示すグラフの示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフの示す領域に内包されていない。すなわちマイク間距離が１０mmである場合については音の周波数が７ｋHz付近（又は７ｋHz以上）では、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえない。
【０１７２】
またマイク間距離が２０mmである場合には、図３１（Ｂ）、図３４（Ｂ）、図３７（Ｂ）に示すように音の周波数が７ｋHzの場合には、差動マイクの指向性を示すグラフの示す領域は単体マイクの均等特性を示すグラフの示す領域に内包されていない。すなわちマイク間距離が２０mmである場合については音の周波数が７ｋHz付近（又は７ｋHz以上）では、差動マイクは単体マイクに比べ遠方雑音の抑制効果に優れているといえない。
【０１７３】
差動マイクのマイク間距離を約５ｍｍ〜６mm程度（より具体的には５．２ｍｍ以下）にすることで、７ｋHz以下の音については指向性によらず全方位の遠方雑音の抑圧効果が単体マイクに比べ高くなる。従って第１及び第２の振動膜の中心間距離を約５ｍｍ〜６mm程度（より具体的には５．２ｍｍ以下）にすることで、７ｋHz以下の音については指向性によらず全方位の遠方雑音を抑圧することが可能な集積回路装置を実現することができる。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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、雑音除去精度が高く、かつ、外形が小さい集積回路装置を提供することができる。
【０１７６】
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ができる。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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
（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ー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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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く、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が形成されていてもよい。
【０１８１】
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としてもよい。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
音声入力装置２は、演算処理部５０を有していてもよい。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い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いし、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い。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
音声入力装置２は、以上の構成をなしていてもよい。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。
【０１９１】
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ができる。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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いてもよい。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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のマイクロ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いても良いし、配線基板上にフリップチップ実装等により実装されていてもよい。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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１２００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１２００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。
【０２０６】
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く、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、ワイヤ・ボンディングに比べて実装面積を小さくできる。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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いし、ガラスエポキシ等の他の回路基板等でもよい。
【０２０９】
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上にフリップチップ実装された構成でもよい。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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る。
【０２１５】
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７４０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の電圧信号を入力して、所定のゲインを与えられた第１の電圧信号Ｓ１と第２の電圧信号との差分信号を生成して出力する。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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７１２−２との振幅のバランスを調整してもよい。
【０２１９】
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Ｒ１、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−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御してもよい。
【０２２０】
図２３（Ａ）（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。
【０２２１】
例えば図２２の抵抗Ｒ１又Ｒ２を、図２３（Ａ）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−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。
【０２２２】
また例えば図３２の抵抗Ｒ１又Ｒ２を、図２３（Ｂ）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−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。
【０２２３】
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２３（Ａ）（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り込むことができ、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。
【０２２４】
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）を介さずに直列または並列に接続されている構成でもよく、この場合少なくとも１つの抵抗を切断してもよい。
【０２２５】
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、い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。
【０２２６】
また、抵抗体はマイクロフォン７１０が搭載される配線基板上に、抵抗体を吹き付ける等により、パターンニングして形成されたプリント抵抗を使用し、トリミングを行うものであって構わない。また、マイクロホンユニットの完成状態で実動作状態でのトリミングを行うためには、マイクロホンユニットの筐体表面に抵抗体を設けることがより好ましい。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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ができる。
【０２３０】
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く、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。
【図面の簡単な説明】
【０２３１】
【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２３】図２３（Ａ）（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。
【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。
【図２６】マイク間距離が５mmの場合のユーザー音声強度比の位相成分の分布の関係について説明するための図。
【図２７】マイク間距離が１０mmの場合のユーザー音声強度比の位相成分の分布について説明するための図。
【図２８】マイク間距離が２０mmの場合のユーザー音声強度比の位相成分の分布について説明するための図。
【図２９】マイク間距離５mm、音源周波数１kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３０】マイク間距離１０mm、音源周波数１kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３１】マイク間距離２０mm、音源周波数１kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３２】マイク間距離５mm、音源周波数７kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３３】マイク間距離１０mm、音源周波数７kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３４】マイク間距離２０mm、音源周波数７kHz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３５】マイク間距離５mm、音源周波数３００Hz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３６】マイク間距離１０mm、音源周波数３００Hz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【図３７】マイク間距離２０mm、音源周波数３００Hz、マイク−音源間の距離2.5cm及び１mの場合の差動マイクの指向性について説明するための図。
【符号の説明】
【０２３２】
１…集積回路装置、 ２…音声入力装置、 ３…集積回路装置、 ４、音声入力装置、
１０…第１のマイクロフォン、 １２…第１の振動膜、 １４…第１の電極、 １５…第１の振動膜、 １６…集積回路、 ２０…第２のマイクロフォン、 ２２…第２の振動膜、 ２４…第２の電極、 ２５…第２の振動膜、 ３０…差分信号生成回路、 ４０…筐体、 ４２…開口、 ５０…演算処理部、 ６０…通信処理部、 １００…半導体基板、 １０２…第１の凹部、 １０４…第２の凹部、 ２００…半導体基板、 ２０１…第１の面、 ２０２…第２の面、 ２１０…第１の凹部、 ２１２…開口、 ２２０…第２の凹部、 ３００…携帯電話、 ４００…マイク、 ５００…リモートコントローラ、 ６００…情報処理システム、 ６０２…音声入力装置、 ６０４…ホストコンピュータ、７１０−１ 第１のマイクロフォン、７１０−２ 第２のマイクロフォン、７１２−１ 第１の電圧信号、７１２−２ 第２の電圧信号、７１４−１ 第１の振動膜、７１４−２ 第２の振動膜、７２０ 差分信号生成回路、７６０ ゲイン部、７４０ 差分信号出力部、９１０ ゲイン制御部、１１００ 導音管、１２００ 半導体基板、１２００’ 配線基板
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかにおいて、
前記振動膜を、ＳＮ比が約６０デシベル以上の振動子で構成することを特徴とする集積回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７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が、１０kHz以下の周波数帯域の音に対して第１の振動膜に入射する音声の音圧の強度に対する第１の振動膜と第２の振動膜に入射する音声の差分音圧の強度の比率である音声強度比の位相成分が０デシベル以下となる距離に設定されていることを特徴とする集積回路装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８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が、抽出対象周波数帯域の音に対して、前記振動膜を差動マイクとして使用した場合の音圧が全方位において単体マイクとして使用した場合の音圧を上回らない範囲の距離に設定されていることを特徴とする集積回路装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９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。
【請求項１１】
請求項１乃至１０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。
【請求項１２】
請求項１１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。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
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。
【請求項１４】
請求項１３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。
【請求項１５】
請求項１４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。
【請求項１６】
請求項１乃至１５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いることを特徴とする集積回路装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６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。
【請求項１８】
請求項１７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、受けとった第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。
【請求項１９】
請求項１７において、
前記差分信号生成部は、
所定の端子にか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、
前記所定の端子にか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、
複数の抵抗が直列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か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。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の集積回路装置が実装されていることを特徴とする音声入力装置。
【請求項２１】
請求項１乃至１９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いて、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。
【請求項２２】
請求項１乃至１９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いて、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかにおいて、
前記振動膜を、ＳＮ比が約６０デシベル以上の振動子で構成することを特徴とする集積回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７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が、１０kHz以下の周波数帯域の音に対して第１の振動膜に入射する音声の音圧の強度に対する第１の振動膜と第２の振動膜に入射する音声の差分音圧の強度の比率である音声強度比の位相成分が０デシベル以下となる距離に設定されていることを特徴とする集積回路装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８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が、抽出対象周波数帯域の音に対して、前記振動膜を差動マイクとして使用した場合の音圧が全方位において単体マイクとして使用した場合の音圧を上回らない範囲の距離に設定されていることを特徴とする集積回路装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９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。
【請求項１１】
請求項１乃至１０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。
【請求項１２】
請求項１１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。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
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。
【請求項１４】
請求項１３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。
【請求項１５】
請求項１４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。
【請求項１６】
請求項１乃至１５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いることを特徴とする集積回路装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６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。
【請求項１８】
請求項１７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、受けとった第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。
【請求項１９】
請求項１７において、
前記差分信号生成部は、
所定の端子にか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、
前記所定の端子にか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、
複数の抵抗が直列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か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。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の集積回路装置が実装されていることを特徴とする音声入力装置。
【請求項２１】
請求項１乃至１９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いて、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。
【請求項２２】
請求項１乃至１９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いて、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。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２００９−２８４１１１（Ｐ２００９−２８４１１１Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３２４６０（Ｐ２００８−１３２４６０）
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（５０５３０３０５９）株式会社船井電機新応用技術研究所 (108)
【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２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（５０５３０３０５９）株式会社船井電機新応用技術研究所 (108)
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
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