音圧空間微分検出センサ
【課題】 小型化が図れる音圧空間微分検出センサを提供する。
【解決手段】 それぞれ扁平な直方体形状であって厚さ方向を互いに揃えて長手方向を互いに直交させる向きで配置された２個の振動板１と、振動板１を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部２０を各振動板１についてそれぞれ有するパッケージ２と、各振動板１に２個ずつ設けられそれぞれ振動板１の長手方向の中央部であって短手方向の一端ずつとパッケージ２の挟み部２０との間に架設された支持体３と、各振動板１の長手方向の両端部の測定点Ａ〜Ｄについてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段（図示せず）とを備える。１枚の振動板１につき１方向の音圧空間微分を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【解決手段】 それぞれ扁平な直方体形状であって厚さ方向を互いに揃えて長手方向を互いに直交させる向きで配置された２個の振動板１と、振動板１を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部２０を各振動板１についてそれぞれ有するパッケージ２と、各振動板１に２個ずつ設けられそれぞれ振動板１の長手方向の中央部であって短手方向の一端ずつとパッケージ２の挟み部２０との間に架設された支持体３と、各振動板１の長手方向の両端部の測定点Ａ〜Ｄについてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段（図示せず）とを備える。１枚の振動板１につき１方向の音圧空間微分を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音圧空間微分検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数個の点でそれぞれ測定された音圧から得られた、所定の点（以下、「対象点」と呼ぶ。）における音圧と、対象点における音圧の２軸方向のそれぞれについての空間勾配（音圧空間微分）と、対象点における音圧の時間勾配（音圧時間微分）とを用いた時空間勾配法により、音源の定位や雑音の除去を行う技術（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
また、音源に近いほど単位距離当りの音圧の減衰幅が大きいことを利用し、目標音源からの距離が互いの異なる２個の測定点でそれぞれ測定された音圧の差分をとることにより、目標音源よりも各測定点から離れた騒音源からの音を抑圧し、目標音源からの音が強調された音圧を得る技術（例えば、特許文献２〜４参照）も知られている。
【特許文献１】特開２００６−５８３９５号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１６５１号公報
【特許文献３】特開２００８−１３１４７４号公報
【特許文献４】特開２００８−１５４２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上記のような時空間勾配法には、上記２軸方向に２列ずつ並べて格子状に配列された計４個のマイクロホンからなる音圧空間微分検出センサが用いられていた。
【０００５】
そして、上記のように音源の定位や雑音の除去を行う装置においては、精度の向上や小型化を可能とするために、音圧空間微分検出センサの構造についても研究されている。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化が図れる音圧空間微分検出センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、１枚の振動板につき１方向の音圧空間微分を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【０００９】
請求項２の発明は、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、各支持体に、引張りとねじれによって生じるひずみを検出するひずみ検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、各振動板が収納される空洞を備えたパッケージのカバーと、各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、各支持体において、それぞれ、振動板に連結された一端の幅寸法よりも、パッケージに連結された他端の幅寸法が小さくされていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、各支持体においてそれぞれパッケージに連結された他端の幅寸法を振動板に連結された一端の幅寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、各支持体の厚さ寸法は、それぞれ連結された振動板の厚さ寸法よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、各支持体の厚さ寸法をそれぞれ振動板の厚さ寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、各支持体はそれぞれ連結された振動部の材料よりもヤング率が低い材料からなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、各支持体の材料のヤング率がそれぞれ振動板の材料のヤング率以上である場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、振動板と支持体と挟み部とが２組、振動板の厚さ方向を揃え且つ振動板の長手方向を互いに直交させる向きで設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、各振動板でそれぞれ厚さ方向に直交する２軸方向のうち長手方向に平行な一方ずつについての音圧空間微分が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜３の発明によれば、それぞれ、１枚の振動板につき１方向の音圧空間微分を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、各支持体において、それぞれ、振動板に連結された一端の幅寸法よりも、パッケージに連結された他端の幅寸法が小さくされているので、各支持体においてそれぞれパッケージに連結された他端の幅寸法を振動板に連結された一端の幅寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００２１】
請求項５の発明によれば、各支持体の厚さ寸法は、それぞれ連結された振動板の厚さ寸法よりも小さくされているので、各支持体の厚さ寸法をそれぞれ振動板の厚さ寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００２２】
請求項６の発明によれば、各支持体はそれぞれ連結された振動部の材料よりもヤング率が低い材料からなるので、各支持体の材料のヤング率がそれぞれ振動板の材料のヤング率以上である場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００２３】
請求項７の発明によれば、振動板と支持体と挟み部とが２組、振動板の厚さ方向を揃え且つ振動板の長手方向を互いに直交させる向きで設けられているので、各振動板でそれぞれ厚さ方向に直交する２軸方向のうち長手方向に平行な一方ずつについての音圧空間微分が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態は、図１に示すように、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状であって厚さ方向を互いに揃えて長手方向を互いに直交させる向きで配置された２個の振動板１と、振動板１を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部２０を各振動板１についてそれぞれ有するパッケージ２と、各振動板１に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板１の厚さ方向に向けた扁平な直方体形状であって振動板１の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージ２の挟み部２０に連結された支持体３とを備える。パッケージ２は、各振動板１の厚さ方向から見て各振動板１をそれぞれ囲む形状であって各挟み部２０をそれぞれ構成するフレーム２１と、フレーム２１の前面（振動板１に対して音が入射する側の面）に固着されたカバー２２を備える。カバー２２は、振動板１に一対一に対応し振動板１に入射する音を通過させる２個の長方形状の音穴２２ａが貫設されている。ここで、音穴２２ａの寸法形状は振動板１の寸法形状になるべく近いものとし、前方から見て振動板１とフレーム２１との間の隙間が音穴２２ａから露出しないようにすることが、図３に矢印で示すような振動板１の後方への音の回り込みを防ぐためには望ましい。上記のようなパッケージ２において、フレーム２１と、各振動板１と、各支持体３とは、それぞれ、１枚の半導体ウェハーに周知の半導体プロセスを施すことで１個の部品として形成することができる。
【００２６】
また、本実施形態は、各振動板１の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた測定点Ａ〜Ｄについてそれぞれ厚さ方向の変位（以下、単に「変位」と呼ぶ。）を検出する変位検出手段（図示せず）を備える。変位検出手段としては、例えば、一方の電極が振動板１の測定点Ａ〜Ｄに設けられるとともに他方の電極がパッケージ２において測定点Ａ〜Ｄに対向する部位に設けられて振動部１の測定点Ａ〜Ｄの変位に伴って静電容量が変化するコンデンサや、振動板１や支持体３に生じたひずみを検出（つまり電気信号に変換）する圧電素子を用いることができる。さらに具体的には例えば、図４（ａ）に示すように、ピエゾ抵抗４ａ〜４ｄを各支持体３の前後（すなわち厚さ方向）の両側の面に１個ずつ設けて支持体３のねじれによるせん断ひずみを検出してもよいし、図４（ｂ）に示すように、各支持体３の前後一方の面（図では前面）にピエゾ抵抗４ｅ〜４ｈを振動板１に対する支持体３の突出方向に並べて２個ずつ設けて支持体３の引張りによる垂直ひずみを検出してもよい。
【００２７】
ところで、本実施形態における振動板１の振動は、図５（ａ）に示すように支持体３のねじれにより振動板１が回転するような振動（以下、「逆相振動」と呼ぶ。）と、図５（ｂ）に示すような振動板１自体の弾性変形による振動（以下、「同相振動」と呼ぶ。）とが合成されたものである。逆相振動は振動板１の長手方向の中央に関して反対称な成分であり、同相振動は振動板１の長手方向の中央に関して対称な成分である。例えば、振動板１の長手方向の中央に関して対称な２点をそれぞれ測定点Ａ，Ｂとし、測定点Ａの変位をｚＡとおき、測定点Ｂの変位をｚＢとおくと、各測定点Ａ，Ｂについて、変位ｚＡ，ｚＢのうち同相振動による成分は（ｚＡ＋ｚＢ）／２と表され、逆相振動による成分の大きさは｜ｚＡ−ｚＢ｜／２と表される。図４（ａ）のようなピエゾ抵抗４ａ〜４ｄの配置は逆相振動の検出に適し、図４（ｂ）のようなピエゾ抵抗４ｅ〜４ｈの配置は同相振動の検出に適している。そして、本実施形態は、図６に示すように、逆相振動の共振周波数である１次共振周波数ｆ１と、同相振動の共振周波数である２次共振周波数ｆ２との間の周波数帯（以下、単に「周波数帯域」と呼ぶ。）の音を検出することができる。つまり、周波数帯域を広くするために、１次共振周波数ｆ１と２次共振周波数ｆ２との差は大きいことが望ましい。
【００２８】
ここで、２次共振周波数ｆ２は、振動板１の形状及び振動板１の材料のヤング率に依存しており、支持体３の材質や形状の変更によってはほとんど変化しない。つまり、支持体３の材質や形状の変更により１次共振周波数ｆ１を低くすれば、２次共振周波数ｆ２と１次共振周波数ｆ１との差が大きくなることにより、周波数帯域を広くすることができる。
【００２９】
１次共振周波数ｆ１は、支持体３の２本分のねじりばね定数（以下、単に「ねじりばね定数」と呼ぶ。）ｋと、振動板１の慣性モーメントＩとを用いて、次式で表される。
【００３０】
【数１】
すなわち、１次共振周波数ｆ１を低くするには、ねじりばね定数ｋを小さくすればよい。ここで、図７に示すように、振動板１について、長さ寸法（長手方向の寸法）をＬ、幅寸法（短手方向の寸法）をＷ、厚さ寸法をＨとおき、振動板１の材料の密度をρとおくと、上記の慣性モーメントＩは、次式で表される。
【００３１】
【数２】
さらに、図７に示すように、支持体３について、長さ寸法（振動板１に対する連結部と挟み部２０に対する連結部との距離）をｂ、幅寸法（断面の長辺の長さ）をａ、厚さ寸法（断面の短辺の長さ）をｈとおくと、ねじりばね定数ｋは、支持体３の剛性率Ｇを用いて、次式で表される。
【００３２】
【数３】
上式からもわかるように、支持体３のねじりばね定数ｋは、支持体３の断面の寸法a，hを小さくすることや、支持体３の材料の剛性率Ｇを小さくすることによって小さくすることができる。
【００３３】
一方、振動板１を、それぞれ長さがＬ／２である２個の片持ち梁の固定端同士が連結されたものと見なすと、これらの片持ち梁の断面２次モーメントはそれぞれ（ＷＨ３／１２）となる。さらに、振動板１のヤング率をＥｍとおくと、２次共振周波数ｆ２は次式で表される。
【００３４】
【数４】
ただし、上記の式では振動板１と支持体３との連結部の面積による影響を無視しているが、振動板１と支持体３との連結部の面積が大きくなれば支持体３の連結部付近で振動板１が撓みにくくなることにより２次共振周波数ｆ２は高くなる。
【００３５】
ねじりばね定数ｋを小さくして１次共振周波数ｆ１を低くし周波数帯域を広くするために、支持体３の幅寸法ａを小さくすることを考えた場合、上記のように振動板１と支持体３との連結部の面積が小さくなれば振動板１に対する拘束が弱まることで２次共振周波数ｆ２が低くなってしまう。そこで、２次共振周波数ｆ２の低下を抑えつつ１次共振周波数ｆ１を低くして周波数帯域を広くするために、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、支持体３において、パッケージ２の挟み部２０に対する連結部の幅寸法ａ１を、振動板１に対する連結部の幅寸法ａ２よりも小さくすることが望ましい。この場合、支持体３は直方体形状とはならないが、支持体３の長さ方向に直交する断面での断面形状はどこでも長方形状となる。振動板１に対する連結部の幅寸法ａ２を一定とすれば、図９に示すように、挟み部２０に対する連結部の幅寸法ａ１を小さくするほど、２次共振周波数ｆ２と１次共振周波数ｆ１との差を大きくして周波数帯域を広くすることができる。なお、支持体３において、幅寸法を長さ方向の両端部の幅寸法ａ１，ａ２のいずれよりも小さくした部位（以下、「絞り部」と呼ぶ。）を長さ方向の中央部に設けた場合であっても、絞り部の幅寸法を小さくするほど周波数帯域を広くすることができる。
【００３６】
また、ねじりばね定数ｋを小さくする方法としては、図１０に示すように支持体３の厚さ寸法ｈを振動板１の厚さ寸法Ｈよりも小さくするという方法もある。この方法であっても、１次共振周波数ｆ１を低くして周波数帯域を広くすることができる。
【００３７】
さらに、１次共振周波数ｆ１を低くする方法としては、支持体３の材料の剛性率Ｇを低くするという方法もある。剛性率Ｇは、ヤング率Ｅとポアソン比γとを用いて次式で表される。
【００３８】
【数５】
振動板１と支持体３を互いに異なる材料で構成し、支持体３の材料のヤング率Ｅを低く（つまり剛性率Ｇを低く）すれば、２次共振周波数ｆ２にほとんど影響を与えることなく１次共振周波数ｆ１を低くして周波数帯域を広くすることができる。パッケージ２において挟み部２０を構成するフレーム２１と振動板１と支持体３とをそれぞれ半導体プロセスを用いて形成する場合において、上記のように振動板１と支持体３とのヤング率Ｅｍ，Ｅを互いに異ならせる方法としては、例えば、シリコンウェハの一面上にポリイミドの層を形成し、振動板１とフレーム２１との間となる部位のシリコンを除去するとともに、振動板１とフレーム２１との間となる部位であって支持体３となる部位以外のポリイミドを除去するという方法がある。すなわち、振動板１とパッケージ２のフレーム２１とはそれぞれシリコンの層とポリイミドの層とで構成され、支持体３はポリイミドの層のみで構成されることになるから、支持体３のヤング率Ｅを振動板１のヤング率Ｅｍよりも低くすることができる。
【００３９】
さらに、上記各種の手段によって周波数帯域を広くすれば、同時に逆相振動が強調されることになり、従って音圧空間微分の検出精度が上がる（暗騒音に埋もれにくい）という効果がある。
【００４０】
以下、本実施形態における測定点Ａ〜Ｄの変位ｚＡ〜ｚＤから、時空間勾配法に用いられる音圧空間微分を得る方法について説明する。
【００４１】
まず、長手方向をｘ軸方向に向けた振動板１の測定点Ａ，Ｂの変位ｚＡ，ｚＢを用いて、時空間勾配法に用いられる音圧f(t)と音圧時間微分ft(t)とｘ軸方向についての音圧空間微分fx(t)とを得る方法について説明する。
【００４２】
図１１（ａ）に示すように、振動板１の中心に原点をとる。また、ｘ軸上において原点との距離が互いに等しい２点を測定点Ａ，Ｂとするとともに、測定点Ａ，Ｂ間の距離をｄ（＜Ｌ）とおく。また、変位ｚＡ，ｚＢは微小として測定点Ａ，Ｂのｘ座標の変化は無視する。さらに、図１１（ｂ）に示すように、入射音の到来方向（図１１（ｂ）での上方向）をｚ軸の負の方向とすると、測定点Ａ，Ｂの座標はそれぞれ（ｄ／２，０，ｚＡ），（−ｄ／２，０，ｚＢ）と表される。また、振動板１のｙ軸周りの回転角であって原点よりもｘ軸正側（図１１（ａ）（ｂ）での右側）の部位がｚ軸の正の方向に変位する方向（図１１（ｂ）での時計回り方向）を正の向きとする振動板１の回転角（以下、「変位角」と呼ぶ。）をφとおく。変位角φは測定点Ａ，Ｂの変位ｚＡ，ｚＢを用いてφ＝(ｚＡ−ｚＢ)／dと近似できる。
【００４３】
変位ｚＡ，ｚＢは微小としてｚ座標の変化による音圧の変化は考えないものとし、時間tに座標(x,y)において振動板１が入射音から受ける力（音圧）をf(x,y,t)とおく。さらに、時空間勾配法による測定の対象となる対象点を原点とし、f(t)=f(0,0,t)，fx(t)=fx(0,0,t)，fy(t)=fy(0,0,t)とおいてf(x,y,t)=f(t)+fx(t)・x+fy(t)・yと近似する。すると、振動板に働くｚ軸正方向（図１１（ｂ）での下向き）の合力F(t)、並びに、振動板１に対して変位角φの正方向（図１１（ｂ）での時計回り方向）に働くモーメントN(t)は次のように表される。
【００４４】
【数６】
また、逆相振動に関する運動方程式は、後述する参考文献１，２によると、変位角φと、上記のモーメントN(t)と、振動板の慣性モーメントＩと、支持体３のねじりばね定数ｋとを用いて、次式のようになる。
【００４５】
【数７】
すなわち、ｘ軸方向についての音圧空間微分fx(t)は、次式のように表される。
【００４６】
【数８】
これと、変位角φを示す式φ＝(ｚＡ−ｚＢ)／dとにより、ｘ軸方向についての音圧空間微分fx(t)が測定点Ａ，Ｂの変位ｚＡ，ｚＢの２階時間微分を用いて表される。さらに、長手方向をｙ軸方向に向けた振動板１の測定点Ｃ，Ｄの変位ｚＣ，ｚＤの２階時間微分を用いて同様の計算を行えば、ｙ軸方向についての音圧空間微分fy(t)が得られる。
【００４７】
さらに、同相振動に関する運動方程式は、参考文献１，２によると、各振動板１のばね定数Ｋと、変位の同相成分z(t)=(zA+zB+zC+zD)/4と、合力F(t)とを用いて次式で表される。
【００４８】
【数９】
すなわち、音圧f(t)=Kz(t)/WLを同相成分z(t)から得ることができる。なお、上記のばね定数Ｋは、振動板１の真上から加振を行った場合の変位と加振力より、フックの式を用いて求められる。
【００４９】
さらに、得られた音圧f(t)を時間微分することにより、音圧時間微分ft(t)が得られる。
【００５０】
上記のようにして得られた音圧f(t)と音圧時間微分ft(t)と音圧空間微分fx(t)，fy(t)とは、時空間勾配法による音源の定位や雑音除去に用いることができる。時空間勾配法による音源の定位や雑音除去の技術は周知であるので、説明は省略する。
【００５１】
上記構成によれば、１枚の振動板１につき１方向の音圧空間微分fx(t)，fy(t)を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分fx(t)，fy(t)を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【００５２】
また、単位距離当りの音圧の減衰幅は音源に近いほど大きいことにより、振動板１からの距離が近い音源からの音ほど、本実施形態から得られる逆相成分(ｚＡ−ｚＢ)／２，(ｚＣ−ｚＤ)／２には強く反映されることになるから、本実施形態の逆相成分(ｚＡ−ｚＢ)／２，(ｚＣ−ｚＤ)／２は、遠い音源からの音が抑制され、近い音源からの音が強調されたものと考えることができる。
＜参考文献一覧＞
参考文献１：小野 順貴,斎藤 章人,安藤 繁「ヤドリバエを模倣した超小型音源定位セン
サの理論と実験（第２報）」,第１９回センシングフォーラム,pp.379-382,2002
参考文献２：N. Ono, A. Saito, and S. Ando, “Bio-mimicry Sound Source Localization with Gimbal Diaphragm”,電気学会論文誌, Vol. 123-E, No.3,pp.92-97, 2003
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態の要部を示す平面図である。
【図２】同上を示す分解斜視図である。
【図３】同上における音の回り込みを示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上におけるピエゾ抵抗の配置の例を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上の動作を示す説明図であり、（ａ）は逆相振動を示し、（ｂ）は同相振動を示す。
【図６】同上において入射音の周波数と測定点の変位の最大値（すなわち振幅）との関係を示す説明図である。
【図７】同上におけるパラメータの定義を示す説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同上の異なる変更例を示す平面図である。
【図９】挟み部との連結部での支持体の幅寸法と、１次共振周波数及び２次共振周波数との関係を示す説明図である。
【図１０】同上の変更例を示す説明図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上におけるパラメータの定義を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 振動板
２ パッケージ
３ 支持体
４ａ〜４ｈ ピエゾ抵抗（請求項１，３における変位検出手段であり、請求項２における歪み検出手段）
２０ 挟み部
２１ フレーム（請求項３におけるパッケージ）
２２ カバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音圧空間微分検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数個の点でそれぞれ測定された音圧から得られた、所定の点（以下、「対象点」と呼ぶ。）における音圧と、対象点における音圧の２軸方向のそれぞれについての空間勾配（音圧空間微分）と、対象点における音圧の時間勾配（音圧時間微分）とを用いた時空間勾配法により、音源の定位や雑音の除去を行う技術（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
また、音源に近いほど単位距離当りの音圧の減衰幅が大きいことを利用し、目標音源からの距離が互いの異なる２個の測定点でそれぞれ測定された音圧の差分をとることにより、目標音源よりも各測定点から離れた騒音源からの音を抑圧し、目標音源からの音が強調された音圧を得る技術（例えば、特許文献２〜４参照）も知られている。
【特許文献１】特開２００６−５８３９５号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１６５１号公報
【特許文献３】特開２００８−１３１４７４号公報
【特許文献４】特開２００８−１５４２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上記のような時空間勾配法には、上記２軸方向に２列ずつ並べて格子状に配列された計４個のマイクロホンからなる音圧空間微分検出センサが用いられていた。
【０００５】
そして、上記のように音源の定位や雑音の除去を行う装置においては、精度の向上や小型化を可能とするために、音圧空間微分検出センサの構造についても研究されている。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化が図れる音圧空間微分検出センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、１枚の振動板につき１方向の音圧空間微分を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【０００９】
請求項２の発明は、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、各支持体に、引張りとねじれによって生じるひずみを検出するひずみ検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、各振動板が収納される空洞を備えたパッケージのカバーと、各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、各支持体において、それぞれ、振動板に連結された一端の幅寸法よりも、パッケージに連結された他端の幅寸法が小さくされていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、各支持体においてそれぞれパッケージに連結された他端の幅寸法を振動板に連結された一端の幅寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、各支持体の厚さ寸法は、それぞれ連結された振動板の厚さ寸法よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、各支持体の厚さ寸法をそれぞれ振動板の厚さ寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、各支持体はそれぞれ連結された振動部の材料よりもヤング率が低い材料からなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、各支持体の材料のヤング率がそれぞれ振動板の材料のヤング率以上である場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、振動板と支持体と挟み部とが２組、振動板の厚さ方向を揃え且つ振動板の長手方向を互いに直交させる向きで設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、各振動板でそれぞれ厚さ方向に直交する２軸方向のうち長手方向に平行な一方ずつについての音圧空間微分が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜３の発明によれば、それぞれ、１枚の振動板につき１方向の音圧空間微分を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、各支持体において、それぞれ、振動板に連結された一端の幅寸法よりも、パッケージに連結された他端の幅寸法が小さくされているので、各支持体においてそれぞれパッケージに連結された他端の幅寸法を振動板に連結された一端の幅寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００２１】
請求項５の発明によれば、各支持体の厚さ寸法は、それぞれ連結された振動板の厚さ寸法よりも小さくされているので、各支持体の厚さ寸法をそれぞれ振動板の厚さ寸法以上とする場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００２２】
請求項６の発明によれば、各支持体はそれぞれ連結された振動部の材料よりもヤング率が低い材料からなるので、各支持体の材料のヤング率がそれぞれ振動板の材料のヤング率以上である場合に比べ、検出可能な音の周波数帯域を広くすることができ、また、支持体がねじれるような振動板の振動である逆相振動を強調し、音圧空間微分を精度よく検出する設計が可能である。
【００２３】
請求項７の発明によれば、振動板と支持体と挟み部とが２組、振動板の厚さ方向を揃え且つ振動板の長手方向を互いに直交させる向きで設けられているので、各振動板でそれぞれ厚さ方向に直交する２軸方向のうち長手方向に平行な一方ずつについての音圧空間微分が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態は、図１に示すように、それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状であって厚さ方向を互いに揃えて長手方向を互いに直交させる向きで配置された２個の振動板１と、振動板１を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部２０を各振動板１についてそれぞれ有するパッケージ２と、各振動板１に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板１の厚さ方向に向けた扁平な直方体形状であって振動板１の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージ２の挟み部２０に連結された支持体３とを備える。パッケージ２は、各振動板１の厚さ方向から見て各振動板１をそれぞれ囲む形状であって各挟み部２０をそれぞれ構成するフレーム２１と、フレーム２１の前面（振動板１に対して音が入射する側の面）に固着されたカバー２２を備える。カバー２２は、振動板１に一対一に対応し振動板１に入射する音を通過させる２個の長方形状の音穴２２ａが貫設されている。ここで、音穴２２ａの寸法形状は振動板１の寸法形状になるべく近いものとし、前方から見て振動板１とフレーム２１との間の隙間が音穴２２ａから露出しないようにすることが、図３に矢印で示すような振動板１の後方への音の回り込みを防ぐためには望ましい。上記のようなパッケージ２において、フレーム２１と、各振動板１と、各支持体３とは、それぞれ、１枚の半導体ウェハーに周知の半導体プロセスを施すことで１個の部品として形成することができる。
【００２６】
また、本実施形態は、各振動板１の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた測定点Ａ〜Ｄについてそれぞれ厚さ方向の変位（以下、単に「変位」と呼ぶ。）を検出する変位検出手段（図示せず）を備える。変位検出手段としては、例えば、一方の電極が振動板１の測定点Ａ〜Ｄに設けられるとともに他方の電極がパッケージ２において測定点Ａ〜Ｄに対向する部位に設けられて振動部１の測定点Ａ〜Ｄの変位に伴って静電容量が変化するコンデンサや、振動板１や支持体３に生じたひずみを検出（つまり電気信号に変換）する圧電素子を用いることができる。さらに具体的には例えば、図４（ａ）に示すように、ピエゾ抵抗４ａ〜４ｄを各支持体３の前後（すなわち厚さ方向）の両側の面に１個ずつ設けて支持体３のねじれによるせん断ひずみを検出してもよいし、図４（ｂ）に示すように、各支持体３の前後一方の面（図では前面）にピエゾ抵抗４ｅ〜４ｈを振動板１に対する支持体３の突出方向に並べて２個ずつ設けて支持体３の引張りによる垂直ひずみを検出してもよい。
【００２７】
ところで、本実施形態における振動板１の振動は、図５（ａ）に示すように支持体３のねじれにより振動板１が回転するような振動（以下、「逆相振動」と呼ぶ。）と、図５（ｂ）に示すような振動板１自体の弾性変形による振動（以下、「同相振動」と呼ぶ。）とが合成されたものである。逆相振動は振動板１の長手方向の中央に関して反対称な成分であり、同相振動は振動板１の長手方向の中央に関して対称な成分である。例えば、振動板１の長手方向の中央に関して対称な２点をそれぞれ測定点Ａ，Ｂとし、測定点Ａの変位をｚＡとおき、測定点Ｂの変位をｚＢとおくと、各測定点Ａ，Ｂについて、変位ｚＡ，ｚＢのうち同相振動による成分は（ｚＡ＋ｚＢ）／２と表され、逆相振動による成分の大きさは｜ｚＡ−ｚＢ｜／２と表される。図４（ａ）のようなピエゾ抵抗４ａ〜４ｄの配置は逆相振動の検出に適し、図４（ｂ）のようなピエゾ抵抗４ｅ〜４ｈの配置は同相振動の検出に適している。そして、本実施形態は、図６に示すように、逆相振動の共振周波数である１次共振周波数ｆ１と、同相振動の共振周波数である２次共振周波数ｆ２との間の周波数帯（以下、単に「周波数帯域」と呼ぶ。）の音を検出することができる。つまり、周波数帯域を広くするために、１次共振周波数ｆ１と２次共振周波数ｆ２との差は大きいことが望ましい。
【００２８】
ここで、２次共振周波数ｆ２は、振動板１の形状及び振動板１の材料のヤング率に依存しており、支持体３の材質や形状の変更によってはほとんど変化しない。つまり、支持体３の材質や形状の変更により１次共振周波数ｆ１を低くすれば、２次共振周波数ｆ２と１次共振周波数ｆ１との差が大きくなることにより、周波数帯域を広くすることができる。
【００２９】
１次共振周波数ｆ１は、支持体３の２本分のねじりばね定数（以下、単に「ねじりばね定数」と呼ぶ。）ｋと、振動板１の慣性モーメントＩとを用いて、次式で表される。
【００３０】
【数１】
すなわち、１次共振周波数ｆ１を低くするには、ねじりばね定数ｋを小さくすればよい。ここで、図７に示すように、振動板１について、長さ寸法（長手方向の寸法）をＬ、幅寸法（短手方向の寸法）をＷ、厚さ寸法をＨとおき、振動板１の材料の密度をρとおくと、上記の慣性モーメントＩは、次式で表される。
【００３１】
【数２】
さらに、図７に示すように、支持体３について、長さ寸法（振動板１に対する連結部と挟み部２０に対する連結部との距離）をｂ、幅寸法（断面の長辺の長さ）をａ、厚さ寸法（断面の短辺の長さ）をｈとおくと、ねじりばね定数ｋは、支持体３の剛性率Ｇを用いて、次式で表される。
【００３２】
【数３】
上式からもわかるように、支持体３のねじりばね定数ｋは、支持体３の断面の寸法a，hを小さくすることや、支持体３の材料の剛性率Ｇを小さくすることによって小さくすることができる。
【００３３】
一方、振動板１を、それぞれ長さがＬ／２である２個の片持ち梁の固定端同士が連結されたものと見なすと、これらの片持ち梁の断面２次モーメントはそれぞれ（ＷＨ３／１２）となる。さらに、振動板１のヤング率をＥｍとおくと、２次共振周波数ｆ２は次式で表される。
【００３４】
【数４】
ただし、上記の式では振動板１と支持体３との連結部の面積による影響を無視しているが、振動板１と支持体３との連結部の面積が大きくなれば支持体３の連結部付近で振動板１が撓みにくくなることにより２次共振周波数ｆ２は高くなる。
【００３５】
ねじりばね定数ｋを小さくして１次共振周波数ｆ１を低くし周波数帯域を広くするために、支持体３の幅寸法ａを小さくすることを考えた場合、上記のように振動板１と支持体３との連結部の面積が小さくなれば振動板１に対する拘束が弱まることで２次共振周波数ｆ２が低くなってしまう。そこで、２次共振周波数ｆ２の低下を抑えつつ１次共振周波数ｆ１を低くして周波数帯域を広くするために、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、支持体３において、パッケージ２の挟み部２０に対する連結部の幅寸法ａ１を、振動板１に対する連結部の幅寸法ａ２よりも小さくすることが望ましい。この場合、支持体３は直方体形状とはならないが、支持体３の長さ方向に直交する断面での断面形状はどこでも長方形状となる。振動板１に対する連結部の幅寸法ａ２を一定とすれば、図９に示すように、挟み部２０に対する連結部の幅寸法ａ１を小さくするほど、２次共振周波数ｆ２と１次共振周波数ｆ１との差を大きくして周波数帯域を広くすることができる。なお、支持体３において、幅寸法を長さ方向の両端部の幅寸法ａ１，ａ２のいずれよりも小さくした部位（以下、「絞り部」と呼ぶ。）を長さ方向の中央部に設けた場合であっても、絞り部の幅寸法を小さくするほど周波数帯域を広くすることができる。
【００３６】
また、ねじりばね定数ｋを小さくする方法としては、図１０に示すように支持体３の厚さ寸法ｈを振動板１の厚さ寸法Ｈよりも小さくするという方法もある。この方法であっても、１次共振周波数ｆ１を低くして周波数帯域を広くすることができる。
【００３７】
さらに、１次共振周波数ｆ１を低くする方法としては、支持体３の材料の剛性率Ｇを低くするという方法もある。剛性率Ｇは、ヤング率Ｅとポアソン比γとを用いて次式で表される。
【００３８】
【数５】
振動板１と支持体３を互いに異なる材料で構成し、支持体３の材料のヤング率Ｅを低く（つまり剛性率Ｇを低く）すれば、２次共振周波数ｆ２にほとんど影響を与えることなく１次共振周波数ｆ１を低くして周波数帯域を広くすることができる。パッケージ２において挟み部２０を構成するフレーム２１と振動板１と支持体３とをそれぞれ半導体プロセスを用いて形成する場合において、上記のように振動板１と支持体３とのヤング率Ｅｍ，Ｅを互いに異ならせる方法としては、例えば、シリコンウェハの一面上にポリイミドの層を形成し、振動板１とフレーム２１との間となる部位のシリコンを除去するとともに、振動板１とフレーム２１との間となる部位であって支持体３となる部位以外のポリイミドを除去するという方法がある。すなわち、振動板１とパッケージ２のフレーム２１とはそれぞれシリコンの層とポリイミドの層とで構成され、支持体３はポリイミドの層のみで構成されることになるから、支持体３のヤング率Ｅを振動板１のヤング率Ｅｍよりも低くすることができる。
【００３９】
さらに、上記各種の手段によって周波数帯域を広くすれば、同時に逆相振動が強調されることになり、従って音圧空間微分の検出精度が上がる（暗騒音に埋もれにくい）という効果がある。
【００４０】
以下、本実施形態における測定点Ａ〜Ｄの変位ｚＡ〜ｚＤから、時空間勾配法に用いられる音圧空間微分を得る方法について説明する。
【００４１】
まず、長手方向をｘ軸方向に向けた振動板１の測定点Ａ，Ｂの変位ｚＡ，ｚＢを用いて、時空間勾配法に用いられる音圧f(t)と音圧時間微分ft(t)とｘ軸方向についての音圧空間微分fx(t)とを得る方法について説明する。
【００４２】
図１１（ａ）に示すように、振動板１の中心に原点をとる。また、ｘ軸上において原点との距離が互いに等しい２点を測定点Ａ，Ｂとするとともに、測定点Ａ，Ｂ間の距離をｄ（＜Ｌ）とおく。また、変位ｚＡ，ｚＢは微小として測定点Ａ，Ｂのｘ座標の変化は無視する。さらに、図１１（ｂ）に示すように、入射音の到来方向（図１１（ｂ）での上方向）をｚ軸の負の方向とすると、測定点Ａ，Ｂの座標はそれぞれ（ｄ／２，０，ｚＡ），（−ｄ／２，０，ｚＢ）と表される。また、振動板１のｙ軸周りの回転角であって原点よりもｘ軸正側（図１１（ａ）（ｂ）での右側）の部位がｚ軸の正の方向に変位する方向（図１１（ｂ）での時計回り方向）を正の向きとする振動板１の回転角（以下、「変位角」と呼ぶ。）をφとおく。変位角φは測定点Ａ，Ｂの変位ｚＡ，ｚＢを用いてφ＝(ｚＡ−ｚＢ)／dと近似できる。
【００４３】
変位ｚＡ，ｚＢは微小としてｚ座標の変化による音圧の変化は考えないものとし、時間tに座標(x,y)において振動板１が入射音から受ける力（音圧）をf(x,y,t)とおく。さらに、時空間勾配法による測定の対象となる対象点を原点とし、f(t)=f(0,0,t)，fx(t)=fx(0,0,t)，fy(t)=fy(0,0,t)とおいてf(x,y,t)=f(t)+fx(t)・x+fy(t)・yと近似する。すると、振動板に働くｚ軸正方向（図１１（ｂ）での下向き）の合力F(t)、並びに、振動板１に対して変位角φの正方向（図１１（ｂ）での時計回り方向）に働くモーメントN(t)は次のように表される。
【００４４】
【数６】
また、逆相振動に関する運動方程式は、後述する参考文献１，２によると、変位角φと、上記のモーメントN(t)と、振動板の慣性モーメントＩと、支持体３のねじりばね定数ｋとを用いて、次式のようになる。
【００４５】
【数７】
すなわち、ｘ軸方向についての音圧空間微分fx(t)は、次式のように表される。
【００４６】
【数８】
これと、変位角φを示す式φ＝(ｚＡ−ｚＢ)／dとにより、ｘ軸方向についての音圧空間微分fx(t)が測定点Ａ，Ｂの変位ｚＡ，ｚＢの２階時間微分を用いて表される。さらに、長手方向をｙ軸方向に向けた振動板１の測定点Ｃ，Ｄの変位ｚＣ，ｚＤの２階時間微分を用いて同様の計算を行えば、ｙ軸方向についての音圧空間微分fy(t)が得られる。
【００４７】
さらに、同相振動に関する運動方程式は、参考文献１，２によると、各振動板１のばね定数Ｋと、変位の同相成分z(t)=(zA+zB+zC+zD)/4と、合力F(t)とを用いて次式で表される。
【００４８】
【数９】
すなわち、音圧f(t)=Kz(t)/WLを同相成分z(t)から得ることができる。なお、上記のばね定数Ｋは、振動板１の真上から加振を行った場合の変位と加振力より、フックの式を用いて求められる。
【００４９】
さらに、得られた音圧f(t)を時間微分することにより、音圧時間微分ft(t)が得られる。
【００５０】
上記のようにして得られた音圧f(t)と音圧時間微分ft(t)と音圧空間微分fx(t)，fy(t)とは、時空間勾配法による音源の定位や雑音除去に用いることができる。時空間勾配法による音源の定位や雑音除去の技術は周知であるので、説明は省略する。
【００５１】
上記構成によれば、１枚の振動板１につき１方向の音圧空間微分fx(t)，fy(t)を検出可能であるから、１方向の音圧空間微分fx(t)，fy(t)を検出するために複数枚ずつの振動板を用いる場合に比べ、小型化が図れる。
【００５２】
また、単位距離当りの音圧の減衰幅は音源に近いほど大きいことにより、振動板１からの距離が近い音源からの音ほど、本実施形態から得られる逆相成分(ｚＡ−ｚＢ)／２，(ｚＣ−ｚＤ)／２には強く反映されることになるから、本実施形態の逆相成分(ｚＡ−ｚＢ)／２，(ｚＣ−ｚＤ)／２は、遠い音源からの音が抑制され、近い音源からの音が強調されたものと考えることができる。
＜参考文献一覧＞
参考文献１：小野 順貴,斎藤 章人,安藤 繁「ヤドリバエを模倣した超小型音源定位セン
サの理論と実験（第２報）」,第１９回センシングフォーラム,pp.379-382,2002
参考文献２：N. Ono, A. Saito, and S. Ando, “Bio-mimicry Sound Source Localization with Gimbal Diaphragm”,電気学会論文誌, Vol. 123-E, No.3,pp.92-97, 2003
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態の要部を示す平面図である。
【図２】同上を示す分解斜視図である。
【図３】同上における音の回り込みを示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上におけるピエゾ抵抗の配置の例を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上の動作を示す説明図であり、（ａ）は逆相振動を示し、（ｂ）は同相振動を示す。
【図６】同上において入射音の周波数と測定点の変位の最大値（すなわち振幅）との関係を示す説明図である。
【図７】同上におけるパラメータの定義を示す説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同上の異なる変更例を示す平面図である。
【図９】挟み部との連結部での支持体の幅寸法と、１次共振周波数及び２次共振周波数との関係を示す説明図である。
【図１０】同上の変更例を示す説明図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上におけるパラメータの定義を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 振動板
２ パッケージ
３ 支持体
４ａ〜４ｈ ピエゾ抵抗（請求項１，３における変位検出手段であり、請求項２における歪み検出手段）
２０ 挟み部
２１ フレーム（請求項３におけるパッケージ）
２２ カバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、
振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、
各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、
各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする音圧空間微分検出センサ。
【請求項２】
それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、
振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、
各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、
各支持体に、引張りとねじれによって生じるひずみを検出するひずみ検出手段
とを備えることを特徴とする音圧空間微分検出センサ。
【請求項３】
それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、
振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、
各振動板が収納される空洞を備えたパッケージのカバーと、
各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、
各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする音圧空間微分検出センサ。
【請求項４】
各支持体において、それぞれ、振動板に連結された一端の幅寸法よりも、パッケージに連結された他端の幅寸法が小さくされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項５】
各支持体の厚さ寸法は、それぞれ連結された振動板の厚さ寸法よりも小さくされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項６】
各支持体はそれぞれ連結された振動部の材料よりもヤング率が低い材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項７】
振動板と支持体と挟み部とが２組、振動板の厚さ方向を揃え且つ振動板の長手方向を互いに直交させる向きで設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項１】
それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、
振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、
各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、
各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする音圧空間微分検出センサ。
【請求項２】
それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、
振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、
各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、
各支持体に、引張りとねじれによって生じるひずみを検出するひずみ検出手段
とを備えることを特徴とする音圧空間微分検出センサ。
【請求項３】
それぞれ弾性を有する材料からなり扁平な直方体形状の少なくとも１個の振動板と、
振動板を短手方向の両側から間に隙間を空けて挟む挟み部を各振動板についてそれぞれ有するパッケージと、
各振動板が収納される空洞を備えたパッケージのカバーと、
各振動板に２個ずつ設けられそれぞれ弾性を有する材料からなり厚さ方向を振動板の厚さ方向に向けた扁平な形状であって振動板の長手方向の中央部において短手方向の一端ずつに一端が連結され他端がパッケージの挟み部に連結された支持体と、
各振動板の長手方向の両端部についてそれぞれ厚さ方向の変位を検出する変位検出手段とを備えることを特徴とする音圧空間微分検出センサ。
【請求項４】
各支持体において、それぞれ、振動板に連結された一端の幅寸法よりも、パッケージに連結された他端の幅寸法が小さくされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項５】
各支持体の厚さ寸法は、それぞれ連結された振動板の厚さ寸法よりも小さくされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項６】
各支持体はそれぞれ連結された振動部の材料よりもヤング率が低い材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【請求項７】
振動板と支持体と挟み部とが２組、振動板の厚さ方向を揃え且つ振動板の長手方向を互いに直交させる向きで設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の音圧空間微分検出センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１５１５３１（Ｐ２０１０−１５１５３１Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２８２２９（Ｐ２００８−３２８２２９）
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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