音声入力装置
【課題】小型化が可能で高性能の音声入力装置を提供する。
【解決手段】音声入力装置２は、第１の筐体５１と、第１の筐体５１の内部に配置されるマイクロホンユニット１と、を備える。マイクロホンユニット１は、第１音孔１１１と第２音孔１１２とが設けられる第２の筐体１１と、第２の筐体１１の内部に配置される振動板１２２と、振動板１２２の振動に基づいて発生する電気信号を処理する電気回路部１３と、を備える。音声入力装置２には、第１の筐体５１の外部の音を、第１の開口部５１１から振動板１２２の第１の面１２２ａへと導く第１導音空間５１３と、第２の開口部５１２から振動板１２２の第２の面１２２ｂへと導く第２導音空間５１４と、が設けられる。電気回路部１３は、第１導音空間５１３に配置され、音声入力装置２には、第１導音空間５１３の周波数特性を調整するための音響抵抗部５２が設けられている。
【解決手段】音声入力装置２は、第１の筐体５１と、第１の筐体５１の内部に配置されるマイクロホンユニット１と、を備える。マイクロホンユニット１は、第１音孔１１１と第２音孔１１２とが設けられる第２の筐体１１と、第２の筐体１１の内部に配置される振動板１２２と、振動板１２２の振動に基づいて発生する電気信号を処理する電気回路部１３と、を備える。音声入力装置２には、第１の筐体５１の外部の音を、第１の開口部５１１から振動板１２２の第１の面１２２ａへと導く第１導音空間５１３と、第２の開口部５１２から振動板１２２の第２の面１２２ｂへと導く第２導音空間５１４と、が設けられる。電気回路部１３は、第１導音空間５１３に配置され、音声入力装置２には、第１導音空間５１３の周波数特性を調整するための音響抵抗部５２が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話や録音機器等に適用される音声入力装置に関し、詳細には、振動板の両面（前後面）に音圧が加わるように形成され、音圧差に基づく振動板の振動によって音声信号を取得するマイクロホンユニットを備える音声入力装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、携帯電話やトランシーバ等の音声通信機器、又は音声認証システム等の入力された音声を解析する技術を利用した情報処理システム、或いは録音機器、などに音声入力装置が適用されている。電話などによる通話、音声認識、音声録音に際しては、目的の音声（ユーザの音声）のみを収音するのが好ましい。このため、目的の音声を正確に抽出し、目的の音声以外の雑音（背景雑音等）を除去する音声入力装置の開発が進められている。
【０００３】
雑音が存在する使用環境で雑音を除去して目的の音声のみを収音する技術として、音声入力装置が備えるマイクロホンユニットに指向性を持たせることが挙げられる。指向性を有するマイクロホンユニットの一例として、振動板（ダイアフラム）の両面に音圧が加わるように形成し、音圧差に基づく振動板の振動によって音声信号を取得するマイクロホンユニットが従来知られている（例えば特許文献１や２参照）。
【０００４】
ところで、近年においては電子機器の小型化が進んでおり、音声入力装置も小型化することが重要になっている。
【特許文献１】特開平４−２１７１９９号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、音声入力装置が備えるマイクロホンユニットには、振動板の振動に基づいて発生する電気信号を処理（例えば増幅処理等）する電気回路部が備えられる。そして、従来、この電気回路部は、音孔から振動板へと至る導音空間の外部に配置している（例えば、特許文献２の図２参照）。
【０００６】
上述のように近年においては音声入力装置の小型化が重要である。このため、上述の振動板の両面に音圧が加わるように形成したマイクロホンユニットを備える音声入力装置において、電気回路部を音孔からダイアフラムへと至る導音空間内に配置することを検討したところ、特に高周波数帯域において良好な指向特性が得られないことがわかった。すなわち、単に小型化を狙って電気回路部を導音空間内に配置する構成としても音声入力装置の性能が低下することがわかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、小型化が可能で高性能の音声入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、第１の筐体と、前記第１の筐体の内部に配置されるマイクロホンユニットと、を備える音声入力装置であって、前記マイクロホンユニットは、第１音孔と第２音孔とが設けられる第２の筐体と、前記第２の筐体の内部に配置される振動板と、前記振動板の振動に基づいて発生する電気信号を処理する電気回路部と、を備え、前記第１の筐体には、前記第１音孔と連通する第１の開口部と、前記第２音孔と連通する第２の開口部と、が設けられて、前記第１の筐体の外部の音を、前記第１の開口部から前記振動板の第１の面へと導く第１導音空間と、前記第２の開口部から前記振動板の前記第１の面の裏面である第２の面へと導く第２導音空間と、が形成されており、前記電気回路部は、前記第１導音空間と前記第２導音空間とのうちのいずれか一方に配置され、前記第１導音空間の周波数特性と前記第２導音空間の周波数特性とのうちの少なくとも一方を調整するための音響抵抗部が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
本構成によれば、信号の増幅処理等を行う電気回路部が、第１導音空間と第２導音空間とのうちのいずれか一方に配置される構成となっている。このために、従来のように導音空間の外側に電気回路部を配置する場合に比べて、マイクロホンユニットの小型化が可能である。
【００１０】
ところで、導音空間に電気回路部を配置すると、２つの導音空間（第１導音空間と第２導音空間）の形状がアンバランスとなること等が原因となって、２つの導音空間の周波数特性に差が生じる。具体的には、例えば高周波数帯域で周波数特性に差が生じ、高周波数側で良好なノイズ抑圧性能が得られない。この点、本構成は、音響抵抗部を設けて導音空間の周波数特性を調整する構成となっているために、高周波数側で良好なノイズ抑圧性能を得ることができる。すなわち、本構成によれば、音声入力装置から出力される音声信号（電気信号）を、ノイズが少なく高品質なものとできる。
【００１１】
上記構成の音声入力装置において、前記音響抵抗部は、特定の周波数帯域の音に対して選択的に作用するように形成されているのが好ましい。上述した、導音空間に電気回路部を配置することによって生じる２つの導音空間の周波数特性差は、例えば低周波数帯域ではほとんど認められず、高周波数帯域において認められる。このため、本構成のように、音響抵抗部が特定の周波数帯域（例えば高周波数帯域）に対して選択的に作用する構成とすることで、２つの導音空間の周波数特性差を低減しやすい。
【００１２】
また、上記構成の音声入力装置において、音響抵抗部材を前記第１の筐体又は前記第２の筐体に取り付けて成ることとしても良い。
【００１３】
前記音響抵抗部材を用いる場合の具体的な構成として、前記音響抵抗部材は、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、或いは、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることとしても良い。
【００１４】
また、前記音響抵抗部材を用いる場合の別の具体的な構成として、前記音響抵抗部材が、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、及び、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることとしても良い。そして、この場合において、前記音響抵抗部材は、前記第１の筐体又は前記第２の筐体に別々に取り付けられる第１音響抵抗部材と第２音響抵抗部材とから成ることとしても良い。
【００１５】
上記構成の音声入力装置において、前記第１の開口部と前記第２の開口部とのうちの少なくとも一方は複数の貫通孔からなって、前記音響抵抗部を兼ねることとしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、音声入力装置の小型化が可能である。そして、小型化を達成した場合に発生する可能性がある「ノイズ抑圧性能の劣化」を抑制できる構成となっているために、高品質の音声信号が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した音声入力装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、音声入力装置が携帯電話である場合を例に説明するが、本発明の音声入力装置は携帯電話に限られる趣旨ではない。
【００１８】
図１は、本実施形態の音声入力装置の概略構成を説明するための図である。図１に示すように、携帯電話としての機能を有する音声入力装置２にはユーザの音声を電気信号に変換するマイクロホンユニット１が備えられている。本実施形態の音声入力装置２においては、マイクロホンユニット１は音声入力装置２の筐体（以下、第１の筐体という）５１の下部側に収容配置されている。なお、本実施形態ではマイクロホンユニット１を第１の筐体５１の下部側に収容配置する構成としているが、マイクロホンユニット１の位置はこの位置に限定されず適宜変更して構わない。
【００１９】
図２は、図１のＡ−Ａ位置における概略断面図である。図１及び図２に示すように、第１の筐体５１の下部側には、第１の開口部５１１と第２の開口部５１２との２つの開口が設けられている。第１の開口部５１１の上部には音響抵抗部５２が配置されているが、これについての詳細は後述する。なお、本実施形態では、第１の開口部５１１及び第２の開口部５１２は平面視略円形状に設けられているが、これらの形状は本実施形態の構成に限らず適宜変更可能である。
【００２０】
マイクロホンユニット１は、図２に示すように、第２の筐体１１と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップ１２と、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１３と、回路基板１４と、を備えている。
【００２１】
第２の筐体１１は、図１に示すように略直方体形状に形成され、その内部空間に振動膜（振動板）１２２を含むＭＥＭＳチップ１２と、ＡＳＩＣ１３と、回路基板１４とを収容する。なお、第２の筐体１１の外形は本実施形態の形状に限定される趣旨ではなく、例えば、立方体であっても良いし、また、直方体や立方体といった六面体に限らず、六面体以外の多面体構造や多面体以外の構造（例えば球状構造、半球状構造等）であっても良い。
【００２２】
第２の筐体１１の上面には、平面視略円形状（これに限らずその形状は適宜変更可能）の第１音孔１１１と第２音孔１１２とが形成されている。第１音孔１１１と第２音孔１１２との間隔は、マイクロホンユニット１から出力される音声のＳ／Ｎ（Signal to Noise）比を良くする等の目的で４〜６ｍｍ程度とするのが好ましい。マイクロホンユニット１は、第１音孔１１１が第１の筐体５１に設けられる第１の開口部５１１の位置と重なるように、また、第２音孔１１２が第１の筐体５１に設けられる第２の開口部５１２の位置と重なるように配置されている。すなわち、第１音孔１１１と第１の開口部５１１、及び、第２音孔１１２と第２の開口部５１２は、各々連通した状態となっている。
【００２３】
なお、本実施形態の音声入力装置２においては、マイクロホンユニット１は弾性体５３を介して第１の筐体５１に配置されている。そして、弾性体５３には、第１音孔１１１と第１の開口部５１１、及び、第２音孔１１２と第２の開口部５１２が各々連通するように開口が形成されている。弾性体５３は必ずしも設ける必要はない。しかし、弾性体５３を介してマイクロホンユニット１を第１の筐体５１に配置することにより、第１の筐体５１の振動がマイクロホンユニット１に伝わり難くなって、マイクロホンユニット１の動作精度を高める。このため、本実施形態のように弾性体５３を設けるのが好ましい。
【００２４】
マイクロホンユニット１を構成する第２の筐体１１の内部空間は、その詳細は後述するＭＥＭＳチップ１２が有する振動膜（振動板）１２２によって２つの空間に分割されている。これにより、音声入力装置２には、第１の筐体５１の外部の音を、第１の開口部５１１から振動膜１２２の上面（第１の面）１２２ａへと導く第１導音空間５１３と、第２の開口部５１２から振動膜１２２の下面（第２の面）１２２ｂへと導く第２導音空間５１４と、が形成された状態となっている。
【００２５】
なお、本実施形態においては、第１の開口部５１１の上部には音響抵抗部５２が設けられているが、第１の筐体５１の外部空間で発生した音波は、音響抵抗部５２を通過して第１導音空間５１３へと入るようになっている。
【００２６】
また、本実施形態では、マイクロホンユニット１の第１音孔１１１と第２音孔１１２とを第２の筐体１１の同一面に形成しているが、この構成に限定される趣旨ではない。すなわち、これらを互いに異なる面に形成しても良く、例えば、隣り合う面や対向する面に形成する構成としても良い。ただし、本実施形態のように２つの音孔１１１、１１２を第２の筐体１１の同一面に形成した方が、音声入力装置２における音道が複雑とならないので好ましい。
【００２７】
図３は、本実施形態のマイクロホンユニット１が備えるＭＥＭＳチップ１２の構成を示す概略断面図である。図３に示すように、ＭＥＭＳチップ１２は、絶縁性のベース基板１２１と、振動膜１２２と、絶縁膜１２３と、固定電極１２４と、を有し、コンデンサ型のマイクロホンを形成している。なお、このＭＥＭＳチップ１２は半導体製造技術を用いて製造される。
【００２８】
ベース基板１２１には例えば平面視略円形状の開口１２１ａが形成され、これにより振動膜１２２の下部側から来る音波は振動膜１２２に到達するようになっている。ベース基板１２１の上に形成される振動膜１２２は、音波を受けて振動（上下方向に振動）する薄膜で、導電性を有し、電極の一端を形成している。
【００２９】
固定電極１２４は、絶縁膜１２３を挟んで振動膜１２２と対向するように配置されている。これにより、振動膜１２２と固定電極１２４とは容量を形成する。なお、固定電極１２４には音波が通過できるように複数の音孔１２４ａが形成されており、振動膜１２２の上部側から来る音波が振動膜１２２に到達するようになっている。
【００３０】
このようなＭＥＭＳチップ１２においては、ＭＥＭＳチップ１２に音波が入射すると、振動膜１２２の上面１２２ａに音圧ｐｆ、下面１２２ｂに音圧ｐｂが各々加わる。その結果、音圧ｐｆと音圧ｐｂとの差に応じて振動膜１２２が振動して振動膜１２２と固定電極１２４との間隔Ｇｐが変化し、振動膜１２２と固定電極１２４との間の静電容量が変化する。すなわち、コンデンサ型のマイクロホンとして機能するＭＥＭＳチップ１２によって、入射した音波を電気信号として取り出せるようになっている。
【００３１】
なお、本実施形態では振動膜１２２の方が固定電極１２４よりも下となっているが、これとは逆の関係（振動膜が上で、固定電極が下となる関係）となるように構成しても構わない。
【００３２】
図４は、本実施形態のマイクロホンユニット１が備えるＡＳＩＣ１３の回路構成を説明するための図である。ＡＳＩＣ１３は、本発明の電気回路部の実施形態で、ＭＥＭＳチップ１２における静電容量の変化に基づいて発生する電気信号を信号増幅回路１３３で増幅処理する集積回路である。本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１２における静電容量の変化を精密に取得できるように、チャージポンプ回路１３１とオペアンプ１３２とを含む構成としている。また、信号増幅回路１３３の増幅率（ゲイン）を調整できるようにゲイン調整回路１３４を含む構成としている。
【００３３】
図２に戻って、マイクロホンユニット１の回路基板１４はＭＥＭＳチップ１２及びＡＳＩＣ１３を実装する基板である。本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１２及びＡＳＩＣ１３は、いずれもフリップチップ実装され、回路基板１４に形成される配線パターンによって両者は電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１２及びＡＳＩＣ１３をフリップチップ実装する構成としているがこの構成に限られる趣旨ではなく、例えばワイヤボンディングを用いて実装する構成等としても構わない。
【００３４】
以上のように構成されるマイクロホンユニット１は、音声入力装置２の第１の筐体５１内に配置される実装基板５４に、例えばフリップチップ実装等によって実装されている。実装基板５４には、ＡＳＩＣ１３で増幅処理された電気信号について各種の演算処理を行う演算処理回路（図示せず）が設けられている。
【００３５】
次に、第１の開口部５１１の上部に設けられる音響抵抗部５２について詳細に説明する。音響抵抗部５２は、平面視略円形状に形成されるシート状の音響抵抗部材を、第１の筐体５１に設けられる第１の開口部５１１を塞ぐように配置して成る。音響抵抗部材としては、例えばポリエステルやナイロン等の樹脂やステンレス等によって形成されるメッシュ部材が用いられる。メッシュ部材のオープニングは例えば２０〜１００μｍ程度とされ、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度とされる。ただし、これらはあくまでも一例であり、音響抵抗部材として使用されるメッシュ部材のオープニング、メッシュ数、厚み等は、目的に応じて適宜選択されるものであり、上記に限定されるものではない。ここで、メッシュ数とは、１インチ（２５．４ｍｍ）間にある網の目の数を指している。また、オープニングとは、メッシュを構成する線の径を線径と定義した場合に、以下の式で求められる値を指している。
オープニング（μｍ）＝（２５４００÷メッシュ数）− 線径
【００３６】
なお、本実施形態では、音響抵抗部５２を構成する音響抵抗部材を平面視略円形状に形成しているがこれに限定されず、その形状は適宜変更して良く、例えば平面視略矩形状等としても良い。
【００３７】
音響抵抗部５２は、第１導音空間５１３の周波数特性を調整するために設けられている。これは、第１導音空間５１３の周波数特性と第２導音空間５１４の周波数特性との差を低減するためである。以下、このような音響抵抗部５２を設ける理由について詳細に説明する。
【００３８】
まず、図５を参照して、本実施形態の音声入力装置２が備えるマイクロホンユニット１に要求される指向特性について説明する。ここで、図５（ａ）に示すように、第１音孔１１１と第２音孔１１２とを結ぶ方向を０°及び１８０°の方向と設定する。また、第１音孔１１１と第２音孔１１２との中間点をＭと設定する。
【００３９】
この場合において、図５（ｂ）に示すように、マイクロホンユニット１は、音源と中間点Ｍとの距離が一定であるとすると、音源が０°又は１８０°の方向にある時に振動膜１２２に加わる音圧（ｐｆ−ｐｂ）が最大となることが要求される。一方、音源が９０°又は２７０°の方向にある時に振動膜１２２に加わる音圧（ｐｆ−ｐｂ）が最小（０）となることが要求される。すなわち、本実施形態のマイクロホンユニット１は、０°及び１８０°の方向から入射される音波を受け易く、９０°及び２７０°の方向から入射される音波を受け難い性質（両指向特性）を有することが望まれる。そして、図５（ｂ）に示すような指向特性の対称性は背景雑音抑圧性能と関係しており、マイクロホンユニット１においては、使用周波数範囲の全域で対称性の良い指向特性を有するのが望まれる。
【００４０】
図６は、本実施形態の音声入力装置２が備えるマイクロホンユニットの問題点を説明するためのグラフである。図６において、横軸（対数軸）は周波数、縦軸はマイクロホンの出力である。また、図６において、実線で示すグラフ（ａ）は、マイクロホンユニット１の第２音孔１１２から音波が入射しないようにした場合における周波数特性を示している。また、図６において、破線で示すグラフ（ｂ）は、マイクロホンユニット１の第１音孔１１１から音波が入射しないようにした場合における周波数特性を示している。
【００４１】
なお、図６のデータを得るにあたって、音源は９０°及び２７０°（図５（ａ）参照）からずれた方向の一定位置としている。また、各周波数のデータを得るに際して音波の振幅（音圧）は同一としている。
【００４２】
マイクロホンユニット１は、その使用周波数範囲（例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の全ての周波数において、図５（ｂ）に示した両指向特性を発揮することが求められる。このため、音源を９０°及び２７０°からずれた方向としてマイクロホンユニット１に音波を入射した場合、その使用数周波数範囲において、図６のグラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とは、周波数が変化しても一定の出力差を維持することが求められる。なお、一定の出力差は、音源から第１音孔１１１までの距離と音源から第２音孔１１２までの距離との差に応じて決まる値である。この点、図６に示す実験結果では、１００Ｈｚ〜６ｋＨｚ程度の周波数までは、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とが一定の出力差を維持している。しかし、ほぼ６ｋＨｚを超えた高周波数帯域では上述の一定の出力差ではなくなり、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）との間で出力値の大小の逆転も見られる。
【００４３】
高周波数帯域で上述のような傾向となるのは、装置の小型化を狙って音道（導音空間）にＡＳＩＣ１３を配置していることが原因として挙げられる。すなわち、ＡＳＩＣ１３の導音空間への配置により、振動膜１２２の上面１２２ａに設けられる導音空間の容積と、振動膜１２２の下面１２２ｂに設けられる導音空間の容積との間のアンバランスが大きくなり、２つの空間の間で周波数特性に差が生じたものと考えられる。そして、この周波数特性の差が原因となって図６のような結果となったと考えられる。
【００４４】
そこで、本実施形態の音声入力装置２では、マイクロホンユニット１の筐体（第２の筐体）１１の内部にＡＳＩＣ１３を配置することによって生じる不具合を解消すべく、音響抵抗部５２を設けている。すなわち、音響抵抗部５２によって、ＡＳＩＣ１３が配置されている第１導音空間５１３の周波数特性を調整して、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との周波数特性の差を低減することとしている。
【００４５】
上述した図６に示す結果からわかるように、本実施形態の音声入力装置２では、音響抵抗部５２を設けない場合、低周波数側（ほぼ６ｋＨｚより低周波数側）では所望の両指向特性（図５（ｂ）に示すような特性）が得られるが、高周波数側（ほぼ６ｋＨｚより高い周波数側）では所望の両指向特性が得られない。このために、音声入力装置２に設ける音響抵抗部５２の特性として、例えば図７の破線で示すマイクホン出力となるような作用を発揮するものを設けることが考えられる。すなわち、低周波数側の音に対してはほとんど作用せず、高周波数（例えば６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの間の周波数）側の音に対して選択的に作用する（高周波数側において出力を低下させる）ような音響抵抗部５２を設けることが考えられる。
【００４６】
なお、図７は、本実施形態の音声入力装置２が備える音響抵抗部５２の特性を説明するための図である。図７において横軸は対数軸である。
【００４７】
図８は、導音空間を塞ぐように音響抵抗部材を配置した場合の効果を説明するための図である。図８において、横軸（対数軸）は周波数、縦軸はマイクロホンの出力である。また、図８において、グラフ（ａ）は音響抵抗部材を配置しない場合の結果、グラフ（ｂ）は音響抵抗部材ａを配置した場合の結果、グラフ（ｃ）は音響抵抗部材ａと異なる特性を有する音響抵抗部材ｂを配置した場合の結果である。なお、図８は、本実施形態のマイクロホンユニット１とは異なる構成のマイクロホンユニットを用いた場合の結果であるが、ここで得られた傾向は、本実施形態のマイクロホンユニット１にも当てはまる。
【００４８】
図８に示すように、音響抵抗部材ａ、ｂを配置することによって、低周波数帯域側においてはマイクロホン出力をほぼ変化させず、高周波数帯域側においてマイクロホン出力を選択的に減衰させることができることがわかる。また、音響抵抗部材の特性を変更することで、各周波数におけるマイクロホン出力の減衰量を変更できることもわかる。したがって、本実施形態の音声入力装置２のように第１導音空間５１３を塞ぐように音響抵抗部５２を設けることによって、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との周波数特性の差を低減することが可能であることがわかる。
【００４９】
なお、シート状のメッシュ部材で形成された音響抵抗部材の特性を決める主要因は、メッシュ数（メッシュ部材に形成される穴の密度に相当）と、メッシュのオープニング（メッシュ部材の穴の大きさに相当）と、厚みである。このため、これらの要因の調整により所望の特性を有する音響特性部材を得ることが可能である。
【００５０】
ここで、以上のような構成の本実施形態の音声入力装置２を用いた場合の効果について説明しておく。
【００５１】
本実施形態の音声入力装置では、ユーザの音声は第１の開口部５１１及び第２の開口部５１２の近傍から発生する。このようにマイクロホンユニット１の振動膜１２２の近傍で発生するユーザの音声は、振動膜１２２に至るまでの距離の違いによって音圧に大きな違いを生じる。このため、ユーザの音声によって振動膜１２２の上面１２２ａと下面１２２ｂの間には音圧差が生じ、振動膜１２２は振動する。
【００５２】
一方、背景雑音等の雑音は、ユーザの音声に比べて第１の開口部５１１及び第２の開口部５１２から遠い位置で音波が発生する。このように振動膜１２２から遠い位置で発生する雑音は、振動膜１２２に至るまでの距離に違いがあってもほとんど音圧に差を生じない。このため、雑音による音圧差は振動膜１２２において打ち消されてしまう。
【００５３】
したがって、本実施形態の音声入力装置２においては、振動膜１２２は近接するユーザの音声のみによって振動しているとみなすことができる。そのため、マイクロホンユニット１から出力される電気信号は、雑音が除去された、ユーザ音声のみを示す信号とみなすことができる。すなわち、本実施形態の音声入力装置２によれば、雑音を除去したユーザ音声を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態の音声入力装置２においては、振動膜１２２の振動に基づいて発生する電気信号を処理するＡＳＩＣ１３を第１導音空間５１３に配置しているために、小型化が可能である。
【００５５】
第１導音空間５１３にＡＳＩＣ１３を配置すると、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との容積のアンバランスによって、特に高周波数帯域で所望の両指向特性が得られずに、良好なノイズ抑圧性能が得られない。しかし、本実施形態の音声入力装置２においては、音響抵抗部５２を設けることによって第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との間の周波数特性の差を低減できるため、高周波数側で良好なノイズ抑圧性能を得ることが可能となっている。すなわち、本実施形態の音声入力装置２は、小型で高性能の音声入力装置であると言える。
【００５６】
以上に示した実施形態は一例であり、本発明の音声入力装置は以上に示した実施形態の構成に限定されるものではない。本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更を行っても構わない。
【００５７】
例えば、以上に示した実施形態では、第１の開口部５１１の上部に音響抵抗部材を配置して音響抵抗部５２を形成した。しかし、音響抵抗部材（音響抵抗部）は第１の開口部５１１から第１導音空間５１３を経て振動膜１２２へと至る音波が通過する位置に設けられれば良い。すなわち、音響抵抗部材は第１の開口部５１１から振動膜１２２の上面１２２ａへと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置すれば良い。なお、本実施形態の場合、音響抵抗部材は第１の開口部５１１から振動膜１２２の上面１２２ａへと至る経路の全部を塞いでいることになる。
【００５８】
また、以上に示した実施形態では、音響抵抗部５２について、音響抵抗部材を音声入力装置１１の筐体（第１の筐体）５１に取り付けて成る構成とした。しかし、音響抵抗部５２の構成はこれに限定されず、例えば第１の筐体５２を加工して成る構成としても構わない。具体的には、例えば図９に示すように、第１の開口部５１１を複数の細かい貫通孔の集合体として、第１の開口部５１１が音響抵抗部５２を兼ねる構成とした音声入力装置２１としても良い。
【００５９】
また、以上に示した実施形態では、第１の開口部５１１側にのみ音響抵抗部５１を設ける構成とした。しかし、この構成に限定されず、第１の開口部５１１側に加えて第２の開口部５１２側にも音響抵抗部を設ける構成としても良い。この構成の場合、音響抵抗部を設けて、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との両方の周波数特性を調整して、両者の周波数特性を合わせることになる。
【００６０】
第１の開口部５１１側に加えて第２の開口部５１２側にも音響抵抗部を設ける構成の具体例として、例えば、図１０に示すように、特性の異なる２つの音響抵抗部材を準備して２つの音響抵抗部５２、５５を設ける構成（音声入力装置３１）とすることができる。特性の異なる２つの音響抵抗部材は、例えば別々の材質からなるものであっても良いし、例えば同一の材質で、厚み等のパラメータを変更したものでも良い。
【００６１】
別の具体例として、図１１に示すように、例えば１つの音響抵抗部材（一体物）のみで第１の開口部５１１と第２の開口部５１２とを塞ぐ構成（音声入力装置４１）としても構わない。この構成の場合、例えば図１１に示すように、段差部５６ａを設けて第１の開口部５１１側と第２の開口部５１２側とで音響抵抗部材の厚みが異なるように音響抵抗部５６を構成しても良い。これにより、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との両方の周波数特性を調整して、両者の周波数特性の差を低減することができる。
【００６２】
また、以上に示した実施形態では、音響抵抗部５２を第１の開口部５１１側のみに設けたが、第２の開口部５１２側にのみ音響抵抗部５２を設ける構成としても良い。例えば音声入力装置２の音道形状の変更によって、本実施形態の場合と異なり、第２導音空間５１４側の周波数特性を調整すれば、第１導音空間５１３の周波数特性と第２導音空間１１４の周波数特性との差を低減することができる場合もあり得る。
【００６３】
また、以上に示した実施形態では、振動膜１２２（振動板）が第２の筐体１１の音孔１１１、１１２が形成される面と平行に配置される構成とした。しかし、この構成に限定されず、振動板が筐体の音孔が形成される面に対して平行でない構成としても構わない。
【００６４】
また、以上に示した音声入力装置２においては、いわゆるコンデンサ型マイクロホンを備える構成とした。しかし、本発明は、コンデンサ型マイクロホン以外のマイクロホンを備える音声入力装置にも勿論適用できる。コンデンサ型マイクロホン以外の構成として、例えば、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型等のマイクロホン等が挙げられる。
【００６５】
その他、本発明は、携帯電話以外の音声入力装置に適用でき、例えば、トランシーバ等の音声通信機器や、入力された音声を解析する技術を採用した音声処理システム（音声認証システム、音声認識システム、コマンド生成システム、電子辞書、翻訳機、音声入力方式のリモートコントローラ等）、或いは録音機器やアンプシステム（拡声器）、マイクシステムなどに広く適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、接話型の音声入力装置に対して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、本実施形態の音声入力装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】は、図１のＡ−Ａ位置における概略断面図である。
【図３】は、本実施形態のマイクロホンユニットが備えるＭＥＭＳチップの構成を示す概略断面図である。
【図４】は、本実施形態のマイクロホンユニットが備えるＡＳＩＣの回路構成を説明するための図である。
【図５】は、本実施形態の音声入力装置が備えるマイクロホンユニットに要求される指向特性を説明するための図である。
【図６】は、本実施形態の音声入力装置が備えるマイクロホンユニットの問題点を説明するためのグラフである。
【図７】は、本実施形態の音声入力装置が備える音響抵抗部の特性を説明するための図である。
【図８】は、導音空間を塞ぐように音響抵抗部材を配置した場合の効果を説明するための図である。
【図９】は、本実施形態の音声入力装置の変形例を説明するための図である。
【図１０】は、本実施形態の音声入力装置の変形例を説明するための図である。
【図１１】は、本実施形態の音声入力装置の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ マイクロホンンユニット
２、２１、３１、４１ 音声入力装置
１１ 第２の筐体
１２ ＭＥＭＳチップ
１３ ＡＳＩＣ（電気回路部）
５１ 第１の筐体
５２ 音響抵抗部
１１１ 第１音孔
１１２ 第２音孔
１２２ 振動膜（振動板）
１２２ａ 振動膜の上面（振動板の第１の面）
１２２ｂ 振動膜の下面（振動板の第２の面）
５１１ 第１の開口部
５１２ 第２の開口部
５１３ 第１導音空間
５１４ 第２導音空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話や録音機器等に適用される音声入力装置に関し、詳細には、振動板の両面（前後面）に音圧が加わるように形成され、音圧差に基づく振動板の振動によって音声信号を取得するマイクロホンユニットを備える音声入力装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、携帯電話やトランシーバ等の音声通信機器、又は音声認証システム等の入力された音声を解析する技術を利用した情報処理システム、或いは録音機器、などに音声入力装置が適用されている。電話などによる通話、音声認識、音声録音に際しては、目的の音声（ユーザの音声）のみを収音するのが好ましい。このため、目的の音声を正確に抽出し、目的の音声以外の雑音（背景雑音等）を除去する音声入力装置の開発が進められている。
【０００３】
雑音が存在する使用環境で雑音を除去して目的の音声のみを収音する技術として、音声入力装置が備えるマイクロホンユニットに指向性を持たせることが挙げられる。指向性を有するマイクロホンユニットの一例として、振動板（ダイアフラム）の両面に音圧が加わるように形成し、音圧差に基づく振動板の振動によって音声信号を取得するマイクロホンユニットが従来知られている（例えば特許文献１や２参照）。
【０００４】
ところで、近年においては電子機器の小型化が進んでおり、音声入力装置も小型化することが重要になっている。
【特許文献１】特開平４−２１７１９９号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、音声入力装置が備えるマイクロホンユニットには、振動板の振動に基づいて発生する電気信号を処理（例えば増幅処理等）する電気回路部が備えられる。そして、従来、この電気回路部は、音孔から振動板へと至る導音空間の外部に配置している（例えば、特許文献２の図２参照）。
【０００６】
上述のように近年においては音声入力装置の小型化が重要である。このため、上述の振動板の両面に音圧が加わるように形成したマイクロホンユニットを備える音声入力装置において、電気回路部を音孔からダイアフラムへと至る導音空間内に配置することを検討したところ、特に高周波数帯域において良好な指向特性が得られないことがわかった。すなわち、単に小型化を狙って電気回路部を導音空間内に配置する構成としても音声入力装置の性能が低下することがわかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、小型化が可能で高性能の音声入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、第１の筐体と、前記第１の筐体の内部に配置されるマイクロホンユニットと、を備える音声入力装置であって、前記マイクロホンユニットは、第１音孔と第２音孔とが設けられる第２の筐体と、前記第２の筐体の内部に配置される振動板と、前記振動板の振動に基づいて発生する電気信号を処理する電気回路部と、を備え、前記第１の筐体には、前記第１音孔と連通する第１の開口部と、前記第２音孔と連通する第２の開口部と、が設けられて、前記第１の筐体の外部の音を、前記第１の開口部から前記振動板の第１の面へと導く第１導音空間と、前記第２の開口部から前記振動板の前記第１の面の裏面である第２の面へと導く第２導音空間と、が形成されており、前記電気回路部は、前記第１導音空間と前記第２導音空間とのうちのいずれか一方に配置され、前記第１導音空間の周波数特性と前記第２導音空間の周波数特性とのうちの少なくとも一方を調整するための音響抵抗部が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
本構成によれば、信号の増幅処理等を行う電気回路部が、第１導音空間と第２導音空間とのうちのいずれか一方に配置される構成となっている。このために、従来のように導音空間の外側に電気回路部を配置する場合に比べて、マイクロホンユニットの小型化が可能である。
【００１０】
ところで、導音空間に電気回路部を配置すると、２つの導音空間（第１導音空間と第２導音空間）の形状がアンバランスとなること等が原因となって、２つの導音空間の周波数特性に差が生じる。具体的には、例えば高周波数帯域で周波数特性に差が生じ、高周波数側で良好なノイズ抑圧性能が得られない。この点、本構成は、音響抵抗部を設けて導音空間の周波数特性を調整する構成となっているために、高周波数側で良好なノイズ抑圧性能を得ることができる。すなわち、本構成によれば、音声入力装置から出力される音声信号（電気信号）を、ノイズが少なく高品質なものとできる。
【００１１】
上記構成の音声入力装置において、前記音響抵抗部は、特定の周波数帯域の音に対して選択的に作用するように形成されているのが好ましい。上述した、導音空間に電気回路部を配置することによって生じる２つの導音空間の周波数特性差は、例えば低周波数帯域ではほとんど認められず、高周波数帯域において認められる。このため、本構成のように、音響抵抗部が特定の周波数帯域（例えば高周波数帯域）に対して選択的に作用する構成とすることで、２つの導音空間の周波数特性差を低減しやすい。
【００１２】
また、上記構成の音声入力装置において、音響抵抗部材を前記第１の筐体又は前記第２の筐体に取り付けて成ることとしても良い。
【００１３】
前記音響抵抗部材を用いる場合の具体的な構成として、前記音響抵抗部材は、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、或いは、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることとしても良い。
【００１４】
また、前記音響抵抗部材を用いる場合の別の具体的な構成として、前記音響抵抗部材が、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、及び、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることとしても良い。そして、この場合において、前記音響抵抗部材は、前記第１の筐体又は前記第２の筐体に別々に取り付けられる第１音響抵抗部材と第２音響抵抗部材とから成ることとしても良い。
【００１５】
上記構成の音声入力装置において、前記第１の開口部と前記第２の開口部とのうちの少なくとも一方は複数の貫通孔からなって、前記音響抵抗部を兼ねることとしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、音声入力装置の小型化が可能である。そして、小型化を達成した場合に発生する可能性がある「ノイズ抑圧性能の劣化」を抑制できる構成となっているために、高品質の音声信号が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した音声入力装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、音声入力装置が携帯電話である場合を例に説明するが、本発明の音声入力装置は携帯電話に限られる趣旨ではない。
【００１８】
図１は、本実施形態の音声入力装置の概略構成を説明するための図である。図１に示すように、携帯電話としての機能を有する音声入力装置２にはユーザの音声を電気信号に変換するマイクロホンユニット１が備えられている。本実施形態の音声入力装置２においては、マイクロホンユニット１は音声入力装置２の筐体（以下、第１の筐体という）５１の下部側に収容配置されている。なお、本実施形態ではマイクロホンユニット１を第１の筐体５１の下部側に収容配置する構成としているが、マイクロホンユニット１の位置はこの位置に限定されず適宜変更して構わない。
【００１９】
図２は、図１のＡ−Ａ位置における概略断面図である。図１及び図２に示すように、第１の筐体５１の下部側には、第１の開口部５１１と第２の開口部５１２との２つの開口が設けられている。第１の開口部５１１の上部には音響抵抗部５２が配置されているが、これについての詳細は後述する。なお、本実施形態では、第１の開口部５１１及び第２の開口部５１２は平面視略円形状に設けられているが、これらの形状は本実施形態の構成に限らず適宜変更可能である。
【００２０】
マイクロホンユニット１は、図２に示すように、第２の筐体１１と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップ１２と、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１３と、回路基板１４と、を備えている。
【００２１】
第２の筐体１１は、図１に示すように略直方体形状に形成され、その内部空間に振動膜（振動板）１２２を含むＭＥＭＳチップ１２と、ＡＳＩＣ１３と、回路基板１４とを収容する。なお、第２の筐体１１の外形は本実施形態の形状に限定される趣旨ではなく、例えば、立方体であっても良いし、また、直方体や立方体といった六面体に限らず、六面体以外の多面体構造や多面体以外の構造（例えば球状構造、半球状構造等）であっても良い。
【００２２】
第２の筐体１１の上面には、平面視略円形状（これに限らずその形状は適宜変更可能）の第１音孔１１１と第２音孔１１２とが形成されている。第１音孔１１１と第２音孔１１２との間隔は、マイクロホンユニット１から出力される音声のＳ／Ｎ（Signal to Noise）比を良くする等の目的で４〜６ｍｍ程度とするのが好ましい。マイクロホンユニット１は、第１音孔１１１が第１の筐体５１に設けられる第１の開口部５１１の位置と重なるように、また、第２音孔１１２が第１の筐体５１に設けられる第２の開口部５１２の位置と重なるように配置されている。すなわち、第１音孔１１１と第１の開口部５１１、及び、第２音孔１１２と第２の開口部５１２は、各々連通した状態となっている。
【００２３】
なお、本実施形態の音声入力装置２においては、マイクロホンユニット１は弾性体５３を介して第１の筐体５１に配置されている。そして、弾性体５３には、第１音孔１１１と第１の開口部５１１、及び、第２音孔１１２と第２の開口部５１２が各々連通するように開口が形成されている。弾性体５３は必ずしも設ける必要はない。しかし、弾性体５３を介してマイクロホンユニット１を第１の筐体５１に配置することにより、第１の筐体５１の振動がマイクロホンユニット１に伝わり難くなって、マイクロホンユニット１の動作精度を高める。このため、本実施形態のように弾性体５３を設けるのが好ましい。
【００２４】
マイクロホンユニット１を構成する第２の筐体１１の内部空間は、その詳細は後述するＭＥＭＳチップ１２が有する振動膜（振動板）１２２によって２つの空間に分割されている。これにより、音声入力装置２には、第１の筐体５１の外部の音を、第１の開口部５１１から振動膜１２２の上面（第１の面）１２２ａへと導く第１導音空間５１３と、第２の開口部５１２から振動膜１２２の下面（第２の面）１２２ｂへと導く第２導音空間５１４と、が形成された状態となっている。
【００２５】
なお、本実施形態においては、第１の開口部５１１の上部には音響抵抗部５２が設けられているが、第１の筐体５１の外部空間で発生した音波は、音響抵抗部５２を通過して第１導音空間５１３へと入るようになっている。
【００２６】
また、本実施形態では、マイクロホンユニット１の第１音孔１１１と第２音孔１１２とを第２の筐体１１の同一面に形成しているが、この構成に限定される趣旨ではない。すなわち、これらを互いに異なる面に形成しても良く、例えば、隣り合う面や対向する面に形成する構成としても良い。ただし、本実施形態のように２つの音孔１１１、１１２を第２の筐体１１の同一面に形成した方が、音声入力装置２における音道が複雑とならないので好ましい。
【００２７】
図３は、本実施形態のマイクロホンユニット１が備えるＭＥＭＳチップ１２の構成を示す概略断面図である。図３に示すように、ＭＥＭＳチップ１２は、絶縁性のベース基板１２１と、振動膜１２２と、絶縁膜１２３と、固定電極１２４と、を有し、コンデンサ型のマイクロホンを形成している。なお、このＭＥＭＳチップ１２は半導体製造技術を用いて製造される。
【００２８】
ベース基板１２１には例えば平面視略円形状の開口１２１ａが形成され、これにより振動膜１２２の下部側から来る音波は振動膜１２２に到達するようになっている。ベース基板１２１の上に形成される振動膜１２２は、音波を受けて振動（上下方向に振動）する薄膜で、導電性を有し、電極の一端を形成している。
【００２９】
固定電極１２４は、絶縁膜１２３を挟んで振動膜１２２と対向するように配置されている。これにより、振動膜１２２と固定電極１２４とは容量を形成する。なお、固定電極１２４には音波が通過できるように複数の音孔１２４ａが形成されており、振動膜１２２の上部側から来る音波が振動膜１２２に到達するようになっている。
【００３０】
このようなＭＥＭＳチップ１２においては、ＭＥＭＳチップ１２に音波が入射すると、振動膜１２２の上面１２２ａに音圧ｐｆ、下面１２２ｂに音圧ｐｂが各々加わる。その結果、音圧ｐｆと音圧ｐｂとの差に応じて振動膜１２２が振動して振動膜１２２と固定電極１２４との間隔Ｇｐが変化し、振動膜１２２と固定電極１２４との間の静電容量が変化する。すなわち、コンデンサ型のマイクロホンとして機能するＭＥＭＳチップ１２によって、入射した音波を電気信号として取り出せるようになっている。
【００３１】
なお、本実施形態では振動膜１２２の方が固定電極１２４よりも下となっているが、これとは逆の関係（振動膜が上で、固定電極が下となる関係）となるように構成しても構わない。
【００３２】
図４は、本実施形態のマイクロホンユニット１が備えるＡＳＩＣ１３の回路構成を説明するための図である。ＡＳＩＣ１３は、本発明の電気回路部の実施形態で、ＭＥＭＳチップ１２における静電容量の変化に基づいて発生する電気信号を信号増幅回路１３３で増幅処理する集積回路である。本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１２における静電容量の変化を精密に取得できるように、チャージポンプ回路１３１とオペアンプ１３２とを含む構成としている。また、信号増幅回路１３３の増幅率（ゲイン）を調整できるようにゲイン調整回路１３４を含む構成としている。
【００３３】
図２に戻って、マイクロホンユニット１の回路基板１４はＭＥＭＳチップ１２及びＡＳＩＣ１３を実装する基板である。本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１２及びＡＳＩＣ１３は、いずれもフリップチップ実装され、回路基板１４に形成される配線パターンによって両者は電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、ＭＥＭＳチップ１２及びＡＳＩＣ１３をフリップチップ実装する構成としているがこの構成に限られる趣旨ではなく、例えばワイヤボンディングを用いて実装する構成等としても構わない。
【００３４】
以上のように構成されるマイクロホンユニット１は、音声入力装置２の第１の筐体５１内に配置される実装基板５４に、例えばフリップチップ実装等によって実装されている。実装基板５４には、ＡＳＩＣ１３で増幅処理された電気信号について各種の演算処理を行う演算処理回路（図示せず）が設けられている。
【００３５】
次に、第１の開口部５１１の上部に設けられる音響抵抗部５２について詳細に説明する。音響抵抗部５２は、平面視略円形状に形成されるシート状の音響抵抗部材を、第１の筐体５１に設けられる第１の開口部５１１を塞ぐように配置して成る。音響抵抗部材としては、例えばポリエステルやナイロン等の樹脂やステンレス等によって形成されるメッシュ部材が用いられる。メッシュ部材のオープニングは例えば２０〜１００μｍ程度とされ、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度とされる。ただし、これらはあくまでも一例であり、音響抵抗部材として使用されるメッシュ部材のオープニング、メッシュ数、厚み等は、目的に応じて適宜選択されるものであり、上記に限定されるものではない。ここで、メッシュ数とは、１インチ（２５．４ｍｍ）間にある網の目の数を指している。また、オープニングとは、メッシュを構成する線の径を線径と定義した場合に、以下の式で求められる値を指している。
オープニング（μｍ）＝（２５４００÷メッシュ数）− 線径
【００３６】
なお、本実施形態では、音響抵抗部５２を構成する音響抵抗部材を平面視略円形状に形成しているがこれに限定されず、その形状は適宜変更して良く、例えば平面視略矩形状等としても良い。
【００３７】
音響抵抗部５２は、第１導音空間５１３の周波数特性を調整するために設けられている。これは、第１導音空間５１３の周波数特性と第２導音空間５１４の周波数特性との差を低減するためである。以下、このような音響抵抗部５２を設ける理由について詳細に説明する。
【００３８】
まず、図５を参照して、本実施形態の音声入力装置２が備えるマイクロホンユニット１に要求される指向特性について説明する。ここで、図５（ａ）に示すように、第１音孔１１１と第２音孔１１２とを結ぶ方向を０°及び１８０°の方向と設定する。また、第１音孔１１１と第２音孔１１２との中間点をＭと設定する。
【００３９】
この場合において、図５（ｂ）に示すように、マイクロホンユニット１は、音源と中間点Ｍとの距離が一定であるとすると、音源が０°又は１８０°の方向にある時に振動膜１２２に加わる音圧（ｐｆ−ｐｂ）が最大となることが要求される。一方、音源が９０°又は２７０°の方向にある時に振動膜１２２に加わる音圧（ｐｆ−ｐｂ）が最小（０）となることが要求される。すなわち、本実施形態のマイクロホンユニット１は、０°及び１８０°の方向から入射される音波を受け易く、９０°及び２７０°の方向から入射される音波を受け難い性質（両指向特性）を有することが望まれる。そして、図５（ｂ）に示すような指向特性の対称性は背景雑音抑圧性能と関係しており、マイクロホンユニット１においては、使用周波数範囲の全域で対称性の良い指向特性を有するのが望まれる。
【００４０】
図６は、本実施形態の音声入力装置２が備えるマイクロホンユニットの問題点を説明するためのグラフである。図６において、横軸（対数軸）は周波数、縦軸はマイクロホンの出力である。また、図６において、実線で示すグラフ（ａ）は、マイクロホンユニット１の第２音孔１１２から音波が入射しないようにした場合における周波数特性を示している。また、図６において、破線で示すグラフ（ｂ）は、マイクロホンユニット１の第１音孔１１１から音波が入射しないようにした場合における周波数特性を示している。
【００４１】
なお、図６のデータを得るにあたって、音源は９０°及び２７０°（図５（ａ）参照）からずれた方向の一定位置としている。また、各周波数のデータを得るに際して音波の振幅（音圧）は同一としている。
【００４２】
マイクロホンユニット１は、その使用周波数範囲（例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の全ての周波数において、図５（ｂ）に示した両指向特性を発揮することが求められる。このため、音源を９０°及び２７０°からずれた方向としてマイクロホンユニット１に音波を入射した場合、その使用数周波数範囲において、図６のグラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とは、周波数が変化しても一定の出力差を維持することが求められる。なお、一定の出力差は、音源から第１音孔１１１までの距離と音源から第２音孔１１２までの距離との差に応じて決まる値である。この点、図６に示す実験結果では、１００Ｈｚ〜６ｋＨｚ程度の周波数までは、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とが一定の出力差を維持している。しかし、ほぼ６ｋＨｚを超えた高周波数帯域では上述の一定の出力差ではなくなり、グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）との間で出力値の大小の逆転も見られる。
【００４３】
高周波数帯域で上述のような傾向となるのは、装置の小型化を狙って音道（導音空間）にＡＳＩＣ１３を配置していることが原因として挙げられる。すなわち、ＡＳＩＣ１３の導音空間への配置により、振動膜１２２の上面１２２ａに設けられる導音空間の容積と、振動膜１２２の下面１２２ｂに設けられる導音空間の容積との間のアンバランスが大きくなり、２つの空間の間で周波数特性に差が生じたものと考えられる。そして、この周波数特性の差が原因となって図６のような結果となったと考えられる。
【００４４】
そこで、本実施形態の音声入力装置２では、マイクロホンユニット１の筐体（第２の筐体）１１の内部にＡＳＩＣ１３を配置することによって生じる不具合を解消すべく、音響抵抗部５２を設けている。すなわち、音響抵抗部５２によって、ＡＳＩＣ１３が配置されている第１導音空間５１３の周波数特性を調整して、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との周波数特性の差を低減することとしている。
【００４５】
上述した図６に示す結果からわかるように、本実施形態の音声入力装置２では、音響抵抗部５２を設けない場合、低周波数側（ほぼ６ｋＨｚより低周波数側）では所望の両指向特性（図５（ｂ）に示すような特性）が得られるが、高周波数側（ほぼ６ｋＨｚより高い周波数側）では所望の両指向特性が得られない。このために、音声入力装置２に設ける音響抵抗部５２の特性として、例えば図７の破線で示すマイクホン出力となるような作用を発揮するものを設けることが考えられる。すなわち、低周波数側の音に対してはほとんど作用せず、高周波数（例えば６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの間の周波数）側の音に対して選択的に作用する（高周波数側において出力を低下させる）ような音響抵抗部５２を設けることが考えられる。
【００４６】
なお、図７は、本実施形態の音声入力装置２が備える音響抵抗部５２の特性を説明するための図である。図７において横軸は対数軸である。
【００４７】
図８は、導音空間を塞ぐように音響抵抗部材を配置した場合の効果を説明するための図である。図８において、横軸（対数軸）は周波数、縦軸はマイクロホンの出力である。また、図８において、グラフ（ａ）は音響抵抗部材を配置しない場合の結果、グラフ（ｂ）は音響抵抗部材ａを配置した場合の結果、グラフ（ｃ）は音響抵抗部材ａと異なる特性を有する音響抵抗部材ｂを配置した場合の結果である。なお、図８は、本実施形態のマイクロホンユニット１とは異なる構成のマイクロホンユニットを用いた場合の結果であるが、ここで得られた傾向は、本実施形態のマイクロホンユニット１にも当てはまる。
【００４８】
図８に示すように、音響抵抗部材ａ、ｂを配置することによって、低周波数帯域側においてはマイクロホン出力をほぼ変化させず、高周波数帯域側においてマイクロホン出力を選択的に減衰させることができることがわかる。また、音響抵抗部材の特性を変更することで、各周波数におけるマイクロホン出力の減衰量を変更できることもわかる。したがって、本実施形態の音声入力装置２のように第１導音空間５１３を塞ぐように音響抵抗部５２を設けることによって、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との周波数特性の差を低減することが可能であることがわかる。
【００４９】
なお、シート状のメッシュ部材で形成された音響抵抗部材の特性を決める主要因は、メッシュ数（メッシュ部材に形成される穴の密度に相当）と、メッシュのオープニング（メッシュ部材の穴の大きさに相当）と、厚みである。このため、これらの要因の調整により所望の特性を有する音響特性部材を得ることが可能である。
【００５０】
ここで、以上のような構成の本実施形態の音声入力装置２を用いた場合の効果について説明しておく。
【００５１】
本実施形態の音声入力装置では、ユーザの音声は第１の開口部５１１及び第２の開口部５１２の近傍から発生する。このようにマイクロホンユニット１の振動膜１２２の近傍で発生するユーザの音声は、振動膜１２２に至るまでの距離の違いによって音圧に大きな違いを生じる。このため、ユーザの音声によって振動膜１２２の上面１２２ａと下面１２２ｂの間には音圧差が生じ、振動膜１２２は振動する。
【００５２】
一方、背景雑音等の雑音は、ユーザの音声に比べて第１の開口部５１１及び第２の開口部５１２から遠い位置で音波が発生する。このように振動膜１２２から遠い位置で発生する雑音は、振動膜１２２に至るまでの距離に違いがあってもほとんど音圧に差を生じない。このため、雑音による音圧差は振動膜１２２において打ち消されてしまう。
【００５３】
したがって、本実施形態の音声入力装置２においては、振動膜１２２は近接するユーザの音声のみによって振動しているとみなすことができる。そのため、マイクロホンユニット１から出力される電気信号は、雑音が除去された、ユーザ音声のみを示す信号とみなすことができる。すなわち、本実施形態の音声入力装置２によれば、雑音を除去したユーザ音声を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態の音声入力装置２においては、振動膜１２２の振動に基づいて発生する電気信号を処理するＡＳＩＣ１３を第１導音空間５１３に配置しているために、小型化が可能である。
【００５５】
第１導音空間５１３にＡＳＩＣ１３を配置すると、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との容積のアンバランスによって、特に高周波数帯域で所望の両指向特性が得られずに、良好なノイズ抑圧性能が得られない。しかし、本実施形態の音声入力装置２においては、音響抵抗部５２を設けることによって第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との間の周波数特性の差を低減できるため、高周波数側で良好なノイズ抑圧性能を得ることが可能となっている。すなわち、本実施形態の音声入力装置２は、小型で高性能の音声入力装置であると言える。
【００５６】
以上に示した実施形態は一例であり、本発明の音声入力装置は以上に示した実施形態の構成に限定されるものではない。本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更を行っても構わない。
【００５７】
例えば、以上に示した実施形態では、第１の開口部５１１の上部に音響抵抗部材を配置して音響抵抗部５２を形成した。しかし、音響抵抗部材（音響抵抗部）は第１の開口部５１１から第１導音空間５１３を経て振動膜１２２へと至る音波が通過する位置に設けられれば良い。すなわち、音響抵抗部材は第１の開口部５１１から振動膜１２２の上面１２２ａへと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置すれば良い。なお、本実施形態の場合、音響抵抗部材は第１の開口部５１１から振動膜１２２の上面１２２ａへと至る経路の全部を塞いでいることになる。
【００５８】
また、以上に示した実施形態では、音響抵抗部５２について、音響抵抗部材を音声入力装置１１の筐体（第１の筐体）５１に取り付けて成る構成とした。しかし、音響抵抗部５２の構成はこれに限定されず、例えば第１の筐体５２を加工して成る構成としても構わない。具体的には、例えば図９に示すように、第１の開口部５１１を複数の細かい貫通孔の集合体として、第１の開口部５１１が音響抵抗部５２を兼ねる構成とした音声入力装置２１としても良い。
【００５９】
また、以上に示した実施形態では、第１の開口部５１１側にのみ音響抵抗部５１を設ける構成とした。しかし、この構成に限定されず、第１の開口部５１１側に加えて第２の開口部５１２側にも音響抵抗部を設ける構成としても良い。この構成の場合、音響抵抗部を設けて、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との両方の周波数特性を調整して、両者の周波数特性を合わせることになる。
【００６０】
第１の開口部５１１側に加えて第２の開口部５１２側にも音響抵抗部を設ける構成の具体例として、例えば、図１０に示すように、特性の異なる２つの音響抵抗部材を準備して２つの音響抵抗部５２、５５を設ける構成（音声入力装置３１）とすることができる。特性の異なる２つの音響抵抗部材は、例えば別々の材質からなるものであっても良いし、例えば同一の材質で、厚み等のパラメータを変更したものでも良い。
【００６１】
別の具体例として、図１１に示すように、例えば１つの音響抵抗部材（一体物）のみで第１の開口部５１１と第２の開口部５１２とを塞ぐ構成（音声入力装置４１）としても構わない。この構成の場合、例えば図１１に示すように、段差部５６ａを設けて第１の開口部５１１側と第２の開口部５１２側とで音響抵抗部材の厚みが異なるように音響抵抗部５６を構成しても良い。これにより、第１導音空間５１３と第２導音空間５１４との両方の周波数特性を調整して、両者の周波数特性の差を低減することができる。
【００６２】
また、以上に示した実施形態では、音響抵抗部５２を第１の開口部５１１側のみに設けたが、第２の開口部５１２側にのみ音響抵抗部５２を設ける構成としても良い。例えば音声入力装置２の音道形状の変更によって、本実施形態の場合と異なり、第２導音空間５１４側の周波数特性を調整すれば、第１導音空間５１３の周波数特性と第２導音空間１１４の周波数特性との差を低減することができる場合もあり得る。
【００６３】
また、以上に示した実施形態では、振動膜１２２（振動板）が第２の筐体１１の音孔１１１、１１２が形成される面と平行に配置される構成とした。しかし、この構成に限定されず、振動板が筐体の音孔が形成される面に対して平行でない構成としても構わない。
【００６４】
また、以上に示した音声入力装置２においては、いわゆるコンデンサ型マイクロホンを備える構成とした。しかし、本発明は、コンデンサ型マイクロホン以外のマイクロホンを備える音声入力装置にも勿論適用できる。コンデンサ型マイクロホン以外の構成として、例えば、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型等のマイクロホン等が挙げられる。
【００６５】
その他、本発明は、携帯電話以外の音声入力装置に適用でき、例えば、トランシーバ等の音声通信機器や、入力された音声を解析する技術を採用した音声処理システム（音声認証システム、音声認識システム、コマンド生成システム、電子辞書、翻訳機、音声入力方式のリモートコントローラ等）、或いは録音機器やアンプシステム（拡声器）、マイクシステムなどに広く適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、接話型の音声入力装置に対して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、本実施形態の音声入力装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】は、図１のＡ−Ａ位置における概略断面図である。
【図３】は、本実施形態のマイクロホンユニットが備えるＭＥＭＳチップの構成を示す概略断面図である。
【図４】は、本実施形態のマイクロホンユニットが備えるＡＳＩＣの回路構成を説明するための図である。
【図５】は、本実施形態の音声入力装置が備えるマイクロホンユニットに要求される指向特性を説明するための図である。
【図６】は、本実施形態の音声入力装置が備えるマイクロホンユニットの問題点を説明するためのグラフである。
【図７】は、本実施形態の音声入力装置が備える音響抵抗部の特性を説明するための図である。
【図８】は、導音空間を塞ぐように音響抵抗部材を配置した場合の効果を説明するための図である。
【図９】は、本実施形態の音声入力装置の変形例を説明するための図である。
【図１０】は、本実施形態の音声入力装置の変形例を説明するための図である。
【図１１】は、本実施形態の音声入力装置の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ マイクロホンンユニット
２、２１、３１、４１ 音声入力装置
１１ 第２の筐体
１２ ＭＥＭＳチップ
１３ ＡＳＩＣ（電気回路部）
５１ 第１の筐体
５２ 音響抵抗部
１１１ 第１音孔
１１２ 第２音孔
１２２ 振動膜（振動板）
１２２ａ 振動膜の上面（振動板の第１の面）
１２２ｂ 振動膜の下面（振動板の第２の面）
５１１ 第１の開口部
５１２ 第２の開口部
５１３ 第１導音空間
５１４ 第２導音空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の筐体と、前記第１の筐体の内部に配置されるマイクロホンユニットと、を備える音声入力装置であって、
前記マイクロホンユニットは、第１音孔と第２音孔とが設けられる第２の筐体と、前記第２の筐体の内部に配置される振動板と、前記振動板の振動に基づいて発生する電気信号を処理する電気回路部と、を備え、
前記第１の筐体には、前記第１音孔と連通する第１の開口部と、前記第２音孔と連通する第２の開口部と、が設けられて、前記第１の筐体の外部の音を、前記第１の開口部から前記振動板の第１の面へと導く第１導音空間と、前記第２の開口部から前記振動板の前記第１の面の裏面である第２の面へと導く第２導音空間と、が形成されており、
前記電気回路部は、前記第１導音空間と前記第２導音空間とのうちのいずれか一方に配置され、
前記第１導音空間の周波数特性と前記第２導音空間の周波数特性とのうちの少なくとも一方を調整するための音響抵抗部が設けられていることを特徴とする音声入力装置。
【請求項２】
前記音響抵抗部は、特定の周波数帯域の音に対して選択的に作用するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音声入力装置。
【請求項３】
前記音響抵抗部は、音響抵抗部材を前記第１の筐体又は前記第２の筐体に取り付けて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声入力装置。
【請求項４】
前記音響抵抗部材は、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、或いは、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の音声入力装置。
【請求項５】
前記音響抵抗部材が、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、及び、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の音声入力装置。
【請求項６】
前記音響抵抗部材は、前記第１の筐体又は前記第２の筐体に別々に取り付けられる第１音響抵抗部材と第２音響抵抗部材とから成ることを特徴とする請求項５に記載の音声入力装置。
【請求項７】
前記第１の開口部と前記第２の開口部とのうちの少なくとも一方は複数の貫通孔からなって、前記音響抵抗部を兼ねることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声入力装置。
【請求項１】
第１の筐体と、前記第１の筐体の内部に配置されるマイクロホンユニットと、を備える音声入力装置であって、
前記マイクロホンユニットは、第１音孔と第２音孔とが設けられる第２の筐体と、前記第２の筐体の内部に配置される振動板と、前記振動板の振動に基づいて発生する電気信号を処理する電気回路部と、を備え、
前記第１の筐体には、前記第１音孔と連通する第１の開口部と、前記第２音孔と連通する第２の開口部と、が設けられて、前記第１の筐体の外部の音を、前記第１の開口部から前記振動板の第１の面へと導く第１導音空間と、前記第２の開口部から前記振動板の前記第１の面の裏面である第２の面へと導く第２導音空間と、が形成されており、
前記電気回路部は、前記第１導音空間と前記第２導音空間とのうちのいずれか一方に配置され、
前記第１導音空間の周波数特性と前記第２導音空間の周波数特性とのうちの少なくとも一方を調整するための音響抵抗部が設けられていることを特徴とする音声入力装置。
【請求項２】
前記音響抵抗部は、特定の周波数帯域の音に対して選択的に作用するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音声入力装置。
【請求項３】
前記音響抵抗部は、音響抵抗部材を前記第１の筐体又は前記第２の筐体に取り付けて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声入力装置。
【請求項４】
前記音響抵抗部材は、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、或いは、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の音声入力装置。
【請求項５】
前記音響抵抗部材が、前記第１の開口部から前記第１の面へと至る経路の少なくとも一部、及び、前記第２の開口部から前記第２の面へと至る経路の少なくとも一部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の音声入力装置。
【請求項６】
前記音響抵抗部材は、前記第１の筐体又は前記第２の筐体に別々に取り付けられる第１音響抵抗部材と第２音響抵抗部材とから成ることを特徴とする請求項５に記載の音声入力装置。
【請求項７】
前記第１の開口部と前記第２の開口部とのうちの少なくとも一方は複数の貫通孔からなって、前記音響抵抗部を兼ねることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声入力装置。
【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２０１０−１３６１３２（Ｐ２０１０−１３６１３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１０５０５（Ｐ２００８−３１０５０５）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【出願人】（５０５３０３０５９）株式会社船井電機新応用技術研究所 (108)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【出願人】（５０５３０３０５９）株式会社船井電機新応用技術研究所 (108)
【Ｆターム（参考）】
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