CN101442695B - 麦克风***、声音输入设备和制造所述***和设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种麦克风***、声音输入设备和制造所述***和设备的方法。麦克风***包括：外壳，适于被放置在相对于声源的基准位置处；第一麦克风，被构造来在外壳内的第一位置接收来自声源的声音；第二麦克风，被构造来在外壳内的第二位置接收来自所述声源的声音；以及差动信号发生器，其中：所述第一位置和第二位置被布置在第一直线上；并且当所述外壳被放置在基准位置上时，所述第一直线与从位于第三位置的声源延伸的第二直线垂直相交，所述第三位置不在第一位置和第二位置之间，并且所述第一直线与从位于第四位置的声源延伸的第三直线斜向相交，所述第四位置在第一位置和第二位置之间。

Description

麦克风***、声音输入设备和制造所述***和设备的方法
技术领域
本发明涉及一种麦克风***、一种声音输入设备、和用于制造所述麦克风***和声音输入设备的方法。
背景技术
当用电话建立电话通信时，进行了语音识别、录音等操作，所希望的是仅收集目标语音(用户语音)。然而，在声音输入设备的使用环境下，可能会出现除了诸如背景噪声之类的目标语音之外的声音。因此，如JP-A-7-322388所披露，已经积极开发了具有能够消除噪声的功能的声音输入设备。
作为能够在存在这些噪声的使用环境下消除噪声的技术构思，在本技术领域中已经提出了通过向麦克风施加明确指向性来消除噪声的方法。
而且，近年来，电子设备的小型化逐渐进步，从而这样的能够使声音输入设备变得体积更小的技术构思可能构成了重要因素。
作为具有指向性的麦克风，已经知道一种差动式麦克风，其产生表示从两组麦克风输出的电压信号之差的差动信号，其后，利用所产生的差动信号。图13A和图13B是示意性地示出了表示一般单一麦克风的方向特性的区域的示图、和表示差动式麦克风的方向特性的另一区域的示图。已经由测得的从中心到区域900的外边缘、区域910-1的外边缘和区域910-2的外边缘的距离表示相对于声源方向的声压级(麦克风灵敏度)。
图13A是示出在中心布置有具有全方向特性的单一麦克风的情况下获得的方向特性的示图。全方向麦克风不具有指向性，而是沿着各个方向的声压级(即，麦克风灵敏度)是恒定的。
图13B是用于表示由两组麦克风构成的差动式麦克风的方向特性的示图。图14表示了这两个麦克风的位置和角度之间的关系，即，与把两个麦克风连接起来的直线相垂直的方向被定义为0度。差动式麦克风的方向特性变为这样的一种双方向特性，即，使得声压级(麦克风灵敏度)在沿90度方向和270度方向上变为最大值，而在沿0度方向和180度方向上变为0。
结果，为了通过采用差动式麦克风来仅采集目标语音，差动式麦克风相对于声源的布置构成了主要因素。
发明内容
因此，本发明的一个有益的方面是提供一种麦克风***和声音输入设备，它们配备有能够以高灵敏度收集目标语音的功能、和能够消除目标语音之外的声音的功能，还提供一种用于制造这些麦克风***和声音输入设备的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种差动式麦克风***，包括：外壳，适于被放置在相对于声源所处的基准位置的一个预定位置处；第一麦克风，被构造来在外壳内的第一位置接收来自所述声源的声音，并且根据在所述第一位置接收到的声音来产生第一电压信号；第二麦克风，被构造来在所述外壳内的第二位置接收来自所述声源的声音，并且根据在所述第二位置接收到的声音来产生第二电压信号；以及差动信号发生器，被构造来接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，并且产生表示所述第一电压信号和所述第二电压信号之间的差的差动信号，其中：所述第一位置和第二位置被布置在第一直线上；并且所述预定位置被布置为使得：当所述外壳被放置在所述预定位置上时，从所述声源延伸并与所述第一直线垂直相交的第二直线与所述第一直线的交点位于不在所述第一位置和所述第二位置之间的第三位置处，并且从所述声源延伸并与所述第一直线斜向相交的第三直线与所述第一直线的交点位于在所述第一位置和所述第二位置之间的第四位置处。
当麦克风具有声音采集端口时，麦克风的位置可以被设置在声音采集端口的位置，而当麦克风没有这样的声音采集端口时，麦克风的位置可以被设置在振动膜的位置。
例如，可以从第一麦克风的位置、第二麦克风的位置、第一麦克风和第二麦克风的位置之间的中心点、或从位于第一麦克风和第二麦克风的附近区域选择的典型点中选择第一麦克风和第二麦克风的设置位置。
例如，在考虑人类听觉的同时，可把预定比率选择为与灵敏度的最大值相差小于等于大约-6dB(即，定义为大于等于-6dB且小于等于0dB的范围)。更优选地是，可把预定比率选择为与灵敏度的最大值相差小于等于大约-3dB(即，定义为大于等于-3dB且小于等于0dB的范围)。
根据上述麦克风***，由于以两组麦克风的灵敏度的比率变为大于等于与方向特性的最大值相关的预定比率的方式按预定角度布置这两组麦克风，所以，可以以较高灵敏度采集目标语音，而且，可基于差动式麦克风的指向性和由距离导致的衰减特性来去除除了目标语音之外的声音。
根据本发明的另一方面，在上述麦克风***中，布置第一位置和第二位置，使得第二直线和第三直线定义了落在从30度至150度的范围内或从210度至330度的范围内的角度。
根据上述麦克风***，可以把与从基准位置产生声音相关的灵敏度选择为与灵敏度的最大值相差小于等于大约-6dB。
根据本发明的又一方面，在上述麦克风***中，第一麦克风和第二麦克风是半导体器件。
例如，第一麦克风和第二麦克风可被制造为硅麦克风(Si麦克风)。那么，可选地，第一麦克风和第二麦克风可被构造为单一集成电路装置。此时，可选地，第一麦克风和第二麦克风可被以与差动信号产生单元相结合的方式构造在单一半导体基板上。而且，可选地，差动信号产生电路和第一麦克风和第二麦克风可被布置为所谓“MEMS(微电子机械***)”。还应该注意到，可选地，可通过利用无机压电薄膜或有机压电薄膜，通过基于压电效应执行声电换能操作的振动膜实现第一振动膜和第二振动膜。
根据上述麦克风***，由于麦克风被构造为半导体器件，所以整个麦克风***的体积可被制造得很小。
根据本发明的又一方面，在包含上述差动式麦克风***和位于外壳中的且布置在第一直线上的扬声器的声音输入设备中，扬声器被构造来产生声音，可基于扬声器的位置设置上述基准位置。
根据上述声音输入设备，可以以较高灵敏度采集说话人的语音，而可通过差动式麦克风的指向性和由距离导致的衰减特性来消除除了说话人的语音之外的声音。
根据本发明的又一方面，在上述声音输入设备中，设置了基准位置的基准位置范围具有被定义的从第一基准位置到第二基准位置的范围，所述第一基准位置位于距扬声器最近的位置，所述第二基准位置位于距扬声器最远的位置；从第一基准位置画出的到穿过第一麦克风和第二麦克风的位置的直线的第一垂线的垂足被假设为第一边界位置，并且从第二基准位置画出的到穿过第一麦克风和第二麦克风的位置的直线的第二垂线的垂足被假设为第二边界位置；一个范围被假设为第一禁止范围，在该范围中，角度不能满足预定角度，并且该角度被定义在第一垂线和将第一麦克风和第二麦克风的设置位置与声源连接起来的直线之间；一个范围被假设为第二禁止范围，在该范围中，角度不能满足预定角度，并且该角度被定义在第二垂线和将第一麦克风和第二麦克风的设置位置与声源连接起来的直线之间；从第一边界位置到第二边界位置定义的范围被假设为第三禁止范围；并且可在除了第一禁止范围到第三禁止范围以外的任何范围内布置第一麦克风和第二麦克风。
当考虑到人类面孔的标准尺寸时，例如，从扬声器到第一边界位置的尺寸可被确定为大约100mm，并且从扬声器到第二边界位置的另一尺寸可被确定为大约150mm。而且，当考虑到声音输入设备的正常使用模式时，例如，从基准位置到位于第一麦克风和第二麦克风之间的中心点的长度可被确定为大约50mm。
根据该声音输入设备，即使在基于恒定范围设置基准位置的情况下，可以以较高灵敏度采集说话人的语音，而可通过差动式麦克风的指向性和由距离导致的衰减特性消除除了说话人的语音之外的声音。
根据本发明的又一方面，在上述声音输入设备中，以以下方式布置第一麦克风和第二麦克风，在该方式中，预定角度变为角度大于等于30度且小于等于150度、另外大于等于210度且小于等于330度的角度范围内的任何角度值。
根据上述声音输入设备，可提供这样的声音输入设备，与说话人的语音相关的灵敏度被设置为与灵敏度的最大值相差小于等于大约-6dB。
根据本发明的又一方面，在上述声音输入设备中，扬声器和第四位置之间的距离落在从0至75mm的范围或不小于175mm的范围内。
根据上述声音输入设备，可提供这样的声音输入设备，即，与说话人的语音相关的灵敏度被设置为与灵敏度的最大值相差小于等于大约-6dB。
根据本发明的又一方面，提供一种制造差动式麦克风***的方法，包括：提供适于放置在相对于声源所处的基准位置的一个预定位置处的外壳；把被构造来接收来自声源的声音的第一麦克风布置在外壳内的第一位置；以及把被构造来接收来自声源的声音的第二麦克风布置在外壳内的第二位置，其中：第一位置和第二位置被布置在第一直线上，并且所述预定位置被布置为使得：当外壳被放置在所述预定位置处时，从所述声源延伸并与所述第一直线垂直相交的第二直线与所述第一直线的交点位于不在第一位置和第二位置之间的第三位置处，并且从所述声源延伸并与所述第一直线斜向相交的第三直线与所述第一直线的交点位于在第一位置和第二位置之间的第四位置处。
根据本发明，可提供一种用于制造差动式麦克风***的方法。即，在该制造方法中，由于按变成以以下方式设置的预定角度的设置角度布置两组麦克风，在该方式中，与来自基准位置的声音相关的灵敏度的比率变为大于等于与方向特性的最大值相关的预定比率，所以，可以以高灵敏度采集目标语音，并且可通过差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性来消除除了目标语音之外的声音。
根据本发明的又一方面，在上述差动式麦克风***制造方法中，布置第一位置和第二位置，从而使得第二直线和第三直线定义了落入从30度至150度的范围内或从210度至330度的范围内的角度。
在上述麦克风***制造方法中，可提供一种这样的用于制造麦克风***的方法，通过该方法，与来自基准位置的声音相关的灵敏度可被设置为近似地与灵敏度的最大值相差小于等于-6dB。
根据本发明的又一方面，提供一种制造声音输入设备的方法，包括：提供通过上述方法获得的差动式麦克风***；并且把被构造来产生声音的扬声器布置在外壳中且在第一直线上。
根据所述用于制造声音输入设备的方法，提供一种这样的声音输入设备制造方法，通过该方法，可以以高灵敏度采集说话人的语音，并且可通过差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性来消除除了说话人的语音之外的声音。
根据本发明的又一方面，在用于制造声音输入设备的上述方法中，设置了基准位置的基准位置范围具有被定义的从第一基准位置到第二基准位置的范围，所述第一基准位置位于距扬声器最近的位置，所述第二基准位置位于距扬声器最远的位置；从第一基准位置画出的到穿过第一麦克风和第二麦克风的位置的直线的第一垂线的垂足被假设为第一边界位置，并且从第二基准位置画出的到穿过第一麦克风和第二麦克风的位置的直线的第二垂线的垂足被假设为第二边界位置；一个范围被假设为第一禁止范围，在该范围中，角度不能满足预定角度，并且该角度被定义在第一垂线和将第一麦克风和第二麦克风的设置位置与声源连接起来的直线之间；一个范围被假设为第二禁止范围，在该范围中，角度不能满足预定角度，并且该角度被定义在第二垂线和将第一麦克风和第二麦克风的设置位置与声源连接起来的直线之间；从第一边界位置到第二边界位置定义的范围被假设为第三禁止范围；并且可在除了第一禁止范围到第三禁止范围以外的任何范围内布置第一麦克风和第二麦克风。
根据用于制造声音输入设备的方法，即使在把基准位置设置为具有恒定范围的情况下，也可提供这样的声音输入设备制造方法，通过该方法，可以以高灵敏度采集说话人的语音，并且可通过差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性来消除除了说话人的语音之外的声音。
根据本发明的又一方面，在用于制造声音输入设备的方法中，布置扬声器，使得扬声器和第四位置之间的距离落在从0至75mm的范围或不小于175mm的范围内。
根据上述声音输入设备制造方法，可提供这样的声音输入设备制造方法，使得与说话人的语音相关的灵敏度被设置为大约与灵敏度的最大值相差小于等于大约-6dB。
附图说明
可参照附图来详细描述实施例，其中：
图1是用于说明根据本发明的实施例的麦克风***的说明性示图；
图2是用于说明根据图1的实施例的麦克风***的说明性示图；
图3是能够实现图1中的麦克风***所采用的差动信号产生电路和信号放大单元的电路图；
图4是用于说明根据图1的实施例的麦克风***的说明性示图；
图5是用于说明根据图1的实施例的麦克风***的说明性示图；
图6是用于说明根据图1的实施例的麦克风***的说明性示图；
图7是用于说明根据本发明的另一实施例的声音输入设备的说明性示图；
图8是用于说明根据图7的实施例的声音输入设备的说明性示图；
图9是用于说明根据图7的实施例的声音输入设备的说明性示图；
图10是用于说明根据图7的实施例的声音输入设备的说明性示图；
图11是用于说明根据图7的实施例的声音输入设备的说明性示图；
图12是用于说明根据图7的实施例的声音输入设备的说明性示图；
图13A和图13B是用于说明差动式麦克风的方向特性的说明性示图；
图14是用于说明差动式麦克风的方向特性的说明性示图；以及
图15是用于说明根据本发明另一实施例的麦克风***的示意图。
具体实施方式
现在，参照附图来描述应用了本发明的各个实施例。应该理解，本发明并不只限于下述实施例。而且，还应该知道，本发明可包括通过将下述内容彼此自由结合而获知的各种技术构思。
首先，参照图1至图6描述根据应用了本发明的实施例的麦克风***1的结构。还应该注意到，下述麦克风***1可被应用于例如便携式电话、公用电话、收发机、头戴式耳机等语音通信设备，或者可被应用于记录设备、放大器***(扬声器)等。
图1是示意性地示出根据应用了本发明的实施例的麦克风***1的结构的一个示例的示图。麦克风***1包含具有第一振动膜12的第一麦克风10和具有第二振动膜22的第二麦克风20。在该示例中，麦克风与将声音信号转换成电信号的电声换能器相对应。可选地，可由这样的换能器替代第一麦克风10和第二麦克风20，所述换能器把从第一振动膜12和第二振动膜22产生的振动分别输出为电压信号。
在根据本实施例的麦克风***1中，第一麦克风10产生第一电压信号。而且，第二麦克风20产生第二电压信号。即，在第一麦克风10和第二麦克风20中产生的这些电压信号也可被称作第一电压信号和第二电压信号。
对第一麦克风10和第二麦克风20的结构没有特殊限制。图2示出了电容器型麦克风50的结构作为可应用于第一麦克风10和第二麦克风20的麦克风的一个示例。电容器型麦克风50包含振动膜52。振动膜52对应于通过接收声波而振动的膜(薄膜)，其具有导电性，而且已经形成了电极的一端。电容器型麦克风50还具有电极54。电极54已经与振动膜52相对地布置。结果，振动膜52和电极54二者形成了电容。当声波进入电容器型麦克风50时，振动膜52振动，因此，振动膜52和电极54之间的间隔改变，从而振动膜52和电极54之间的电容改变。由于该电容改变被输出为例如电压改变，所以，进入到电容器型麦克风50的声波可被转换为电信号。还应该注意到，在电容器型麦克风50中，电极54可被可选地制造为不受声波影响的结构。例如，电极54可以可选地具有网状结构。
还应该注意到，可被应用于本发明的麦克风不仅限于上述电容器型麦克风50，而且还可可选地应用本技术领域中已知的任何其它麦克风。例如，作为第一麦克风10和第二麦克风20，可应用动圈式麦克风、电磁型麦克风、压电型(晶体型)麦克风等。
可选地，第一麦克风10和第二麦克风20可由硅麦克风(Si麦克风)实现，其中，通过采用硅构造了第一振动膜12和第二振动膜22。由于利用了这样的硅麦克风，所以第一麦克风10和第二麦克风20可被制造得很小，并且可实现高性能。此时，第一麦克风10和第二麦克风20可被可选地构造为单一集成电路装置。即，第一麦克风10和第二麦克风20可被可选地构造在单一半导体基板上。此时，差动信号产生单元30(将被稍后讨论)也可被形成在相同的单一半导体基板上。换言之，第一麦克风10和第二麦克风20可被可选地布置为所谓的“MEMS(微电子机械***)”。还应该注意到，第一麦克风10和第二麦克风20可被可选地构造为独立隔开的硅麦克风。而且，第一振动膜12和第二振动膜22可被可选地由这样的振动膜实现，该振动膜通过采用无机压电薄膜或有机压电薄膜基于压电效应来实现声电换能操作。
还应该理解，在根据本实施例的麦克风***1中，对第一振动膜12和第二振动膜22的方向没有特殊限制。可选地，第一振动膜12和第二振动膜22可以以其法线彼此平行的方式布置。此时，第一振动膜12和第二振动膜22可以可选地以其法线没有变成相同的直线的方式布置。例如，第一振动膜12和第二振动膜22可以可选地以这样的方式布置，即，第一振动膜12和第二振动膜22独立地按照固定间隔布置在基本部分(例如，未示出的电路板)的表面。可选地，第一振动膜12和第二振动膜22可以被这样的布置，即，对第一振动膜12和第二振动膜22的定位沿着法线方向移位。还应该注意到，第一振动膜12和第二振动膜22可以被这样布置，即，其法线被定位为并不彼此平行。可选地，第一振动膜12和第二振动膜22可以被布置成其法线以直角彼此相交。
根据本实施例的麦克风***1被提供有上述差动信号产生单元30。差动信号产生单元30产生差动信号，该差动信号表示由第一麦克风10获取的第一电压信号和由第二麦克风20获取的第二电压信号之间的差(即，电压差)。可通过采用专用硬件电路(差动信号产生电路)来实现差动信号产生单元30的功能，或者可选地可通过由CPU等执行信号处理操作来实现该功能。
此外，根据本实施例的麦克风***1可包含用来放大差动信号的信号放大单元。可选地，差动信号产生单元30和信号放大单元二者可由单一控制电路实现。还应该注意到，根据本实施例的麦克风***1可被可选地布置为内部不具有信号放大单元。
图3表示能够实现差动信号产生单元30和信号放大单元的电路。根据图3所示的电路，在接收到第一电压信号和第二电压信号时，输出这样的信号，即，通过将表示二者的差的差动信号乘以10倍而产生的信号。还应该注意到，能够实现差动信号产生单元30和信号放大单元的电路结构不仅限于上述可行的电路。
可选地，根据本实施例的麦克风***1可包含外壳40。在该可选的情况下，麦克风***1的外形可由外壳40构造。而且，可对外壳40设置基本的姿态(attitude)，从而使得输入语音的传输路径可由该外壳40限定。可选地，第一振动膜12和第二振动膜22可被形成在外壳40的表面上。另外，第一振动膜12和第二振动膜22可以以如下方式布置在外壳40内，该方式为，第一振动膜12和第二振动膜22与外壳40中形成的开口(声音采集端口)相对地布置。
图4是用于说明根据本实施例的麦克风***1的布置方法的示图。
基准位置100与这样的位置相对应，其中由麦克风***1基于相对于麦克风***1的预定声源位置来对该位置进行相关设置。换言之，在本实施例中，还可想到，声源位于基准位置100。
直线110与穿过第一麦克风10的位置和第二麦克风20的位置的直线相对应。当麦克风具有声音采集端口时，麦克风的位置可被定义为声音采集端口的位置，而当麦克风不具有声音采集端口时，麦克风的位置可被定义为振动膜的位置。
垂线120与从基准位置100画出的到直线110的垂线相对应。
直线130对应于将第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置与基准位置100相连接的直线相对应。第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置可被定义为例如第一麦克风10的位置、第二麦克风20的位置、第一麦克风10和第二麦克风20之间的中心点、或从第一麦克风10和第二麦克风20的附近的点选择的典型点。在本实施例中，第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置已被定义为第一麦克风10和第二麦克风20之间的中心点。
符号“θ”表示由垂线120和直线130定义的角。该角“θ”的值等于由直线130和穿过第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置的垂线135定义的另一角“θ’”。
图5是示出了具有构造了本实施例的麦克风***的第一麦克风10和第二麦克风20的差动式麦克风的方向特性的一个示例(实际测得的值)的曲线图。
在图5的曲线图中，在从声源直到差动式麦克风的距离为恒定的情况下，当角“θ”的值改变时，基于相关值来表示由差动式麦克风检测到的声压级。该曲线图的横坐标表示角“θ”的值，并且其纵坐标表示声压级。在本测量操作中，可想到的是，声压级与差动式麦克风的灵敏度成比例。在从0度至180度的范围内选择角“θ”的值的条件下测量差动式麦克风的方向特性，而且对于要被输入的语音的频率，通过考虑人类听得见的频率范围，采用6种频率，即，0.3KHz、0.5KHz、1KHz、3KHz、5KHz、和7KHz。类似于图13B所示的示意性示图，当角“θ”的值为90度时，声压级变为最大值，并且声压级越小，角“θ”的值越靠近0度和180度。因此，为了仅通过采用差动式麦克风采集目标语音，差动式麦克风相对于声源的布置构成了重要因素。
因此，在麦克风***1中，以这样的方式设置角“θ”的值，该方式为，与来自基准位置100的声音相关的灵敏度的比率变成大于或等于与麦克风***1的方向特性的最大值相关的预定比率，从而可以以较高灵敏度采集目标语音。
例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-6dB，角“θ”的值可被设置为大于等于30度，并且小于等于150度。而且，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-3dB，角“θ”的值可被设置为大于等于45度，并且小于等于135度。
应该理解，尽管角“θ”的值已经被定义为在图5的曲线图中的0度至180度，但是，针对从180度至360度的角“θ”的值的方向特性类似于针对从0度至180度的角“θ”的值的方向特性(如图13B的方向特性图中所示)。因此，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-6dB，角“θ”的值可被设置为大于等于210度，并且小于等于330度。而且，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-3dB，角“θ”的值可被设置为大于等于225度，并且小于等于315度。
接下来，描述能够消除除了目标语音之外的声音(噪声)的基本构思。为了消除噪声，利用差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性。
如之前参照图5的曲线图所述，当角“θ”的值变为90度时，差动式麦克风的灵敏度变成最大值，并且角“θ”的值越接近0度和180度，差动式麦克风的灵敏度越低。换言之，对于从角“θ”的值接近0度和180度的位置产生的噪声来说，差动式麦克风的灵敏度是降低的。因此，可基于差动式麦克风的方向特性消除从角“θ”的值接近0度和180度的位置产生的噪声。
而且，当声音通过介质传播时，声音衰减，从而声压(声波的强度和幅度)下降。声压与从声源测得的距离成反比。可根据声压“P”和距声源的距离“R”之间的关系来由下式(1)表示声压“P”。
[式1]
P＝K×1/R---(1)
应该注意到，符号“K”是比例常数。图6是表示上述式(1)的曲线图。如从该曲线图所理解的，声压(声波的强度和幅度)“P”在靠近声源的位置快速衰减，并且该位置与声源分得越开，声压“P”衰减的就越平缓。在根据本实施例的麦克风***1中，通过利用由距离导致的衰减特性来消除噪声分量。
那就是说，更具体地讲，在靠近讲话型(close-talking type)麦克风***中，用户从位于比噪声的声源更靠近第一麦克风10和第二麦克风20(第一振动膜12和第二振动膜22)的位置发出语音。结果，用户的语音在第一振动膜12和第二振动膜22之间有很大衰减，从而在包含在第一电压信号和第二电压信号中的用户语音的强度上出现差异。反之，由于噪声声源相较于用户语音远离第一麦克风10和第二麦克风20，所以噪声分量在第一振动膜12和第二振动膜22之间没有显著衰减。因此，可认为包含在第一电压信号和第二电压信号中的噪声的强度之间没有差异。在这种情况下，如果检测到第一电压信号和第二电压信号之间的差，那么噪声被消除，从而可获取不包含噪声分量并且仅表示用户的语音分量的电压信号(差动信号)。换言之，可认为差动信号是噪声分量已被消除且表示用户语音的信号。
如前所述，根据本实施例的麦克风***1，可以以较高灵敏度采集目标语音，而可通过差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性消除除了目标语音之外的声音。
而且，由于第一麦克风10和第二麦克风20二者被以如下方式按预定角度布置，所述方式为，第一麦克风10和第二麦克风20的灵敏度的比率变成大于等于与方向特性的最大值相关的预定比率，所以，可制造可以以较高灵敏度采集目标语音的麦克风***，而且，可基于差动式麦克风的指向性和由距离导致的衰减特性消除除了目标语音之外的声音。
首先，参照图7至图12，描述应用了本发明的根据另一实施例的声音输入设备2的结构。还应该注意到，下述声音输入设备2可被应用于例如便携式电话、公用电话、收发机、头戴式耳机等语音通信设备。
图7是示意性地示出根据应用了本发明的实施例的声音输入设备2的结构的一个示例的示图。声音输入设备2包含麦克风***1。例如，如图1所示，通过包含第一麦克风10、第二麦克风12、和差动式信号产生单元30来布置麦克风***1。由于已经参照图1至图6详细描述了麦克风***1的详细实施例，所以将在该实施例中省略其描述。
根据本实施例的声音输入设备2包含扬声器150。通过本技术领域中已知的或公知的扬声器来布置扬声器150。例如，可以可选地采用其它扬声器，例如，在例如便携式电话、公用电话、收发机、头戴式耳机等语音通信设备中采用的扬声器。
可选地，根据本实施例的声音输入设备2包含外壳3。在该可选的情况下，声音输入设备2的外形可由外壳3构造。而且，第一麦克风10和第二麦克风20可被形成在外壳3的表面上。另外，第一麦克风10和第二麦克风20可以以如下方式布置在外壳3内，该方式为，第一麦克风10和第二麦克风20与外壳3中形成的开口(声音采集端口)相对地布置。
可通过包含麦克风***1和扬声器150来任意构造外壳3。现在参照图8至图10说明便携式电话。如图8所示，外壳3可被实现为未将可移动部分提供作为一个整体。而且，如图9所示，可通过包含折叠部分300来实现外壳3，并且整个外壳的外形发生改变。而且，如图10所示，可通过包含滑动部分400来实现外壳3，并且外壳的一部分的外形发生改变。
图11是用于说明扬声器150和说话人的头部200之间的位置关系的说明性示图。应该理解，将采用相同的标号作为用于表示在图4和图7中共同表示的结构部件的那些标号。
由于已经描述了麦克风***1、扬声器150、和外壳3的有关内容，所以将省略对其的描述。
取决于声音输入设备2的使用模式，可基于与扬声器150的关系相关地确定声音输入设备2与具有耳朵210和嘴220的说话人的头部200之间的布置。例如，在声音输入设备2是便携式电话的情况下，可以想到这样的布置，即，当说话人建立电话通信时，扬声器150位于耳朵210附近。而且，可通过考虑到人类面部的标准尺寸来预测耳朵210和嘴220之间的布置。例如，当人站立时，耳朵210和嘴220之间的高度差“h”接近100mm至150mm。
结果，可基于扬声器150的位置针对声音输入设备2相关地设置通过声音输入设备2确定的声源的位置，即，嘴220的位置。在本实施例中，这样的位置被定义为基准位置100，即，基于扬声器150的位置针对声音输入设备2相关地设置的位置。
直线110与穿过第一麦克风10的位置和第二麦克风20的位置的直线相对应。当麦克风具有声音采集端口时，麦克风的位置可被定义为声音采集端口的位置，而当麦克风不具有声音采集端口时，麦克风的位置可被定义为振动膜的位置。
垂线120与从基准位置100画出的到直线110的垂线相对应。
直线130对应于将第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置与基准位置100相连接的直线相对应。第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置可被定义为例如第一麦克风10的位置、第二麦克风20的位置、第一麦克风10和第二麦克风20之间的中心点、或从第一麦克风10和第二麦克风20的附近的点选择的典型点。在本实施例中，第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置已被定义为第一麦克风10和第二麦克风20之间的中心点。
符号“θ”表示由垂线120和直线130定义的角。
如图5的曲线图所示，示出了一个例子，即，构成了本实施例的麦克风***1的具有第一麦克风10和第二麦克风20的差动式麦克风的方向特性的实际测得的值。因此，为了仅通过采用差动式麦克风采集目标语音，差动式麦克风相对于声源的布置构成了重要因素。
因此，在声音输入设备2中，以这样的方式设置角“θ”的值，该方式为，与来自基准位置100的声音相关的灵敏度的比率变成大于等于与声音输入设备2的方向特性的最大值相关的预定比率，从而可以以较高灵敏度采集目标语音。
例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-6dB，角“θ”的值可被设置为大于等于30度，并且小于等于150度。而且，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-3dB，角“θ”的值可被设置为大于等于45度，并且小于等于135度。
应该理解，尽管角“θ”的值已经被定义为在图5的曲线图中从0度至180度，针对从180度至360度的角“θ”的值的方向特性类似于针对从0度至180度的角“O”的值的方向特性(如图13B的方向特性图中所示)。因此，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-6dB，角“θ”的值可被设置为大于等于210度，并且小于等于330度。而且，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-3dB，角“θ”的值可被设置为大于等于225度，并且小于等于315度。
图12是用于说明在通过麦克风***1确定声源的位置(即，基准位置包括预定范围)的情况下根据本实施例的声音输入设备2的布置的示图。如前所述，例如，在声音输入设备2是便携式电话的情况下，可以想到这样的布置，即，当说话人建立电话通信时，扬声器150位于耳朵210附近。而且，可通过考虑到人类面部的标准尺寸来预测耳朵210和嘴220之间的布置。例如，当人站立时，耳朵210和嘴220之间的高度差“h”接近100mm至150mm。因此，其意义在于，对声源位置给定预定范围(在上述情况下接近50mm)，即，通过麦克风***1确定基准位置。
应该理解，由于图11所示的说话人的头部200、耳朵210、和嘴220之间的位置关系可被通常应用于图11和图12的示例，所以在图12中省略了该位置关系。而且，为了使描述和附图简化，还可省略图12中所示的外壳3。
现在参照图12描述这样的情况，即，基准位置具有定义为从距扬声器150最近的位置处的第一基准位置101到距位于距扬声器150最远的位置处的第二基准位置102的基准位置范围103。
直线110与穿过第一麦克风10的位置和第二麦克风20的位置的直线相对应。当麦克风具有声音采集端口时，麦克风的位置可被定义为声音采集端口的位置，而当麦克风不具有声音采集端口时，麦克风的位置可被定义为振动膜的位置。
垂线121与从第一基准位置101画出的到直线110的垂线相对应，而垂线121的垂足被定义为第一边界位置161。
垂线122与从第二基准位置102画出的到直线110的垂线相对应，而垂线122的垂足被定义为第二边界位置162。
直线131与这样的直线相对应，在麦克风***1被布置在位置1-1的情况下该直线将第一基准位置101与第一麦克风10和第二麦克风20二者的设置位置191相连接。直线132与这样的直线相对应，在麦克风***1被布置在位置1-2的情况下该直线将第一基准位置101与第一麦克风10和第二麦克风20二者的设置位置190相连接。直线133与这样的直线相对应，在麦克风***1被布置在位置1-3的情况下该直线将第二基准位置102与第一麦克风10和第二麦克风20二者的设置位置193相连接。直线134与这样的直线相对应，在麦克风***1被布置在位置1-4的情况下该直线将第二基准位置102与第一麦克风10和第二麦克风20二者的设置位置194相连接。第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置可被定义为例如第一麦克风10的位置、第二麦克风20的位置、第一麦克风10和第二麦克风20之间的中心点、或从第一麦克风10和第二麦克风20的附近的点选择的典型点。在本实施例中，第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置已被定义为第一麦克风10和第二麦克风20之间的中心点。
符号“θ1-1”表示由第一垂线121和直线131定义的角。符号“θ1-2”表示由第一垂线121和直线132定义的角。符号“θ2-1”表示由第二垂线122和直线133定义的角。符号“θ2-2”表示由第二垂线122和直线134定义的角。
如图5的曲线图所示，示出了一个例子，即，构成了本实施例的麦克风***1的具有第一麦克风10和第二麦克风20的差动式麦克风的方向特性的实际测得的值。因此，为了仅通过采用差动式麦克风采集目标语音，差动式麦克风相对于声源的布置构成了重要因素。
为此，首先，在声音输入设备2中，在以如下方式设置角“θ1-1”的值的情况下的对第一麦克风10和第二麦克风20二者的布置位置被假设为布置位置191的位置，该方式为，与来自第一基准位置101的声音相关的灵敏度的比率变成小于与方向特性的最大值相关的预定比率。而且，在声音输入设备2中，在以如下方式设置角“θ1-2”的值的情况下的对第一麦克风10和第二麦克风20二者的布置位置被假设为布置位置192的位置，该方式为，与来自第一基准位置101的声音相关的灵敏度的比率变成小于与方向特性的最大值相关的预定比率。而且，在声音输入设备2中，在以如下方式设置角“θ2-1”的值的情况下的对第一麦克风10和第二麦克风20二者的布置位置被假设为布置位置193的位置，该方式为，与来自第二基准位置102的声音相关的灵敏度的比率变成小于与方向特性的最大值相关的预定比率。其后，在声音输入设备2中，在以如下方式设置角“θ2-2”的值的情况下的对第一麦克风10和第二麦克风20二者的布置位置被假设为布置位置194的位置，该方式为，与来自第二基准位置102的声音相关的灵敏度的比率变成小于与方向特性的最大值相关的预定比率。
此时，首先，定义为从布置位置191到布置位置192的范围与如下位置范围相对应，在该位置范围中，如果布置有第一麦克风10和第二麦克风20，那么，与来自第一基准位置101的声音相关的灵敏度的比率变成小于与方向特性的最大值相关的预定比率。该范围被假设为第一禁止范围171。
而且，定义为从布置位置193到布置位置194的范围与如下位置范围相对应，在该位置范围中，如果布置有第一麦克风10和第二麦克风20，那么，与来自第二基准位置102的声音相关的灵敏度的比率变成小于与方向特性的最大值相关的预定比率。该范围被假设为第二禁止范围172。
而且，定义为从第一边界位置161到第二边界位置162的范围与如下位置范围相对应。即，当基准位置(即，声源的位置)位于基准位置范围103的范围内时，在布置了第一麦克风10和第二麦克风20的情况下，这样的由一条垂线和另一条直线定义的角度可变为0度，该垂线为从基准位置画到穿过第一麦克风10和第二麦克风20的位置的直线的垂线，所述另一条直线将第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置与基准位置相连接。该范围被假设为第三禁止范围173。
因此，在除了第一禁止范围171到第三禁止范围173以外的任何范围中布置第一麦克风10和第二麦克风20，从而与从位于基准位置范围103的范围内的基准位置产生的声音相关的灵敏度的比率可被设置为大于等于与方向特性的最大值相关的预定比率。换言之，可以以高灵敏度采集目标语音。
例如，为了把与来自基准位置的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-6dB，角“θ1-1”至“θ2-2”的值可被设置为大于等于30度，并且小于等于150度。而且，例如，为了把与来自基准位置的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-3dB，角“θ1-1”至“θ2-2”的值可被设置为大于等于45度，并且小于等于135度。
应该理解，从180度至360度的角的值的方向特性类似于针对从0度至180度的角的值的方向特性，如图13B的方向特性图中所示。因此，例如，为了把与来自基准位置的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-6dB，角“θ1-1”至“θ2-2”的值可被设置为大于等于210度，并且小于等于330度。而且，例如，为了把与来自基准位置100的声音相关的灵敏度设置为与灵敏度的最大值相差大约-3dB，角“θ1-1”至“θ2-2”的值可被设置为大于等于225度，并且小于等于315度。
可选地，通过考虑例如当说话人站立时耳朵210和嘴220之间的高度差为大约100mm至大约150mm的尺寸情况，可把基准位置范围103选择为大约50mm。而且，例如，在诸如便携式电话之类的声音输入设备的正常使用模式下，从声源(即，嘴)直到第一麦克风10和第二麦克风20的距离可被可选地选择为大约50mm，即，定义为从直线131至直线134的长度可被选择为大约50mm。
在此情况下，例如，为了把与来自基准位置的声音相关的灵敏度设置为低于灵敏度的最大值大约-6dB，可通过下述式(2)给出扬声器150和布置位置191之间的距离“SM1”，现在假设角“θ1-1”的值为30度：
[式2]
SM1≤100-50×sin30°＝大约75[mm]---(2)
类似地，可通过下述式(3)给出扬声器150和布置位置194之间的距离“SM2”，现在假设角“θ2-2”的值为30度：
[式3]
SM2≥100+50×sin30°＝大约175[mm]---(3)
因此，由于扬声器150和第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置之间的距离被设置为大于等于0mm并且小于等于75mm，另外被设置为大于等于175mm，可形成相对于说话人的灵敏度被设置为低于灵敏度的最大值-6dB的声音输入设备。
而且，例如，为了把与从基准位置产生的声音相关的灵敏度设置为低于灵敏度的最大值大约-3dB，可通过下述式(4)给出扬声器150和布置位置191之间的距离“SM1”，现在假设角“θ1-1”的值为45度：
[式4]
SM1≤100-50×sin45°＝大约64.6[mm]---(4)
类似地，可通过下述式(5)给出扬声器150和布置位置194之间的距离“SM2”，现在假设角“θ2-2”的值为45度：
[式5]
SM2≥100+50×sin45°＝大约185.4[mm]---(5)
因此，由于扬声器150和第一麦克风10和第二麦克风20的设置位置之间的距离被设置为大于等于0mm并且小于等于64.6mm，另外被设置为大于等于185.4mm，可形成与说话人相关的灵敏度被设置为低于灵敏度的最大值-3dB的声音输入设备。
接下来，描述能够消除除了目标语音之外的声音(噪声)的基本构思。为了消除噪声，利用差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性二者。
如之前参照图5的曲线图所述，当角“θ”的值为90度时，差动式麦克风的灵敏度变成最大值，并且角“θ”的值越接近0度和180度，差动式麦克风的灵敏度越低。换言之，对于从角“θ”的值接近0度和180度的位置产生的噪声来说，差动式麦克风的灵敏度是降低的。因此，可基于差动式麦克风的方向特性消除从角“θ”的值接近0度和180度的位置产生的噪声。更具体地讲，例如，在例如便携式电话、公用电话、收发机、头戴式耳机等语音通信设备中，下述有关噪声的事实是已知的：即，存在众多可能性，在基本等于说话人的头部200的高度上，从远离声音输入设备2的声源而非说话人产生了噪声，例如，从其他人产生了语音。换言之，在图5所示的方向特性中在0度或180度附近的角度存在很多噪声。因此，可基于差动式麦克风的方向特性来消除噪声。
如之前参照图6和上述式(1)所述，声压(声波的强度和幅度)“P”在靠近声源的位置快速衰减，并且该位置距声源越远，声压“P”衰减得越平缓。在根据本实施例的声音输入设备2中，通过利用由距离导致的衰减特性来消除噪声分量。
那就是说，更具体地讲，在近讲话型声音输入设备中，用户从位于比噪声的声源更靠近第一麦克风10和第二麦克风20(第一振动膜12和第二振动膜22)的位置发出语音。结果，用户的语音在第一振动膜12和第二振动膜22之间有很大衰减，从而在包含在第一电压信号和第二电压信号中的用户语音的强度上出现差异。反之，由于噪声声源相较于用户语音远离第一麦克风10和第二麦克风20，所以噪声分量在第一振动膜12和第二振动膜22之间没有显著衰减。因此，可认为包含在第一电压信号和第二电压信号中的噪声强度之间没有差异。在这种情况下，如果检测到第一电压信号和第二电压信号之间的差异，那么噪声被消除，从而可获取不包含噪声分量并且仅表示用户的语音分量的电压信号(差动信号)。换言之，可认为差动信号是噪声分量已被消除且表示用户语音的信号。
如前所述，根据本实施例的声音输入设备2，可以以较高灵敏度采集目标语音，而可通过差动式麦克风的方向特性和由距离导致的衰减特性消除除了目标语音之外的声音。
而且，由于第一麦克风10和第二麦克风20二者被以如下方式按预定角度布置，所述方式为，第一麦克风10和第二麦克风20的灵敏度的比率变成大于等于与方向特性的最大值相关的预定比率，所以，可制造可以以较高灵敏度采集目标语音的声音输入设备，而且，可基于差动式麦克风的指向性和由距离导致的衰减特性消除除了目标语音之外的声音。
由此描述了本发明，显而易见的是可以以多种方式来对其进行改变。不应认为这些变化脱离了本发明的精神和范围，对本领域技术人员而言显而易见的是，所有的这种修改都包含在所附权利要求的范围内。例如，本发明可适用于图15所示的结构。
如图15所示，六面体结构(多面体结构)制成的外壳510的单个板515中形成有第一入声口512和第二入声口514。应该注意的是，作为变型，可替换地，可将第一入声口512和第二入声口514分别形成在多面体结构的不同板中。例如，可选地，可将第一入声口512和第二入声口514分别形成在多面体结构的彼此相对的板上，或者可选地，可将它们形成在在多面体结构的彼此相邻的板上。可选地，可在外壳510中形成多个第一入声口512和多个第二入声口514。
如图15所示，麦克风单元5110具有分割部件520。分割部件520被配置成在外壳510内部对内部空间5100进行细分。分割部件520被配置成内部空间5100被细分成第一空间5102和第二空间5104。换言之，可以这么认为，第一空间5102和第二空间5104对应于被外壳510和分割部件520所划分的空间。
可选地，分割部件520可被配置成使得能够传播声波的媒介不在(不能在)第一空间5102和第二空间5104之间移动。例如，分割部件520可选地由气密隔板制成，其以气密方式对外壳510内的内部空间5100(第一空间5102和第二空间5104)进行分割。
如图15所示，分割部件520的至少一部分由振动膜530形成。振动膜530对应于这样的部件，当声波进入该部件时，其沿着法线方向振动。那么，在麦克风单元5110中，由于根据振动膜530的振动来提取电信号，所以获取了表示进入振动膜530的语音的电信号。换言之，可通过麦克风的振动膜(用于将声信号转换成电信号的电/声换能器)来实现振动膜530。并且，振动膜530具有第一表面535和第二表面537。第一表面535是面向第一空间5102的表面，而第二表面537是面向第二空间5104的表面。电路1000产生表示经由第一入声口512输入的声音和经由第二入声口514输入的声音之差的信号。此外，在第一表面535上接收经由第一入声口512输入的声音，在第二表面537上接收经由第二入声口514输入的声音，随后振动膜530以机械方式检测出声音之差。此外，由于上述结构包括单个振动膜，所以可以很容易地实现该结构。
根据上述结构，第一入声口512、第一表面535和第一空间5102对应于第一麦克风。并且，第二入声口514、第二表面537和第二空间5104对应于第二麦克风。因此，本发明可应用于图15所示的结构。

Claims (10)

1.一种差动式麦克风***，包括：
外壳，适于被放置在相对于声源所处的基准位置的一个预定位置处；
第一麦克风，被构造来在所述外壳内的第一位置接收来自所述声源的声音，并且根据在所述第一位置接收到的声音来产生第一电压信号；
第二麦克风，被构造来在所述外壳内的第二位置接收来自所述声源的声音，并且根据在所述第二位置接收到的声音来产生第二电压信号；以及
差动信号发生器，其被构造来接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，并且产生表示所述第一电压信号和所述第二电压信号之差的差动信号，其中：
所述第一位置和第二位置被布置在第一直线上；并且
所述预定位置被布置为使得：当所述外壳被放置在所述预定位置上时，从所述声源延伸并与所述第一直线垂直相交的第二直线与所述第一直线的交点位于不在所述第一位置和所述第二位置之间的第三位置处，并且从所述声源延伸并与所述第一直线斜向相交的第三直线与所述第一直线的交点位于在所述第一位置和所述第二位置之间的第四位置处。
2.如权利要求1所述的差动式麦克风***，其中，
布置第一位置和第二位置，以便使得第二直线和第三直线定义了一个落入从30度至150度的范围内或从210度至330度的范围内的角度。
3.如权利要求1所述的差动式麦克风***，其中，
第一麦克风和第二麦克风是半导体器件。
4.一种声音输入设备，包括：
如权利要求1所述的差动式麦克风***；以及
扬声器，其被布置在所述外壳内并且被布置在第一直线上，所述扬声器被构造来产生声音。
5.如权利要求4所述的声音输入设备，其中，
扬声器和第四位置之间的距离落入从0至75mm的范围内或不小于175mm的范围内。
6.一种制造差动式麦克风***的方法，包括：
提供适于放置在相对于声源所处的基准位置的一个预定位置处的外壳；
把被构造来接收来自声源的声音的第一麦克风布置在外壳内的第一位置处；以及
把被构造来接收来自声源的声音的第二麦克风布置在外壳内的第二位置处，其中：
第一位置和第二位置被布置在第一直线上，并且所述预定位置被布置为使得：当外壳被放置在所述预定位置处时，从所述声源延伸并与所述第一直线垂直相交的第二直线与所述第一直线的交点位于不在第一位置和第二位置之间的第三位置处，并且从所述声源延伸并与所述第一直线斜向相交的第三直线与所述第一直线的交点位于在第一位置和第二位置之间的第四位置处。
7.如权利要求6所述的方法，其中，
布置第一位置和第二位置，从而使得第二直线和第三直线定义了一个落入从30度至150度的范围内或从210度至330度的范围内的角度。
8.一种制造声音输入设备的方法，包括：
提供通过如权利要求6所述的方法获得的差动式麦克风***；以及
把被构造来产生声音的扬声器布置在外壳中且在第一直线上。
9.如权利要求8所述的方法，其中，
布置扬声器，从而使得扬声器和第四位置之间的距离落入从0至75mm的范围内或不小于175mm的范围内。
10.一种差动式麦克风***，包括：
外壳，适于被放置在相对于声源所处的基准位置的预定位置处，该外壳被形成为具有位于第一位置处的第一入声口以及位于第二位置处的第二入声口；以及
电路，其被配置成产生表示经由第一入声口输入的声音和经由第二入声口输入的声音之差的信号，其中：
所述第一位置和第二位置被布置在第一直线上；并且
所述预定位置被布置为使得：当所述外壳被放置在所述预定位置上时，从所述声源延伸并与所述第一直线垂直相交的第二直线与所述第一直线的交点位于不在所述第一位置和所述第二位置之间的第三位置处，并且从所述声源延伸并与所述第一直线斜向相交的第三直线与所述第一直线的交点位于在所述第一位置和所述第二位置之间的第四位置处。
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