JP2009135777A - マイクロフォンユニット及び音声入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外形が小さく、かつ、高品質のマイクロフォンユニット、及び、音声入力装置を提供すること。
【解決手段】 マイクロフォンユニット１は、内部空間１００を有する筐体１０と、内部空間１００を第１の空間１０２と第２の空間１０４とに分割する少なくとも一部が振動膜３０で構成された仕切り部材２０と、振動膜３０の振動に基づいて電気信号３８にゲインを与えて出力する出力部４０と、を含む。筐体１０には、第１の空間１０２と筐体１０の外部空間１１０とを連通する第１の開口部１２と、第２の空間１０４と筐体１０の外部空間１１０とを連通する第２の開口部１４とが形成されている。出力部４０は、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態では、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態よりも高いゲインを電気信号３８に与えて出力する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、マイクロフォンユニット及び音声入力装置に関する。

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、雑音が存在する環境で使用される場合にもユーザの音声を正確に抽出することが可能にする、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。

雑音が存在する使用環境で雑音を除去する技術として、マイクロフォンユニット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。

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。
特開平７−３１２６３８号公報 特開平９−３３１３７７号公報 特開２００１−１８６２４１号公報

マイクロフォンユニット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。

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。

さらに、雑音がほとんど存在しない環境では積極的に雑音を除去する必要がなく、むしろマイクロフォンユニットの内部で発生する雑音に対してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を向上することが望まれる。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、外形が小さく、かつ、高品質のマイクロフォンユニット、及び、音声入力装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
内部空間を有する筐体と、
前記筐体の内部空間を第１の空間と第２の空間とに分割する少なくとも一部が振動膜で構成された仕切り部材と、
前記振動膜の振動に基づく電気信号にゲインを与えて出力する出力部と、
を含み、
前記筐体には、前記第１の空間と前記筐体の外部空間とを連通する第１の開口部と、前記第２の空間と前記筐体の外部空間とを連通する第２の開口部とが形成され、
前記出力部は、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態では、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態よりも高いゲインを前記電気信号に与えて出力することを特徴とする。

筐体は、第１の空間及び第２の空間以外の空間を有していてもよい。

第１の開口部又は第２の開口部が閉塞されている状態では振動膜の振動に基づく電気信号に与えるゲインを所定の第１の値に設定し、第１の開口部及び第２の開口部が開放されている状態では振動膜の振動に基づく電気信号に与えるゲインを第１の値よりも大きい所定の第２の値に設定するようにしてもよい。

本発明によれば、２つの開口部がともに開放されている状態では、振動膜の両面に、ユーザ音声及び雑音が入射する。遠方から振動膜の両面に入射する雑音は、ほぼ同じ音圧になるため、振動膜で打ち消しあう。そのため、振動膜を振動させる音圧は、ユーザ音声を示す音圧であるとみなすことができ、振動膜の振動に基づいて取得された電気信号は、雑音が除去された、ユーザ音声を示す電気信号であるとみなすことができる。

また、本発明によれば、音声が振動膜の両面に入射した場合には振動膜の両面に加わる音圧の差に応じた電圧レベルの電気信号が取得される。そして、音圧は音源からの距離に反比例するので、音源から２つの開口部までの距離の差が大きいほど、取得される電気信号の電圧レベルが高くなる。すなわち、２つの開口部がともに開放されている状態では、２つの開口部を結ぶ直線上に音源が存在する場合に感度が最も高くなる両指向特性のマイクロフォンとして機能させることができる。

また、本発明によれば、２つの開口部の一方が閉塞されている状態では、振動膜の片面に、ユーザ音声及び雑音が入射する。音声が振動膜の両面に入射した場合には振動膜を振動させる音圧は振動膜の両面に加わる音圧の差であるのに対して、音声が振動膜の片面に入射した場合には振動膜を振動させる音圧は振動膜の片面に加わる音圧である。従って、２つの開口部の一方が閉塞されている状態では、ユーザ音声を示す電気信号の電圧レベルを向上させることができる。その結果、雑音がほとんど存在しない環境においては、２つの開口部の一方が閉塞されている状態の方が、２つの開口部がともに開放されている状態よりもＳＮＲを向上させることができる。

また、本発明によれば、２つの開口部の一方が閉塞されている状態では、振動膜の片面に、ユーザ音声及び雑音が入射するので、無指向特性のマイクロフォンとして機能させることができる。従って、本発明に係るマイクロフォンユニットは、周囲の音を意図的に集音させるような用途にも使用することができる。

さらに、本発明によれば、２つの開口部がともに開放されている状態におけるユーザ音声を示す電気信号の電圧レベルは、２つの開口部の一方が閉塞されている状態におけるユーザ音声を示す電気信号の電圧レベルよりも低い。そこで、２つの開口部がともに開放されている時は、ユーザ音声を示す電気信号に、２つの開口部の一方が閉塞されている時よりも高いゲインを与えて出力する。その結果、ゲインを適切に設定しておけば、２つの開口部がともに開放されている状態でも、２つの開口部の一方が閉塞されている状態でも、マイクロフォンユニットが出力するユーザ音声の音量を一定に保つことができる。そのため、音量の急激な変化により会話の相手方が聞き取りづらくなることを防止することができる。

以上より、本発明によれば、簡単な構成で、必要に応じてマイクの特性を変えることができる高品質のマイクロフォンユニットを提供することができる。

（２）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
前記出力部は、
前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態から前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態に変化した時は、前記電気信号に与えるゲインを高くするようにしてもよい。

第１の開口部又は第２の開口部が閉塞されている状態から第１の開口部及び第２の開口部が開放されている状態に変化した時は、振動膜の振動に基づく電気信号に与えるゲインを所定の値だけ増加するようにしてもよいし、振動膜の振動に基づく電気信号に与えるゲインを所定の第２の値に設定するようにしてもよい。

（３）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
前記出力部は、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態から前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態に変化した時は、前記電気信号に与えるゲインを低くするようにしてもよい。

第１の開口部及び第２の開口部が開放されている状態から第１の開口部又は第２の開口部が閉塞されている状態に変化した時は、振動膜の振動に基づく電気信号に与えるゲインを所定の値だけ減少するようにしてもよいし、振動膜の振動に基づく電気信号に与えるゲインを所定の第１の値に設定するようにしてもよい。

（４）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態、もしくは前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態を検出する検出部を含み、
前記出力部は前記検出部の検出結果に基づいて、前記電気信号に与えるゲインを切り替えるようにしてもよい。

検出部は２つの開口部がともに開放状態にあるか一方の開口部が閉塞状態にあるかを検出することができればよく、その構造は限定されない。例えば、機械的構造により開口部に対する接触を検知するスイッチのようなものであってもよいし、筐体内の光量を検出する光センサであってもよい。

（５）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
前記検出部は、
前記第１の開口部又は前記第２の開口部に隣接して配置され、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が塞がれた時にオン又はオフになるスイッチとして構成され、
前記出力部は、
前記スイッチのオン又はオフに基づいて、前記電気信号に与えるゲインを切り替えるようにしてもよい。

本発明によれば、開口部に隣接してスイッチを設けることにより、指等で開口部を塞ぐと同時にスイッチを押すことが可能になる。従って、簡単な構造で開口部の開閉状態に応じて出力部のゲインを制御することができる。

（６）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
開閉状態に応じて、前記第１の開口部又は前記第２の開口部の一方を開放状態または閉塞状態にする蓋部を含み、
前記出力部は、
前記蓋部の開閉状態に基づいて、前記電気信号に与えるゲインを切り替えるようにしてもよい。

蓋部は、ユーザが手動で開閉するような構造であってもよいし、所定のボタンを押下することにより開閉が行われるような構造であってもよい。

蓋部は、開閉機構を有するものであればよく、開閉方式は限定されない。例えば、スライド式や回転式の開閉機構であってもよい。

本発明によれば、蓋部を有することにより、開口部を指等で押さえ続ける必要がなく、開口部を連続的に開放状態あるいは閉塞状態に保つことができる。

（７）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
話者音量に基づいて前記蓋部の開閉状態を制御する開閉制御部を含むようにしてもよい。

開閉制御部は、話者音量と所定の基準値を比較し、比較結果に基づいて蓋部の開閉状態を制御するようにしてもよいし、過去の一定期間の話者音量の変化に基づいて蓋部の開閉状態を制御するようにしてもよい。

開閉制御部は、話者音量と蓋部の現在の開閉状態に基づいて蓋部の開閉状態を制御するようにしてもよい。例えば、蓋部が閉まっている状態において、話者音量が急激に大きくなった場合には雑音の多い環境に変化したと推測されるので、蓋部を開けるように制御してもよい。また、例えば、蓋部が開いている状態において、話者音量が急激に小さくなった場合には雑音の少ない環境に変化したと推測されるので、蓋部を閉めるように制御してもよい。

開閉制御部は、出力部の出力信号の電圧レベルに基づいて話者音量を推定するようにしてもよい。

本発明によれば、話者音量に基づいて蓋部の開閉状態を制御する開閉制御部を有するので、ユーザが蓋の開閉を意識する必要がなくなり、実用性をより向上させることができる。

（８）本発明は、
上記のいずれかに記載のマイクロフォンユニットが実装された音声入力装置である。

すなわち、本発明に係る音声入力装置には、内部空間を有する筐体と、前記筐体の内部空間を第１の空間と第２の空間とに分割する少なくとも一部が振動膜で構成された仕切り部材と、前記振動膜の振動に基づく電気信号にゲインを与えて出力する出力部と、を含み、前記筐体には、前記第１の空間と前記筐体の外部空間とを連通する第１の開口部と、前記第２の空間と前記筐体の外部空間とを連通する第２の開口部とが形成され、前記出力部は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態では、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態よりも高いゲインを前記電気信号に与えて出力するマイクロフォンユニットが実装されている。

この音声入力装置によると、マイクロフォンユニットの２つの開口部がともに開放されている状態にすることにより、雑音が精度よく除去された、ユーザ音声を示す電気信号を取得することができる。そのため、本発明によれば、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。

（９）本発明に係る音声入力装置は、
音情報を出力するスピーカと、
前記スピーカの音量を制御する音量制御部と、を含み、
前記音量制御部は、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態では、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態よりも前記スピーカの音量を大きくするようにしてもよい。

本発明によれば、ユーザがマイクロフォンユニットの２つの開口部がともに開放されている状態で音声入力装置を使用している場合は雑音の多い環境にいると推測されるので、スピーカの音量を大きくすることにより、スピーカから発せられる音を聞き取りやすくすることができる。

（１０）本発明に係る音声入力装置は、
前記音量制御部は、
前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態から前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態に変化した時は、前記スピーカの音量を大きくするようにしてもよい。

本発明によれば、一方の開口部が閉塞されている状態から２つの開口部がともに開放されている状態に変化した時は、雑音の少ない環境から雑音の多い環境に変化したと推測されるので、スピーカの音量を大きくすることにより、スピーカから発せられる音を聞き取りやすくすることができる。

（１１）本発明に係る音声入力装置は、
前記音量制御部は、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態から前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態に変化した時は、前記スピーカの音量を小さくするようにしてもよい。

本発明によれば、２つの開口部がともに開放されている状態から一方の開口部が閉塞されている状態に変化した時は、雑音の多い環境から雑音の少ない環境に変化したと推測されるので、スピーカの音量を小さくすることにより、スピーカから発せられる音を聞き取りやすくすることができる。

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。

１．マイク特性
（Ａ）マイクの構造及び動作原理
図１（Ａ）は、単振動膜の通常マイクの構造及び動作原理について説明するための図である。マイクロフォン７００はコンデンサ型のマイクロフォンであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として構成されていてもよい。

マイクロフォン７００は、振動膜７０２を有する。振動膜７０２は、音波を受けて振動する膜（薄膜）で、導電性を有し、電極の一端を形成している。

マイクロフォン７００は、また、ベース基板７０６上に絶縁膜７１０を介して形成された電極７０４を有する。電極７０４は、絶縁膜７０８を介して振動膜７０２と対向して配置されている。これにより、振動膜７０２と電極７０４とは容量を形成する。

マイクロフォン７００に音波が入射すると、振動膜７０２の一方の面（上面）７０３に音圧ｐｆが加わる。その結果、音圧ｐｆに応じて振動膜７０２が振動して、振動膜７０２と電極７０４との間隔（ギャップ間隔７１２）が変化し、振動膜７０２と電極７０４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取り出すことによって、振動膜７０２の振動に基づく電気信号を取得することができる。すなわち、マイクロフォン７００に入射する音波を、電気信号に変換して出力することができる。

なお、マイクロフォン７００では、電極７０４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、電極７０４はメッシュ構造をなしていてもよい。

図１（Ｂ）は、単振動膜の差動マイクの構造及び動作原理について説明するための図である。マイクロフォン８００は、マイクロフォン７００と同様の構造の振動膜８０２、電極８０４、絶縁膜８０８及び８１０を有するコンデンサ型のマイクロフォンであり、ＭＥＭＳとして構成されていてもよい。

一方、マイクロフォン７００と異なり、マイクロフォン８００のベース基板８０６は開口部８１４を有する。そのため、マイクロフォン８００に音波が入射すると、振動膜８０２の一方の面（上面）８０３と他方の面（下面）８０５にそれぞれ音圧ｐｆとｐｂが加わる。その結果、音圧ｐｆとｐｂの差に応じて振動膜８０２が振動して、振動膜８０２と電極８０４との間隔（ギャップ間隔８１２）が変化し、振動膜８０２と電極８０４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取り出すことによって、振動膜８０２の振動に基づく電気信号を取得することができる。すなわち、マイクロフォン８００に入射する音波を、電気信号に変換して出力することができる。

（２）音波の性質
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、

と表すことができる。なお、式（１）中、Ｋは比例定数である。

図２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。図１（Ａ）で説明したマイクロフォン７００では、音源から振動膜７０２の上面７０３までの距離がｒ１の時に振動膜に加わる音圧ｐｆはｐ１になる。

図１（Ｂ）で説明したマイクロフォン８００においても、音源から振動膜８０２の上面８０３までの距離がｒ１の時、振動膜８０２の上面８０３には音圧ｐ１が加わる。また、開口部８１４と振動膜８０２の下面８０５の間の空間では音波は拡散しないため音波の減衰はほとんどないので、音源から開口部８１４までの距離がｒ２であれば、振動膜８０２の下面８０５には音圧ｐ２が加わる。

上述したように、マイクロフォン８００は、振動膜８０２の上面８０３に加わる音圧ｐｆと下面８０５に加わる音圧ｐｂの差に応じて変化する静電容量を電気信号に変換して出力する。従って、マイクロフォン７００とマイクロフォン８００を音源から等距離ｒ１に配置した場合、マイクロフォン８００の出力レベルはマイクロフォン７００の出力レベルの（ｐ１−ｐ２）／ｐ１（＝Δｐ１／ｐ１）に減衰する。

同様に、音源から振動膜７０２の上面７０３までの距離がｒ１、音源から開口部８１４までの距離がｒ３であれば、マイクロフォン８００の出力レベルはマイクロフォン７００の出力レベルの（ｐ１−ｐ３）／ｐ１（＝Δｐ２／ｐ１）に減衰する。

なお、ｒ２−ｒ１（＝Δｒ１）＜ｒ３−ｒ１（＝Δｒ２）、Δｐ１＜Δｐ２であるので、音源から振動膜７０２の上面７０３までの距離と開口部８１４までの距離の差が小さいほど、マイクロフォン８００の出力レベルはより減衰することがわかる。

以下では、マイクロフォン７００のように振動膜の片面に音圧が加わるマイクロフォンを通常マイク、マイクロフォン８００のように振動膜の両面に音圧が加わるマイクロフォンを差動マイクと呼ぶことにする。

図３に、通常マイクの振動膜に加わる音圧レベル特性（通常マイク特性）と差動マイクの振動膜に加わる音圧レベル特性（差動マイク特性）の一例を示す。

上述したように、マイクロフォン７００（通常マイク）では振動膜７０２の片面に音圧ｐｆが加わる。一方、マイクロフォン８００（差動マイク）では振動膜８０２の両面にそれぞれ音圧ｐｆ、ｐｂが加わるため、結局、振動膜８０２に加わる音圧はｐｆ−ｐｂとなる。そのため、図３に示すように、差動マイクの振動膜に加わる音圧レベルは、通常マイクの振動膜に加わる音圧レベルよりも低く、かつ、音源からの距離に対する音圧レベルの減衰も急である。

図４（Ａ）は、通常マイクの指向性について説明するための図である。マイクロフォン７００（通常マイク）は、その振動膜７０２の上面７０３が０°の方向と垂直になるように配置されている。この時、音源とマイクロフォン７００（振動膜７０２）の距離が一定であれば、音源がどの方向にあってもマイクロフォン７００（振動膜７０２）に加わる音圧ｐｆは一定である。すなわち、通常マイクはあらゆる方向から入射される音波を平等に受ける性質（無指向特性）を有する。

図４（Ｂ）は、差動マイクの指向性について説明するための図である。マイクロフォン８００（差動マイク）は、その振動膜８０２の上面８０３及び下面８０５がそれぞれ０°及び１８０°の方向と垂直になるように配置されている。この時、音源とマイクロフォン８００（振動膜８０２）の距離が一定であるとすると、音源が０°又は１８０°の方向にある時にマイクロフォン８００（振動膜８０２）に加わる音圧が最大になり、音源が９０°又は２７０°の方向にある時にマイクロフォン８００（振動膜８０２）に加わる音圧ｐｆ−ｐｂが最小（０）になる。すなわち、差動マイクは０°及び１８０°の方向から入射される音波を受けやすく、９０°及び２７０°の方向から入射される音波を受けにくい性質（両指向特性）を有する。

マイクロフォン８００を接話型の音声入力装置に適用する場合、ユーザの音声は、マイクロフォン８００（振動膜８０２）の近傍から発生する。そのため、ユーザの音声は、振動膜８０２の上面８０３と下面８０５の間で大きく減衰し、振動膜８０２の上面８０３及び下面８０５に入射するユーザ音声の音圧には、大きな差が現れる。

これに対して雑音成分は、ユーザの音声に比べて、音源が、マイクロフォン８００（振動膜８０２）から遠い位置に存在する。そのため、雑音の音圧は、振動膜８０２の上面８０３と下面８０５の間でほとんど減衰せず、振動膜８０２の上面８０３及び下面８０５に入射する雑音の音圧には、ほとんど差が現れない。

（３）雑音除去原理
上述したように、振動膜８０２は、振動膜８０２の上面８０３及び下面８０５に同時に入射する音波の音圧の差によって振動する。そして、振動膜８０２の上面８０３及び下面８０５に入射する雑音の音圧の差は非常に小さいため、振動膜８０２で打ち消される。これに対して、振動膜８０２の上面８０３及び下面８０５に入射するユーザ音声の音圧の差は大きいため、ユーザ音声は振動膜８０２で打ち消されず、振動膜８０２を振動させる。

このことから、マイクロフォン８００によると、振動膜８０２は、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、マイクロフォン８００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、差動マイクによると、簡易な構成で、雑音が除去されたユーザ音声を示す電気信号を取得することが可能である。そのため、雑音の多い環境下においては、一般に差動マイクの出力のＳＮＲは通常マイクの出力のＳＮＲよりも高い。従って、雑音の多い環境下においては、差動マイクを使用した方がより鮮明なユーザ音声を相手に伝えることができる場合が多い。

一方、上述したように、通常マイクの出力は差動マイクの出力よりも大きいので、マイクの出力回路で発生する雑音（ゲインアンプのノイズ等）が外来の雑音よりも大きい環境下（静寂な環境下）においては、一般に通常マイクの出力のＳＮＲは差動マイクの出力のＳＮＲよりも高い。

また、後述するように通常マイクは差動マイクに比べて出力部のゲインを低く設定することができるので、一般に、通常マイクの消費電流は差動マイクの消費電流よりも小さくて済む。

すなわち、マイクを使用する周囲環境に応じて、通常マイクと差動マイクを切り替えることができれば、周囲環境によらずに常に鮮明なユーザ音声を相手に伝えることができるし、無駄な消費電流を削減することもできる。以下に説明する本実施の形態のマイクロフォンユニット及び音声入力装置は、通常マイクとして機能することもできるし、差動マイクとして機能することもできる構造を有する。

２．マイクロフォンユニット１の構成
次に、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１の構成について説明する。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、図５及び図６（Ａ）に示すように、筐体１０を含む。筐体１０は、マイクロフォンユニット１の外形を構成する部材である。筐体１０（マイクロフォンユニット１）の外形は多面体構造となっていてもよい。筐体１０の外形は、図５に示すように、六面体（直方体又は立方体）となっていてもよい。ただし、筐体１０の外形は六面体以外の多面体構造となっていてもよい。あるいは、筐体１０の外形は、球状構造（半球状構造）等の、多面体以外の構造となっていてもよい。

筐体１０は、図６（Ａ）に示すように、内部空間１００（第１及び第２の空間１０２，１０４）を有する。すなわち、筐体１０は所定の空間を区画する構造をなしており、内部空間１００とは、筐体１０によって区画される空間である。筐体１０は、内部空間１００と、筐体１０の外部の空間（外部空間１１０）とを電気的・磁気的に遮蔽する遮蔽構造（電磁シールド構造）をなしていてもよい。これにより、後述する振動膜３０及び出力部４０が、筐体１０の外部（外部空間１１０）に配置された電子部品の影響を受けにくくすることができるため、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能なマイクロフォンユニットを提供することができる。

そして、筐体１０には、図５及び図６（Ａ）に示すように、筐体１０の内部空間１００と外部空間１１０とを連通させる開口部が形成されている。本実施の形態では、筐体１０には、第１の開口部１２と第２の開口部１４とが形成されている。ここで、第１の開口部１２は、第１の空間１０２と外部空間１１０とを連通する開口部である。また、第２の開口部１４は、第２の空間１０４と外部空間１１０とを連通する開口部である。なお、第１及び第２の空間１０２，１０４については後で詳述する。第１及び第２の開口部１２，１４の外形は特に限定されるものではないが、例えば図５に示すように、円形となっていてもよい。ただし、第１及び第２の開口部１２，１４の外形は、円形以外の形状であってもよく、例えば矩形であってもよい。

本実施の形態では、図５及び図６（Ａ）に示すように、第１及び第２の開口部１２，１４は、六面体構造（多面体構造）をなす筐体１０の１つの面１５に形成されている。これにより、第１及び第２の開口部１２，１４から、筐体１０の内部に入射する雑音の音圧を（ほぼ）等しくすることができるため、雑音を、精度良く除去することが可能になる。ただし、変形例として、第１及び第２の開口部１２，１４は、それぞれ、多面体の異なる面に形成されていてもよい。例えば、第１及び第２の開口部１２，１４は、六面体の対向する面に形成されていてもよく、六面体の隣り合う面に形成されていてもよい。また、本実施の形態では、筐体１０には、１つの第１の開口部１２と１つの第２の開口部１４とが形成されている。ただし、本発明はこれに限られず、筐体１０には、複数の第１の開口部１２及び複数の第２の開口部１４が形成されていてもよい。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、仕切り部材２０を含む。ここで、図６（Ｂ）は、仕切り部材２０を正面から観察した図である。仕切り部材２０は、筐体１０内に、内部空間１００を分割するように設けられる。本実施の形態では、仕切り部材２０は、内部空間１００を、第１の空間１０２及び第２の空間１０４に分割するように設けられる。すなわち、第１及び第２の空間１０２，１０４は、それぞれ、筐体１０及び仕切り部材２０で区画された空間であるといえる。

仕切り部材２０は、音波を伝搬する媒質が、筐体１０の内部で、第１の空間１０２と第２の空間１０４との間を移動しないように（移動できないように）設けられていてもよい。例えば、仕切り部材２０は、内部空間１００（第１及び第２の空間１０２，１０４）を筐体１０内部で気密に分離する、気密隔壁であってもよい。

仕切り部材２０は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、少なくとも一部が振動膜３０で構成されている。振動膜３０は、音波が入射すると、法線方向に振動する部材である。そして、マイクロフォンユニット１では、振動膜３０の振動に基づいて電気信号３８を抽出することで、振動膜３０に入射した音声を示す電気信号を取得する。すなわち、振動膜３０は、マイクロフォン（音響信号を電気信号に変換する電気音響変換器）の振動膜であってもよい。また、振動膜３０は、第１及び第２の面３５，３７を有する。第１の面３５は第１の空間１０２を向く面であり、第２の面３７は第２の空間１０４を向く面である。

第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態では、音源からの音波は振動膜３０の第１の面３５及び第２の面３７に入射し、振動膜３０の第１の面３５及び第２の面３７にそれぞれ音圧ｐｆ及びｐｂが加わる。すなわち、マイクロフォンユニット１は、図１（Ｂ）のマイクロフォン８００と同様に差動マイクとして機能する。

第１の開口部１４を例えば指で塞ぐことにより第１の開口部１２及び第２の開口部１４がそれぞれ開放状態及び閉塞状態になると、音源からの音波は振動膜３０の第１の面３５に入射し、振動膜３０の第１の面３５に音圧ｐｆが加わる。同様に、第１の開口部１２を例えば指で塞ぐことにより第１の開口部１２及び第２の開口部１４がそれぞれ閉塞状態及び開放状態になると、音源からの音波は振動膜３０の第２の面３７に入射し、振動膜３０の第２の面３７に音圧ｐｂが加わる。すなわち、マイクロフォンユニット１は、図１（Ａ）のマイクロフォン７００と同様に通常マイクとして機能する。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、図６（Ａ）に示すように、振動膜３０の振動に基づく電気信号３８にゲインを与えて出力信号４９を出力する出力部４０を含む。

図３で説明したのと同様に、マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する時の振動膜３０に加わる音圧レベル（ｐｆ−ｐｂ）は、マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する時の振動膜３０に加わる音圧レベル（ｐｆ又はｐｂ）よりも低い。そのため、電気信号３８の電圧レベルは、マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する時は通常マイクとして機能する時よりも低くなる。

そこで、出力部４０は、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）では、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態（マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する状態）よりも高いゲインを電気信号３８に与えて出力信号４９を出力する。

出力部４０は、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態から第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態に変化した時は、電気信号３８に与えるゲインを高くするようにしてもよい。

また、出力部４０は、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態から第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態に変化した時は、電気信号３８に与えるゲインを低くするようにしてもよい。

また、出力部４０は、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態から第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態に変化した時は電気信号３８に与えるゲインを高くし、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態から第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態に変化した時は電気信号３８に与えるゲインを低くするようにしてもよい。出力部４０は、少なくとも一部が、筐体１０の内部空間１００内に形成されてもよい。

出力部４０は、例えば、筐体１０の内壁面に形成されてもよい。すなわち、本実施の形態では、筐体１０を電気回路の回路基板として利用してもよい。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態、もしくは第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態を検出する検出部５０を含んでもよい。

出力部４０は、検出部５０の検出結果に基づいて、電気信号３８に与えるゲインを切り替えるようにしてもよい。例えば、出力部４０は、検出部５０の検出信号５２に基づいて第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態であると判断した場合は、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されていると判断した場合よりも高いゲインを電気信号３８に与えて出力信号４９を出力するようにしてもよい。

検出部５０は、少なくとも一部が、筐体１０の内部空間１００内に形成されてもよい。検出部５０は、例えば、筐体１０の内壁面に形成されてもよい。また、検出部５０は、少なくとも一部が、筐体１０の外部空間１１０に形成されてもよい。検出部５０は、例えば、筐体１０の外壁面に形成されてもよい。

なお、本実施の形態に係るマイクロフォン（振動膜３０）として、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）で説明したようなコンデンサ型のマイクロフォン（振動膜７０２、８０２）を適用することができる。

ただし、本発明に適用可能なマイクロフォン（振動膜３０）は、コンデンサ型マイクロフォンに限られるものではなく、既に公知となっているいずれかのマイクロフォンを適用することができる。例えば、振動膜３０は、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型（クリスタル型）等の、種々のマイクロフォンの振動膜であってもよい。

あるいは、振動膜３０は、半導体膜（例えばシリコン膜）であってもよい。すなわち、振動膜３０は、シリコンマイク（Ｓｉマイク）の振動膜であってもよい。シリコンマイクを利用することで、マイクロフォンユニット１の小型化、及び、高性能化を実現することができる。

振動膜３０の外形は特に限定されるものではない。図６（Ｂ）に示すように、振動膜３０の外形は円形をなしていてもよい。このとき、振動膜３０と第１及び第２の開口部１２，１４とは、径が（ほぼ）同じ円形であってもよい。ただし、振動膜３０は、第１及び第２の開口部１２，１４よりも大きくてもよく、小さくてもよい。

なお、本実施の形態では、振動膜３０は、図６（Ａ）に示すように、法線が筐体１０の面１５に平行に延びるように設けられていてもよい。言い換えると、振動膜３０は、面１５と直交するように設けられていてもよい。そして、振動膜３０は、第１及び第２の開口部１２，１４の中間に配置されていてもよい。ただし、変形例として、振動膜３０は、第２の開口部１４の側方（近傍）に配置されていてもよい（図示せず）。すなわち、振動膜３０は、第１の開口部１２からの距離と、第２の開口部１４からの距離とが等しくならないように配置されていてもよい。

本実施の形態では、仕切り部材２０は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、振動膜３０を保持する保持部３２を含んでいてもよい。そして、保持部３２は、筐体１０の内壁面に密着していてもよい。保持部３２を筐体１０の内壁面に密着させることで、第１及び第２の空間１０２，１０４を気密に分離することができる。

図７には、本実施の形態に適用可能な出力部４０の一例を示す。出力部４０は、コンデンサ４２（振動膜３０を有するコンデンサ型マイクロフォン）の静電容量の変化に基づく電気信号３８を、信号増幅回路４４で増幅して出力信号４９を出力するように構成されている。

出力部４０は、例えば、ゲイン切り替え回路４５を含む。ゲイン切り替え回路４５は、スイッチ４３をオン又はオフすることにより、信号増幅回路４４の増幅率（ゲイン）を切り替える役割を果たす。スイッチ４３がオフの時のゲインはＲ３／Ｒ２＋１であり、スイッチ４３がオンの時のゲインはＲ３・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１・Ｒ２＋１である。すなわち、スイッチ４３がオンの時のゲインはスイッチ４３がオフの時のゲインよりも高い。

上述したように、マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する時の電気信号３８の電圧レベルは、通常マイクとして機能する時よりも低くなる。従って、出力部４０（ゲイン切り替え回路４５）は、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）の時はスイッチをオンにし、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞状態（マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する状態）の時はスイッチをオフにすることにより、マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する時は通常マイクとして機能する時よりも高いゲインを電気信号３８に与えて出力信号４９を出力するようにすることができる。その結果、抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって決定するゲインを適切に選択すれば、マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能しても差動マイクとして機能しても出力信号４９の電圧レベルをほぼ一定に保つことができる。そのため、音量の急激な変化により会話の相手方が聞き取りづらくなることを防止することができる。

ゲイン切り替え回路４５は、筐体１０の内部に設けられていてもよいが、筐体１０の外部に設けられていてもよい。コンデンサ４２は、例えば、振動膜ユニット４１の一部を構成していてもよい。なお、出力部４０は、チャージポンプ回路４６と、オペアンプ４８（ボルテージホロワ）とを含んで構成されていてもよい。これにより、コンデンサ４２の静電容量の変化を精密に取得することが可能になる。本実施の形態では、例えば、コンデンサ４２、信号増幅回路４４、チャージポンプ回路４６、オペアンプ４８は、筐体１０の内壁面に形成されていてもよい。

ただし、振動膜３０としてシリコンマイクを適用する場合には、出力部４０は、シリコンマイクの半導体基板に形成された集積回路によって実現してもよい。

また、出力部４０は、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換回路や、デジタル信号を圧縮（符号化）する圧縮回路などをさらに含んでいてもよい。

３．マイクロフォンユニット１’の構成
次に、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１’の構成について説明する。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１’は、図８〜図１０に示すように、マイクロフォンユニット１に開閉機構６０（蓋部）を付加した構成である。開閉機構６０は、第２の開口部１４の上部に取り付けられており、開閉状態に応じて、第２の開口部１４を開放状態または閉塞状態にする。図９は開閉機構６０が閉じられた状態のマイクロフォンユニット１’を示しており、図１０は開閉機構６０が開かれた状態のマイクロフォンユニット１’を示している。

マイクロフォンユニット１は、開閉機構６０に相当するものがないので、ユーザが第１の開口部１２又は第２の開口部１４を指等で塞ぐか否かによって通常マイク又は差動マイクとして使用することができる。そのため、通常マイクとして使用する場合には、ユーザが第１の開口部１２又は第２の開口部１４を指等で塞ぎながら発話しなければならない。

一方、マイクロフォンユニット１’は、開閉機構６０を備えるので、ユーザは発話する前に開閉機構６０を開閉するための操作をすればよい。開閉機構６０は、ユーザが手動で開閉するような構造であってもよいし、例えば、ユーザが所定のボタンを押下することにより開閉が行われるような構造であってもよい。

なお、開閉機構６０は、第１の開口部１２の上部に取り付けられ、開閉状態に応じて、第１の開口部１２を開放状態または閉塞状態にするようにしてもよい。

さらに、マイクロフォンユニット１’は、開閉制御部７０を含むようにしてもよい。開閉制御部７０は、話者音量に基づいて開閉機構６０（蓋部）の開閉状態を制御する。

開閉制御部７０は、出力部４０の出力信号４９の電圧レベルに基づいて話者音量を推定するようにしてもよい。

また、開閉制御部７０は、話者音量と所定の基準値を比較し、比較結果に基づいて開閉機構６０の開閉状態を制御するようにしてもよいし、過去の一定期間の話者音量の変化に基づいて開閉機構６０の開閉状態を制御するようにしてもよい。

また、開閉制御部７０は、話者音量と開閉機構６０の現在の開閉状態に基づいて開閉機構６０の開閉状態を制御するようにしてもよい。例えば、開閉機構６０が閉まっている状態において、話者音量が急激に大きくなった場合には雑音の多い環境に変化したと推測されるので、開閉機構６０を開けるように制御してもよい。また、例えば、開閉機構６０が開いている状態において、話者音量が急激に小さくなった場合には雑音の少ない環境に変化したと推測されるので、開閉機構６０を閉めるように制御してもよい。

４．マイクロフォンユニット２の構成
次に、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット２の構成について説明する。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット２は、図１１及び図１２に示すように、マイクロフォンユニット１と同様に、筐体１０、第１の開口部１２、第２の開口部１４、仕切り部材２０（振動膜３０、保持部３２を含む）、出力部４０を含む。そして、本実施の形態では、図１１及び図１２に示すように、第１の開口部１２は、六面体構造（多面体構造）をなす筐体１０の１つの面１５に形成されている。また、第２の開口部１４は、面１５と対向する面１７に形成されている。

第２の開口部１４が開放状態の時は、音源からの音波は振動膜３０の第１の面３５及び第２の面３７に入射し、振動膜３０の第１の面３５及び第２の面３７にそれぞれ音圧ｐｆ及びｐｂが加わる。すなわち、マイクロフォンユニット２は、図１（Ｂ）のマイクロフォン８００と同様に差動マイクとして機能する。

第２の開口部１４を例えば指で塞ぐことにより第２の開口部１４が閉塞状態になると、音源からの音波は振動膜３０の第１の面３５に入射し、振動膜３０の第１の面３５に音圧ｐｆが加わる。すなわち、マイクロフォンユニット２は、図１（Ａ）のマイクロフォン７００と同様に通常マイクとして機能する。

さらに、本実施の形態ではスイッチ５４が付加されている。スイッチ５４は第２の開口部１４に隣接して配置されているので、ユーザが第２の開口部１４を指等で塞ぐと、スイッチ５４が押下された状態（オン）になる。すなわち、スイッチ５４は、第２の開口部１４が開放状態又は閉塞状態のいずれの状態であるかを検出して検出信号５２を出力するので、マイクロフォンユニット１の検出部５０として機能する。

出力部４０は、検出信号５２に基づいて第２の開口部１４が開放状態であると判断した場合（マイクロフォンユニット２が差動マイクとして機能する場合）は、第２の開口部１４が閉塞状態であると判断した場合（マイクロフォンユニット２が通常マイクとして機能する場合）よりも高いゲインを電気信号３８に与えて出力信号４９を出力する。

なお、スイッチ５４は、第１の開口部１２に隣接して配置され、第１の開口部１２が開放状態又は閉塞状態のいずれの状態であるかを検出して検出信号５２を出力するようにしてもよい。

５．マイクロフォンユニット２’の構成
次に、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット２’の構成について説明する。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット２’は、図１３〜図１５に示すように、マイクロフォンユニット２に開閉機構６０（蓋部）を付加した構成である。開閉機構６０は、第２の開口部１４の下部に取り付けられており、開閉状態に応じて、第２の開口部１４を開放状態または閉塞状態にする。図１４は開閉機構６０が閉じられた状態のマイクロフォンユニット２’を示しており、図１５は開閉機構６０が開かれた状態のマイクロフォンユニット２’を示している。

マイクロフォンユニット２’は、開閉機構６０が閉じられるとスイッチ５４が押下された状態（オン）になり、開閉機構６０が開かれるとスイッチ５４が押下されていない状態（オフ）になる。

出力部４０は、検出信号５２に基づいて第２の開口部１４が開放状態であると判断した場合（マイクロフォンユニット２が差動マイクとして機能する場合）は、第２の開口部１４が閉塞状態であると判断した場合（マイクロフォンユニット２が通常マイクとして機能する場合）よりも高いゲインを電気信号３８に与えて出力信号４９を出力する。

マイクロフォンユニット２は、開閉機構６０に相当するものがないので、ユーザが第１の開口部１２又は第２の開口部１４を指等で塞ぐか否かによって通常マイク又は差動マイクとして使用することができる。そのため、通常マイクとして使用する場合には、ユーザが第１の開口部１２又は第２の開口部１４を指等で塞ぎながら発話しなければならない。

一方、マイクロフォンユニット２’は、開閉機構６０を備えるので、ユーザは発話する前に開閉機構６０を開閉するための操作をすればよい。開閉機構６０は、ユーザが手動で開閉するような構造であってもよいし、例えば、ユーザが所定のボタンを押下することにより開閉が行われるような構造であってもよい。

なお、開閉機構６０は、第１の開口部１２の上部に取り付けられ、開閉状態に応じて、第１の開口部１２を開放状態または閉塞状態にするようにしてもよい。

本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１，１’，２，２’は、以上のように構成されていてもよい。マイクロフォンユニット１，１’，２，２’によると、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できる。以下、マイクロフォンユニット１，１’，２，２’の雑音除去原理について、代表してマイクロフォンユニット１を例にとり説明するが、マイクロフォンユニット１’，２，２’についても同様に説明することができる。

６．マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する時の雑音除去原理
（１）マイクロフォンユニット１の構成と、振動膜３０の振動原理
はじめに、マイクロフォンユニット１の構成から導き出される、振動膜３０の振動原理について説明する。

本実施の形態では、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）では、振動膜３０は、両側（第１及び第２の３５，３７）から音圧を受ける。そのため、振動膜３０の両側に、同時に、同じ大きさの音圧がかかると、当該２つの音圧は振動膜３０で打ち消しあい、振動膜３０を振動させる力とはならない。逆に言うと、振動膜３０は、両側に受ける音圧に差があるときに、その音圧の差によって振動する。

また、第１及び第２の開口部１２，１４に入射した音波の音圧は、第１及び第２の空間１０２，１０４の内壁面に均等に伝達される（パスカルの原理）。そのため、振動膜３０の第１の空間１０２を向く面（第１の面３５）は、第１の開口部１２に入射した音圧と等しい音圧を受け、振動膜３０の第２の空間１０４を向く面（第２の面３７）は、第２の開口部１４に入射した音圧と等しい音圧を受ける。

すなわち、第１及び第２の面３５，３７が受ける音圧は、それぞれ、第１及び第２の開口部１２，１４に入射した音の音圧であり、振動膜３０は、第１及び第２の面３５，３７（第１及び第２の開口部１２，１４）に入射した音波の音圧の差によって振動する。

（２）音波の性質
上述したように、音圧（音波の振幅）は、音源に近い位置では急激に減衰し、音源から離れるほどなだらかに減衰する。

マイクロフォンユニット１を接話型の音声入力装置に適用する場合、ユーザの音声は、マイクロフォンユニット１（第１及び第２の開口部１２，１４）の近傍から発生する。そのため、ユーザの音声は、第１及び第２の開口部１２，１４の間で大きく減衰し、第１及び第２の開口部１２，１４に入射するユーザ音声の音圧、すなわち、第１及び第２の面３５，３７に入射するユーザ音声の音圧には、大きな差が現れる。

これに対して雑音成分は、ユーザの音声に比べて、音源が、マイクロフォンユニット１（第１及び第２の開口部１２，１４）から遠い位置に存在する。そのため、雑音の音圧は、第１及び第２の開口部１２，１４の間でほとんど減衰せず、第１及び第２の開口部１２，１４に入射する雑音の音圧には、ほとんど差が現れない。

（３）雑音除去原理
上述したように、振動膜３０は、第１及び第２の面３５，３７に同時に入射する音波の音圧の差によって振動する。そして、第１及び第２の面３５，３７に入射する雑音の音圧の差は非常に小さいため、振動膜３０で打ち消される。これに対して、第１及び第２の面３５，３７に入射するユーザ音声の音圧の差は大きいため、ユーザ音声は振動膜３０で打ち消されず、振動膜３０を振動させる。

このことから、マイクロフォンユニット１によると、振動膜３０は、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、マイクロフォンユニット１（出力部４０）から出力される電気信号４９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、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１によると、簡易な構成で、雑音が除去されたユーザ音声を示す電気信号を取得することが可能な音声入力装置を提供することができる。

７．マイクロフォンユニット１で、より精度の高い雑音除去機能を実現するための条件
以下ではマイクロフォンユニット１を例にとり説明するが、マイクロフォンユニット１’，２，２’についても同様に説明することができる。

上述したように、マイクロフォンユニット１によると、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）では、雑音が除去された、ユーザ音声のみを示す電気信号を取得することが可能になる。ただし、音波は位相成分を含んでいる。そのため、第１及び第２の開口部１２，１４（振動膜３０の第１及び第２の面３５，３７）に入射する音波の位相差を考慮すれば、より精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な条件（マイクロフォンユニット１の設計条件）を導出することができる。以下、より精度の高い雑音除去機能を実現するために、マイクロフォンユニット１が満たすべき条件について説明する。

マイクロフォンユニット１によると、先に説明したように、振動膜３０を振動させる音圧（第１及び第２面３５，３７が受ける音圧の差：以下、適宜、「差分音圧」と称する）に基づいて出力される信号を、ユーザ音声を示す信号とみなす。このマイクロフォンユニットによると、振動膜３０を振動させる音圧（差分音圧）に含まれる雑音成分が、第１又は第２の面３５，３７に入射する音圧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されたと評価することができる。詳しくは、差分音圧に含まれる雑音成分の強度の、第１又は第２の面３５，３７に入射する音圧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、差分音圧に含まれるユーザ音声成分の強度の、第１又は第２の面３５，３７に入射する音圧に含まれるユーザ音声成分の強度に対する比を示すユーザ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。

以下、この雑音除去機能を実現するために、マイクロフォンユニット１（筐体１０）が満たすべき具体的な条件について説明する。

はじめに、振動膜３０の第１及び第２の面３５，３７（第１及び第２の開口部１２，１４）に入射する音声の音圧について検討する。ユーザ音声の音源から第１の開口部１２までの距離をＲ、第１及び第２の開口部１２，１４の中心間距離をΔｒとすると、位相差を無視すれば、第１及び第２の開口部１２，１４に入射する、ユーザ音声の音圧（強度）Ｐ（Ｓ１）及びＰ（Ｓ２）は、

と表すことができる。

そのため、ユーザ音声の位相差を無視したときの、第１の面３５（第１の開口部１２）に入射するユーザ音声の音圧の強度に対する、差分音圧に含まれるユーザ音声成分の強度の比率を示すユーザ音声強度比ρ（Ｐ）は、

と表される。

ここで、マイクロフォンユニット１が接話型の音声入力装置に利用される場合、ΔｒはＲに比べて充分小さいとみなすことができる。

そのため、上述の式（４）は、

と変形することができる。

すなわち、ユーザ音声の位相差を無視した場合のユーザ音声強度比は、式（Ａ）と表されることがわかる。

ところで、ユーザ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、

と表すことができる。なお、式中、αは位相差である。

このとき、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）は、

と表される。式（７）を考慮すると、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）の大きさは、

と表すことができる。

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／Ｒsinωt項は振幅成分の強度比を示す。ユーザ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、ユーザ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／Ｒsinωtとは、

の関係を満たしていることが重要である。

ここで、

と表すことができるため、上述の式（Ｂ）は、

と表すことができる。

式（１０）の振幅成分を考慮すると、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、

を満たす必要があることがわかる。

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、

と近似することができる。

そのため、式（Ｃ）は、

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、

と表せば、式（Ｄ）は、

と変形することができる。

すなわち、本実施の形態では、マイクロフォンユニット１が式（Ｅ）に示す関係を満たしていれば、ユーザ音声を精度よく抽出することができる。

次に、第１及び第２の面３５，３７（第１及び第２の開口部１２，１４）に入射する雑音の音圧について検討する。

第１及び第２の面３５，３７に入射す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、

と表すことができ、第１の面３５（第１の開口部１２）に入射する雑音成分の音圧の強度に対する、差分音圧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、

と表すことができる。

なお、先に説明したように、第１及び第２の面３５，３７（第１及び第２の開口部１２，１４）に入射する雑音成分の振幅（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、

と変形することができる。

そして、雑音強度比の大きさは、

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、

と変形することができる。

そして、式（１１）を考慮すると、式（１８）は、

と変形することができる。

ここで、式（Ｄ）を参照すれば、雑音強度比の大きさは、

と表すことができる。なお、Δｒ／Ｒとは、式（Ａ）に示すように、ユーザ音声の振幅成分の強度比である。式（Ｆ）から、このマイクロフォンユニット１では、雑音強度比がユーザ音声の強度比Δｒ／Ｒよりも小さくなることがわかる。

以上のことから、ユーザ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マイクロフォンユニット１によれば（式（Ｂ）参照）、雑音強度比がユーザ音声強度比よりも小さくなる（式（Ｆ）参照）。逆に言うと、雑音強度比がユーザ音声強度比よりも小さくなるように設計されたマイクロフォンユニット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。

８．マイクロフォンユニット１の製造方法
以下、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１の製造方法について説明する。なお、以下ではマイクロフォンユニット１を例にとり説明するが、マイクロフォンユニット１’，２，２’についても同様に説明することができる。

本実施の形態では、第１及び第２の開口部１２，１４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、マイクロフォンユニット１を製造してもよい。

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、

と表すことができる。

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１６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。

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１６の横軸は、Δｒ／λとみなすことができる。すなわち、図１６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。

本実施の形態では、このデータを利用して、マイクロフォンユニット１を製造する。図１７は、このデータを利用してマイクロフォンユニット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。

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１６参照）を用意する（ステップＳ１０）。

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。

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）。

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）。

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低下するマイクロフォンユニット１を製造する場合について考える。

はじめに、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１６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、マイクロフォンユニット１（筐体１０）の必要条件となる。

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１６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５．１９９ｍｍ以下のときに、この条件を満たすことがわかる。すなわち、Δｒを約５．２ｍｍ以下に設定すれば、雑音除去機能を有するマイクロフォンユニットを製造することが可能になる。

なお、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１を接話型の音声入力装置に利用する場合、ユーザ音声の音源とマイクロフォンユニット１（第１及び第２の開口部１２，１４）との間隔は、通常５ｃｍ以下である。また、ユーザ音声の音源とマイクロフォンユニット１（第１及び第２の開口部１２，１４）との間隔は、マイクロフォンユニット１が収納される筐体の設計によって設定することが可能である。そのため、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。

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、このマイクロフォンユニット１で除去される。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、マイクロフォンユニット１（振動膜３０）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マイクロフォンユニット１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、差動マイクとして機能させることにより優れた雑音除去機能を発揮することができる。

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の開口部１２，１４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の開口部１２，１４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マイクロフォンユニット１は、差動マイクとして機能させることにより、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マイクロフォンユニット１によると、差動マイクとして機能させることにより、すべての方向から入射する雑音を除去することができる。

９．効果
以下、本実施の形態に係るマイクロフォンユニットが奏する効果についてまとめる。
（１）マイクロフォンユニット１の効果
マイクロフォンユニット１によれば、第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態では、振動膜３０の両面（３５，３７）に、ユーザ音声及び雑音が入射する。遠方から振動膜３０の両面（３５，３７）に入射する雑音は、ほぼ同じ音圧になるため、振動膜３０で打ち消しあう。そのため、振動膜３０を振動させる音圧は、ユーザ音声を示す音圧であるとみなすことができ、振動膜３０の振動に基づいて取得された電気信号３８は、雑音が除去された、ユーザ音声を示す電気信号であるとみなすことができる。

また、マイクロフォンユニット１によれば、音声が振動膜３０の両面（３５，３７）に入射した場合には振動膜３０の両面（３５，３７）に加わる音圧の差ｐｆ−ｐｂに応じた電圧レベルの電気信号３８が取得される。そして、音圧は音源からの距離に反比例するので、音源から第１及び第２の開口部１２，１４までの距離の差が大きいほど、取得される電気信号３８の電圧レベルが高くなる。すなわち、第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態では、第１及び第２の開口部１２，１４を結ぶ直線上に音源が存在する場合に感度が最も高くなる両指向特性のマイクロフォンとして機能させることができる。

また、マイクロフォンユニット１によれば、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている状態、例えば第２の開口部１４が閉塞されている状態では、振動膜３０の片面３５に、ユーザ音声及び雑音が入射する。音声が振動膜３０の両面（３５，３７）に入射した場合には振動膜３０を振動させる音圧は振動膜３０の両面（３５，３７）に加わる音圧の差ｐｆ−ｐｂであるのに対して、音声が振動膜３０の片面３５に入射した場合には振動膜３０を振動させる音圧は振動膜３０の片面３５に加わる音圧ｐｆである。従って、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている状態では、ユーザ音声を示す電気信号３８の電圧レベルを向上させることができる。その結果、雑音がほとんど存在しない環境においては、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている状態の方が、第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態よりもＳＮＲを向上させることができる。

また、マイクロフォンユニット１によれば、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている状態では、振動膜３０の片面３５に、ユーザ音声及び雑音が入射するので、無指向特性のマイクロフォンとして機能させることができる。従って、マイクロフォンユニット１は、周囲の音を意図的に集音させるような用途にも使用することができる。

さらに、マイクロフォンユニット１によれば、第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態におけるユーザ音声を示す電気信号３８の電圧レベルは、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている状態におけるユーザ音声を示す電気信号３８の電圧レベルよりも低い。そこで、第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている時は、ユーザ音声を示す電気信号３８に、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている時よりも高いゲインを与えて出力する。その結果、ゲインを適切に設定しておけば、第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態でも、第１及び第２の開口部１２，１４の一方が閉塞されている状態でも、マイクロフォンユニット１が出力するユーザ音声の音量を一定に保つことができる。そのため、音量の急激な変化により会話の相手方が聞き取りづらくなることを防止することができる。

なお、マイクロフォンユニット１によると、第１及び第２の開口部１２，１４をともに開放状態にすることにより、壁などで反射した後に振動膜３０（第１及び第２の面３５，３７）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は、長距離を伝搬した後にマイクロフォンユニット１に入射するため、通常のユーザ音声よりも遠くに存在する音源から発生した音声である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の開口部１２，１４の間で音圧が大きく減衰することがない。そのため、このマイクロフォンユニット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。

以上より、マイクロフォンユニット１によれば、簡単な構成で、必要に応じてマイクの特性を変えることができる高品質のマイクロフォンユニットを提供することができる。

そして、マイクロフォンユニット１を利用すれば、第１及び第２の開口部１２，１４をともに開放状態にすることにより、雑音を含まない、ユーザ音声を示す信号を取得することができる。そのため、マイクロフォンユニット１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。

（２）マイクロフォンユニット１’の効果
マイクロフォンユニット１’によれば、開閉機構６０を有することにより、マイクロフォンユニット１により得られる効果に加えて以下の効果が得られる。

すなわち、マイクロフォンユニット１’によれば、開閉機構６０を有することにより、差動マイクとして機能させるために第２の開口部１４を指等で押さえ続ける必要がなく、第２の開口部１４を連続的に開放状態又は閉塞状態に保つことができる。

また、マイクロフォンユニット１’によれば、話者音量に基づいて開閉機構６０の開閉状態を制御する開閉制御部７０を有するので、ユーザが開閉機構６０の開閉を意識する必要がなくなり、実用性をより向上させることができる。

マイクロフォンユニット１’によれば、マイクロフォンユニット１により得られる効果に加えて以下の効果が得られる。

すなわち、マイクロフォンユニット１’によれば、開閉機構６０を有することにより、差動マイクとして機能させるために第２の開口部１４を指等で押さえ続ける必要がなく、第２の開口部１４を連続的に開放状態又は閉塞状態に保つことができる。

（３）マイクロフォンユニット２の効果
マイクロフォンユニット２によれば、スイッチ５４を有することにより、マイクロフォンユニット１により得られる効果に加えて以下の効果が得られる。

すなわち、マイクロフォンユニット２によれば、第２の開口部１４に隣接してスイッチ５４を設けることにより、指等で第２の開口部１４を塞ぐと同時にスイッチ５４を押すことが可能になる。従って、簡単な構造で第２の開口部１４の開閉に応じて出力部４０のゲインを制御することができる。

（４）マイクロフォンユニット２’の効果
マイクロフォンユニット２によれば、開閉機構６０及びスイッチ５４を有することにより、マイクロフォンユニット１，１’，２により得られる効果と同じ効果が得られる。

１０．音声入力装置
次に、本実施の形態に係るマイクロフォンユニットを有する音声入力装置２００について説明する。なお、以下ではマイクロフォンユニット１を有する音声入力装置を例にとり説明するが、マイクロフォンユニット１’，２，２’を有する音声入力装置についても同様に説明することができる。

（１）音声入力装置２００の構成
はじめに、音声入力装置２００の構成について説明する。図１８及び図１９は、音声入力装置２００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２００は、接話型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。

図１８は、音声入力装置２００の構造を説明するための図である。

音声入力装置２００は、筐体２１０を有する。筐体２１０は、音声入力装置２００の外形を構成する部材である。筐体２１０には基本姿勢が設定されていてもよく、これにより、ユーザ音声の進行径路を規制することができる。筐体２１０には、ユーザの音声を受け付けるための開口２１２が形成されていてもよい。

音声入力装置２００では、マイクロフォンユニット１は、筐体２１０内部に設置される。マイクロフォンユニット１は、第１及び第２の開口部１２，１４が開口２１２に連通（重複）するように、筐体２１０に設置されていてもよい。マイクロフォンユニット１は、弾性体２１４を介して、筐体２１０に設置されていてもよい。これにより、筐体２１０の振動がマイクロフォンユニット１（筐体１０）に伝わりにくくなるため、マイクロフォンユニット１を精度よく動作させることができる。

マイクロフォンユニット１は、第１及び第２の開口部１２，１４がユーザ音声の進行方向に沿ってずれて配置されるように、筐体２１０に設置されていてもよい。そして、ユーザ音声の進行径路の上流側に配置される開口部を第１の開口部１２とし、下流側に配置される開口部を第２の開口部１４としてもよい。

振動膜３０が第２の開口部１４の側方に配置されたマイクロフォンユニット１を、上記のように配置すると、第１及び第２の開口部１２，１４を塞がない状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）では、ユーザ音声を、振動膜３０の両面（第１及び第２の面３５，３７）に同時に入射させることができる。

詳しくは、マイクロフォンユニット１では、第１の開口部１２の中心から第１の面３５までの距離が、第１の開口部１２から第２の開口部１４までの距離とほぼ等しくなるため、第１の開口部１２を通過したユーザ音声が第１の面３５に入射するまでに必要な時間は、第１の開口部１２上を通過したユーザ音波が第２の開口部１４を介して第２の面３７に入射するまでに必要な時間と、ほぼ等しくなる。

すなわち、ユーザが発声した音声が、第１の面３５に入射するまでにかかる時間と、第２の面３７に入射するまでにかかる時間とが等しくなる。そのため、ユーザ音声を、第１及び第２の面３５，３７に同時に入射させることができ、位相ずれによるノイズが発生しないように、振動膜３０を振動させることができる。言い換えると、先に説明した式（８）においてα＝０となり、sinωt−sin（ωt−α）＝０となることから、Δｒ／Ｒsinωt項（振幅成分のみ）が抽出されることがわかる。そのため、人の音声としては高周波帯域である７ｋＨｚ程度のユーザ音声が入力された場合でも、第１の面３５に入射する音圧と第２の面３７に入射する音圧との位相ひずみの影響を無視することができ、ユーザ音声を正確に示す電気信号を取得することが可能になる。

（２）音声入力装置２００の機能
次に、図１９を参照して、音声入力装置２００の機能について説明する。なお、図１９は、音声入力装置２００の機能を説明するためのブロック図である。

音声入力装置２００は、マイクロフォンユニット１を有する。マイクロフォンユニット１は、振動膜３０の振動に基づいて生成された電気信号４９を出力する。なお、マイクロフォンユニット１を差動マイクとして使用する場合、マイクロフォンユニット１から出力される電気信号４９は、雑音成分が除去された、ユーザ音声を示す電気信号である。

音声入力装置２００は、スピーカ２３０と、スピーカ２３０の音量を制御する音量制御部２２０を有していてもよい。音量制御部２２０は、マイクロフォンユニット１の第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）では、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態（マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する状態）よりもスピーカ２３０の音量を大きくするように制御する。すなわち、音声入力装置２００によれば、ユーザがマイクロフォンユニット１の第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態で音声入力装置２００を使用している場合は雑音の多い環境にいると推測されるので、スピーカ２３０の音量を大きくすることにより、スピーカ２３０から発せられる音を聞き取りやすくすることができる。

また、音量制御部２２０は、第１の開口部又は第２の開口部が閉塞されている状態（マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する状態）から第１の開口部及び第２の開口部が開放されている状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）に変化した時は、スピーカ３３０の音量を大きくするように制御してもよい。すなわち、音声入力装置２００によれば、マイクロフォンユニット１の第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態から第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態に変化した時は、雑音の少ない環境から雑音の多い環境に変化したと推測されるので、スピーカ２３０の音量を大きくすることにより、スピーカ２３０から発せられる音を聞き取りやすくすることができる。

さらに、音量制御部２２０は、第１の開口部及び第２の開口部が開放されている状態（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）から第１の開口部又は第２の開口部が閉塞されている状態（マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する状態）に変化した時は、スピーカ３３０の音量を小さくするように制御してもよい。すなわち、音声入力装置２００によれば、マイクロフォンユニット１の第１及び第２の開口部１２，１４がともに開放されている状態から第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態に変化した時は、雑音の多い環境から雑音の少ない環境に変化したと推測されるので、スピーカ２３０の音量を小さくすることにより、スピーカ２３０から発せられる音を聞き取りやすくすることができる。

音量制御部２２０は、マイクロフォンユニット１（検出部５０）から出力された検出信号５２に基づいて、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態であるか、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態であるかを判断してスピーカ２３０の音量を制御するようにしてもよい。

また、音量制御部２２０は、マイクロフォンユニット１（出力部４０）から出力された電気信号４９（話者音量とみなすことができる）に基づいて、第１の開口部１２及び第２の開口部１４が開放されている状態であるか、第１の開口部１２又は第２の開口部１４が閉塞されている状態であるかを判断してスピーカ２３０の音量を制御するようにしてもよい。

音声入力装置２００は、演算処理部２４０を有していてもよい。演算処理部２４０は、マイクロフォンユニット１（出力部４０）から出力された電気信号４９に基づいて各種の演算処理を行う。演算処理部２４０は、電気信号４９に対する解析処理を行ってもよい。演算処理部２４０は、マイクロフォンユニット１からの出力信号４９を解析することにより、ユーザ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２４０は、マイクロフォンユニット１の出力信号４９を解析処理することにより、ユーザ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２４０は、マイクロフォンユニット１からの出力信号４９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２４０は、マイクロフォンユニット１からの出力信号４９を増幅する処理を行ってもよい。また、演算処理部２４０は、後述する通信処理部２５０の動作を制御してもよい。なお、演算処理部２４０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。あるいは、演算処理部２４０は、上記各機能を、専用のハードウエアによって実現してもよい。

音声入力装置２００は、通信処理部２５０をさらに含んでいてもよい。通信処理部２５０は、音声入力装置２００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２５０は、ネットワークを介して、他の端末に信号（マイクロフォンユニット１からの出力信号）を送信する機能を有していてもよい。通信処理部２５０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２５０を介して取得した出力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２００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２００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２００は、通信処理部２５０を有しない構成となっていてもよい。この情報処理システムによると、マイクロフォンユニット１を差動マイクとして機能させることにより、雑音が精度よく除去された、ユーザ音声を示す電気信号を取得することができる。そのため、この情報処理システムによると、精度の高い音声の解析処理の実現を可能にする情報処理システムを提供することができる。

なお、上述した演算処理部２４０、通信処理部２５０及び音量制御部２２０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２１０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２４０は、筐体２１０の外部に配置されていてもよい。演算処理部２４０が筐体２１０の外部に配置されている場合、演算処理部２４０は、通信処理部２５０を介して、信号を取得してもよい。

なお、音声入力装置２００は、表示パネルなどの表示装置や、音声出力装置をさらに含んでいてもよい。また、音声入力装置２００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。

音声入力装置２００は、以上の構成をなしていてもよい。この音声入力装置２００は、マイクロフォンユニット１を利用する。そのため、この音声入力装置２００は、マイクロフォンユニット１を差動マイクとして使用する場合、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。

また、音声入力装置２００をマイクシステムに適用すれば、マイクロフォンユニット１を差動マイクとして使用する場合、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。

図２０及び図２１に音声入力装置２００の例として、携帯電話３００を示す。携帯電話３００の筐体には、マイクロフォンユニット１の第１及び第２の開口部１２，１４とそれぞれ連通する２つの開口部（マイク穴）３１２が設けられるが、マイク穴３１２の位置は特に限定されない。図２０及び図２１に示すように、携帯電話３００の１つの面（正面）に２つのマイク穴３１２を設けてもよいし、携帯電話３００の正面と背面（正面と対向する面）にマイク穴３１２を１つずつ設けるようにしてもよい。

携帯電話３００にはノイズキャンセルボタン３２０が設けられていてもよい。ユーザがノイズキャンセルボタン３２０を押下すると、マイクロフォンユニット１の蓋部６０（図示しない）が開かれてノイズキャンセルモード（マイクロフォンユニット１が差動マイクとして機能する状態）になるようにしてもよい。また、ユーザがノイズキャンセルボタン３２０を一定時間以上（例えば１秒以上）押下すると、マイクロフォンユニット１の蓋部６０（図示しない）が塞がれてノイズキャンセルモードが解除され、通常モード（マイクロフォンユニット１が通常マイクとして機能する状態）になるようにしてもよい。さらに、ノイズキャンセルモードでは、通常モードよりもスピーカ３３０の音量を大きくするようにしてもよい。

図２２及び図２３には、音声入力装置２００の他の例として、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２４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。

１１．変形例
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。

以下、マイクロフォンユニットの仕切り部材（振動膜）の配置及び筐体に関する具体的な変形例を示す。なお、図２５〜図３２において、出力部、スイッチ（検出部）、開閉機構（蓋部）、開閉制御部等は図示しないが、それぞれ筐体の内部又は外部に付加することができる。

（１）第１の変形例
図２５には、本発明を適用した実施の形態の第１の変形例に係るマイクロフォンユニット３を示す。

マイクロフォンユニット３は、振動膜８０を含む。振動膜８０は、筐体１０の内部空間１００を第１の空間１１２と、第２の空間１１４とに分割する仕切り部材の一部を構成する。振動膜８０は、法線が面１５と直交するように（すなわち、面１５と平行になるように）設けられている。振動膜８０は、第２の開口部１４の側方に、第１及び第２の開口部１２，１４と重複しないように設けられていてもよい。これによると、第１及び第２の開口部１２，１４を介して、内部空間１００に異物が入り込んだ場合でも、当該異物によって振動膜３０が直接損傷を受ける可能性を低くすることができる。また、振動膜８０は、筐体１０の内壁面と間隔をあけて配置されていてもよい。

（２）第２の変形例
図２６には、本発明を適用した実施の形態の第２の変形例に係るマイクロフォンユニット４を示す。

マイクロフォンユニット４は、振動膜９０を含む。振動膜９０は、筐体１０の内部空間１００を第１の空間１２２と、第２の空間１２４とに分割する仕切り部材の一部を構成する。振動膜９０は、法線が面１５と直交するように設けられている。振動膜９０は、筐体１０の内壁面（面１５とは反対側の面）と面一になるように設けられていてもよい。振動膜９０は、筐体１０の内側（内部空間１００）から、第２の開口部１４をふさぐように設けられていてもよい。すなわち、マイクロフォンユニット３では、第２の開口部１４の内部空間のみを第２の空間１２４とし、内部空間１００のうち、第２の空間１２４以外の空間を第１の空間１２２としてもよい。これによると、筐体１０を薄く設計することが可能になる。

（３）第３の変形例
図２７には、本発明を適用した実施の形態の第３の変形例に係るマイクロフォンユニット５を示す。

マイクロフォンユニット５は、筐体１１を含む。筐体１１は、内部空間１０１を有する。そして、内部空間１０１は、仕切り部材２０によって、第１の領域１３２と第２の領域１３４とに分割されている。マイクロフォンユニット５では、仕切り部材２０は、第２の開口部１４の側方に配置される。また、マイクロフォンユニット５では、仕切り部材２０は、内部空間１０１を、第１及び第２の空間１３２，１３４の容積が等しくなるように分割する。

（４）第４の変形例
図２８には、本発明を適用した実施の形態の第４の変形例に係るマイクロフォンユニット６を示す。

マイクロフォンユニット６は、図２８に示すように、仕切り部材２１を有する。そして、仕切り部材２１は、振動膜３１を有する。振動膜３１は、筐体１０内部で、法線が面１５と斜めに交差するように保持されている。

（５）第５の変形例
図２９には、本発明を適用した実施の形態の第５の変形例に係るマイクロフォンユニット７を示す。

マイクロフォンユニット７では、図２９に示すように、仕切り部材２０が、第１及び第２の開口部１２，１４の中間に配置されている。すなわち、第１の開口部１２と仕切り部材２０との距離が、第２の開口部１４と仕切り部材２０との距離と等しくなっている。なお、マイクロフォンユニット７では、仕切り部材２０は、筐体１０の内部空間１００を均等に分割するように配置されていてもよい。

（６）第６の変形例
図３０には、本発明を適用した実施の形態の第６の変形例に係るマイクロフォンユニット８を示す。

マイクロフォンユニット８では、図３０に示すように、筐体が、凸曲面１６を有する構造となっている。そして、第１及び第２の開口部１２，１４は、凸曲面１６に形成されている。

（７）第７の変形例
図３１には、本発明を適用した実施の形態の第７の変形例に係るマイクロフォンユニット９を示す。

マイクロフォンユニット９では、図３１に示すように、筐体が、凹曲面１７を有する構造となっている。そして、第１及び第２の開口部１２，１４は、凹曲面１７の両側に配置されていてもよい。ただし、第１及び第２の開口部１２，１４は、凹曲面１７に形成されていてもよい。

（８）第８の変形例
図３２には、本発明を適用した実施の形態の第８の変形例に係るマイクロフォンユニット１３を示す。

マイクロフォンユニット１３では、図３２に示すように、筐体が、球面１８を有する構造となっている。なお、球面１８の底面は円形であってもよいが、これに限られるものではなく、底面は楕円形となっていてもよい。そして、第１及び第２の開口部１２，１４は、球面１８に形成されている。

これらのマイクロフォンユニットによっても、上述と同様の効果を奏することができる。そのため、振動膜の振動に基づいて電気信号を取得することで、雑音成分を含まない、ユーザ音声のみを示す電気信号を取得することができる。

図１（Ａ）は単振動膜の通常マイクの構造及び動作原理について説明するための図であり、図１（Ｂ）は単振動膜の差動マイクの構造及び動作原理について説明するための図である。 音波の減衰特性について説明するための図。 通常マイク特性と差動マイク特性の一例を示す図。 図４（Ａ）は通常マイクの指向性について説明するための図であり、図４（Ｂ）は差動マイクの指向性について説明するための図である。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、マイクロフォンユニットについて説明するための図である。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 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図。 マイクロフォンユニットを製造する手順を示すフローチャート図。 音声入力装置について説明するための図。 音声入力装置について説明するための図。 音声入力装置の一例としての携帯電話を示す図。 音声入力装置の一例としての携帯電話を示す図。 音声入力装置の一例としてのマイクを示す図。 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。 情報処理システムの概略図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。 変形例に係るマイクロフォンユニットについて説明するための図。

符号の説明

１ マイクロフォンユニット、１’ マイクロフォンユニット、２ マイクロフォンユニット、２’ マイクロフォンユニット、３ マイクロフォンユニット、４ マイクロフォンユニット、５ マイクロフォンユニット、６ マイクロフォンユニット、７ マイクロフォンユニット、８ マイクロフォンユニット、９ マイクロフォンユニット、１０ 筐体、１１ 筐体、１２ 第１の開口部、１３ マイクロフォンユニット、１４ 第２の開口部、１６ 凸曲面、１７ 凹曲面、１８ 球面、２０ 仕切り部材、３０ 振動膜、３２ 保持部、３８ 電気信号、４０ 出力部、４１ 振動膜ユニット、４２ コンデンサ、４３ スイッチ、４４ 信号増幅回路、４５ ゲイン切り替え回路、４６ チャージポンプ回路、４８ オペアンプ、４９ 出力信号、５０ 検出部、５２ 検出信号、５４ スイッチ、６０ 開閉機構（蓋部）、７０ 開閉制御部、８０ 振動膜、１００ 内部空間、１０１ 内部空間、１０２ 第１の空間、１０４ 第２の空間、１１０ 外部空間、１１２ 第１の空間、１１４ 第２の空間、１２２ 第１の空間、１２４ 第２の空間、１３２ 第１の空間、１３４ 第２の空間、２００ 音声入力装置、２１０ 筐体、２１２ 開口、２１４ 弾性体、２２０ 音量制御部、２３０ スピーカ、２４０ 演算処理部、２５０ 通信処理部、３００ 携帯電話、３２０ ノイズキャンセルボタン、３３０ スピーカ、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、７００ マイクロフォン、７０２ 振動膜、７０４ 電極、７０６ ベース基板、７０８ 絶縁膜、７１０ 絶縁膜、７１２ ギャップ間隔、８００ マイクロフォン、８０２ 振動膜、８０４ 電極、８０６ ベース基板、８０８ 絶縁膜、８１０ 絶縁膜、８１２ ギャップ間隔、８１４ 開口部

Claims (11)

1. 内部空間を有する筐体と、
   前記筐体の内部空間を第１の空間と第２の空間とに分割する少なくとも一部が振動膜で構成された仕切り部材と、
   前記振動膜の振動に基づく電気信号にゲインを与えて出力する出力部と、
   を含み、
   前記筐体には、前記第１の空間と前記筐体の外部空間とを連通する第１の開口部と、前記第２の空間と前記筐体の外部空間とを連通する第２の開口部とが形成され、
   前記出力部は、
   前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態では、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態よりも高いゲインを前記電気信号に与えて出力することを特徴とするマイクロフォンユニット。
2. 請求項１において、
   前記出力部は、
   前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態から前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態に変化した時は、前記電気信号に与えるゲインを高くすることを特徴とするマイクロフォンユニット。
3. 請求項１又は２において、
   前記出力部は、
   前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態から前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態に変化した時は、前記電気信号に与えるゲインを低くすることを特徴とするマイクロフォンユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態、もしくは前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態を検出する検出部を含み、
   前記出力部は前記検出部の検出結果に基づいて、前記電気信号に与えるゲインを切り替えることを特徴とするマイクロフォンユニット。
5. 請求項４において、
   前記検出部は、
   前記第１の開口部又は前記第２の開口部に隣接して配置され、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が塞がれた時にオン又はオフになるスイッチとして構成され、
   前記出力部は、
   前記スイッチのオン又はオフに基づいて、前記電気信号に与えるゲインを切り替えることを特徴とするマイクロフォンユニット。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   開閉状態に応じて、前記第１の開口部又は前記第２の開口部の一方を開放状態または閉塞状態にする蓋部を含み、
   前記出力部は、
   前記蓋部の開閉状態に基づいて、前記電気信号に与えるゲインを切り替えることを特徴とするマイクロフォンユニット。
7. 請求項６において、
   話者音量に基づいて前記蓋部の開閉状態を制御する開閉制御部を含むことを特徴とするマイクロフォンユニット。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロフォンユニットが実装された音声入力装置。
9. 請求項８において、
   音情報を出力するスピーカと、
   前記スピーカの音量を制御する音量制御部と、を含み、
   前記音量制御部は、
   前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態では、前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態よりも前記スピーカの音量を大きくすることを特徴とする音声入力装置。
10. 請求項９において、
    前記音量制御部は、
    前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態から前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態に変化した時は、前記スピーカの音量を大きくすることを特徴とする音声入力装置。
11. 請求項９又は１０において、
    前記音量制御部は、
    前記第１の開口部及び前記第２の開口部が開放されている状態から前記第１の開口部又は前記第２の開口部が閉塞されている状態に変化した時は、前記スピーカの音量を小さくすることを特徴とする音声入力装置。

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