JP2014158140A - 音声入力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】感度が良好で、ノイズ抑圧性能に優れる音声入力装置を提供する。
【解決手段】音声入力装置1は、第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとが形成される筐体2と、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとが形成されるマイクロホン筐体100と、振動板131を含む振動部13と、第1の集音孔2aと第1のマイク音孔12aとを連通する第1の音道部6a、7aと、第2の集音孔2bと第2のマイク音孔12bとを連通する第2の音道部6b、7bと、第1のマイク音孔12aと振動板131の一方面とを連通する第1のマイク内空間12cと、第2のマイク音孔12bと振動板131の他方面とを連通する第2のマイク内空間11a、11b、11cと、を備える。第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔Xが、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとの間隔Yよりも広い。
【選択図】図2
【解決手段】音声入力装置1は、第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとが形成される筐体2と、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとが形成されるマイクロホン筐体100と、振動板131を含む振動部13と、第1の集音孔2aと第1のマイク音孔12aとを連通する第1の音道部6a、7aと、第2の集音孔2bと第2のマイク音孔12bとを連通する第2の音道部6b、7bと、第1のマイク音孔12aと振動板131の一方面とを連通する第1のマイク内空間12cと、第2のマイク音孔12bと振動板131の他方面とを連通する第2のマイク内空間11a、11b、11cと、を備える。第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔Xが、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとの間隔Yよりも広い。
【選択図】図2
Description
本発明は、音声入力装置に関する。
従来、音声入力が可能であるとともに、入力された音声に関する信号処理を実行する音声入力装置が知られている。例えば、携帯電話機やヘッドセット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、音声入力方式のリモートコントローラ等)、或いは、録音機器等に、音声入力装置が適用されている。
音声入力装置の内部にはマイクロホン部が設けられるが、このマイクロホン部の構造として、従来、様々な提案がされている(例えば特許文献1参照)。特許文献1には、ポートからダイアフラムに音響エネルギーを伝達する導管を4つ備える構造のマイクロホンが開示されている。このマイクロホンにおいては、4つの導管の長さ及び断面積は全て等価になっている。
ところで、本出願人は、背景ノイズの抑圧性能に優れる差動マイクロホンの開発を行っている。この差動マイクロホンは、外部の音を、振動板の一方面に導く第1導音空間と振動板の他方面に導く第2導音空間とを備えている。そして、当該差動マイクロホンは、振動板の両面に加わる音圧差によって振動板を振動させ、当該振動に基づいて入力音を電気信号へと変換する構成になっている。
このような差動マイクロホンを音声入力装置に適用するにあたっては、マイクロホンの感度の確保と、ノイズ抑圧性能の確保との両立が求められる。例えば、小型化や薄型化の要求を考慮して差動マイクロホンを構成した場合、特許文献1のように複数の導音空間(第1導音空間と第2導音空間)を等価とすることは難しい。この結果、例えば良好なノイズ抑圧性能を如何に確保するか等が課題になる。
以上の点に鑑みて、本発明の目的は、マイクロホンの感度を良好としつつ、ノイズ抑圧性能に優れる音声入力装置を提供することである。
上記目的を達成するために本発明の音声入力装置は、第1の集音孔と第2の集音孔とが形成される筐体と、前記筐体の内部に設けられて、第1のマイク音孔と第2のマイク音孔とが形成されるマイクロホン筐体と、前記マイクロホン筐体の内部に設けられて、振動板を含む振動部と、前記第1の集音孔と前記第1のマイク音孔とを連通する第1の音道部と、前記第2の集音孔と前記第2のマイク音孔とを連通する第2の音道部と、前記マイクロホン筐体内部に設けられて、前記第1のマイク音孔と前記振動板の一方面とを連通する第1のマイク内空間と、前記マイクロホン筐体内部に設けられて、前記第2のマイク音孔と前記振動板の他方面とを連通する第2のマイク内空間と、を備え、前記第1の集音孔と前記第2の集音孔との間隔が、前記第1のマイク音孔と前記第2のマイク音孔との間隔よりも広い構成(第1の構成)になっている。
本構成によれば、音声入力装置の筐体内に、振動板の両面に加わる音圧の差によって振動板を振動させて、入力音を電気信号に変換する差動マイクロホンが含まれる構成が得られる。このために、本構成によれば、ノイズ抑圧性能に優れる音声入力装置が得られる。そして、筐体に設けられる2つの集音孔の間隔が、当該筐体内に配置されるマイクロホン筐体に設けられる2つのマイク音孔の間隔よりも広く形成されているので、筐体内に設けられるマイクロホンを小型としつつ、マイクロホンの感度を向上できる。
上記第1の構成の音声入力装置において、前記第1の集音孔と前記第2の集音孔とは、前記筐体の同一面に設けられ、前記第1のマイク音孔と前記第2のマイク音孔とは、前記マイクロホン筐体の同一面に設けられている構成(第2の構成)であるのが好ましい。本構成によれば、筐体に設けられる集音孔と、筐体内に配置されるマイクロホン筐体に設けられるマイク音孔とを連通する経路が複雑になることを避けられる。
上記第1又は第2の構成の音声入力装置において、前記第1の集音孔、前記第1の音道部、前記第1のマイク音孔、及び、前記第1のマイク内空間を用いて形成される第1の空間は、ヘルムホルツ共鳴器でモデル化できる構造を有しており、前記第2の集音孔、前記第2の音道部、前記第2のマイク音孔、及び、前記第2のマイク内空間を用いて形成される第2の空間は、共鳴管でモデル化できる構造を有している構成(第3の構成)であるのが好ましい。本構成によれば、筐体内に配置されるマイクロホン筐体の薄型化や小型化を図り易い。
上記第3の構成の音声入力装置は、前記第1の空間の共振周波数と前記第2の空間の共振周波数との差の大きさ(差の絶対値)が3kHz以下に設けられている構成(第4の構成)であるのが好ましい。本構成によれば、良好なノイズ抑圧性能を得やすい。なお、第1の空間(ヘルムヘルツ共鳴器でモデル化される)の共振周波数と第2の空間(共鳴管でモデル化される)の共振周波数との差の大きさは、特にこれらの共振周波数が使用周波数帯域内にある場合には、できる限り小さく設計するのが好ましい。
上記第3の構成の音声入力装置は、前記第1の空間の共振周波数と前記第2の空間の共振周波数とが略同一に設けられている構成(第5の構成)であるのが好ましい。本構成によれば、良好なノイズ抑圧性能を得やすい。また、本構成によれば、第1の空間及び第2の空間の共振周波数に由来するピーク(全部或いは一部)が使用周波数帯内に入ってくるような場合でも、同一素材の音響抵抗部材を用いてピークの影響を抑制することが可能である。すなわち、本構成によれば、マイクロホンの感度の確保と、ノイズ抑圧性能の確保との両立を図り易い。
上記第3の構成の音声入力装置は、以下の式(A)を満たすように形成されている構成(第6の構成)であるのが好ましい。本構成は、ヘルムヘルツ共鳴器でモデル化される第1の空間の共振周波数と、共鳴管でモデル化される第2の空間の共振周波数とが一致するように設計された構成である。このために、上述の第5の構成の場合と同様に、マイクロホンの感度の確保と、ノイズ抑圧性能の確保との両立を図り易い。
L1=4S/(π2V)・L2 2−0.6√(4S/π) (A)
L1:前記第1の集音孔から前記第1のマイク内空間に至るまでの経路長
L2:前記第2の集音孔から前記振動板の他方面に至るまでの経路長
S:前記第1の集音孔の断面積
V:前記第1のマイク内空間の容積
L1=4S/(π2V)・L2 2−0.6√(4S/π) (A)
L1:前記第1の集音孔から前記第1のマイク内空間に至るまでの経路長
L2:前記第2の集音孔から前記振動板の他方面に至るまでの経路長
S:前記第1の集音孔の断面積
V:前記第1のマイク内空間の容積
本発明によれば、マイクロホンの感度を良好としつつ、ノイズ抑圧性能に優れる音声入力装置を提供することができる。
以下、本発明の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、本発明の音声入力装置がヘッドセットに適用される場合を例に、以下説明する。
<ヘッドセットの概略構成>
図1は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1の外観構成を示す概略斜視図である。ヘッドセット1を構成する筐体2は細長い形状になっており、この筐体2の一端側にスピーカー部3が配置され、他端側にマイクロホン部(不図示)が配置される。筐体2のマイクロホン部が配置される側には、マイクロホン部への音の入力を可能とする第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとが、同一面に形成されている。ヘッドセット1は、スピーカー部3の先端に設けられるイヤーピース4が人の耳穴に挿入され、2つの集音孔2a、2bが人の口元に配置された状態で使用される。なお、ヘッドセット1は、不図示の装着機構によって人体の一部(耳や頭等)に装着可能になっている。
図1は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1の外観構成を示す概略斜視図である。ヘッドセット1を構成する筐体2は細長い形状になっており、この筐体2の一端側にスピーカー部3が配置され、他端側にマイクロホン部(不図示)が配置される。筐体2のマイクロホン部が配置される側には、マイクロホン部への音の入力を可能とする第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとが、同一面に形成されている。ヘッドセット1は、スピーカー部3の先端に設けられるイヤーピース4が人の耳穴に挿入され、2つの集音孔2a、2bが人の口元に配置された状態で使用される。なお、ヘッドセット1は、不図示の装着機構によって人体の一部(耳や頭等)に装着可能になっている。
なお、本実施形態においては、第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとは同一形状、同一サイズになっている。集音孔2a、2bの形状は、本実施形態では平面視略スタジアム形状(略矩形状)とされているが、これに限らず、例えば平面視円形状等としてもよい。
図2は、図1のA−A位置における概略断面図である。図2に示すように、筐体2の内部には、実装基板5に実装されたマイクロホン部(マイクロホンユニット)10が、当該マイクロホン部10と筐体2との間にシール材(ガスケット)6が配置された状態で取り付けられている。なお、本実施形態では、マイクロホン部10には、外部電磁界に対する耐性を向上させるためにシールドカバー7が取り付けられているが、このシールドカバー7は場合によっては設けられなくてもよい。
<マイクロホン部の詳細構成>
次に、ヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の構成について詳細に説明する。図3は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の外観構成を示す概略斜視図である。図4は、図3に示すマイクロホン部10の構成を示す概略分解斜視図である。図3及び図4に示すように、外形略直方体状に形成されるマイクロホン部10は、基板部11と、基板部11上に配置される蓋部12と、を備えている。基板部11と蓋部12とによって、マイクロホン筐体100(本発明のマイクロホン筐体の一例)が構成される。
次に、ヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の構成について詳細に説明する。図3は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の外観構成を示す概略斜視図である。図4は、図3に示すマイクロホン部10の構成を示す概略分解斜視図である。図3及び図4に示すように、外形略直方体状に形成されるマイクロホン部10は、基板部11と、基板部11上に配置される蓋部12と、を備えている。基板部11と蓋部12とによって、マイクロホン筐体100(本発明のマイクロホン筐体の一例)が構成される。
平面視略矩形状に設けられる基板部11の中央寄りには、平面視略円形状の第1の開口部11aが形成されている(図2及び図4参照)。また、基板部11の長手方向の一端側(図2及び図4において左端側)には、平面視略スタジアム形状(略矩形状)の第2の開口部11bが形成されている。図2に示すように、基板部11の内部には、第1の開口部11aと第2の開口部11bとを連通する基板内部空間11cが形成されている。
なお、このような構成の基板部11は、特に限定されるものではないが、複数(例えば3枚)の基板を重ね合わせることによって形成することができる。
図2及び図4に示されるように、基板部11の上面には、第1の開口部11aを覆うように、MEMS(Micro Electro Mechanical System)チップ13が配置される。また、基板部11の上面には、MEMSチップ13に隣り合うように、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)14が配置される。
なお、図2及び図4に示すように、MEMSチップ13(本発明の振動部の一例)は、振動板131と、振動板131と所定間隔をあけて対向配置される固定電極132とを備えている。すなわち、MEMSチップ13は、コンデンサ型のマイクロホンチップを構成している。ASIC14は、MEMSチップ13の静電容量の変化(振動板131の振動に由来する)に基づいて取り出される電気信号を増幅処理する。なお、ASIC14は、MEMSチップ13と一体的に形成されてもよい。また、本発明の振動部は、コンデンサ型のマイクロホンチップ以外の構成であっても構わない。
図5は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の基板部11を上から見た場合の概略平面図で、MEMSチップ13及びASIC14が搭載された状態を示している。図5を参照して、MEMSチップ13及びASIC14の電気的な接続関係等について説明しておく。
MEMSチップ13及びASIC14は、基板部11上にダイボンド材(例えばエポキシ樹脂系やシリコーン樹脂系の接着剤等)を用いて接合されている。なお、MEMSチップ13は、音響リークを防止すべく、その底面と基板部11の上面との間に隙間が生じないように、基板部11上に接合されている。MEMSチップ13は、ASIC14にワイヤ15(好ましくは金線)によって電気的に接続されている。
ASIC14は、ワイヤ15によって基板部11の上面に形成される複数の電極端子16a、16b、16cのそれぞれと電気的に接続されている。電極端子16aは電源電圧(VDD)入力用の電源用端子で、電極端子16bはASIC14で増幅処理された電気信号を出力する出力端子で、電極端子16cはグランド接続用のGND端子である。
電源端子16aは、図示しない配線(貫通配線を含む)を介して、基板部11の下面に設けられる外部接続用の電源パッド17a(図2参照)に電気的に接続されている。出力端子16bは、図示しない配線(貫通配線を含む)を介して、基板部11の下面に設けられる外部接続用の出力パッド17b(図2参照)に電気的に接続されている。GND端子16cは、図示しない配線(貫通配線を含む)を介して、基板部11の下面に設けられる外部接続用のGNDパッド(不図示)に電気的に接続されている。
図6は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の蓋部12を下から見た場合の概略平面図である。外形が略直方体形状に設けられる蓋部12は、その長手方向(図6において左右方向)及び短手方向(図6において上下方向)のサイズが、基板部11の長手方向(図5の左右方向)及び短手方向(図5の左右方向)のサイズと略同一に設けられている。
図6(図2等も参照)に示すように、蓋部12の長手方向の一端側(図6の右側)には、平面視略スタジアム形状(略矩形状)の貫通孔12aが設けられる。また、蓋部12の長手方向の他端側(図6の左側)には、平面視した場合の形状及びサイズが貫通孔12aと略同一に設けられる貫通孔12bが設けられる。2つの貫通孔12a、12bは、蓋部12(マイクロホン筐体100)の同一面に形成されている。平面視した場合において、2つの貫通孔12a、12bの配置は、蓋部12の中心を基準として略対称配置となっており、その間隔(中心間距離)は例えば5mm程度とされる。なお、貫通孔12aは、本発明の第1のマイク音孔に相当し、以下、そのように呼称する。また、貫通孔12bは、本発明の第2のマイク音孔に相当し、以下、そのように呼称する。
また、蓋部12には、図6に示すように、平面視略長方形状の凹部12cが形成されている。この凹部12cは、その一部が蓋部12に設けられる第1のマイク音孔12aと重なるように設けられている。なお、凹部12cは、第2のマイク音孔12bとは繋がっていない。
MEMSチップ13及びASIC14が搭載された基板部11上に、蓋部12が配置される(被せられる)ことによって、マイクロホン部10が得られる。この際、MEMSチップ13及びASIC14は、凹部12c内に配置される。また、蓋部12は、第2のマイク音孔12bが第2の開口部11b(基板部11上に設けられる)と重なり合うように配置される。
なお、蓋部12は、例えば接着剤や接着シート等を利用して、音響リークが生じないように基板部11上に接合される。また、本実施形態のマイクロホン部10においては、音波が第1のマイク音孔12aから振動板131の上面に至るまでの経路長と、音波が第2のマイク音孔12bから振動板131の下面に至るまでの経路長とは、略同一となるように設けられている。これは一例にすぎず、前述の2つの経路長は一致していなくてもよい。
図2のマイクロホン部10を参照して、第1のマイク音孔12aから入力された音波は、蓋部12の凹部12c(本発明の第1のマイク内空間に相当する)内を伝搬して、MEMSチップ13の振動板131の上面に至る。また、第2のマイク音孔12bから入力された音波は、第2の開口部11bと、基板内部空間11cと、第1の開口部131bとを用いて形成される空間(本発明の第2のマイク内空間に相当する)を伝搬して、MEMSチップ13の振動板131の下面に至る。なお、MEMSチップ13の固定電極132には複数の貫通孔が形成されており、音波は固定電極132を通過可能になっている。
振動板131は、第1のマイク音孔12aから振動板131の上面に入力された音波と、第2のマイク音孔12bから振動板131の下面に入力された音波と、の差圧によって振動する。そして、当該振動の発生により、MEMSチップ13において静電容量の変化が生じる。ASIC14は、MEMSチップ13の静電容量の変化に基づいて取り出した電気信号を増幅処理して出力パッド16b(図5参照)に出力する。出力パッド16bに出力された電気信号は、外部接続用の出力パッド17bを介して実装基板5へと出力される。
ここで、マイクロホン部10の特性について説明しておく。図7は、音圧と音源からの距離との関係を示すグラフである。図7に示すように、音波の音圧(音波の強度・振幅)は、空気等の媒質中を進行するにつれて減衰する。すなわち、音圧は音源からの距離に反比例し、音圧Pと距離Rとの関係は以下の式(1)のように表せる。なお、式(1)におけるkは比例定数である。
P=k/R (1)
P=k/R (1)
図7及び式(1)から明らかなように、音圧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。このことから、2つの位置間の距離が同じ(Δd)であっても、音源から距離が小さい位置では2つの位置(R1とR2)の間で音圧が大きく減衰し、音源からの距離が大きい位置では2つの位置(R3とR4)の間で音圧があまり減衰しないことがわかる。
図8は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1が備えるマイクロホン部10の指向特性を示す模式図である。なお、図8においては、マイクロホン部10の姿勢(向き)は、図2に示す姿勢(向き)と同一であることを想定している。音源から振動板131までの距離が一定であれば、音源が0°又は180°の方向にある時に振動板131に加わる音圧が最大となる。これは、音波が第1のマイク音孔12aから振動板131の上面に至る距離と、音波が第2のマイク音孔12bから振動板131の下面へと至る距離との差が最も大きくなるからである。
これに対し、音源が90°又は270°の方向にある時に振動板131に加わる音圧が最小(0)になる。これは、音波が第1のマイク音孔12aから振動板131の上面に至る距離と、音波が第2のマイク音孔12bから振動板131の下面へと至る距離との差がほぼ0となるからである。すなわち、マイクロホン部10は、0°及び180°の方向から入射される音波に対して感度が高く、90°及び270°の方向から入射される音波に対して感度が低い両指向性を示す。
マイクロホン部10の近傍で発生する目的音の音圧は、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとの間で大きく減衰する。このために、マイクロホン部10の近傍で発生する目的音の音圧については、振動板131の上面における音圧と、その下面における音圧との間で大きな差が生じる。一方、背景ノイズは、目的音に比べて音源が遠い位置にあるために、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとの間での減衰は小さい。このために、背景ノイズについては、振動板131の上面における音圧と、その下面における音圧との差は小さくなる。なお、ここでは、音源から第1のマイク音孔12aまでの距離と、音源から第2のマイク音孔12bまでの距離とが異なる場合を前提としている。
振動板131にて受音される背景ノイズの音圧差は小さいために、背景ノイズの音圧は振動板131にてほぼ打ち消される。これに対して、振動板131にて受音される上記目的音の音圧差は大きいために、上記目的音の音圧は振動板131で打ち消されない。このため、マイクロホン部10は、その近傍で発生する目的音について、背景ノイズを低減して集音する機能に優れることになる。
<マイクロホン部の搭載構造>
次に、以上のように構成されるマイクロホン部10をヘッドセット1(音声入力装置)に搭載する場合の搭載構造について詳細に説明する。
次に、以上のように構成されるマイクロホン部10をヘッドセット1(音声入力装置)に搭載する場合の搭載構造について詳細に説明する。
上述のように、マイクロホン部10は、シールドカバー7を被せられた状態で実装基板5に実装され、筐体2内に配置される(図2参照)。そして、シールドカバー7が被せられたマイクロホン部10と筐体2との間には、音漏れ等を防止するシール材6が挟み込まれた状態とされる。
シールドカバー7には、第1のマイク音孔12aと連通する第1の貫通孔7aが形成されるとともに、第2のマイク音孔12bと連通する第2の貫通孔7bが形成される。シール材6には、筐体2に設けられる第1の集音孔2aと、マイクロホン筐体100に被せられたシールドカバー7に設けられる第1の貫通孔7aとを連通する第1の導音路6aが形成されている。また、シール材6には、筐体2に設けられる第2の集音孔2bと、マイクロホン筐体100に被せられたシールドカバー7に設けられる第2の貫通孔7bとを連通する第2の導音路6bが形成されている。
なお、第1の導音路6a及び第1の貫通孔7aは、本発明の第1の音道部に相当する。また、第2の導音路6b及び第2の貫通孔7bは、本発明の第2の音道部に相当する。
第1の導音路6aは、第1の貫通孔7a上にまっすぐ延びるのではなく、マイクロホン部10から離れる方向(図2の右方向)に折れ曲がった構造になっている。また、第2の導音路6bも、第2の貫通孔7b上にまっすぐ延びるのではなく、マイクロホン部10から離れる方向(図2の左方向)に折れ曲がった構造になっている。そして、このような構造が採用されるために、第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔X(中心間距離)は、第1のマイク音孔12aと第2のマイク音孔12bとの間隔Y(中心間距離)よりも広く(大きく)なっている。
このような構成の採用によって、ヘッドセット1内に配置されるマイクロホン部10のサイズを小型としつつ、マイクロホン部10におけるマイク感度(マイク出力)の向上を図ることが可能になる。第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔Xを広げることによって、マイクロホン部10の近傍で発生する音について、振動板131の上面に至る音圧と、振動板131の下面に至る音圧との音圧差を大きくできるからである。
そして、本実施形態のマイクロホン搭載構造では、上述のようにしてマイク感度の向上を図りつつ、マイクロホン部10におけるノイズ抑圧性能が劣化するのを防止する工夫を行っている。以下、これについて説明する。
本実施形態のマイクロホン搭載構造においては、外部の音波を振動板131に伝搬する空間として、第1の空間SP1と第2の空間SP2とが形成されている。ここで、第1の空間SP1は、第1の集音孔2aと、第1の音道部(第1の導音路6a及び第1の貫通孔7aで形成される)と、第1のマイク音孔12aと、第1のマイク内空間(凹部12cによって形成される空間)と、を用いて形成される空間である。また、第2の空間SP2は、第2の集音孔2aと、第2の音道部(第2の導音路6b及び第2の貫通孔7bで形成される)と、第2のマイク音孔12bと、第2のマイク内空間(第2の開口部11b、基板内部空間11c、及び第1の開口部11aによって形成される)と、を用いて形成される空間である。
第1の空間SP1は、第1の集音孔2aから第1のマイク音孔12aまでが比較的狭く、凹部12cにおいて体積が拡がった形状になっている。このために、第1の空間SP1は、公知のヘルムホルツ共鳴器(図9に示す)と同様に振舞うものと考えられる。第1の空間SP1をヘルムホルツ共鳴器としてモデル化した場合、第1の空間SP1の共振周波数f0は、以下の式(2)で与えられる。
f0=C/(2π)・√(S/(V(L1+0.6d))) (2)
C:音速
S:第1の集音孔2aの断面積
V:凹部12c(第1のマイク内空間)の容積
L1:第1の集音孔2aから凹部12cに至るまでの経路長(図2参照)
d:第1の集音孔2aの直径
なお、本実施形態のように第1の集音孔2aが円形でない場合には、dは、例えば断面積Sから得られる換算直径であってよい。
f0=C/(2π)・√(S/(V(L1+0.6d))) (2)
C:音速
S:第1の集音孔2aの断面積
V:凹部12c(第1のマイク内空間)の容積
L1:第1の集音孔2aから凹部12cに至るまでの経路長(図2参照)
d:第1の集音孔2aの直径
なお、本実施形態のように第1の集音孔2aが円形でない場合には、dは、例えば断面積Sから得られる換算直径であってよい。
一方、第2の空間SP2は、第2の集音孔2bから振動板131の下面に至るまで細長い管と見なせる形状になっている。このために、第2の空間SP2は、公知の共鳴管(図10に示す)と同様に振舞うものと考えられる。第2の空間SP2を共鳴管としてモデル化した場合、第2の空間SP2の共振周波数f0は、以下の式(3)で与えられる。
f0=C/(4L2) (3)
C:音速
L2:第2の集音孔2bから振動板131の下面に至るまでの経路長(図2参照)
f0=C/(4L2) (3)
C:音速
L2:第2の集音孔2bから振動板131の下面に至るまでの経路長(図2参照)
なお、式(2)、(3)において、経路長(L1、L2)は、例えば各空間の中心を通る直線を結んで得られる合計の距離であってよい。
図11は、本発明の実施形態に係るヘッドセット1が備える第1の空間SP1と第2の空間SP2における、経路長と共振周波数の関係を示すグラフである。図11において、符号aは第1の空間SP1のグラフを示しており、符号bは第2の空間SP2のグラフを示している。図11において、経路長は、第1の空間SP1の場合、上述のL1が対応し、第2の空間SP2の場合、上述のL2が対応する。図11からもわかるように、第1の空間SP1と第2の空間SP2とは異なる形状(異なるモデルで共振周波数が求められる構成)であるために、経路長に対する共振周波数の変化の仕方が異なる。
2つの空間SP1、SP2の共振周波数は、図12に示す模式図のように、できる限り使用周波数帯域より高くなるように設計するのが好ましい。これにより、マイクロホン部10において、良好なノイズ抑圧性能を発揮できる。なお、図12におけるピークは共振周波数に由来する。
ただし、良好なマイクロホン感度を得るべく、第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔を拡げた場合、2つの空間SP1、SP2の共振周波数は低くなり、使用周波数帯域に近づいてくる(図11も参照)。そして、このことが、場合によっては、使用周波数帯域におけるマイクロホン部10の性能(ノイズ抑圧性能及び周波数特性等)に悪影響を与える場合がある。このような場合には、第1の空間SP1の共振周波数と第2の空間SP2の共振周波数との差が、できるだけ小さくなるように構成するのが好ましく、例えば3kHz程度以下とするのが好ましい。そして、この差をできるだけ小さくすれば、例えば同一素材の音響抵抗部材を用いて、2つの空間SP1、SP2におけるピーク(図12参照)の影響を抑えて、マイクロホン部10のノイズ抑圧性能等が劣化することを抑制できる。
上述の場合には、第1の空間SP1の共振周波数と第2の空間SP2の共振周波数とを同一にするのがより好ましい。ただし、同一素材の音響抵抗部材を用いて性能の劣化を抑制できる範囲で、2つの空間SP1、SP2の共振周波数に差があっても構わない。
なお、音響抵抗部材としては、例えば、樹脂(例えばポリエステルやナイロン等)やステンレス等によって形成されるメッシュ部材やフェルト等が挙げられる。音響抵抗部材は、集音孔2a、2bを覆うように配置されたり、各空間SP1、SP2内において、音道を塞ぐように配置されたりしてよい。
2つの空間SP1、SP2の共振周波数が同一とされる場合には、以下の式(4)を満たすように、マイクロホン部10の搭載構造が設計されればよい。なお、式(4)は、式(2)と式(3)におけるf0が同一であるとして、式(2)と式(3)とから導出した式である。
L1=4S/(π2V)・L2 2−0.6√(4S/π) (4)
L1=4S/(π2V)・L2 2−0.6√(4S/π) (4)
(実施例1)
X(第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔)=Δ10mm、S(第1の集音孔2aの断面積)=1.45mm2、V(凹部12c(第1のマイク内空間)の容積)=10mm3とする。この場合、L1=4.3mm、L2=9.2mmとすることで、2つの空間SP1、SP2の共振周波数をいずれも9.2kHzとすることができる。このような構成では、例えば、使用周波数帯域の上限値が7kHzの場合でも、良好なマイク感度、及び、良好なノイズ抑圧性能を得られる。なお、使用周波数帯域の下限値としては、特に限定する趣旨ではないが、300Hz程度が挙げられる。
X(第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔)=Δ10mm、S(第1の集音孔2aの断面積)=1.45mm2、V(凹部12c(第1のマイク内空間)の容積)=10mm3とする。この場合、L1=4.3mm、L2=9.2mmとすることで、2つの空間SP1、SP2の共振周波数をいずれも9.2kHzとすることができる。このような構成では、例えば、使用周波数帯域の上限値が7kHzの場合でも、良好なマイク感度、及び、良好なノイズ抑圧性能を得られる。なお、使用周波数帯域の下限値としては、特に限定する趣旨ではないが、300Hz程度が挙げられる。
(実施例2)
X(第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔)=Δ20mm、S(第1の集音孔2aの断面積)=1.45mm2、V(凹部12c(第1のマイク内空間)の容積)=10mm3とする。この場合、L1=10mm、L2=13.5mmとすることで、2つの空間SP1、SP2の共振周波数をいずれも6.3kHzとすることができる。このような構成では、例えば、使用周波数帯域の上限値が3.4kHzの場合、良好なマイク感度、及び、良好なノイズ抑圧性能を得られる。
X(第1の集音孔2aと第2の集音孔2bとの間隔)=Δ20mm、S(第1の集音孔2aの断面積)=1.45mm2、V(凹部12c(第1のマイク内空間)の容積)=10mm3とする。この場合、L1=10mm、L2=13.5mmとすることで、2つの空間SP1、SP2の共振周波数をいずれも6.3kHzとすることができる。このような構成では、例えば、使用周波数帯域の上限値が3.4kHzの場合、良好なマイク感度、及び、良好なノイズ抑圧性能を得られる。
ただし、この例では、例えば使用周波数帯域の上限値が7kHzの場合、ピークの一部が使用周波数帯域内に入ってくる。このような場合でも、2つの空間SP1、SP2の共振周波数が一致しているために、例えば2つの空間SP1、SP2に対して同一素材の音響抵抗部材を配置することによって、ピークの影響を抑制できる。すなわち、音響抵抗部材を用いて、容易に、良好なマイク感度、及び、良好なノイズ抑圧性能を有するヘッドセット1を提供できる。
<その他>
以上に示した実施形態は本発明の例示であり、本発明の適用範囲は、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。本発明の技術思想を超えない範囲で、以上の実施形態は適宜変更されてよいのは勿論である。
以上に示した実施形態は本発明の例示であり、本発明の適用範囲は、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。本発明の技術思想を超えない範囲で、以上の実施形態は適宜変更されてよいのは勿論である。
例えば、以上に示したマイクロホン部10の構成は一例に過ぎず、種々の変形が可能である。例えば、以上においては、マイクロホン部10が備える2つのマイク音孔12a、12bが蓋部12に設けられる構成としたが、例えば、図13に示すように、2つのマイク音孔は、蓋部12ではなく、基板部11に設けられてもよい。基板部11における貫通孔SH1、SH2がマイク音孔に対応している。
この場合、図13に示すように、実装基板5に2つの貫通孔5a、5bが設けられることになる。そして、図13に示す例では、第1の導音路6aと貫通孔5aとを用いて本発明の第1の音道部が形成され、第2の導音路6bと貫通孔5bとを用いて本発明の第2の音道部が形成されることになる。図13に示す構成においても、一方の空間SP1はヘルムホルツ共鳴器でモデル化することができ、他方の空間SP2は共鳴管でモデル化することができる。なお、図13に示す構成でも、蓋部12にシールドカバーが被せられてもよい。
また、図14に示すように、マイクロホン部10の凹部12c(蓋部12に設けられる)には、MEMSチップ13とは別に、MEMSチップ18が追加配置されてもよい。このMEMSチップ18は、無指向性のマイクロホンとして機能を発揮するために設けられてよい。このような構成とすることで、ヘッドセット1の機能の幅が広がる。また、このような構成は、1つのパッケージで、両指向性の差動マイクロホンと、無指向性のマイクロホンとを構成するものであり、小型化と多機能化とを両立できるといった利点を有する。
また、以上においては、本発明がヘッドセットに適用される場合を示したが、本発明は、ヘッドセットに限らず、携帯電話機等の他の音声通信機器や、情報処理システム(音声認証システム、翻訳機等)、録音機器等の他の音声入力装置に適用されても構わない。
1 ヘッドセット(音声入力装置)
2 筐体
2a 第1の集音孔
2b 第2の集音孔
6a 第1の導音路(第1の音道部の一部)
6b 第2の導音路(第2の音道部の一部)
7a 第1の貫通孔(第1の音道部の一部)
7b 第2の貫通孔(第2の音道部の一部)
11 基板部(マイクロホン筐体の一部)
11a 第1の開口部(第2のマイク内空間の一部)
11b 第2の開口部(第2のマイク内空間の一部)
11c 基板内部空間(第2のマイク内空間の一部)
12 蓋部(マイクロホン筐体の一部)
12a 第1のマイク音孔
12b 第2のマイク音孔
12c 凹部(第1のマイク内空間)
13 MEMSチップ(振動部)
100 マイクロホン筐体
131 振動板
SP1 第1の空間
SP2 第2の空間
2 筐体
2a 第1の集音孔
2b 第2の集音孔
6a 第1の導音路(第1の音道部の一部)
6b 第2の導音路(第2の音道部の一部)
7a 第1の貫通孔(第1の音道部の一部)
7b 第2の貫通孔(第2の音道部の一部)
11 基板部(マイクロホン筐体の一部)
11a 第1の開口部(第2のマイク内空間の一部)
11b 第2の開口部(第2のマイク内空間の一部)
11c 基板内部空間(第2のマイク内空間の一部)
12 蓋部(マイクロホン筐体の一部)
12a 第1のマイク音孔
12b 第2のマイク音孔
12c 凹部(第1のマイク内空間)
13 MEMSチップ(振動部)
100 マイクロホン筐体
131 振動板
SP1 第1の空間
SP2 第2の空間
Claims (6)
- 第1の集音孔と第2の集音孔とが形成される筐体と、
前記筐体の内部に設けられて、第1のマイク音孔と第2のマイク音孔とが形成されるマイクロホン筐体と、
前記マイクロホン筐体の内部に設けられて、振動板を含む振動部と、
前記第1の集音孔と前記第1のマイク音孔とを連通する第1の音道部と、
前記第2の集音孔と前記第2のマイク音孔とを連通する第2の音道部と、
前記マイクロホン筐体内部に設けられて、前記第1のマイク音孔と前記振動板の一方面とを連通する第1のマイク内空間と、
前記マイクロホン筐体内部に設けられて、前記第2のマイク音孔と前記振動板の他方面とを連通する第2のマイク内空間と、
を備え、
前記第1の集音孔と前記第2の集音孔との間隔が、前記第1のマイク音孔と前記第2のマイク音孔との間隔よりも広いことを特徴とする音声入力装置。 - 前記第1の集音孔と前記第2の集音孔とは、前記筐体の同一面に設けられ、
前記第1のマイク音孔と前記第2のマイク音孔とは、前記マイクロホン筐体の同一面に設けら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。 - 前記第1の集音孔、前記第1の音道部、前記第1のマイク音孔、及び、前記第1のマイク内空間を用いて形成される第1の空間は、ヘルムホルツ共鳴器でモデル化できる構造を有しており、
前記第2の集音孔、前記第2の音道部、前記第2のマイク音孔、及び、前記第2のマイク内空間を用いて形成される第2の空間は、共鳴管でモデル化できる構造を有してい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。 - 前記第1の空間の共振周波数と前記第2の空間の共振周波数との差の大きさが3kHz以下に設けら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。
- 前記第1の空間の共振周波数と前記第2の空間の共振周波数とが略同一に設けら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。
- 以下の式(A)を満たすように形成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。
L1=4S/(π2V)・L2 2−0.6√(4S/π) (A)
L1:前記第1の集音孔から前記第1のマイク内空間に至るまでの経路長
L2:前記第2の集音孔から前記振動板の他方面に至るまでの経路長
S:前記第1の集音孔の断面積
V:前記第1のマイク内空間の容積
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