JP5008638B2 - マイクロフォンユニット、音声入力装置、情報処理システム及びマイクロフォンユニットの製造方法 - Google Patents
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内部空間を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、
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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成されている。
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。
前記仕切り部材は、
音波を伝搬する媒質が、前記筐体の内部で、前記第1及び第2の空間の間を移動しないように設けられていてもよい。
前記筐体の外形は多面体となっており、
前記第1及び第2の貫通穴は、前記多面体の1つの面に形成されていてもよい。
前記振動膜は、
法線が、前記面に平行になるように配置されていてもよい。
前記振動膜は、
法線が、前記面と直交するように配置されていてもよい。
前記振動膜は、
前記第1又は第2の貫通穴と重複しないように配置されていてもよい。
前記振動膜は、
前記第1又は第2の貫通穴の側方に配置されていてもよい。
前記振動膜は、
前記第1の貫通穴からの距離と、前記第2の貫通穴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。
前記仕切り部材は、
前記第1及び第2の空間の容積が同じになるように配置されていてもよい。
前記第1及び第2の貫通穴の中心間距離が5.2mm以下であってもよい。
前記電気信号出力回路の少なくとも一部は、前記筐体の内部に形成されていてもよい。
前記筐体は、
前記内部空間と前記筐体の外部空間とを電磁的に遮蔽する遮蔽構造となっていてもよい。
内部空間を有する筐体と、前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成されているマイクロフォンユニットが実装されている。
内部空間を有する筐体と、前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成されているマイクロフォンユニットと、
前記電気信号に基づいて、前記マイクロフォンユニットに入射した音声の解析処理を行う解析処理部と、
を含む。
はじめに、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。
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の内部空間100内に形成されてもよい。電気信号出力回路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。
(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。
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、
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。
上述したように、マイクロフォンユニット1によると、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の貫通穴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。
(α/2)は充分小さいとみなすことができ、
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。本実施の形態では、第1及び第2の貫通穴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。
ステップでは、雑音の強度比を、0dB以下に設定する。
以下、マイクロフォンユニット1が奏する効果についてまとめる。
次に、マイクロフォンユニット1を有する音声入力装置2について説明する。
はじめに、音声入力装置2の構成について説明する。図8及び図9は、音声入力装置2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2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。
クロフォンユニット1は、第1及び第2の貫通穴12,14が開口52に連通(重複)するように、筐体50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54を介して、筐体50に設置されていてもよい。これにより、筐体50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。
次に、図9を参照して、音声入力装置2の機能について説明する。なお、図9は、音声入力装置2の機能を説明するためのブロック図である。
声入力装置2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70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70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70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2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2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2は、通信処理部70を有しない構成となっていてもよい。
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。
図14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。
図15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。
図16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。
図17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。
図18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。
図19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。
図20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。
図21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。
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の貫通穴、 13…マイクロフォンユニット、 14…第2の貫通穴、 16…凸曲面、 17…凹曲面、 18…球面、 20…仕切り部材、 21…仕切り部材、 30…振動膜、 31…振動膜、 32…保持部、 40…電気信号出力回路、 41…振動膜ユニット、 42…コンデンサ、 44…信号増幅回路、 45…ゲイン調整回路、 46…チャージポンプ回路、 48…オペアンプ、 50…筐体、 52…開口、 54…弾性体、 60…演算処理部、 70…通信処理部、 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、 112…第1の空間、 114…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…コンデンサ型マイクロフォン、 202…振動膜、 204…電極、 300…携帯電話、 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
Claims (21)
- 内部空間を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、
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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成され、
前記第1の貫通穴及び前記第2の貫通穴は、
前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴とを結ぶ直線上から入射し、ユーザ音声と前記ユーザ音声に比べて音源が遠い位置に存在する雑音とを含む音圧に対して、
前記雑音の周波数において、
前記振動膜の一方の面に入射する前記雑音の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記雑音の位相成分の強度比が1以下となり、
前記ユーザ音声の周波数において、
前記振動膜の一方の面に入射する前記ユーザ音声の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記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ような中心間距離でそれぞれ配置され、
前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、
前記第1の貫通穴から前記第2の貫通穴までの距離がほぼ等しくなるように、前記仕切り部材が配置されている、接話型のマイクロフォンユニット。 - 請求項1に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記仕切り部材は、前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第2の貫通穴から前記振動膜までの距離とが等しくならないように配置されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1又は2に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記仕切り部材は、
音波を伝搬する媒質が、前記筐体の内部で、前記第1及び第2の空間の間を移動しないように設けられている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記筐体の外形は多面体となっており、
前記第1及び第2の貫通穴は、前記多面体の1つの面に形成されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項4に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記振動膜は、
法線が、前記面に平行になるように配置されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項4に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記振動膜は、
法線が、前記面と直交するように配置されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記振動膜は、
前記第1又は第2の貫通穴と重複しないように配置されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記振動膜は、
前記第1又は第2の貫通穴の側方に配置されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記仕切り部材は、
前記第1及び第2の空間の容積が同じになるように配置されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記第1及び第2の貫通穴の中心間距離が5.2mm以下である、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし10のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記電気信号出力回路の少なくとも一部は、前記筐体の内部に形成されている、マイクロフォンユニット。 - 請求項1ないし11のいずれか1項に記載のマイクロフォンユニットにおいて、
前記筐体は、
前記内部空間と前記筐体の外部空間とを電磁的に遮蔽する遮蔽構造となっている、マイクロフォンユニット。 - 内部空間を有する筐体と、前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成され、前記第1の貫通穴及び前記第2の貫通穴は、前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴とを結ぶ直線上から入射し、ユーザ音声と前記ユーザ音声に比べて音源が遠い位置に存在する雑音とを含む音圧に対して、前記雑音の周波数において、前記振動膜の一方の面に入射する前記雑音の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記雑音の位相成分の強度比が1以下となり、前記ユーザ音声の周波数において、前記振動膜の一方の面に入射する前記ユーザ音声の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記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ような中心間距離でそれぞれ配置され、前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第1の貫通穴から前記第2の貫通穴までの距離がほぼ等しくなるように、前記仕切り部材が配置されている、接話型のマイクロフォンユニットが実装された、接話型の音声入力装置。
- 請求項13に記載の音声入力装置において、
前記仕切り部材は、前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第2の貫通穴から前記振動膜までの距離とが等しくならないように配置されている、音声入力装置。 - 内部空間を有する筐体と、前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成され、前記第1の貫通穴及び前記第2の貫通穴は、前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴とを結ぶ直線上から入射し、ユーザ音声と前記ユーザ音声に比べて音源が遠い位置に存在する雑音とを含む音圧に対して、前記雑音の周波数において、前記振動膜の一方の面に入射する前記雑音の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記雑音の位相成分の強度比が1以下となり、前記ユーザ音声の周波数において、前記振動膜の一方の面に入射する前記ユーザ音声の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記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ような中心間距離でそれぞれ配置され、前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第1の貫通穴から前記第2の貫通穴までの距離がほぼ等しくなるように、前記仕切り部材が配置されている、接話型のマイクロフォンユニットと、
前記電気信号に基づいて、前記マイクロフォンユニットに入射した音声の解析処理を行う解析処理部と、を含む、情報処理システム。 - 請求項15に記載の情報処理システムにおいて、
前記仕切り部材は、前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第2の貫通穴から前記振動膜までの距離とが等しくならないように配置されている、情報処理システム。 - 請求項15又は16に記載の情報処理システムにおいて、
前記解析処理部は、音声認識処理を行う、情報処理システム。 - 内部空間を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた、前記内部空間を第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いて電気信号を出力する電気信号出力回路と、
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の貫通穴と、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の貫通穴とが形成された接話型のマイクロフォンユニットを製造する方法であって、
前記第1の貫通穴及び前記第2の貫通穴を、
前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴とを結ぶ直線上から入射し、ユーザ音声と前記ユーザ音声に比べて音源が遠い位置に存在する雑音とを含む音圧に対して、
前記雑音の周波数において、
前記振動膜の一方の面に入射する前記雑音の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記雑音の位相成分の強度比が1以下となり、
前記ユーザ音声の周波数において、
前記振動膜の一方の面に入射する前記ユーザ音声の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記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ような中心間距離でそれぞれ配置する手順と、
前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第1の貫通穴から前記第2の貫通穴までの距離とがほぼ等しくなるように前記仕切り部材を配置する手順と、
を含む、マイクロフォンユニットの製造方法。 - 請求項18に記載のマイクロフォンユニットの製造方法において、
前記仕切り部材を配置する手順において、
前記第1の貫通穴から前記振動膜までの距離と、前記第2の貫通穴から前記振動膜までの距離とが等しくならないように前記仕切り部材を配置する、マイクロフォンユニットの製造方法。 - 請求項18又は19に記載のマイクロフォンユニットの製造方法において、
前記第1の貫通穴及び前記第2の貫通穴を配置する手順において、
(a)前記第1の貫通穴と前記第2の貫通穴とを結ぶ直線上から入射し、前記ユーザ音声と前記ユーザ音声に比べて音源が遠い位置に存在する前記雑音とを含む音圧に対して、前記第1の貫通穴及び前記第2の貫通穴の中心間距離Δrと前記雑音の波長λとの比率を示すΔr/λの値と、前記振動膜の一方の面に入射する前記雑音の音圧に対する前記振動膜の一方及び他方の面との差分音圧に含まれる前記雑音の位相成分の強度を示す雑音強度比との対応関係を示すデータを用意する手順と、
(b)前記データに基づいて、前記Δr/λの値を設定する手順と、
(c)設定された前記Δr/λの値、及び、前記雑音の波長に基づいて、前記中心間距離を設定する手順と、
を含む、マイクロフォンユニットの製造方法。 - 請求項20に記載のマイクロフォンユニットの製造方法において、
前記手順(c)では、
周波数が1kHzとなる前記雑音の波長に基づいて、前記中心間距離を設定する、マイクロフォンユニットの製造方法。
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