JP5419254B2 - マイクロホンユニット - Google Patents

Description

本発明はマイクロホンユニットに関し、特にマイクロホンユニットを構成する筐体の開口部に対して振動膜がずらされて配置されるマイクロホンユニットに関する。

外部から音声を受けて、当該音声を電気信号に変換するマイクロホンユニットが知られている。このようなマイクロホンユニットは、たとえば携帯電話やその他の移動端末の音声入力装置として使用されるため、小型（薄型）であることが好ましい。特に近年、携帯電話等の薄型化に伴って、各部品に求められる大きさに対する要求も厳しくなってきている。たとえば、マイクロホンユニットとしては、１．５ｍｍ以下の厚みが求められる。そこで、マイクロホンユニットを小型化（薄型化）するための技術が提案されている。

たとえば、特開２００１−５４１９６号公報（特許文献１）には、固定電極と振動膜とを一定間隔で配置し、両者間の静電容量の変化によって振動膜に与えられた音声信号を検出するようにしたエレクトレットコンデンサマイクロホンが開示されている。特開２００１−５４１９６号公報（特許文献１）によると、エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいては、絶縁材からなる箱型ケース内に、上記固定電極及び振動膜と、半導体素子とが並列に収納される。

また、特開２００７−３０６１２５号公報（特許文献２）には、カード型ＭＥＭＳマイクロホンが開示されている。特開２００７−３０６１２５号公報（特許文献２）によると、カード型ＭＥＭＳマイクロホンは、第１の貫通孔と第２の貫通孔とを有する基板と、振動膜電極と背気室とで形成される空間が第１の貫通孔の出口を包囲する位置に実装され、振動膜電極に伝播した音信号を電気信号に変換するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装される側と反対側の基板面であって、第１の貫通孔を覆う位置に実装される音響抵抗材とを備える。基板は、ＭＥＭＳチップが出力する電気信号を電子機器に伝達する端子を有し、電子機器に着脱可能なカード形状である。第２の貫通孔は、音信号が回折して振動膜電極に伝播する通過孔であるものである。

また、特開２００７−１２４４４９号公報（特許文献３）には、マイクロホンが開示されている。特開２００７−１２４４４９号公報（特許文献３）によると、導電電極と、その導電電極との間に第１の音圧通路の一部を構成する間隙をおいて対向配置される可動ダイアフラム電極とを有するシャッタ基板を、半導体基板に形成された機械部品および電気部品からなる、いわゆるＭＥＭＳとして形成する。これら導電電極と可動ダイアフラム電極との間への電圧印加を通じて静電引力を生じさせるとともに可動ダイアフラム電極を導電電極に吸着させることで、第１の音圧通路を開放あるいは閉塞する。

また、特開２０００−１６５９９９号公報（特許文献４）には、半導体エレクトレットコンデンサマイクロホンが開示されている。特開２０００−１６５９９９号公報（特許文献４）によると、マイクロホンは、必要な電子回路が形成された半導体チップと、この半導体チップの表面に絶縁層を介して積層された電極層と、この電極層の上に形成された絶縁膜と、絶縁性のリングに貼着された振動膜と、リングと絶縁膜との間に介在して、振動膜と絶縁膜との間に所定の空間を設けるスペーサ層とを備える。振動膜は、片面に電極層を形成した高分子ＦＥＰフィルムをエレクトレット化したものである。

また、特開２００６−１４２６７号公報（特許文献５）には、コンデンサマイクロホンが開示されている。特開２００６−１４２６７号公報（特許文献５）によると、固定電極の上段に位置し、固定電極と金属ケースを絶縁させる支持物と、金属ケース内の最上段と支持物との間に位置し、金属ケース及び支持物と電気的に接続され、振動膜の振動による振動膜と固定電極との間の静電容量の変化による電位変化を電気信号に増幅変換するためのＦＥＴが装着されており、複数の音波流入口が穿孔されている印刷回路基板とを含み、印刷回路基板の音波流入口に流入する音波の伝達を遅延させ、固定電極を印刷回路基板に形成されているＦＥＴのゲートに電気的に接続させる。
特開２００１−５４１９６号公報 特開２００７−３０６１２５号公報 特開２００７−１２４４４９号公報 特開２０００−１６５９９９号公報 特開２００６−１４２６７号公報

上記のマイクロホンユニットにおいて、音波を検知する振動膜自体の厚みは数μｍ程度である。しかしながら、振動膜を支持する側壁部は４００μｍ程度の厚みを有しており、側壁部の大きさ（厚み）がマイクロホンユニット全体の大きさ（厚み）に占める割合が大きい。また、マイクロホンユニットにおいては、音の入力される開口部からダストが侵入して振動膜上に付着することによって生じる動作不良を防止するため、開口部の直下に振動膜を配置しないことが好ましい。つまり、開口部直下に振動膜が重らないことが好ましい。換言すれば、マイクロホンユニットの外部から開口部を介して振動膜が見えないように、振動膜および側壁部が配置されることが好ましい。このため、マイクロホンユニットは、開口部から入力された音が側壁部を越えて振動膜に到達するように構成されている。

しかしながら、マイクロホンユニット全体の厚みを薄くする場合、マイクロホンユニットを構成する筐体の内壁面と振動膜を支持する側壁部とが近接あるいは当接するようになり、音道経路が狭くなる。音道の断面積が減少することによって音響インピーダンスが増加するため、マイクロホンユニットの音響特性が劣化する。たとえば、マイクロホンユニット内の内部空間から決まる空間の共振周波数が低下することによりフラットな高域周波数特性が得られなくなるといった問題が発生する。

本発明は上記の不具合を解消するためになされたものであって、本発明の主たる目的は、振動膜が筐体の開口部からずれた位置に配置され、かつ側壁部と筐体とが近接あるいは当接しても、音響特性が劣化しないマイクロホンユニットを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従うと、マイクロホンユニットが提供される。マイクロホンユニットは、内部に第１の空間を含む筐体を備える。筐体は、第１の空間と外部とを連通する筐体開口部を含む。マイクロホンユニットは、第１の空間内に配置される振動膜と、振動膜の振動に基づいて電気信号を出力する電気回路部と、第１の空間内に配置され、振動膜よりも厚い側壁部とをさらに備える。側壁部は、振動膜の周囲を支持することによって振動膜を筐体開口部の下方よりずらして配置する。側壁部は、振動膜の上方の第２の空間と外部とを連通する側壁開口部を含む。

好ましくは、側壁開口部は、側壁部の筐体開口部側に位置する。
好ましくは、側壁開口部は、側壁部の少なくとも一部分がその他の部分よりも低く形成されることによって形成される切り欠き部を含む。

好ましくは、側壁部は、４つの側壁を含む。切り欠き部は、いずれかの側壁の一部分の高さが側壁の他の部分よりも低く形成されることによって形成される。

好ましくは、側壁開口部は、側壁部に形成される孔部を含む。
好ましくは、筐体は、第１の空間の天井を構成する内壁面を含む。側壁部の少なくとも一部が、内壁面に当接する。

以上のように、この発明によれば、振動膜が筐体の開口部からずれた位置に配置され、かつ側壁部と筐体とが近接あるいは当接しても、音響特性が劣化しないマイクロホンユニットが提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
＜音声信号送受信装置１００Ａの全体構成＞
図１は、本実施の形態に係る音声信号送受信装置１００Ａの全体構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る音声信号送受信装置１００Ａは、たとえば携帯電話である。図１に示すように、音声信号送受信装置１００Ａは、マイクロホンユニット１１０Ａと、増幅部１２０と、加算部１３０と、スピーカ１４０と、送受信部１７０とを含む。本実施の形態に係る音声信号送受信装置１００Ａを構成するブロックの各々は、たとえば、ゲイン調整装置や、加算器や、無線通信装置などの専用のハードウェア回路などによって実現される。

ただし、音声信号送受信装置１００Ａが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶装置を有する携帯電話やパーソナルコンピュータであって、各ブロックが、ＣＰＵが有する機能の一部として実現されるものであってもよい。すなわち、記憶装置に以下の機能を実現するための制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵが記憶装置から制御プログラムを読み出して実行することによって、各ブロックの機能を実現する構成であってもよい。

図１においては、増幅部１２０は、オペアンプ等を用いたアンプ回路などによって実現されるものであって、マイクロホンユニット１１０Ａと加算部１３０と送受信部１７０とに接続されている。増幅部１２０は、マイクロホンユニット１１０Ａからの入力される送信音声信号を増幅して、送受信部１７０と加算部１３０とに出力する。

送受信部１７０は、図示しないアンテナなどの無線通信装置によって実現され、増幅部１２０と加算部１３０と接続されている。送受信部１７０は、受信音声信号を受信するとともに、送信音声信号を送信する。より詳細には、送受信部１７０は、増幅部１２０から入力された送信音声信号を外部に送信し、外部からの受信音声信号を受信して加算部１３０に出力する。

加算部１３０は、送受信部１７０と増幅部１２０とスピーカ１４０と接続される。加算部１３０は、送受信部１７０から入力される受信音声信号と増幅部１２０から入力される送信音声信号とを加算して加算信号を生成し、スピーカ１４０に出力する。

スピーカ１４０は、加算部１３０から入力される加算信号を受話音声に変換して出力する。

＜マイクロホンユニット１１０Ａの構成＞
次に、本実施の形態に係るマイクロホンユニット１１０Ａの構成について説明する。図２は本実施の形態に係るマイクロホンユニット１１０Ａを示す正面断面図である。

図２に示すように、マイクロホンユニット１１０Ａは、マイク基板６２１と、マイク基板６２１の上に積層される上部筐体６１１とを含む。

マイク基板６２１の上面には、振動膜１１３とＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２４０とが配置される。ＡＳＩＣ２４０は、振動膜１１３の振動に基づく信号を増幅する等の処理を行う。ＡＳＩＣ２４０は、振動膜１１３の近くに配置することが好ましい。振動膜１１３の振動に基づく信号が微弱である場合には、外部電磁ノイズの影響を極力抑え、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を向上させることができる。また、ＡＳＩＣ２４０は増幅回路だけでなく、ＡＤ変換器等を内蔵し、デジタル出力するような構成であっても構わない。

上部筐体６１１は、マイク基板６２１との間で、側壁部１１２Ａと振動膜１１３とＡＳＩＣ２４０とを囲む（収容する）ための第１の空間を形成する。上部筐体６１１の一端部には、マイクロホンユニット１１０Ａの外部から第１の空間へと音波（音声振動）を伝達させるための筐体開口部６１１Ａが形成されている。音波は、筐体開口部６１１Ａを通って、第１の空間を通ることによって、振動膜１１３の上面へと到達する。

なお、ＡＳＩＣ２４０は、筐体開口部６１１Ａから振動膜１１３へと伝播される音波を遮ることがないように、振動膜１１３の側方であって、筐体開口部６１１Ａとは反対側に配置されることが好ましい。

振動膜１１３は、マイク基板６２１上に配置される側壁部１１２Ａによって、支持される。以下では、振動膜１１３と振動膜１１３を支持する側壁部１１２Ａとについて説明する。図３（Ａ）は本実施の形態に係る側壁部１１２Ａの斜視図であって、図３（Ｂ）は本実施の形態に係る側壁部１１２Ａの平面図である。図４は振動膜１１３と側壁部１１２Ａを示す正面断面図である。

なお、図１から図４に示すように、振動膜１１３と側壁部１１２ＡとＡＳＩＣ２４０とは、振動検知部１１１を構成するものとする。

図２から図４を参照して、筐体開口部６１１Ａは、マイクロホンユニット１１０Ａの上部筐体６１１の一端部に形成されている。側壁部１１２Ａは、振動膜１１３の周囲を支持することによって、振動膜１１３を筐体開口部６１１Ａの下方からずれた位置に配置する。このように、振動膜１１３が筐体開口部６１１Ａの下方からずらして配置されるので、振動膜１１３が直接マイクロホンユニット１１０Ａの外部へとさらされることがない。その結果、振動膜１１３にごみやほこりなどのダストが付着することを防止することができる。

本実施の形態に係る側壁部１１２Ａの外周面は、４つの平面から構成される。ただし、側壁部１１２Ａが、４つの側壁から構成されるものであってもよい。そして、側壁部１１２Ａは、その筐体開口部６１１Ａ側に開口部が形成されている。より詳細には、本実施の形態に係る側壁部１１２Ａには、その筐体開口部６１１Ａ側の側壁の一部が他の側壁の高さよりも低く形成される。換言すれば、側壁部１１２Ａには、その筐体開口部６１１Ａ側に切り欠き部１１２Ｂが形成されている。

音道の断面積を確保するという観点、マイクロホンユニット１１０Ａの小型化という観点から、切り欠き部１１２Ｂの一辺（幅）の大きさは、０．２ｍｍ以上、振動膜１１３の直径（０．５〜１ｍｍ）以下であることが好ましい。あるいは、切り欠き部１１２Ｂの高さが、０．２〜０．３ｍｍであることが好ましい。

このように、本実施の形態に係る側壁部１１２Ａには、その筐体開口部６１１Ａ側に切り欠き部１１２Ｂが形成されているため、切り欠き部１１２Ｂと上部筐体６１１の内壁面とによって囲まれる間隙の空間を通って音波が振動膜１１３へ到達し易くなっている。ここで、上部筐体６１１の内壁面は、第１の空間の天井を構成する。

図４に示すように、通常の側壁部は、振動膜１１３の側方が密閉されているため、音波は側壁部１１２Ａを越えて振動膜１１３の上方から振動膜１１３に伝播する。すなわち、通常の側壁部においては、図４の矢印Ｘ方向から振動膜１１３へと音圧Ｐｆが伝わってくる。しかしながら、本実施の形態に係る側壁部１１２Ａにおいては、側壁部１１２Ａと上部筐体６１１の内壁面とが当接あるいは近接しており、筐体開口部６１１Ａ側に切り欠き部１１２Ｂが形成されているため、図４の矢印方向Ｙから側壁部１１２Ａにて囲まれる振動膜１１３の上方の空間（第２の空間）へと音圧Ｐｆが伝わってくる。

これによって、図２に示すように、側壁部１１２Ａを上部筐体６１１の内壁面（第１および第２の空間の天井）に当接させても、振動膜１１３に音波を伝播させることが可能になる。すなわち、本実施の形態に係る側壁部１１２Ａは、マイク基板６２１と上部筐体６１１の内壁面とに当接することによってマイクロホンユニット１１０Ａの強度を高めつつ、振動膜１１３へと音波を伝播させることが可能である。

つまり、本実施の形態に係るマイクロホンユニット１１０Ａは、振動膜１１３に対して筐体開口部６１１Ａの方向の側壁部１１２Ａの少なくとも一部の高さを低くすることにより、マイクロホンユニット１１０Ａの強度を低下させることなく、筐体開口部６１１Ａから振動膜１１３に至る音道の断面積を確保することが可能であり、マイクロホンユニット１１０Ａの薄型化と良好な音響特性とを両立することが出来る。

さらに、本実施の形態に係るマイクロホンユニット１１０Ａは、音道長を短くすることによって、筐体の内部空間容積を減少させることができ、これにより共振周波数を高く保つことができる。そして、マイクロホンユニット１１０Ａの容積を小さくすることができる。また、側壁部１１２Ａの切り欠き部１１２Ｂは、たとえばエッチングなどによって容易に形成することができるものである。

＜側壁部の変形例＞
図５は本実施の形態に係る側壁部の変形例を示す正面断面図である。図５に示すように、本変形例に係る側壁部１１２Ｃは、側壁部１１２Ｃの筐体開口部６１１Ａ側に孔部１１２Ｄが形成されている。このように、本変形例に係るマイクロホンユニット１１０Ａにおいては、外部からの音波は筐体開口部６１１Ａによって囲まれる空間を通過して第１の空間へと伝播する。そして、第１の空間へと伝播された音波は、孔部１１２Ｄによって囲まれる空間を通過して振動膜１１３へと伝播する。

音道の断面積を確保するという観点、マイクロホンユニット１１０Ａの小型化という観点から、孔部１１２Ｄの一辺の大きさ（あるいは直径）は、０．２ｍｍ以上、好ましくは０．２〜０．３ｍｍであることが好ましい。

このように、本変形例に係る側壁部１１２Ｃには、その筐体開口部６１１Ａ側に孔部１１２Ｄが形成されているため、孔部１１２Ｄにて囲まれる空間を通って音波が振動膜１１３へ到達できるようになっている。つまり、本変形例に係る側壁部１１２Ｃにおいては、筐体開口部６１１Ａ側に孔部１１２Ｄが形成されているため、図４の矢印方向Ｙから側壁部１１２Ｃにて囲まれる振動膜１１３の上方の空間（第２の空間）へと音圧Ｐｆが伝わってくる。

これによって、図５に示すように、側壁部１１２Ｃの上面を上部筐体６１１の内壁面（第１および第２の空間の天井）に当接あるいは近接させても、振動膜１１３に音波を伝播させることが可能になる。すなわち、本実施の形態に係る側壁部１１２Ｃは、マイク基板６２１と上部筐体６１１の内壁面とに当接することによってマイクロホンユニット１１０Ａの強度を高めつつ、振動膜１１３へと音波を伝播させることが可能である。

本変形例に係る側壁部１１２Ｃは、側壁部１１２Ｃに孔部１１２Ｄを形成することによって、容易に側壁開口部を形成することができるものである。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態に係る音声信号送受信装置１００Ｂは、差動マイクロホンユニット１１０Ｂを有するものである。

図６は、本実施の形態に係る音声信号送受信装置１００Ｂの全体構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る音声信号送受信装置１００Ｂは、たとえば携帯電話である。図６に示すように、音声信号送受信装置１００Ｂは、差動マイクロホンユニット１１０Ｂと、増幅部１２０と、加算部１３０と、スピーカ１４０と、送受信部１７０とを含む。なお、音声信号送受信装置１００Ｂの構成については、上述の実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

＜差動マイクロホンユニット１１０Ｂの構成＞
以下、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂについて説明する。図７は、振動検知部１１１周辺を示す正面断面図である。

図６および図７に示すように、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、振動検知部１１１を含む。本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、音響的な差分を取得することによって背景雑音を除去する。

振動検知部１１１は、振動膜１１３や、側壁部１１２Ａや、後述するＡＳＩＣを含む。振動検知部１１１は、振動膜１１３に到達する２方向からの音圧（音波の振幅）Ｐｆ，Ｐｂによって振動し、当該振動に応じた電気信号を生成する。つまり、差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、２方向から伝達されてくる送話音声を受音して電気信号に変換する。

本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂでは、振動膜１１３が、上下両側から音圧Ｐｆ，Ｐｂを受ける構造となっており、振動膜１１３は音圧差（Ｐｆ−Ｐｂ）にしたがって振動する。そのため、振動膜１１３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１１３にて打ち消しあい、振動膜１１３は振動しない。逆に、振動膜１１３は、両側に受ける音圧に差があるときに、その音圧差によって振動する。

そして、側壁部１１２Ａや振動膜１１３やＡＳＩＣ２４０を含む振動検知部１１１の構成は、実施の形態１におけるそれと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

すなわち、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂにおいても、側壁部１１２Ａと上部筐体６１２の内壁面とが当接あるいは近接しており、筐体開口部６１２Ａ側に切り欠き部１１２Ｂが形成されているため、図７の矢印方向Ｙから側壁部１１２Ａにて囲まれる振動膜１１３の上方の空間（第２の空間）へと音圧Ｐｆが伝わってくる。あるいは、図５に示すように、側壁部１１２Ｃの筐体開口部６１２Ａ側に孔部１１２Ｄが形成されているため、図７の矢印方向Ｙから側壁部１１２Ａにて囲まれる振動膜１１３の上方の空間（第２の空間）へと音圧Ｐｆが伝わってくる。

ただし、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂにおいては、図７の矢印Ｚ方向から側壁部１１２Ａにて囲まれる振動膜１１３の下方の空間（第２の空間）へと音圧Ｐｂが伝わってくる。

＜差動マイクロホンユニット１１０Ｂの雑音除去原理＞
つぎに、差動マイクロホンユニット１１０Ｂの雑音除去原理について説明する。図８は、音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフである。図８に示すように、音波は、空気等の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。音庄は、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、
Ｐ＝ｋ／Ｒ・・・（１）
と表すことができる。なお、式（１）中、ｋは比例定数である。

そして、図８および式（１）からも明らかなように、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。すなわち、音源からの距離がΔｄだけ異なる２つの位置（ｄ０とｄ１、ｄ２とｄ３）に伝達される音圧は、音源からの距離が小さいｄ０からｄ１においては大きく減衰するが（Ｐ０−Ｐ１）、音源からの距離が大きいｄ２からｄ３においてはあまり減衰しない（Ｐ２−Ｐ３）。

本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂを、携帯電話に代表される音声信号送受信装置１００Ｂに適用する場合、話者からの発話音声は、差動マイクロホンユニット１１０Ｂの近傍から発生する。そのため、話者の発話音声の音圧は、振動膜１１３の上面に到達する音圧Ｐｆと、振動膜１１３の下面に到達する音圧Ｐｂとの間で大きく減衰する。すなわち、接近する話者からの発話音声については、振動膜１１３の上面に到達する音圧Ｐｆと、振動膜１１３の下面に到達する音圧Ｐｂと差異が大きい。

これに対して遠方の背景雑音は、話者の発話音声に比べて、音源が差動マイクロホンユニット１１０Ｂから遠い位置に存在する。そのため、背景雑音の音圧は、振動膜１１３の上面に到達するＰｆと、振動膜１１３の下面に到達する音圧Ｐｂとの間でほとんど減衰しない。すなわち、背景雑音については、振動膜１１３の上面に到達する音圧Ｐｆと、振動膜１１３の下面に到達する音圧Ｐｂとの差異が小さい。

図９は、音源からの距離Ｒを対数に変換したものとマイクが出力する音圧Ｐを対数に変換したもの（ｄＢ：decibel）との関係を示したグラフである。点線は通常のマイクロホンユニット、実線は本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂの特性を示している。

図９に示すように、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂが検出して出力する音圧レベル（ｄＢ）は、音源からの距離が大きくなるにつれて、通常のマイクロホンユニットよりも大きく減少する特性を示す。すなわち、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、通常のマイクロホンユニットよりも、音源からの距離が大きくなるに従って音圧レベルがより顕著に低下していく。

図７〜図９を参照して、振動膜１１３にて受音される背景雑音の音圧の差（Ｐｆ−Ｐｂ）は非常に小さいため、差動マイクロホンユニット１１０Ｂが生成する背景雑音を示す雑音信号は非常に小さくなる。これに対して、振動膜１１３にて受音される話者の発話音声の音圧の差（Ｐｆ−Ｐｂ）は大きいため、差動マイクロホンユニット１１０Ｂにて生成される発話音声を示す発話信号は大きくなる。つまり、差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、主に発話音声を示す発話信号を出力することができる。

＜差動マイクロホンユニット１１０Ｂの構成＞
次に、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂの構成について説明する。図１０は本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂを示す正面断面図であって、図１１は図１０におけるＸＩ−ＸＩ断面図である。

図１０および図１１に示すように、差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、マイク基板６２２を含む。マイク基板６２２は、一方の面に面する第１の基板開口部６２２Ａおよび第２の基板開口部６２２Ｂと、第１の基板開口部６２２Ａおよび第２の基板開口部６２２Ｂを介して振動膜１１３の下方の空間と外部と連通する基板内部通路６２２Ｃを有する。

本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、マイク基板６２２の一方の面（マイク基板６２２の上面）に被せる上部筐体６１２を含む。上部筐体６１２は、第１の筐体開口部６１２Ａと第２の筐体開口部６１２Ｂとを有する。そして、上部筐体６１２は、マイク基板６２２との間で、側壁部１１２Ａと振動膜１１３とＡＳＩＣ２４０とを囲む（収容する）ための第１の空間を形成する。

すなわち、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、振動検知部１１１を内包する。振動検知部１１１は、第１の基板開口部６２２Ａの全てを覆う位置に配置されている。また、振動検知部１１１の振動膜１１３は、第１の基板開口部６２２Ａを覆う位置に配置されている。

外部から伝播してくる音波は、第１の筐体開口部６１２Ａおよび第１の空間を通って、振動膜１１３の上面へと到達する。また、外部から伝播してくる音波は、第２の筐体開口部６１２Ｂと基板内部通路６２２Ｃとを通って、振動膜１１３の下面へと到達する。

そして、前述したように、側壁部１１２Ａや振動膜１１３やＡＳＩＣ２４０を含む振動検知部１１１の構成は、実施の形態１におけるそれと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

差動マイクロホンユニット１１０Ｂはこのように構成されるので、振動膜１１３の上面には、第１の筐体開口部６１２Ａから入射した音波の音圧Ｐｆが加わる。振動膜１１３の下面には、第１の筐体開口部６１２Ｂから入射した音波の音圧Ｐｂが加わる。よって、振動膜１１３は、音圧Ｐｆと音圧Ｐｂの差に基づいて振動することになる。

ここで、良好な差動マイク特性を得るためには、マイク基板６２２と側壁部１１２Ａ間の接着が重要となる。マイク基板６２２と側壁部１１２Ａとの間に音響的なリークがあると、第２の基板開口部６２２Ｂから入る音圧が振動膜１１３に伝達できなくなり、良好な差動マイク特性を得ることができない。本実施例では、第１の基板開口部６２２Ａにおいて、振動膜１１３を保持する側壁部１１２Ａの下面の４辺全てがマイク基板６２２の上面と密着しているため、この一面についてシール材等による音響リーク対策を施すことにより、バラツキなく良好な差動マイク特性を得ることができ、環境変化に対しても強いマイクロホンユニットを得ることができる。

したがって、本実施の形態における差動マイクロホンユニット１１０Ｂによれば、上部筐体６１２上の２点、すなわち第１の筐体開口部６１２Ａおよび第２の筐体開口部６１２Ｂにおける音波を入力とし音圧差を検出することができる。また、１枚の振動膜１１３で構成された差動マイクロホンユニット１１０Ｂを高密度に実装することで、小型で軽量なマイクロホンユニットが実現できる。

また、第１の筐体開口部６１２Ａから振動膜１１３上面までの音波到達時間と、第２の筐体開口部６１２Ｂから振動膜１１３下面までの音波到達時間が等しくなるように構成してもよい。音波到達時間を等しくするために、例えば、第１の筐体開口部６１２Ａから振動膜１１３までの音波の経路長と、第２の筐体開口部６１２Ｂから振動膜１１３までの音波の経路長が等しくなるように構成してもよい。経路長は、例えば、経路の断面の中心を結ぶ線の長さであってもよい。好ましくは、経路長の比率は±２０％（８０％以上１２０％以下の範囲）で等しくし、振動膜１１３を挟んで筐体開口部６１２Ａに連通する側の筐体内部空間容積と、筐体開口部６１２Ｂに連通する側の筐体内部空間容積は±５０％（５０％以上１５０％以下）で等しくすることにより、筐体開口部６１２Ａから振動膜１１３までの音響インピーダンスと、筐体開口部６１２Ｂから振動膜１１３までの音響インピーダンスとを等しくすることができるため、特に高周波帯域での差動マイク特性が良好にできる。

この構成により、第１の筐体開口部６１２Ａおよび筐体開口部６１２Ｂから振動膜１１３に到達する音圧（ゲイン）および、第１の筐体開口部６１２Ａおよび第２の筐体開口部６１２Ｂから振動膜１１３に到達する音波の到達時間、すなわち位相を揃えることができ、より精度の高い雑音除去機能を実現することができる。

そして、上述したように、音圧は、音源に近い位置（図４のグラフの左側）では急激に減衰し、音源から離れた位置（図４のグラフの右側）ほどなだらかに減衰する。そのため、話者の発話音声に対する音波については、振動膜１１３の上面に伝達される音圧Ｐｆと、振動膜１１３の下面に伝達される音圧Ｐｂとが大きく異なる。一方、周囲の背景雑音に対する音波については、振動膜１１３の上面に伝達される音圧Ｐｆと、振動膜１１３の下面に伝達される音圧Ｐｂとの差が非常に小さくなる。

振動膜１１３にて受音される背景雑音の音圧Ｐｆ，Ｐｂの差は非常に小さいため、背景雑音に対する音圧は振動膜１１３にてほぼ打ち消される。これに対して、振動膜１１３にて受音される話者の発話音声の音圧Ｐｆ，Ｐｂの差は大きいため、発話音声に対する音圧は振動膜１１３で打ち消されない。このようにして、差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、ＡＳＩＣ２４０を利用して、振動膜１１３が振動することによって得られた音声信号を送信音声信号として出力する。

以上のように、本実施の形態においては、図１０に示すように、側壁部１１２Ａを上部筐体６１２の内壁面に当接させても、振動膜１１３に音波を伝播させることが可能になる。すなわち、本実施の形態に係る側壁部１１２Ａは、マイク基板６２２と上部筐体６１２の内壁面とに当接することによって差動マイクロホンユニット１１０Ｂの強度を高めつつ、振動膜１１３へと音波を伝播させることが可能である。

つまり、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、振動膜１１３に対して筐体開口部６１２Ａの方向の側壁部１１２Ａの少なくとも一部の高さを低くすることにより、差動マイクロホンユニット１１０Ｂの強度を低下させることなく、筐体開口部６１２Ａから振動膜１１３に至る音道の断面積を確保することが可能であり、差動マイクロホンユニット１１０Ｂの薄型化と良好な音響特性とを両立することが出来る。

換言すれば、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂは、音道長を短くすることによって、共振周波数を高く保つことができる。そして、差動マイクロホンユニット１１０Ｂの容積を小さくすることができる。また、側壁部１１２Ａの切り欠き部１１２Ｂは、たとえばエッチングなどによって容易に形成することができる。

そして、前述したように、本実施の形態に係る差動マイクロホンユニット１１０Ｂにおいても、図５に示したように、側壁部１１２Ｃの筐体開口部６１１Ａ側に孔部１１２Ｄが形成されてもよい。これによって、容易に側壁開口部を形成することができる。

上記の実施例において、マイク基板６２２は、複数基板を積層して形成されており、マイク基板６２２面に対して平行方向に伸びる基板内部通路６２２Ｃを挟んで、上下の基板層から成るような構成であって良い。

マイク基板６２２の材質としては、例えばガラスエポキシ基板（ＦＲ４）、ＢＴレジン基板、セラミック基板、シリコン基板、ガラス基板等を用いることができる。

マイクロホンユニット１１０Ｂを構成するにあたり、振動膜１１３および側壁部１１２Ａと、これを搭載する上層側基板との線膨張係数差は極力少ないことが求められ、この差が大きいと温度変化があったときに振動膜１１３に熱歪みによる応力がかり、マイクロホンの感度変化や動作不具合を引き起こす。

したがって、シリコン材料で形成された振動膜１１３および側壁部１１２Ａを使用する場合、マイク基板６２２の材料、特に、振動膜１１３および側壁部１１２Ａを搭載する上層側基板については、シリコン基板、またはシリコンと線膨張係数の等しいガラス基板あるいはセラミック基板を使用することが好ましい。

特に、振動膜１１３および側壁部１１２Ａをマイク基板６２２にフリップチップ実装する場合においては、線膨張係数の差により発生する応力が直接振動膜１１３に影響を与えるため、マイク基板６２２の材料、特に、振動膜１１３および側壁部１１２Ａを搭載する上層基板側については、シリコン基板、またはシリコンと線膨張係数の等しいガラス基板あるいはセラミック基板を使用することが好ましい。

また、側壁部１１２Ａが上部筐体６１２に当接する場合、振動膜１１３および側壁部１１２Ａと、上部筐体６１２との線膨張係数差は極力少ないことが求められ、この差が大きいと温度変化があったときに振動膜１１３に熱歪みによる応力がかり、マイクロホンの感度変化や動作不具合を引き起こす。

したがって、シリコン材料で形成された振動膜１１３および側壁部１１２Ａを使用する場合、上部筐体６１２の材料については、シリコン基板、またはシリコンと線膨張係数の等しいガラス基板あるいはセラミック基板を使用することが好ましい。

なお、マイク基板６２２の材料を適正に選択することで、線膨張係数差により生じる振動膜１１３の応力歪みを緩和する手法は、側壁部１１２に開口部を有する場合のみでなく、側壁部１１２に開口部を有しない通常構成であっても適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１に係る音声信号送受信装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るマイクロホンユニットを示す正面断面図である。 実施の形態１に係る側壁部の斜視図と平面図である。 振動膜と側壁部を示す正面断面図である。 実施の形態１に係る側壁部の変形例を示す正面断面図である。 実施の形態２に係る音声信号送受信装置の全体構成を示すブロック図である。 振動検知部周辺を示す正面断面図である。 音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフである。 音源からの距離Ｒを対数に変換したものとマイクが出力する音圧Ｐを対数に変換したもの（ｄＢ：decibel）との関係を示したグラフである。 実施の形態２に係る差動マイクロホンユニットを示す正面断面図である。 図１０におけるＸＩ−ＸＩ断面図である。

符号の説明

１００Ａ，１００Ｂ 音声信号送受信装置、１１０Ａ マイクロホンユニット、１１０Ｂ 差動マイクロホンユニット、１１１ 振動検知部、１１２Ａ，１１２Ｃ 側壁部、１１２Ｂ 切り欠き部、１１２Ｄ 孔部、１１３ 振動膜、１２０ 増幅部、１３０ 加算部、１４０ スピーカ、１７０ 送受信部、６１１，６１２ 上部筐体、６１１Ａ，６１２Ａ 第１の開口部、６１２Ｂ 第２の開口部、６２１，６２２ マイク基板、６２２Ａ 第１の基板開口部、６２２Ｂ 第２の基板開口部、６２２Ｃ 基板内部通路。

Claims (5)

1. 内部に第１の空間を含む筐体を備え、
   前記筐体は、前記第１の空間と外部とを連通する筐体開口部を含み、
   前記第１の空間内に配置される振動膜と、
   前記振動膜の振動に基づいて電気信号を出力する電気回路部と、
   前記第１の空間内に配置され、前記振動膜よりも厚い側壁部とをさらに備え、
   前記側壁部は、前記振動膜の周囲を支持することによって前記振動膜を前記筐体開口部の下方よりずらして配置し、
   前記側壁部は、前記振動膜の上方の第２の空間と外部とを連通する側壁開口部を含み、
   前記側壁開口部は、前記側壁部の少なくとも一部分がその他の部分よりも低く形成されることによって形成される切り欠き部を含む、マイクロホンユニット。
2. 前記側壁部は、４つの側壁を含み、
   前記切り欠き部は、いずれかの前記側壁の一部分の高さが前記側壁の他の部分よりも低く形成されることによって形成される、請求項１に記載のマイクロホンユニット。
3. 内部に第１の空間を含む筐体を備え、
   前記筐体は、前記第１の空間と外部とを連通する筐体開口部を含み、
   前記第１の空間内に配置される振動膜と、
   前記振動膜の振動に基づいて電気信号を出力する電気回路部と、
   前記第１の空間内に配置され、前記振動膜よりも厚い側壁部とをさらに備え、
   前記側壁部は、前記振動膜の周囲を支持することによって前記振動膜を前記筐体開口部の下方よりずらして配置し、
   前記側壁部は、前記振動膜の上方の第２の空間と外部とを連通する側壁開口部を含み、
   前記側壁開口部は、前記側壁部に形成される孔部を含む、マイクロホンユニット。
4. 内部に第１の空間を含む筐体を備え、
   前記筐体は、前記第１の空間と外部とを連通する筐体開口部を含み、
   前記第１の空間内に配置される振動膜と、
   前記振動膜の振動に基づいて電気信号を出力する電気回路部と、
   前記第１の空間内に配置され、前記振動膜よりも厚い側壁部とをさらに備え、
   前記側壁部は、前記振動膜の周囲を支持することによって前記振動膜を前記筐体開口部の下方よりずらして配置し、
   前記側壁部は、前記振動膜の上方の第２の空間と外部とを連通する側壁開口部を含み、
   前記筐体は、前記第１の空間の天井を構成する内壁面を含み、
   前記側壁部の少なくとも一部が、前記内壁面に当接する、マイクロホンユニット。
5. 前記側壁開口部は、前記側壁部の前記筐体開口部側に位置する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のマイクロホンユニット。

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