專利名稱：麥克風(fēng)單元、近講式語音輸入裝置、信息處理系統(tǒng)、以及用于制造麥克風(fēng)單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種麥克風(fēng)單元、一種近講式語音輸入裝置、一種信息處理系統(tǒng)、以及 一種用于制造所述麥克風(fēng)單元的方法。
背景技術(shù)：
通過電話等進(jìn)行談話、語音識別、語音記錄等時，優(yōu)選地收集目標(biāo)語音(用戶的說 話聲)。同時，在一些情況下，視語音輸入裝置的使用環(huán)境而定，存在諸如背景噪聲之類的非 目標(biāo)語音的聲音。因此，推進(jìn)了對具有如下功能的語音輸入裝置的研制，即使在嘈雜環(huán)境中 使用該語音裝置，該語音裝置也能夠可靠地提取用戶的語音，即該語音裝置消除了噪聲。已知用于消除嘈雜環(huán)境中噪聲的技術(shù)、對麥克風(fēng)單元提供銳方向性的技術(shù)、或者 用于消除噪聲從而通過利用進(jìn)入聲波的時間差來識別進(jìn)入聲波的方向的方法，從而執(zhí)行信 號處理(例如，參考 JP-A-7-312638、JP-A-9-331377、以及 JP-A-2001-186241)。此外，近年來，推進(jìn)了電子設(shè)備的小型化，并突出了用于使語音輸入裝置小型化的 技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為了對麥克風(fēng)單元提供銳方向性，必須布置大量的振動膜，這使得很難以較小尺 寸制造所述麥克風(fēng)單元。此外，為了通過利用進(jìn)入聲波的時間差來準(zhǔn)確地檢測所述進(jìn)入聲波的方向，大約 每隔幾個可聽聲波波長就必須安裝多個振動膜。因此，也很難以較小尺寸制造所述麥克風(fēng)單元。本發(fā)明的目的在于提供一種高質(zhì)量麥克風(fēng)單元、近講式語音輸入裝置、信息處理 系統(tǒng)、以及用于制造所述麥克風(fēng)單元的方法，該麥克風(fēng)單元的外部形狀較小，并且該麥克風(fēng) 單元可以執(zhí)行徹底的噪聲消除。用于解決所沭技術(shù)向題的手段(1)根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)單元包括具有內(nèi)部空間的外殼；提供在所述外殼中的 分割部件，該分割部件至少部分地由振動膜組成，并且該分割部件將所述內(nèi)部空間分成第 一空間和第二空間；以及電信號輸出電路，其根據(jù)振動膜的振動輸出電信號，其中在所述外 殼中形成第一通孔和第二通孔，所述第一空間與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔彼 此連通，而所述第二空間與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第二通孔彼此連通。根據(jù)本發(fā)明，用戶語音和噪聲都入射到振動膜的兩個表面。入射到振動膜的兩個 表面的所述語音中的噪聲分量在聲壓方面是基本均勻的，從而它們在振動膜中相互抵消。 因此，可以將使振動膜振動的聲壓看作是表示用戶語音的聲壓，并且可以將根據(jù)振動膜的 振動獲得的電信號看作是表示消除了噪聲的用戶語音的電信號。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種高質(zhì)量的麥克風(fēng)單元，該麥克風(fēng)單元可以通過簡 單結(jié)構(gòu)執(zhí)行徹底的噪聲消除。(2)在所述麥克風(fēng)單元中，可以提供所述分割部件，以使得傳播聲波的介質(zhì)不能在 所述外殼內(nèi)的第一空間和第二空間之間移動。(3)在所述麥克風(fēng)單元中，所述外殼的外形為多面體，并且可以在所述多面體的一 個表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。即，在所述麥克風(fēng)單元中，可以在所述多面體的相同表面上形成所述第一通孔和 所述第二通孔。換句話說，可以形成所述第一通孔和所述第二通孔以使它們指向相同的 方向。這樣，由于可以使從所述第一通孔和所述第二通孔入射到所述外殼中的噪聲的聲壓 (基本上)均衡，因此可以準(zhǔn)確地消除該噪聲。(4)在所述麥克風(fēng)單元中，可以布置所述振動膜，以使得所述振動膜的法線平行于 所述一個表面。(5)在所述麥克風(fēng)單元中，可以布置所述振動膜，以使得所述振動膜的法線垂直于 所述一個表面。(6)在所述麥克風(fēng)單元中，可以布置所述振動膜，以使其不與所述第一通孔或所述
第二通孔重疊。這樣，即使在有雜質(zhì)通過所述第一通孔和所述第二通孔進(jìn)入所述內(nèi)部空間的情況 下，也可以減小所述雜質(zhì)對所述振動膜的直接損害的可能性。(7)在所述麥克風(fēng)單元中，可以在所述第一通孔或所述第二通孔的旁邊布置所述 振動膜。(8)在所述麥克風(fēng)單元中，可以布置所述振動膜，以使得所述振動膜到所述第一通 孔的距離和到所述第二通孔的距離不等。(9)在所述麥克風(fēng)單元中，可以布置所述分割部件，以使得所述第一空間的體積和 所述第二空間的體積相同。(10)在所述麥克風(fēng)單元中，所述第一通孔和所述第二通孔之間的中心距可以為 5. 2mm或更小。(11)在所述麥克風(fēng)單元中，所述電信號輸出電路的至少一部分可以形成在所述外 殼內(nèi)。(12)在所述麥克風(fēng)單元中，所述外殼可以具有使所述內(nèi)部空間與所述外殼的外部 空間電磁屏蔽的屏蔽結(jié)構(gòu)。(13)在所述麥克風(fēng)單元中，所述振動膜可以由具有約為60分貝或更大SN比的換 能器組成。例如，振動膜可以由SN比為60分貝或更大的換能器組成，或者可以由SN比為 60士 α分貝或更大的換能器組成。(14)在所述麥克風(fēng)單元中，可以將所述第一通孔和所述第二通孔之間的中心距設(shè) 置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就頻帶小于或等于IOkHz的聲音而言，將所述振動膜 用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓?？梢匝芈曉绰曇?例如，語音)的傳播方向布置所述第一通孔和所述第二通孔，并 且可以將所述第一通孔和所述第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就來自傳播方向的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所 述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓。(15)在所述麥克風(fēng)單元中，可以將所述第一通孔和所述第二通孔之間的中心距設(shè) 置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就提取的目標(biāo)頻帶中的聲音而言，將所述振動膜用作 差分麥克風(fēng)情況下的聲壓在所有方向上都不超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲 壓。所述提取的目標(biāo)頻帶是指要求由麥克風(fēng)提取的聲音頻率。例如，可以將小于或等 于7kHz的頻率用作提取的目標(biāo)頻帶來設(shè)置所述第一通孔與所述第二通孔之間的中心距。(16)本發(fā)明是近講式語音輸入裝置，該近講式語音輸入裝置中安裝有根據(jù)以上描 述中任意之一的麥克風(fēng)單元。根據(jù)該語音輸入裝置，可以獲得表示準(zhǔn)確地消除了噪聲的用戶語音的電信號。因 此，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種語音輸入裝置，其可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確性的語音識別處理和語音 鑒定處理、或者基于輸入語音的指令生成處理。(17)在根據(jù)本發(fā)明的語音輸入裝置中，所述外殼的外形是多面體，并且可以在該 多面體的一個表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。(18)在根據(jù)本發(fā)明的語音輸入裝置中，所述第一通孔和所述第二通孔之間的中心 距可以為5. 2mm或更小。(19)在根據(jù)本發(fā)明的語音輸入裝置中，所述振動膜可以由具有約為60分貝或更 大SN比的換能器組成。(20)在根據(jù)本發(fā)明的語音輸入裝置中，可以將所述第一通孔和所述第二通孔之間 的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就頻帶小于或等于IOkHz的聲音而言，將 所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲 壓。(21)在根據(jù)本發(fā)明的語音輸入裝置中，可以將所述第一通孔和所述第二通孔之間 的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就提取的目標(biāo)頻帶中的聲音而言，將所述 振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓在所有方向上都不超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng) 情況下的聲壓。(22)本發(fā)明是一種信息處理系統(tǒng)，其包括根據(jù)以上描述中任意之一的麥克風(fēng)單 元；以及分析處理單元，其根據(jù)所述電信號對入射到所述麥克風(fēng)單元的語音進(jìn)行分析處理。根據(jù)該信息處理系統(tǒng)，可以獲得表示準(zhǔn)確地消除了噪聲的用戶語音的電信號。因 此，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種語音輸入裝置，其可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確性的語音識別處理和語音 鑒定處理、或者基于輸入語音的指令生成處理。(23) 一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)單元的方法，所述麥克風(fēng)單元包括具有 內(nèi)部空間的外殼；提供在所述外殼中的分割部件，該分割部件至少部分地由振動膜組成，并 且該分割部件將所述內(nèi)部空間分成第一空間和第二空間；以及電信號輸出電路，其根據(jù)振 動膜的振動輸出電信號，所述方法包括以下步驟將第一通孔和第二通孔之間的中心距設(shè) 置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就頻帶小于或等于IOkHz的聲音而言，將所述振動膜 用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓；以及根據(jù) 所設(shè)置的中心距，在外殼中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空間與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔彼此連通，而所述第二空間與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第二 通孔彼此連通?？梢匝芈曉绰曇?例如，語音)的傳播方向布置所述第一通孔和所述第二通孔，并 且可以將所述第一通孔和所述第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍 內(nèi)，就來自所述傳播方向的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過 將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓。(24) 一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)單元的方法，所述麥克風(fēng)單元包括具有 內(nèi)部空間的外殼；提供在所述外殼中的分割部件，該分割部件至少部分地由振動膜組成，并 且該分割部件將所述內(nèi)部空間分成第一空間和第二空間；以及電信號輸出電路，其根據(jù)振 動膜的振動輸出電信號，所述方法包括以下步驟將第一通孔和第二通孔之間的中心距設(shè) 置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就提取的目標(biāo)頻帶中的聲音而言，將所述振動膜用作 差分麥克風(fēng)情況下的聲壓在所有方向上都不超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲 壓；以及根據(jù)所設(shè)置的中心距，在外殼中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空間和所 述外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔彼此連通，而所述第二空間和所述外殼的外部空間經(jīng) 由所述第二通孔彼此連通。所述提取的目標(biāo)頻帶是指要求由麥克風(fēng)提取的聲音頻率，其可以為例如小于或等 于7kHz的頻率。


圖1是用于說明麥克風(fēng)單元的視圖。
圖2是用于說明麥克風(fēng)單元的視圖。
圖3是用于說明麥克風(fēng)單元的視圖。
圖4是用于說明麥克風(fēng)單元的視圖。
圖5是用于說明聲波的衰減特性的視圖。
圖6是示出表示相位差與強(qiáng)度比之間的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)示例的視圖。
圖7是示出用于制造麥克風(fēng)單元的過程的流程圖。
圖8是用于說明語音輸入裝置的視圖。
圖9是用于說明語音輸入裝置的視圖。
圖10是示出作為所述語音輸入裝置的示例的移動電話的視圖。
圖11是示出作為所述語音輸入裝置的示例的麥克風(fēng)的視圖。
圖12是示出作為所述語音輸入裝置的示例的遠(yuǎn)程控制器的示圖。
圖13是信息處理系統(tǒng)的示意圖。
圖14是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖15是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖16是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖17是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖18是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖19是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖20是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。
圖21是用于說明根據(jù)改進(jìn)示例的麥克風(fēng)單元的視圖。圖22是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為5mm的情況下差分聲壓的衰減率的 關(guān)系的曲線圖。圖23是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為IOmm的情況下差分聲壓的衰減率的 關(guān)系的曲線圖。圖24是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為20mm的情況下差分聲壓的衰減率的 關(guān)系的曲線圖。圖25是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為5mm、頻帶為1kHz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖26是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為10mm、頻帶為1kHz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖27是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為20mm、頻帶為1kHz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖28是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為5mm、頻帶為7kHz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖29是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為10mm、頻帶為7kHz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖30是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為20mm、頻帶為7kHz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖31是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為5mm、頻帶為300Hz、以及麥克風(fēng)到聲 源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖32是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為10mm、頻帶為300Hz、以及麥克風(fēng)到 聲源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。圖33是用于說明在麥克風(fēng)到麥克風(fēng)的距離為20mm、頻帶為300Hz、以及麥克風(fēng)到 聲源的距離為2. 5cm和Im的情況下差分麥克風(fēng)的方向性的視圖。附圖標(biāo)記說明1 麥克風(fēng)單元，2 語音輸入裝置，3 麥克風(fēng)單元，4 麥克風(fēng)單元，5 麥克風(fēng)單元， 6 麥克風(fēng)單元，7 麥克風(fēng)單元，8 麥克風(fēng)單元，9 麥克風(fēng)單元，10 外殼，11 外殼，12 第一 通孔，13 麥克風(fēng)單元，14 第二通孔，16 凸曲表面，17 凹曲表面，18 :球面，20 分割部件， 21 分割部件，30 振動膜，31 振動膜，32 保持單元，40 電信號輸出電路，41 振動膜單 元，42 電容器，44 信號放大電路，45 增益調(diào)整電路，46 充電電路，48 運(yùn)算放大器，50 外殼，52 孔，54 彈性體，60 算術(shù)處理單元，70 通信處理單元，80 振動膜，100 內(nèi)部空 間，101 內(nèi)部空間，102 第一空間，104 第二空間，112 第一空間，114 第二空間，110 外 部空間，112 第一空間，114 第二空間，122 第一空間，124 第二空間，132 第一空間，134 第二空間，200 電容式麥克風(fēng)，202 振動膜，204 電極，300 移動電話，400 麥克風(fēng)，500 遠(yuǎn)程控制器，600 信息處理系統(tǒng)，602 語音輸入裝置，604 主計算機(jī)。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考附圖來描述應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，
本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。此外，本發(fā)明包括自由組合的下列內(nèi)容。1.麥克風(fēng)單元1的結(jié)構(gòu)首先，將描述根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1的結(jié)構(gòu)。圖1是所述麥克風(fēng)單元1的 示意性透視圖。此外，圖2的(A)是所述麥克風(fēng)單元1的示意性截面圖。此外，圖2的(B) 是從正面觀察到的分割部件20的視圖。如圖1和圖2的㈧所示，根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1包括外殼10。所述外殼 10是形成所述麥克風(fēng)單元1的外形的部件。所述外殼10(所述麥克風(fēng)單元1)的外形可以 具有多面體結(jié)構(gòu)。如圖1所示，所述外殼10的外形可以為六面體(長方體或立方體)。同 時，所述外殼10的外形可以具有除了六面體之外的多面體結(jié)構(gòu)。或者，所述外殼10的外形 可以具有除了多面體之外的結(jié)構(gòu)，諸如球狀結(jié)構(gòu)(半球狀結(jié)構(gòu))。如圖2的㈧所示，所述外殼10分隔內(nèi)部空間100(第一空間102和第二空間104) 和外部空間(外部空間110)。所述外殼10可以具有使所述內(nèi)部空間100和所述外部空間 110電磁屏蔽的屏蔽結(jié)構(gòu)(電磁屏蔽結(jié)構(gòu))。從而，使得稍后將要描述的布置在所述外殼10 的內(nèi)部空間100內(nèi)的振動膜30和電信號輸出電路40受布置在所述外殼10的外部空間110 中的電子元器件的影響較小。因此，根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1具有高準(zhǔn)確性的噪聲消 除功能。如圖1和圖2的㈧所示，在所述外殼10中形成使所述外殼10的內(nèi)部空間100 與外部空間Iio彼此連通的通孔。在本實(shí)施例中，在所述外殼10中形成第一通孔12和第 二通孔14。此處，第一通孔12是使第一空間102和外部空間110彼此連通的通孔。此外， 第二通孔14是使第二空間104和外部空間110彼此連通的通孔。另外，稍后將詳細(xì)描述所 述第一空間102和所述第二空間104。不具體限定所述第一通孔12和所述第二通孔14的 形狀。例如，如圖1所示，所述第一通孔12和所述第二通孔14的形狀可以形成為圓形。同 時，所述第一通孔12和所述第二通孔14的形狀也可以為除了圓形之外的形狀，例如，可以 為矩形。在本實(shí)施例中，如圖1和圖2的(A)所示，在形成為六面體結(jié)構(gòu)(多面體結(jié)構(gòu))的 外殼10的一個表面15上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。同時，如改進(jìn)示例所 示，可以分別在所述多面體的不同表面上形成所述第一通孔12和所述第二通孔14。例如， 所述第一通孔12和所述第二通孔14可以形成在六面體的彼此相對的表面上，也可以形成 在六面體的相鄰表面上。此外，在本實(shí)施例中，在所述外殼10中各自形成一個所述第一通 孔12和一個所述第二通孔14。同時，也可以在所述外殼10中形成多個所述第一通孔12和 多個所述第二通孔14。如圖2的㈧和圖2的⑶所示，根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1包括分割部件20。 此處，圖2的(B)是從正面觀察到的所述分割部件20的視圖。所述分割部件20提供在所 述外殼10中以分割所述內(nèi)部空間100。在本實(shí)施例中，提供所述分割部件20以將所述內(nèi)部 空間100分成所述第一空間102和所述第二空間104。即，可以將所述第一空間102和所述 第二空間104分別稱為由所述外殼10和所述分割部件20所分隔的空間?？梢蕴峁┧龇指畈考?0以使得傳播聲波的介質(zhì)不能在所述外殼10內(nèi)的所述第 一空間102和所述第二空間104之間移動(使其不能移動)。例如，所述分割部件20可以 為氣密隔板，其在所述外殼10內(nèi)以氣密的方式使內(nèi)部空間100 (所述第一空間102和所述第二空間104)分開。如圖2的㈧和圖2的⑶所示，所述分割部件20至少部分地由振動膜30組成。 所述振動膜30是當(dāng)聲波入射到其上時在法線方向上振動的部件。接著，所述麥克風(fēng)單元1 通過根據(jù)所述振動膜30的振動提取電信號來獲得表示入射到所述振動膜30的語音的電信 號。即，所述振動膜30可以是麥克風(fēng)(將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的電聲換能器)的振動膜。在下文中，將描述適用于根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)1的電容式麥克風(fēng)200的結(jié)構(gòu)。另 外，圖3是用于說明所述電容式麥克風(fēng)200的視圖。所述電容式麥克風(fēng)200具有振動膜202。另外，所述振動膜202對應(yīng)于根據(jù)本實(shí) 施例的麥克風(fēng)單元1中的振動膜30。所述振動膜202是接收聲波來振動的膜(薄膜)，其 具有導(dǎo)電性并且形成電極的一端。所述電容式麥克風(fēng)200還具有電極204。布置所述電極 204以面對所述振動膜202。因此，所述振動膜202和所述電極204形成電容。當(dāng)聲波入射 到所述電容式麥克風(fēng)200時，振動膜202振動，并且振動膜202與電極204之間的間隔改變， 這改變了振動膜202與電極204之間的靜電電容。通過將該靜電電容的改變重現(xiàn)為例如電 壓的改變，可以獲得基于振動膜202的振動的電信號。即，可以將入射到所述電容式麥克風(fēng) 200的聲波轉(zhuǎn)換為電信號，以輸出該電信號。另外，在所述電容式麥克風(fēng)200中，可以配置所 述電極204以使其不受聲波的影響。例如，所述電極204可以具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。另外，根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)1的振動膜30并不限于上述電容式麥克風(fēng)200，而 可以將用于各種麥克風(fēng)(諸如電動的(動型)、電磁的(磁型)、以及壓電的(晶型)麥克 風(fēng))的振動膜用作所述振動膜30。或者，所述振動膜30可以是半導(dǎo)體膜(例如，硅膜)。即，所述振動膜30可以是用 于硅麥克風(fēng)(Si麥克風(fēng))的振動膜。如果使用硅麥克風(fēng)，則可以以較小尺寸制造所述麥克 風(fēng)單元1并且可以實(shí)現(xiàn)具有高性能的麥克風(fēng)單元1。不具體限定所述振動膜30的外形。如圖2的(B)所示，所述振動膜30的外形可 以形成為圓形。此時，振動膜30、第一通孔12、以及第二通孔14可以為直徑(基本)相等 的圓形。同時，所述振動膜30也可以大于或小于所述第一通孔12和所述第二通孔14。此 外，所述振動膜30具有第一表面35和第二表面37。所述第一表面35是振動膜30在所述 第一空間102側(cè)的表面，而所述第二表面37是所述振動膜30在所述第二空間104側(cè)的表另外，在本實(shí)施例中，如圖2的㈧所示，可以提供所述振動膜30以使其法線平行 于所述外殼10的表面15延伸。換句話說，可以提供所述振動膜30以使其垂直于表面15。 接著，可以在所述第二通孔14的旁邊(附近)布置所述振動膜30。即，可以布置所述振動 膜30以使其到所述第一通孔12的距離和到所述第二通孔14的距離不等。同時，如改進(jìn)示 例所示，可以在所述第一通孔12和所述第二通孔14之間的中點(diǎn)處布置所述振動膜30。在本實(shí)施例中，如圖2的㈧和圖2的⑶所示，分割部件20可以包括保持所述 振動膜30的保持單元32。接著，所述保持單元32可以與所述外殼10的內(nèi)壁表面緊密接 觸。通過使所述保持單元32與所述外殼10的內(nèi)壁表面緊密接觸，可以以氣密的方式將所 述第一空間102和所述第二空間104分開。根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1包括電信號輸出電路40，其根據(jù)振動膜30的振動 輸出電信號。所述電信號輸出電路40可以至少部分地形成于所述外殼10的內(nèi)部空間100
11內(nèi)。例如，所述電信號輸出電路40可以形成在所述外殼10的內(nèi)壁表面上。S卩，在本實(shí)施例 中，可以將所述外殼10用作電路的電路襯底。圖4示出了適用于根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1的電信號輸出電路40的示例。所 述電信號輸出電路40可以被配置為使用信號放大電路44基于電容器42 (具有振動膜30 的電容式麥克風(fēng))的靜電電容的改變來放大電信號，以輸出該電信號。例如，所述電容器42 可以包括振動膜單元41的一部分。另外，所述電信號輸出電路40可以由充電電路46和運(yùn) 算放大器48組成。從而，可以精確地獲得所述電容器42的靜電電容的改變。在本實(shí)施例 中，例如，可以在所述外殼10的內(nèi)壁表面上形成所述電容器42、所述信號放大電路44、所述 充電電路46、以及所述運(yùn)算放大器48。此外，所述電信號輸出電路40可以包括增益調(diào)整電 路45。所述增益調(diào)整電路45用于調(diào)整信號放大電路44的增益?？梢栽谒鐾鈿?0內(nèi)提 供所述增益調(diào)整電路45，也可以在所述外殼10的外部提供所述增益調(diào)整電路45。同時，在將硅麥克風(fēng)用作振動膜30的情況下，可以通過在所述硅麥克風(fēng)中提供的 半導(dǎo)體襯底上形成集成電路來實(shí)現(xiàn)所述電信號輸出電路40。此外，所述電信號輸出電路40還可以包括轉(zhuǎn)換電路和壓縮電路等，所述轉(zhuǎn)換電路 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述壓縮電路對數(shù)字信號進(jìn)行壓縮(編碼)。此外，所述振動膜30可以由SN比約為60分貝或更大的換能器組成。與將換能器 用作單麥克風(fēng)的情況相比，在將換能器用作差分麥克風(fēng)的情況下，其SN比降低。因此，如果 所述振動膜30由SN比極好的換能器(例如，SN比約為60分貝或更大的MEMS換能器)組 成，則可以實(shí)現(xiàn)靈敏的麥克風(fēng)單元。例如，與將麥克風(fēng)用作單麥克風(fēng)的情況相比，在通過將講話者和麥克風(fēng)之間的距 離設(shè)置為約2. 5cm而將單麥克風(fēng)用作差分麥克風(fēng)的情況下(近講式麥克風(fēng)單元)，其靈敏度 降低約十余分貝。但是，根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1具有由SN比約為60分貝或更大的 換能器組成的振動膜30，從而，所述麥克風(fēng)單元1具有用作麥克風(fēng)所必須的靈敏度。如上所述，盡管根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1的結(jié)構(gòu)簡單，但是其仍然具有高準(zhǔn) 確性的噪聲消除功能。在下文中，將描述麥克風(fēng)單元1的噪聲消除的原理。2.麥克風(fēng)單元1的噪聲消除的原理(1)麥克風(fēng)單元1的結(jié)構(gòu)以及振動膜30的振動原理首先，將描述由麥克風(fēng)單元1的結(jié)構(gòu)得到的振動膜30的振動原理。在根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1中，所述振動膜30接收來自兩側(cè)(第一表面35 和第二表面37)的聲壓。因此，當(dāng)同水平的聲壓同時施加到所述振動膜30的兩側(cè)上時，兩 個聲壓在所述振動膜30中相互抵消，這將不產(chǎn)生使所述振動膜30振動的力。與其相反，當(dāng) 所述振動膜30的兩側(cè)所接收到的聲壓之間存在差異，則該聲壓差使得所述振動膜30振動。此外，根據(jù)帕斯卡定律，入射到所述第一通孔12和所述第二通孔14中的聲波的聲 壓均勻地傳遞到所述第一空間102和所述第二空間104的內(nèi)壁表面上。因此，振動膜30在 所述第一空間102側(cè)的表面(第一表面35)接收到的聲壓等于入射到所述第一通孔12的 聲壓，而振動膜30在所述第二空間104側(cè)的表面(第二表面37)接收到的聲壓等于入射到 所述第二通孔14的聲壓。S卩，所述第一表面35和所述第二表面37所接收到的聲壓分別為入射到所述第一 通孔12和所述第二通孔14的聲音的聲壓，而從所述第一通孔12和所述第二通孔14入射
12到所述第一表面35和所述第二表面37的聲波的聲壓差使得所述振動膜30振動。(2)聲波特性隨著其在介質(zhì)中的傳輸，聲波衰減，并且其聲壓(聲波強(qiáng)度和幅度)降低。由于聲 壓與到聲源的距離成反比，因此聲壓P可以按照到聲源的距離R的關(guān)系表示如下[表達(dá)式1]P = K 1/R(1)另外，在表達(dá)式(1)中，K為比例常數(shù)。圖5示出了由表達(dá)式(1)所示出的聲壓P 與到聲源的距離R之間的關(guān)系的曲線圖。如該曲線圖所示，聲壓(聲波的幅度)在靠近聲 源的位置處(該曲線圖的左側(cè))迅速衰減，并且隨著其遠(yuǎn)離聲源而逐漸衰減。在將所述麥克風(fēng)單元1用于近講式聲音輸入設(shè)備的情況下，用戶的語音從所述麥 克風(fēng)單元1的所述第一通孔12和所述第二通孔14的附近產(chǎn)生。因此，在所述第一通孔12 和所述第二通孔14之間，用戶語音極大地衰減，這使得入射到所述第一通孔12和所述第二 通孔14的用戶語音的聲壓差很大，即，入射到所述第一表面35和所述第二表面37的用戶 語音的聲壓差很大。與其相反，與用戶語音相比，噪聲分量的聲源存在于距離麥克風(fēng)單元1的第一通 孔12和第二通孔14較遠(yuǎn)的位置處。因此，噪聲聲壓在所述第一通孔12和所述第二通孔14 之間幾乎不衰減，這使得輸入到所述第一通孔12中和所述第二通孔14中的噪聲的聲壓之 間幾乎不存在差異。(3)噪聲消除原理如上所述，同時入射到所述第一表面35和所述第二表面37的聲波的聲壓差使得 所述振動膜30振動。接著，由于入射到所述第一表面35和所述第二表面37的噪聲的聲壓 差極小，因此在振動膜30中消除該聲壓差。與其相反，由于入射到所述第一表面35和所述 第二表面37的用戶語音的聲壓差很大，因此在振動膜30中沒有消除該聲壓差，這使得振動 膜30振動。這樣，可以看作是由用戶語音使麥克風(fēng)單元1的振動膜30振動。因此，可以將從 麥克風(fēng)單元1的電信號輸出電路40輸出的電信號看作是表示消除了噪聲的用戶語音的信號。即，如果將根據(jù)本實(shí)施例的麥克風(fēng)單元1用于語音輸入裝置，則可以通過簡單結(jié) 構(gòu)獲得表示消除了噪聲的用戶語音的電信號。3.用于由麥克風(fēng)單元1實(shí)現(xiàn)較高準(zhǔn)確性的噪聲消除功能的條件如上所述，根據(jù)麥克風(fēng)單元1，可以獲得表示消除了噪聲的用戶語音的電信號。但 是，聲波包括其相位分量。因此，考慮從所述第一通孔12和所述第二通孔14入射到振動膜 30的所述第一表面35和所述第二表面37的聲波的相位差，可以導(dǎo)出以下條件(麥克風(fēng)單 元1的設(shè)計條件)，在該條件下，可以實(shí)現(xiàn)較高準(zhǔn)確性的噪聲消除功能。在下文中，將描述為 了實(shí)現(xiàn)較高準(zhǔn)確性的噪聲消除功能而需要由麥克風(fēng)單元1滿足的條件。根據(jù)所述麥克風(fēng)單元1，可以使得使振動膜30振動的聲壓差(由所述第一表面35 和所述第二表面37所接收的聲壓之間的差在下文中稱為“差分聲壓”)中所包括的噪聲 分量小于入射到所述第一表面35和所述第二表面37的聲壓中所包括的噪聲分量。為了更詳細(xì)地描述，使得噪聲強(qiáng)度比小于用戶語音強(qiáng)度比，所述噪聲強(qiáng)度比表示包括在所述差分 聲壓中的噪聲分量的強(qiáng)度與包括在入射到所述第一表面35或所述第二表面37的聲壓中的 噪聲分量的強(qiáng)度之比，所述用戶語音強(qiáng)度比表示包括在所述差分聲壓中的用戶語音分量的 強(qiáng)度與包括在入射到所述第一表面35或所述第二表面37的聲壓中的用戶語音分量的強(qiáng)度 之比。因此，由于所述麥克風(fēng)單元1具有極好的噪聲消除功能，因此可以將根據(jù)使振動膜30 振動的差分聲壓而輸出的信號看作表示用戶語音的信號。在下文中，將描述為了實(shí)現(xiàn)噪聲消除功能而需要由所述麥克風(fēng)單元1(所述外殼 10)滿足的具體條件。首先，將考慮入射到所述振動膜30的所述第一表面35和所述第二表面37(所述 第一通孔12和所述第二通孔14)的語音的聲壓。假設(shè)用戶語音的聲源到所述第一通孔12 的距離為R，而所述第一通孔12和所述第二通孔14的中心距為Δ r,當(dāng)忽略相位差時，入射 到所述第一通孔12和所述第二通孔14的用戶語音的聲壓(強(qiáng)度)P(S1)和P(S2)可以表 示如下[表達(dá)式2]
權(quán)利要求
一種麥克風(fēng)單元，其包括具有內(nèi)部空間的外殼；提供在所述外殼中的分割部件，該分割部件至少部分地由振動膜組成，并且該分割部件將所述內(nèi)部空間分成第一空間和第二空間；以及電信號輸出電路，其根據(jù)所述振動膜的振動輸出電信號，其中，在所述外殼中形成第一通孔和第二通孔，所述第一空間與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔彼此連通，而所述第二空間與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第二通孔彼此連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)單元，其中提供所述分割部件，以使得傳播聲波的介 質(zhì)不能在所述外殼內(nèi)的所述第一空間和所述第二空間之間移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的麥克風(fēng)單元，其中所述外殼的外形為多面體，并且在所述多面體的一個表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)單元，其中布置所述振動膜，以使得所述振動膜的法 線平行于所述多面體的所述一個表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)單元，其中布置所述振動膜，以使得所述振動膜的法 線垂直于所述多面體的所述一個表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中布置所述振動膜，以使其不 與所述第一通孔或所述第二通孔重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中在所述第一通孔或所述第 二通孔的旁邊布置所述振動膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中布置所述振動膜，以使得所 述振動膜到所述第一通孔的距離與到所述第二通孔的距離不等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中布置所述分割部件，以使得 所述第一空間的體積和所述第二空間的體積相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中所述第一通孔和所述第二 通孔之間的中心距為5. 2mm或更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中所述電信號輸出電路的 至少一部分形成在所述外殼內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中所述外殼具有使所述內(nèi) 部空間與所述外殼的外部空間電磁屏蔽的屏蔽結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中所述振動膜由具有60分 貝或更大SN比的換能器組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中，將所述第一通孔和所 述第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就頻帶小于或等于IOkHz 的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所述振動膜用作單麥克 風(fēng)情況下的聲壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任意之一所述的麥克風(fēng)單元，其中，將所述第一通孔和所述 第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就提取的目標(biāo)頻帶中的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓在所有方向上都不超過將所述振動膜 用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓。
16.一種近講式的語音輸入裝置，其中該語音輸入裝置中安裝有根據(jù)權(quán)利要求1至15 中任意之一所述的麥克風(fēng)單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的語音輸入裝置，其中所述外殼的外形是多面體，并且在該多面體的一個表面上形成所述第一通孔和所述第二通孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的語音輸入裝置，其中所述第一通孔和所述第二通孔之 間的中心距為5. 2mm或更小。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任意之一所述的語音輸入裝置，其中所述振動膜由具有 60分貝或更大SN比的換能器組成。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任意之一所述的語音輸入裝置，其中，將所述第一通孔 和所述第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就頻帶小于或等于 IOkHz的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所述振動膜用作 單麥克風(fēng)情況下的聲壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中任意之一所述的語音輸入裝置，其中，將所述第一通孔和 所述第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就提取的目標(biāo)頻帶中 的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓在所有方向上都不超過將所述振 動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓。
22.一種信息處理系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意之一所述的麥克風(fēng)單元；以及分析處理單元，其根據(jù)所述電信號對入射到所述麥克風(fēng)單元的語音執(zhí)行分析處理。
23.一種用于制造麥克風(fēng)單元的方法，所述麥克風(fēng)單元包括具有內(nèi)部空間的外殼；提 供在所述外殼中的分割部件，該分割部件至少部分地由振動膜組成，并且該分割部件將所 述內(nèi)部空間分成第一空間和第二空間；以及電信號輸出電路，其根據(jù)振動膜的振動輸出電 信號，所述方法包括以下步驟將第一通孔和第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就頻帶 小于或等于IOkHz的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓不超過將所述 振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓；以及根據(jù)所設(shè)置的中心距，在外殼中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空間和所述 外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔彼此連通，而所述第二空間和所述外殼的外部空間經(jīng)由 所述第二通孔彼此連通。
24.一種用于制造麥克風(fēng)單元的方法，所述麥克風(fēng)單元包括具有內(nèi)部空間的外殼；提 供在所述外殼中的分割部件，該分割部件至少部分地由振動膜組成，并且該分割部件將所 述內(nèi)部空間分成第一空間和第二空間；以及電信號輸出電路，其根據(jù)振動膜的振動輸出電 信號，所述方法包括以下步驟將第一通孔和第二通孔之間的中心距設(shè)置為以下范圍內(nèi)的距離，在該范圍內(nèi)，就提取 的目標(biāo)頻帶中的聲音而言，將所述振動膜用作差分麥克風(fēng)情況下的聲壓在所有方向上都不 超過將所述振動膜用作單麥克風(fēng)情況下的聲壓；以及根據(jù)所設(shè)置的中心距，在外殼中形成第一通孔和第二通孔，其中所述第一空間和所述 外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔彼此連通，而所述第二空間和所述外殼的外部空間經(jīng)由 所述第二通孔彼此連通。
全文摘要
本發(fā)明的麥克風(fēng)單元(1)包括具有內(nèi)部空間(100)的外殼(10)；提供在所述外殼中的分割部件(20)，該分割部件至少部分地由振動膜(30)組成，并且該分割部件將所述內(nèi)部空間分成第一空間(102)和第二空間(104)；以及電信號輸出電路(40)，其根據(jù)所述振動膜的振動輸出電信號。在所述外殼(10)中形成第一通孔(12)和第二通孔(14)，所述第一空間(102)與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第一通孔(12)彼此連通，而所述第二空間(104)與所述外殼的外部空間經(jīng)由所述第二通孔(14)彼此連通。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種高質(zhì)量的麥克風(fēng)單元，其外形較小，并且其可以實(shí)現(xiàn)徹底的噪聲消除。
文檔編號H04R1/38GK101981942SQ20098011107
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者丁子英樹, 堀邊隆介, 小野雅敏, 杉山精, 豬田岳司, 田中史記, 福岡敏美, 高野陸男 申請人:船井電機(jī)株式會社;株式會社船井電機(jī)新應(yīng)用技術(shù)研究所