(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である電気信号を出力する電気信号出力回路と、を含み、前記筐体の同一の面に、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、前記振動膜は前記面の法線方向から見て前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴との間に位置し、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異なり、前記第１の貫通孔から前記振動膜の第１の面までの距離と、前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔までの距離がほぼ等しいマイクロフォンユニットが実装され、
前記音声出力部は、
前記第１の音声信号に基づき通話時の周囲雑音を検出する周囲雑音検出部と、
検出された周囲雑音の大きさに基づき、前記スピーカの音量を制御する音量制御部とを含むことを特徴とする音声入出力装置。
【請求項２】
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成するハンズフリー型の音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含むハンズフリー型の音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である電気信号を出力する電気信号出力回路と、を含み、前記筐体の同一の面に、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、前記振動膜は前記面の法線方向から見て前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴との間に位置し、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異なり、前記第１の貫通孔から前記振動膜の第１の面までの距離と、前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔までの距離がほぼ等しいマイクロフォンユニットが実装されていることを特徴とする音声入出力装置。
【請求項３】
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である電気信号を出力する電気信号出力回路と、を含み、前記筐体の同一の面に、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、前記振動膜は前記面の法線方向から見て前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴との間に位置し、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異なり、前記第１の貫通孔から前記振動膜の第１の面までの距離と、前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔までの距離がほぼ等しいマイクロフォンユニットが実装され、
前記音声出力部と前記音声入力部とは、分離して設置されていることを特徴とする音声入出力装置。
【請求項４】
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である電気信号を出力する電気信号出力回路と、を含み、前記筐体の同一の面に、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、前記振動膜は前記面の法線方向から見て前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴との間に配置され、前記第１の貫通穴から前記振動膜までの距離と前記第２の貫通穴から前記振動膜までの距離とが異なり、前記第１の貫通孔から前記振動膜の第１の面までの距離と、前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔までの距離がほぼ等しいマイクロフォンユニットが実装されることを特徴とする音声入出力装置。
【請求項５】
請求項４に記載の音声入出力装置において、
前記音声出力部は、
前記第１の音声信号に基づき前記スピーカの音量を制御する音量制御部を含むことを特徴とする音声入出力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音声入出力装置において、
前記振動膜は、前記面の法線方向から見て前記第２の貫通穴の側方に配置されていることを特徴とする音声入出力装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の音声入出力装置と、
音声入力部が生成した第１の音声信号を通話相手の装置に送信する送信部と、
通話相手の装置から送信される第２の音声信号を受信する受信部と、を含むことを特徴とする通話装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声入出力装置及び通話装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開平７−３１２６３８号公報
【特許文献２】特開平９−３３１３７７号公報
【特許文献３】特開２００１−１８６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロフォン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。
【０００６】
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。
【０００７】
また電話機、携帯電話、あるいはヘッドセットのマイク・スピーカユニットなどの音声入出力機器を雑音環境において使用する場合、一般に相手の音声を明瞭に聞き取ることは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、周囲雑音や衝撃音やエコーやハウリング等の影響の少ない快適な通話環境を提供可能な音声入出力装置及び通話装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である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、
前記音声出力部は、
前記第１の音声信号に基づき通話時の周囲雑音を検出する周囲雑音検出部と、
検出された周囲雑音の大きさに基づき、前記スピーカの音量を制御する音量制御部とを含むことを特徴とする。
【００１０】
通話時の周囲雑音は、例えば通話開始時に検出された電気信号（音圧、例えばマイクロフォンが検出する電圧）で判断してもよい。一般に通話開始可能状態になってすぐにではなく、１秒程度立ってから、音声のやり取りを開始するので、通話開始直後に検出された電気信号は周囲雑音とみおなして出力する音量を制御するようにしてもよい。
【００１１】
また通話中の電気信号の遷移に基づき、音声が入力有り区間と音声入力無し区間を判断し、音声入力無し区間に検出された電気信号は周囲雑音とみおなして出力する音量を制御するようにしてもよい。
【００１２】
音声入出力装置は、電話機、携帯電話等の通話装置、あるいはヘッドセットのマイク・スピーカユニット等でもよいし、マイクとスピーカを備えた楽音再生装置（カラオケセット）、マイクとスピーカを備えたテレビやラジオやパーソナルコンピュータ等でもよい。
【００１３】
スピーカの音量は検出された周囲雑音の大きさに基づき、連続的または段階的に変化させるように制御してもよい。
【００１４】
本発明によると、振動膜の両面に、ユーザ音声及び雑音が入射する。振動膜の両面に入射する音声のうち、雑音成分は、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。
【００１５】
このことから、本発明によると、簡単な構成で、深い雑音除去が可能な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。
【００１６】
かかる音声入出力機器等を雑音環境において使用する場合、第２の音声信号（例えば通話相手の音声）を明瞭に聞き取ることが難いが、本発明によれば音声入力用のマイクロフォンユニットを用いて、当該のマイクロフォンユニットから得る周囲雑音の強度に合わせてスピーカの音量を連続的または段階的に制御することにより、音声入力者にスピーカから出力される音を聞き取りやすくすること、例えば通話の場合には送話と受話を容易にならしめる音声音声入出力装置を提供することができる。
【００１７】
（２）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
第１のマイクロフォンを構成する第１の振動膜と、第２のマイクロフォンを構成する第２の振動膜と、前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号とを受け付けて、前記第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成回路と、が形成された半導体基板を有する集積回路装置が実装され、
前記音声出力部は、
前記第１の音声信号に基づき通話時の周囲雑音を検出する周囲雑音検出部と、
検出された周囲雑音の大きさに基づき、前記スピーカの音量を制御する音量制御部とを含むことを特徴とする。
【００１８】
通話時の周囲雑音は、例えば通話開始時に検出された電気信号（音圧、例えばマイクロフォンが検出する電圧）で判断してもよい。一般に通話開始可能状態になってすぐにではなく、１秒程度立ってから、音声のやり取りを開始するので、通話開始直後に検出された電気信号は周囲雑音とみおなして出力する音量を制御するようにしてもよい。
【００１９】
また通話中の電気信号の遷移に基づき、音声が入力有り区間と音声入力無し区間を判断し、音声入力無し区間に検出された電気信号は周囲雑音とみおなして出力する音量を制御するようにしてもよい。
【００２０】
音声入出力装置は、電話機、携帯電話等の通話装置、あるいはヘッドセットのマイク・スピーカユニット等でもよいし、マイクとスピーカを備えた楽音再生装置（カラオケセット）、マイクとスピーカを備えたテレビやラジオやパーソナルコンピュータ等でもよい。
【００２１】
スピーカの音量は検出された周囲雑音の大きさに基づき、連続的または段階的に変化させるように制御してもよい。
【００２２】
本発明によると、２つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけの単純な処理で、雑音成分が除去された音声を示す信号を生成することができる。また、本発明によると、第１及び第２の振動膜と、差分信号生成回路３０とが、１つの半導体基板に形成されるため、集積回路装置の外形を小さくすることができるとともに、集積回路装置の精度を高くすることができる。
【００２３】
このことから、本発明によると、外形が小さく、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な集積回路装置を提供することができる。
【００２４】
なお集積回路装置は、接話型の音声入力装置の音声入力素子（マイク素子）として適用することができる。このとき、集積回路装置は、前記第１及び第２の振動膜が、前記差分信号に含まれる前記雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す音声強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。このとき、雑音強度比は雑音の位相差成分に基づく強度比であってもよく、音声強度比は入力音声の振幅成分に基づく強度比であってもよい。
【００２５】
なお、この集積回路装置（半導体基板）は、いわゆるメムス（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）として構成されていてもよい。
【００２６】
かかる音声入出力機器等を雑音環境において使用する場合、第２の音声信号（例えば通話相手の音声）を明瞭に聞き取ることが難いが、本発明によれば音声入力用のマイクロフォンユニットを用いて、当該のマイクロフォンユニットから得る周囲雑音の強度に合わせてスピーカの音量を連続的または段階的に制御することにより、音声入力者にスピーカから出力される音を聞き取りやすくすること、例えば通話の場合には送話と受話を容易にならしめる音声音声入出力装置を提供することができる。
【００２７】
（３）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
第１の振動膜を有する第１のマイクロフォンと、
第２の振動膜を有する第２のマイクロフォンと、
前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号との差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成部と、を含み、
前記第１及び第２の振動膜は、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置され、
前記音声出力部は、
前記第１の音声信号に基づき通話時の周囲雑音を検出する周囲雑音検出部と、
検出された周囲雑音の大きさに基づき、前記スピーカの音量を制御する音量制御部とを含むことを特徴とする。
【００２８】
通話時の周囲雑音は、例えば通話開始時に検出された電気信号（音圧、例えばマイクロフォンが検出する電圧）で判断してもよい。一般に通話開始可能状態になってすぐにではなく、１秒程度立ってから、音声のやり取りを開始するので、通話開始直後に検出された電気信号は周囲雑音とみおなして出力する音量を制御するようにしてもよい。
【００２９】
また通話中の電気信号の遷移に基づき、音声が入力有り区間と音声入力無し区間を判断し、音声入力無し区間に検出された電気信号は周囲雑音とみおなして出力する音量を制御するようにしてもよい。
【００３０】
音声入出力装置は、電話機、携帯電話等の通話装置、あるいはヘッドセットのマイク・スピーカユニット等でもよいし、マイクとスピーカを備えた楽音再生装置（カラオケセット）、マイクとスピーカを備えたテレビやラジオやパーソナルコンピュータ等でもよい。
【００３１】
スピーカの音量は検出された周囲雑音の大きさに基づき、連続的または段階的に変化させるように制御してもよい。
【００３２】
本発明によれば、第１及び第２のマイクロフォン（第１及び第２の振動膜）が所定の条件を満たすように配置されている。これによると、第１及び第２のマイクロフォンで取得された第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を、雑音成分が除去された、入力音声を示す信号とみなすことができる。そのため、本発明によると、差分信号を生成するだけの単純な構成で雑音除去機能を実現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。
【００３３】
なお、本発明の音声入出力装置では、差分信号生成部は、第１及び第２の電圧信号に対する解析処理（フーリエ解析処理など）を行うことなく、差分信号を生成する。そのため、差分信号生成部の信号処理負担を軽減し、あるいは、差分信号生成部を非常に簡易な回路によって実現することが可能になる。
【００３４】
このことから、本発明によると、小型化が可能で、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現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。
【００３５】
なお、この音声入力装置では、第１及び第２の振動膜は、雑音成分の位相差成分に基づく強度比が、入力音声成分の振幅に基づく強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。
【００３６】
かかる音声入出力機器等を雑音環境において使用する場合、第２の音声信号（例えば通話相手の音声）を明瞭に聞き取ることが難いが、本発明によれば音声入力用のマイクロフォンユニットを用いて、当該のマイクロフォンユニットから得る周囲雑音の強度に合わせてスピーカの音量を連続的または段階的に制御することにより、音声入力者にスピーカから出力される音を聞き取りやすくすること、例えば通話の場合には送話と受話を容易にならしめる音声音声入出力装置を提供することができる。
【００３７】
（４）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成するハンズフリー型の音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含むハンズフリー型の音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である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ことを特徴とする。
【００３８】
ハンズフリー型の音声入力部とは、音声入力者が音声入力部を把持せずに音声入力可能な音声入力部のことをいい、音声入力部は例えば卓上や壁等に設置されて、周囲の音声を拾うもので、例えば自動車内に設置されるハンズフリー型携帯電話やTV会議等で用いられるハンズフリー拡声通話装置等も是に該当する。
【００３９】
本発明によると、振動膜の両面に、ユーザ音声及び雑音が入射する。振動膜の両面に入射する音声のうち、雑音成分は、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。
【００４０】
このことから、本発明によると、簡単な構成で、深い雑音除去が可能な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。
【００４１】
またマイクロフォンユニットは、機器に直接的・間接的作用する衝撃音を容易にかつ極めて効果的に抑圧する特性を備えている。すなわち空気中を伝搬する音のみならず、固体中を伝搬する音も除去することが可能である。固体中の音の伝搬速度は空気中の伝搬速度に比べて極めて速い（約１０倍程度）ため、マイクロフォンユニットが設置された固体に加わった衝撃音（雑音）は、ほぼ同時に前記振動膜に到達するため、空気中を伝搬する雑音と同様に除去することができる。
【００４２】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、例えば卓上に設置したハンズフリー電話機などに組み込むことにより、高性能のハンズフリー拡声通話装置を提供することができる。
【００４３】
従って、本発明によればマイクロフォンに直接・間接に作用する衝撃雑音などに対しても雑音抑圧性能に優れることから、ハンズフリー型の音声入出力装置に組み込むことにより従来から極めて不快でまた除去が困難であった衝撃雑音下においても優れた性能の機器を提供することが出来る。
【００４４】
なおパソコンのキーボード、作業ロボット、デジタル録音機、補聴器などに組み込んでも同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（５）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成するハンズフリー型の音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含むハンズフリー型の音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
第１のマイクロフォンを構成する第１の振動膜と、第２のマイクロフォンを構成する第２の振動膜と、前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号とを受け付けて、前記第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成回路と、が形成された半導体基板を有する集積回路装置が実装されていることを特徴とする。
【００４６】
ハンズフリー型の音声入力部とは、音声入力者が音声入力部を把持せずに音声入力可能な音声入力部のことをいい、音声入力部は例えば卓上や壁等に設置されて、周囲の音声を拾うもので、例えば自動車内に設置されるハンズフリー型携帯電話やＴＶ会議等で用いられるハンズフリー拡声通話装置等も是に該当する。
【００４７】
本発明によると、２つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけの単純な処理で、雑音成分が除去された音声を示す信号を生成することができる。また、本発明によると、第１及び第２の振動膜と、差分信号生成回路３０とが、１つの半導体基板に形成されるため、集積回路装置の外形を小さくすることができるとともに、集積回路装置の精度を高くすることができる。
【００４８】
このことから、本発明によると、外形が小さく、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な集積回路装置を提供することができる。
【００４９】
なお集積回路装置は、接話型の音声入力装置の音声入力素子（マイク素子）として適用することができる。このとき、集積回路装置は、前記第１及び第２の振動膜が、前記差分信号に含まれる前記雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す音声強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。このとき、雑音強度比は雑音の位相差成分に基づく強度比であってもよく、音声強度比は入力音声の振幅成分に基づく強度比であってもよい。
【００５０】
なお、この集積回路装置（半導体基板）は、いわゆるメムス（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）として構成されていてもよい。
【００５１】
またマイクロフォンユニットは、機器に直接的・間接的作用する衝撃音を容易にかつ極めて効果的に抑圧する特性を備えている。すなわち空気中を伝搬する音のみならず、固体中を伝搬する音も除去することが可能である。固体中の音の伝搬速度は空気中の伝搬速度に比べて極めて速い（約１０倍程度）ため、マイクロフォンユニットが設置された固体に加わった衝撃音（雑音）は、ほぼ同時に前記第１，第２の振動膜に到達するため、空気中を伝搬する雑音と同様に除去することができる。
【００５２】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、例えば卓上に設置したハンズフリー電話機などに組み込むことにより、高性能のハンズフリー拡声通話装置を提供することができる。
【００５３】
従って、本発明によればマイクロフォンに直接・間接に作用する衝撃雑音などに対しても雑音抑圧性能に優れることから、ハンズフリー型の音声入出力装置に組み込むことにより従来から極めて不快でまた除去が困難であった衝撃雑音下においても優れた性能の機器を提供することが出来る。
【００５４】
なおパソコンのキーボード、作業ロボット、デジタル録音機、補聴器などに組み込んでも同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（６）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成するハンズフリー型の音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含むハンズフリー型の音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
第１の振動膜を有する第１のマイクロフォンと、
第２の振動膜を有する第２のマイクロフォンと、
前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号との差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成部と、を含み、
前記第１及び第２の振動膜は、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする。
【００５６】
ハンズフリー型の音声入力部とは、音声入力者が音声入力部を把持せずに音声入力可能な音声入力部のことをいい、音声入力部は例えば卓上や壁等に設置されて、周囲の音声を拾うもので、例えば自動車内に設置されるハンズフリー型携帯電話やＴＶ会議等で用いられるハンズフリー拡声通話装置等も是に該当する。
【００５７】
本発明によれば、第１及び第２のマイクロフォン（第１及び第２の振動膜）が所定の条件を満たすように配置されている。これによると、第１及び第２のマイクロフォンで取得された第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を、雑音成分が除去された、入力音声を示す信号とみなすことができる。そのため、本発明によると、差分信号を生成するだけの単純な構成で雑音除去機能を実現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。
【００５８】
なお、本発明の音声入出力装置では、差分信号生成部は、第１及び第２の電圧信号に対する解析処理（フーリエ解析処理など）を行うことなく、差分信号を生成する。そのため、差分信号生成部の信号処理負担を軽減し、あるいは、差分信号生成部を非常に簡易な回路によって実現することが可能になる。
【００５９】
このことから、本発明によると、小型化が可能で、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現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。
【００６０】
なお、この音声入力装置では、第１及び第２の振動膜は、雑音成分の位相差成分に基づく強度比が、入力音声成分の振幅に基づく強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。
【００６１】
またマイクロフォンユニットは、機器に直接的・間接的作用する衝撃音を容易にかつ極めて効果的に抑圧する特性を備えている。すなわち空気中を伝搬する音のみならず、固体中を伝搬する音も除去することが可能である。固体中の音の伝搬速度は空気中の伝搬速度に比べて極めて速い（約１０倍程度）ため、マイクロフォンユニットが設置された固体に加わった衝撃音（雑音）は、ほぼ同時に前記第１，第２の振動膜に到達するため、空気中を伝搬する雑音と同様に除去することができる。
【００６２】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、例えば卓上に設置したハンズフリー電話機などに組み込むことにより、高性能のハンズフリー拡声通話装置を提供することができる。
【００６３】
従って、本発明によればマイクロフォンに直接・間接に作用する衝撃雑音などに対しても雑音抑圧性能に優れることから、ハンズフリー型の音声入出力装置に組み込むことにより従来から極めて不快でまた除去が困難であった衝撃雑音下においても優れた性能の機器を提供することが出来る。
【００６４】
なおパソコンのキーボード、作業ロボット、デジタル録音機、補聴器などに組み込んでも同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（７）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
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第１の音声信号である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、
前記音声出力部と前記音声入力部とは、分離して設置されていることを特徴とする。
【００６６】
前記音声出力部と前記音声入力部とは分離して設置されているとは、例えば携帯機器、リモコンなどに本発明のマイクロフォンユニットを組み込んだ用いた音声送話部とテレビなどのスピーカから出力する相手の音声受話部とを組にして分離配置する構成を含む。
【００６７】
本発明によると、振動膜の両面に、ユーザ音声及び雑音が入射する。振動膜の両面に入射する音声のうち、雑音成分は、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。
【００６８】
このことから、本発明によると、簡単な構成で、深い雑音除去が可能な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。
【００６９】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、雑音環境に強い新しい音声入出力装置を提供することが出来る。
【００７０】
（８）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
第１のマイクロフォンを構成する第１の振動膜と、第２のマイクロフォンを構成する第２の振動膜と、前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号とを受け付けて、前記第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成回路と、が形成された半導体基板を有する集積回路装置が実装され、
前記音声出力部と前記音声入力部とは、分離して設置されていることを特徴とする。
【００７１】
前記音声出力部と前記音声入力部とは分離して設置されているとは、例えば携帯機器、リモコンなどに本発明のマイクロフォンユニットを組み込んだ用いた音声送話部とテレビなどのスピーカから出力する相手の音声受話部とを組にして分離配置する構成を含む。
【００７２】
本発明によると、２つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけの単純な処理で、雑音成分が除去された音声を示す信号を生成することができる。また、本発明によると、第１及び第２の振動膜と、差分信号生成回路３０とが、１つの半導体基板に形成されるため、集積回路装置の外形を小さくすることができるとともに、集積回路装置の精度を高くすることができる。
【００７３】
このことから、本発明によると、外形が小さく、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な集積回路装置を提供することができる。
【００７４】
なお集積回路装置は、接話型の音声入力装置の音声入力素子（マイク素子）として適用することができる。このとき、集積回路装置は、前記第１及び第２の振動膜が、前記差分信号に含まれる前記雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す音声強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。このとき、雑音強度比は雑音の位相差成分に基づく強度比であってもよく、音声強度比は入力音声の振幅成分に基づく強度比であってもよい。
【００７５】
なお、この集積回路装置（半導体基板）は、いわゆるメムス（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）として構成されていてもよい。
【００７６】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、雑音環境に強い新しい音声入出力装置を提供することが出来る。
【００７７】
（９）本発明は、
マイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成する音声入力部と、
第２の音声信号に基づきスピーカから音声を出力する音声出力部とを含む音声入出力装置であって、
前記音声入力部は、
第１の振動膜を有する第１のマイクロフォンと、
第２の振動膜を有する第２のマイクロフォンと、
前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号との差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成部と、を含み、
前記第１及び第２の振動膜は、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置され、
前記音声出力部と前記音声入力部とは、分離して設置されていることを特徴とする。
【００７８】
前記音声出力部と前記音声入力部とは分離して設置されているとは、例えば携帯機器、リモコンなどに本発明のマイクロフォンユニットを組み込んだ用いた音声送話部とテレビなどのスピーカから出力する相手の音声受話部とを組にして分離配置する構成を含む。
【００７９】
本発明によれば、第１及び第２のマイクロフォン（第１及び第２の振動膜）が所定の条件を満たすように配置されている。これによると、第１及び第２のマイクロフォンで取得された第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を、雑音成分が除去された、入力音声を示す信号とみなすことができる。そのため、本発明によると、差分信号を生成するだけの単純な構成で雑音除去機能を実現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。
【００８０】
なお、本発明の音声入出力装置では、差分信号生成部は、第１及び第２の電圧信号に対する解析処理（フーリエ解析処理など）を行うことなく、差分信号を生成する。そのため、差分信号生成部の信号処理負担を軽減し、あるいは、差分信号生成部を非常に簡易な回路によって実現することが可能になる。
【００８１】
このことから、本発明によると、小型化が可能で、かつ、精度の高い雑音除去機能を実現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。
【００８２】
なお、この音声入力装置では、第１及び第２の振動膜は、雑音成分の位相差成分に基づく強度比が、入力音声成分の振幅に基づく強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。
【００８３】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、雑音環境に強い新しい音声入出力装置を提供することが出来る。
【００８４】
（１０）本発明は、
上記のいずれかに記載の音声入出力装置と、
音声入力部が生成した第１の音声信号を通話相手の装置に送信する送信部と、
通話相手の装置から送信される第２の音声信号を受信する受信部と、を含むことを特徴とする通話装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
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。
【００８６】
１−１．マイクロフォンユニット１の構成
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。
【００８７】
本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、図１及び図２（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１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。
【００８８】
筐体１０は、図２（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及び電気信号出力回路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。
【００８９】
そして、筐体１０には、図１及び図２（Ａ）に示すように、筐体１０の内部空間１００と外部空間１１０とを連通させる貫通穴が形成されている。本実施の形態では、筐体１０には、第１の貫通穴１２と第２の貫通穴１４とが形成されている。ここで、第１の貫通穴１２は、第１の空間１０２と外部空間１１０とを連通する貫通穴である。また、第２の貫通穴１４は、第２の空間１０４と外部空間１１０とを連通する貫通穴である。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の貫通穴１２，１４の外形は特に限定されるものではないが、例えば図１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の貫通穴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。
【００９０】
本実施の形態では、図１及び図２（Ａ）に示すように、第１及び第２の貫通穴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。ただし、変形例として、第１及び第２の貫通穴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の貫通穴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の貫通穴１２と１つの第２の貫通穴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の貫通穴１２及び複数の第２の貫通穴１４が形成されていてもよい。
【００９１】
本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、仕切り部材２０を含む。ここで、図２（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。
【００９２】
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。
【００９３】
仕切り部材２０は、図２（Ａ）及び図２（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。
【００９４】
以下、本実施の形態に適用可能なマイクロフォンの一例として、コンデンサ型マイクロフォン２００の構成について説明する。なお、図３は、コンデンサ型マイクロフォン２００について説明するための図である。
【００９５】
コンデンサ型マイクロフォン２００は、振動膜２０２を有する。なお、振動膜２０２が、本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１の振動膜３０に相当する。振動膜２０２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。コンデンサ型マイクロフォン２００は、また、電極２０４を有する。電極２０４は、振動膜２０２と対向して配置されている。これにより、振動膜２０２と電極２０４とは容量を形成する。コンデンサ型マイクロフォン２００に音波が入射すると、振動膜２０２が振動して、振動膜２０２と電極２０４との間隔が変化し、振動膜２０２と電極２０４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２０２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、コンデンサ型マイクロフォン２００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、コンデンサ型マイクロフォン２００では、電極２０４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２０４はメッシュ構造をなしていてもよい。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
振動膜３０の外形は特に限定されるものではない。図２（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の貫通穴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の貫通穴１２，１４よりも大きくてもよく、小さくてもよい。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。
【００９９】
なお、本実施の形態では、振動膜３０は、図２（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２の貫通穴１４の側方（近傍）に配置されていてもよい。すなわち、振動膜３０は、第１の貫通穴１２からの距離と、第２の貫通穴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。ただし、変形例として、振動膜３０は、第１及び第２の貫通穴１２，１４の中間に配置されていてもよい（図示せず）。
【０１００】
本実施の形態では、仕切り部材２０は、図２（Ａ）及び図２（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。
【０１０１】
本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１は、振動膜３０の振動に基づいて電気信号を出力する電気信号出力回路４０を含む。電気信号出力回路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。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。
【０１０２】
図４には、本実施の形態に適用可能な電気信号出力回路４０の一例を示す。電気信号出力回路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を、信号増幅回路４４で増幅して出力するように構成されていてもよい。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、電気信号出力回路４０は、チャージアップ回路４６と、オペアンプ４８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、チャージアップ回路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。また、電気信号出力回路４０は、ゲイン調整回路４５を含んでいてもよい。ゲイン調整回路４５は、信号増幅回路４４の増幅率（ゲイン）を調整する役割を果たす。ゲイン調整回路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。
【０１０３】
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、電気信号出力回路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。
【０１０４】
また、電気信号出力回路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。
【０１０５】
本実施の形態に係るマイクロフォンユニット１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の雑音除去原理について説明する。
【０１０６】
１−２．マイクロフォンユニット１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。
【０１０７】
本実施の形態では、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。
【０１０８】
また、第１及び第２の貫通穴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の貫通穴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の貫通穴１４に入射した音圧と等しい音圧を受ける。
【０１０９】
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の貫通穴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の貫通穴１２，１４）に入射した音波の音圧の差によって振動する。
【０１１０】
（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、
【数１】
0005114106.tif 000002
と表すことができる。なお、式（１）中、ｋは比例定数である。図５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。
【０１１１】
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の貫通穴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の貫通穴１２，１４の間で大きく減衰し、第１及び第２の貫通穴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。
【０１１２】
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の貫通穴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の貫通穴１２，１４の間でほとんど減衰せず、第１及び第２の貫通穴１２，１４に入射する雑音の音圧には、ほとんど差が現れない。
【０１１３】
（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。
【０１１４】
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（電気信号出力回路４０）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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
１−３．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
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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の貫通穴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の貫通穴１２までの距離をＲ、第１及び第２の貫通穴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の貫通穴１２，１４に入射する、ユーザ音声の音圧（強度）Ｐ（Ｓ１）及びＰ（Ｓ２）は、
【数２】
0005114106.tif 000003
と表すことができる。
【０１２０】
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の貫通穴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、
【数３】
0005114106.tif 000004
と表される。
【０１２１】
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。
【０１２２】
そのため、上述の式（４）は、
【数４】
0005114106.tif 000005
と変形することができる。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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、
【数５】
0005114106.tif 000006
と表すことができる。なお、式中、αは位相差である。
【０１２５】
このとき、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）は、
【数６】
0005114106.tif 000007
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、
【数７】
0005114106.tif 000008
と表すことができる。
【０１２６】
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、
【数８】
0005114106.tif 000009
の関係を満たしていることが重要である。
【０１２７】
ここで、
【数９】
0005114106.tif 000010
と表すことができるため、上述の式（Ｂ）は、
【数１０】
0005114106.tif 000011
と表すことができる。
【０１２８】
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、
【数１１】
0005114106.tif 000012
を満たす必要があることがわかる。
【０１２９】
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、
【数１２】
0005114106.tif 000013
と近似することができる。
【０１３０】
そのため、式（Ｃ）は、
【数１３】
0005114106.tif 000014
と変形することができる。
【０１３１】
また、位相差であるαとΔｒとの関係を、
【数１４】
0005114106.tif 000015
と表せば、式（Ｄ）は、
【数１５】
0005114106.tif 000016
と変形することができる。
【０１３２】
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。
【０１３３】
次に、第１及び第２の面３５，３７（第１及び第２の貫通穴１２，１４）に入射する雑音の音圧について検討する。
【０１３４】
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、
【数１６】
0005114106.tif 000017
と表すことができ、第１の面３５（第１の貫通穴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、
【数１７】
0005114106.tif 000018
と表すことができる。
【０１３５】
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の貫通穴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、
【数１８】
0005114106.tif 000019
と変形することができる。
【０１３６】
そして、雑音強度比の大きさは、
【数１９】
0005114106.tif 000020
と表すことができる。
【０１３７】
ここで、上述の式（９）を考慮すると、式（１７）は、
【数２０】
0005114106.tif 000021
と変形することができる。
【０１３８】
そして、式（１１）を考慮すると、式（１８）は、
【数２１】
0005114106.tif 000022
と変形することができる。
【０１３９】
ここで、式（Ｄ）を参照すれば、雑音強度比の大きさは、
【数２２】
0005114106.tif 000023
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
１−４．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。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。
【０１４２】
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、
【数２３】
0005114106.tif 000024
と表すことができる。
【０１４３】
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６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。
【０１４４】
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６の横軸は、Δｒ／λとみなすことができる。すなわち、図６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。
【０１４５】
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７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。
【０１４６】
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６参照）を用意する（ステップＳ１０）。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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）。
【０１４９】
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）。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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６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。
【０１５２】
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６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。
【０１５３】
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の貫通穴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の貫通穴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。
【０１５４】
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、優れた雑音除去機能を発揮することができる。
【０１５５】
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の貫通穴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の貫通穴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、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、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。
【０１５６】
１−５．効果
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。
【０１５７】
先に説明したように、マイクロフォンユニット１によると、振動膜３０の振動を示す電気信号（振動膜３０の振動に基づく電気信号）取得するだけで、雑音成分が除去された音声を示す電気信号を取得することができる。すなわち、マイクロフォンユニット１では、複雑な解析演算処理を行うことなく雑音除去機能を実現することができる。そのため、簡単な構成で、深い雑音除去が可能な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。特に、第１及び第２の貫通穴１２，１４の中心間距離Δｒを５．２ｍｍ以下に設定することで、より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。
【０１５８】
また、マイクロフォンユニット１では、位相差に基づく雑音強度比が最も大きくなるように入射する雑音を除去することができるように、筐体１０（第１及び第２の貫通穴１２，１４の位置）を設計することが可能になる。そのため、このマイクロフォンユニット１によると、全方位から入射する雑音を除去することができる。すなわち、本発明によると、全方位から入射する雑音を除去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。
【０１５９】
なお、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の貫通穴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。
【０１６０】
そして、マイクロフォンユニット１を利用すれば、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。
【０１６１】
１−６．音声入力装置
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。
【０１６２】
（１）音声入力装置２の構成
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。
【０１６３】
図８は、音声入力装置２の構造を説明するための図である。
【０１６４】
音声入力装置２は、筐体５０を有する。筐体５０は、音声入力装置２の外形を構成する部材である。筐体５０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５０には、ユーザの音声を受け付けるための開口５２が形成されていてもよい。
【０１６５】
音声入力装置２では、マイクロフォンユニット１は、筐体５０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。
【０１６６】
マイクロフォンユニット１は、第１及び第２の貫通穴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５０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貫通穴を第１の貫通穴１２とし、下流側に配置される貫通穴を第２の貫通穴１４としてもよい。振動膜３０が第２の貫通穴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、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の貫通穴１２の中心から第１の面３５までの距離が、第１の貫通穴１２から第２の貫通穴１４までの距離とほぼ等しくなるため、第１の貫通穴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の貫通穴１２上を通過したユーザ音波が第２の貫通穴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。
【０１６７】
（２）音声入力装置２の機能
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。
【０１６８】
音声入力装置２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を出力する。なお、マイクロフォンユニット１から出力される電気信号は、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。
【０１６９】
音声入力装置２は、演算処理部６０を有していてもよい。演算処理部６０は、マイクロフォンユニット１（電気信号出力回路４０）から出力された電気信号に基づいて各種の演算処理を行う。演算処理部６０は、電気信号に対する解析処理を行ってもよい。演算処理部６０は、マイクロフォンユニット１からの出力信号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６０は、マイクロフォンユニット１の出力信号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６０は、マイクロフォンユニット１からの出力信号に基づいて、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６０は、マイクロフォンユニット１からの出力信号を増幅する処理を行ってもよい。また、演算処理部６０は、後述する通信処理部７０の動作を制御してもよい。なお、演算処理部６０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６０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。
【０１７０】
音声入力装置２は、通信処理部７０をさらに含んでいてもよい。通信処理部７０は、音声入力装置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。
【０１７１】
なお、上述した演算処理部６０及び通信処理部７０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５０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６０は、筐体５０の外部に配置されていてもよい。演算処理部６０が筐体５０の外部に配置されている場合、演算処理部６０は、通信処理部７０を介して、差分信号を取得してもよい。
【０１７２】
なお、音声入力装置２は、表示パネルなどの表示装置や、スピーカ等の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２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。
【０１７３】
音声入力装置２は、以上の構成をなしていてもよい。この音声入力装置２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２は、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。
【０１７４】
また、音声入力装置２をマイクシステムに適用すれば、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。
【０１７５】
図１０〜図１２には、音声入力装置２の例として、携帯電話３００、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１３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。
【０１７６】
１−７．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。
【０１７７】
以下、具体的な変形例を示す。
【０１７８】
（１）第１の変形例
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。
【０１７９】
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の貫通穴１４の側方に、第１及び第２の貫通穴１２，１４と重複しないように設けられていてもよい。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。
【０１８０】
（２）第２の変形例
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。
【０１８１】
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の貫通穴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の貫通穴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。
【０１８２】
（３）第３の変形例
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。
【０１８３】
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の貫通穴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。
【０１８４】
（４）第４の変形例
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。
【０１８５】
マイクロフォンユニット６は、図１７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。
【０１８６】
（５）第５の変形例
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。
【０１８７】
マイクロフォンユニット７では、図１８に示すように、仕切り部材２０が、第１及び第２の貫通穴１２，１４の中間に配置されている。すなわち、第１の貫通穴１２と仕切り部材２０との距離が、第２の貫通穴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。
【０１８８】
（６）第６の変形例
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。
【０１８９】
マイクロフォンユニット８では、図１９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の貫通穴１２，１４は、凸曲面１６に形成されている。
【０１９０】
（７）第７の変形例
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。
【０１９１】
マイクロフォンユニット９では、図２０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の貫通穴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の貫通穴１２，１４は、凹曲面１７に形成されていてもよい。
【０１９２】
（８）第８の変形例
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。
【０１９３】
マイクロフォンユニット１３では、図２１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の貫通穴１２，１４は、球面１８に形成されている。
【０１９４】
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。
【０１９５】
２−１．集積回路装置の構成
はじめに、図２２〜図２４を参照して、本発明を適用した実施の形態に係る集積回路装置１の構成について説明する。なお、本実施の形態に係る集積回路装置１は、音声入力素子（マイク素子）として構成され、接話型の音声入力装置等に適用することができる。
【０１９６】
本実施の形態に係る集積回路装置１は、図２２及び図２３に示すように、半導体基板１１００を有する。なお、図２２は集積回路装置１００１（半導体基板１１００）の斜視図であり、図２３は、集積回路装置１００１の断面図である。半導体基板１１００は、半導体チップであってもよい。あるいは、半導体基板１１００は、集積回路装置１００１となる領域を複数有する半導体ウエハであってもよい。半導体基板１１００は、シリコン基板であってもよい。
【０１９７】
半導体基板１１００には、第１の振動膜１０１２が形成されている。第１の振動膜１０１２は、半導体基板１１００の所与の面１１０１から形成された第１の凹部１１０２の底部であってもよい。第１の振動膜１０１２は、第１のマイクロフォン１０１０を構成する振動膜である。すなわち、第１の振動膜１０１２は音波が入射することによって振動するように形成されており、間隔をあけて対向配置された第１の電極１０１４と対になって第１のマイクロフォン１０１０を構成する。第１の振動膜１０１２に音波が入射すると、第１の振動膜１０１２が振動し、第１の振動膜１０１２と第１の電極１０１４との間隔が変化して、第１の振動膜１０１２と第１の電極１０１４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出力することによって、第１の振動膜１０１２を振動させる音波（第１の振動膜１０１２に入射する音波）を、電気信号（電圧信号）に変換して出力することができる。以下、第１のマイクロフォン１０１０から出力される電圧信号を、第１の電圧信号と呼ぶ。
【０１９８】
半導体基板１１００には、第２の振動膜１０２２が形成されている。第２の振動膜１０２２は、半導体基板１１００の所与の面１１０１から形成された第２の凹部１１０４の底部であってもよい。第２の振動膜１０２２は、第２のマイクロフォン１０２０を構成する振動膜である。すなわち、第２の振動膜１０２２は音波が入射することによって振動するように形成されており、間隔をあけて対向配置された第２の電極１０２４と対になって第２のマイクロフォン１０２０を構成する。第２のマイクロフォン１０２０は、第１のマイクロフォン１０１０と同様の作用によって、第２の振動膜１０２２を振動させる音波（第２の振動膜２２に入射する音波）を、電圧信号に変換して出力する。以下、第２のマイクロフォン１０２０から出力される電圧信号を、第２の電圧信号と呼ぶ。
【０１９９】
本実施の形態では、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２は半導体基板１１００に形成されており、例えばシリコン膜であってもよい。すなわち、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０は、シリコンマイク（Ｓｉマイク）であってもよい。シリコンマイクを利用することで、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０の小型化、及び、高性能化を実現することができる。第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２は、法線が平行になるように配置されていてもよい。また、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２は、法線と直交する方向にずれて配置されていてもよい。
【０２００】
第１及び第２の電極１０１４，１０２４は、半導体基板１１００の一部であってもよく、あるいは、半導体基板１１００上に配置された導電体であってもよい。また、第１及び第２の電極１０１４，１０２４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、第１及び第２の電極１０１４，１０２４は、メッシュ構造をなしていてもよい。
【０２０１】
半導体基板１１００には、集積回路１０１６が形成されている。集積回路１０１６の構成は特に限定されないが、例えば、トランジスタ等の能動素子や、抵抗等の受動素子を含んでいてもよい。
【０２０２】
本実施の形態に係る集積回路装置は、差分信号生成回路１０３０を有する。差分信号生成回路１０３０は、第１の電圧信号と、第２の電圧信号とを受け付けて、両者の差を示す差分信号を生成（出力）する。差分信号生成回路１０３０では、第１及び第２の電圧信号に対して例えばフーリエ解析などの解析処理を行うことなく、差分信号を生成する処理を行う。差分信号生成回路１０３０は、半導体基板１１００に構成された集積回路１０１６の一部であってもよい。図２４には、差分信号生成回路１０３０の回路図の一例を示すが、差分信号生成回路１０３０の回路構成はこれに限られるものではない。
【０２０３】
なお、本実施の形態に係る集積回路装置１００１は、差分信号を増幅する信号増幅回路をさらに含んでいてもよい。信号増幅回路は、集積回路１０１６の一部を構成していてもよい。ただし、集積回路装置は、信号増幅回路を含まない構成になっていてもよい。
【０２０４】
本実施の形態に係る集積回路装置１００１では、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２、及び、集積回路１０１６（差分信号生成回路１０３０）は、１つの半導体基板１１００に形成されている。半導体基板１１００は、いわゆるメムス（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）ととらえてもよい。第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２を、同一基板（半導体基板１１００）に形成することで、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２を精度よく形成することができるとともに、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２を極めて近接させることが可能になる。
【０２０５】
なお、本実施の形態に係る集積回路装置１００１によると、後述するように、第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を利用して、雑音成分を除去する機能を実現する。この機能を高精度に実現するために、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２は、一定の制約を満たすように配置してもよい。第１及び第２の振動膜１０１２，１０１４が満たすべき制約の詳細については後述するが、本実施の形態では、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２は、雑音強度比が、入力音声強度比よりも小さくなるように配置されてもよい。これにより、差分信号を、雑音成分が除去された音声成分を示す信号とみなすことが可能になる。第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２は、例えば、中心間距離Δｒが５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。
【０２０６】
本実施の形態に係る集積回路装置１００１は以上のように構成されていてもよい。これによると、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能な集積回路装置を提供することができる。なお、その原理については後述する。
【０２０７】
２−２．雑音除去機能
以下、集積回路装置１００１による音声除去原理、及び、これを実現するための条件について説明する。
【０２０８】
（１）雑音除去原理
はじめに、雑音除去原理について説明する。
【０２０９】
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、
【数１】
0005114106.tif 000025
と表すことができる。なお、式（１）中、ｋは比例定数である。図５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。本実施の形態に係る集積回路装置では、この減衰特性を利用して雑音成分を除去する。
【０２１０】
すなわち、集積回路装置１００１を接話型の音声入力装置に適用する場合、ユーザは、雑音の音源よりも、集積回路装置１００１（第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２）に近い位置で音声を発することになる。そのため、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２の間で、ユーザの音声は大きく減衰し、第１及び第２の電圧信号に含まれるユーザ音声の強度には差が現れる。これに対して雑音成分は、ユーザの音声に比べて音源が遠いため、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２の間でほとんど減衰しない。そのため、第１及び第２の電圧信号に含まれる雑音の強度には、差が現れないとみなすことができる。このことから、第１及び第２の電圧信号の差を検出すれば雑音が消去され、集積回路装置１の近傍で発声されたユーザの音声成分のみが残ることになる。すなわち、第１及び第２の電圧信号の差を検出することで、雑音成分が含まれない、ユーザの音声成分のみを示す電圧信号（差分信号）を取得することができる。そして、この集積回路装置１によると、２つの電圧信号の差を示す差分信号を生成するだけの単純な処理によって、精度よく雑音が除去された、ユーザ音声を示す信号を取得することができる。
【０２１１】
ただし、音波は位相成分を有する。そのため、より精度の高い雑音除去機能を実現するためには、第１及び第２の電圧信号に含まれる音声成分及び雑音成分の位相差を考慮する必要がある。
【０２１２】
以下、差分信号を生成することによって雑音除去機能を実現するために、集積回路装置１が満たすべき具体的な条件について説明する。
【０２１３】
（２）集積回路装置が満たすべき具体的条件
集積回路装置１００１によると、先に説明したように、第１及び第２の電圧信号の差分を示す差分信号を、雑音を含まない入力音声信号であるとみなす。この集積回路装置によると、差分信号に含まれる雑音成分が、第１又は第２の電圧信号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できたと評価することができる。詳しくは、差分信号に含まれる雑音成分の強度の、第１又は第２の電圧信号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、差分信号に含まれる音声成分の強度の、第１又は第２の電圧信号に含まれる音声成分の強度に対する比を示す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。
【０２１４】
以下、この雑音除去機能を実現するために、集積回路装置１００１（第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２）が満たすべき具体的な条件について説明する。
【０２１５】
はじめに、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０（第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２）に入射する音声の音圧について検討する。入力音声（ユーザの音声）の音源から第１の振動膜１０１２までの距離をＲとし、位相差を無視すれば、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０で取得される、入力音声の音圧（強度）Ｐ（Ｓ１）及びＰ（Ｓ２）は、
【数２】
0005114106.tif 000026
と表すことができる。
【０２１６】
そのため、入力音声の位相差を無視した時の、第１のマイクロフォン１０で取得される入力音声成分の強度に対する、差分信号に含まれる入力音声成分の強度の比率を示す音声強度比ρ（Ｐ）は、
【数３】
0005114106.tif 000027
と表される。
【０２１７】
ここで、本実施の形態に係る集積回路装置が接話式の音声入力装置に利用されるマイク素子である場合、ΔｒはＲに比べて充分小さいとみなすことができるため、上述の式（４）は、
【数４】
0005114106.tif 000028
と変形することができる。
【０２１８】
すなわち、入力音声の位相差を無視した場合の音声強度比は、式（Ａ）と表されることがわかる。
【０２１９】
ところで、入力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、
【数５】
0005114106.tif 000029
と表すことができる。なお、式中、αは位相差である。
【０２２０】
このとき、音声強度比ρ（Ｓ）は、
【数６】
0005114106.tif 000030
と表される。式（７）を考慮すると、音声強度比ρ（Ｓ）の大きさは、
【数７】
0005114106.tif 000031
と表すことができる。
【０２２１】
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。入力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、入力音声（ユーザの音声）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、
【数８】
0005114106.tif 000032
の関係を満たしていることが必要である。
【０２２２】
ここで、
【数９】
0005114106.tif 000033
と表すことができるため、上述の式（Ｂ）は、
【数１０】
0005114106.tif 000034
と表すことができる。
【０２２３】
式（１０）の振幅成分を考慮すると、本実施の形態に係る集積回路装置１は、
【数１１】
0005114106.tif 000035
を満たす必要があることがわかる。
【０２２４】
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、
【数１２】
0005114106.tif 000036
と近似することができる。
【０２２５】
そのため、式（Ｃ）は、
【数１３】
0005114106.tif 000037
と変形することができる。
【０２２６】
また、位相差であるαとΔｒとの関係を、
【数１４】
0005114106.tif 000038
と表せば、式（Ｄ）は、
【数１５】
0005114106.tif 000039
と変形することができる。
【０２２７】
すなわち、本実施の形態では、入力音声（ユーザの音声）を精度よく抽出するためには、集積回路装置１が式（Ｅ）に示す関係を満たすことが必要である。
【０２２８】
次に、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０（第１及び第２の振動膜１２，２２）に入射する雑音の音圧について検討する。
【０２２９】
第１及び第２のマイクロフォン１０，２０で取得され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、
【数１６】
0005114106.tif 000040
と表すことができ、第１のマイクロフォン１０で取得される雑音成分の強度に対する、差分信号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、
【数１７】
0005114106.tif 000041
と表すことができる。
【０２３０】
なお、先に説明したように、第１及び第２のマイクロフォン１０，２０で取得される雑音成分の振幅（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、
【数１８】
0005114106.tif 000042
と変形することができる。
【０２３１】
そして、雑音強度比の大きさは、
【数１９】
0005114106.tif 000043
と表すことができる。
【０２３２】
ここで、上述の式（９）を考慮すると、式（１７）は、
【数２０】
0005114106.tif 000044
と変形することができる。
【０２３３】
そして、式（１１）を考慮すると、式（１８）は、
【数２１】
0005114106.tif 000045
と変形することができる。
【０２３４】
ここで、式（Ｄ）を参照すれば、雑音強度比の大きさは、
【数２２】
0005114106.tif 000046
と表すことができる。なお、Δｒ／Ｒとは、式（Ａ）に示すように、入力音声（ユーザ音声）の振幅成分の強度比である。式（Ｆ）から、この集積回路装置１では、雑音強度比が入力音声の強度比Δｒ／Ｒよりも小さくなることがわかる。
【０２３５】
以上のことから、入力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集積回路装置１によれば（式（Ｂ）参照）、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さくなる（式（Ｆ）参照）。逆に言うと、雑音強度比が入力音声強度比よりも小さくなるように設計された集積回路装置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。
【０２３６】
２−３．集積回路装置の製造方法
以下、本実施の形態に係る集積回路装置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の振動膜１０１２，１０２２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、集積回路装置を製造してもよい。
【０２３７】
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、
【数２３】
0005114106.tif 000047
と表すことができる。
【０２３８】
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６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。
【０２３９】
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５の横軸は、Δｒ／λとみなすことができる。すなわち、図５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。
【０２４０】
本実施の形態では、このデータを利用して、集積回路装置１００１を製造する。図７は、このデータを利用して集積回路装置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。
【０２４１】
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６参照）を用意する（ステップＳ１０）。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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）。
【０２４４】
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）。
【０２４５】
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低下する集積回路装置を製造する場合について考える。
【０２４６】
はじめに、必要条件として、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６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、この集積回路装置の必要条件となる。
【０２４７】
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６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集積回路装置を製造することが可能になる。
【０２４８】
なお、本実施の形態に係る集積回路装置１００１は接話式の音声入力装置に利用されるため、ユーザの音声の音源と集積回路装置１００１（第１又は第２の振動膜１０１２，１０２２）との間隔は、通常５ｃｍ以下である。また、ユーザ音声の音源と集積回路装置１００１（第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２）との間隔は、筐体の設計によって制御することが可能である。そのため、入力音声（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。
【０２４９】
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、この集積回路装置によって除去される。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、集積回路装置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集積回路装置は、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、優れた雑音除去機能を発揮することができる。
【０２５０】
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の振動膜１０１２，１０２２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の振動膜１０１２，１０２２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集積回路装置１００１は、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集積回路装置１００１によると、すべての方向から入射する雑音が除去される。
【０２５１】
２−４．効果
以下、集積回路装置１００１が奏する効果についてまとめる。
【０２５２】
先に説明したように、集積回路装置１００１によると、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０で取得された電圧信号の差分を示す差分信号を生成するだけで、雑音成分が除去された音声成分を取得することができる。すなわち、この音声入力装置では、複雑な解析演算処理を行うことなく雑音除去機能を実現することができる。そのため、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可能な集積回路装置（マイク素子・音声入力素子）を提供することができる。
【０２５３】
また、集積回路装置１００１では、位相差に基づく雑音強度比が最も大きくなるように入射する雑音を除去することができるように、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２が配置されている。そのため、この集積回路装置１００１によると、全方位から入射する雑音が除去される。すなわち、本発明によると、全方位から入射する雑音を除去することが可能な集積回路装置を提供することができる。
【０２５４】
なお、集積回路装置１００１によると、壁などで反射した後に集積回路装置１００１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の音源は、長距離を伝搬した後に集積回路装置１に入射するため、通常のユーザ音声の音源よりも遠い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の振動膜１０１２，１０２２の間で音圧が大きく減衰することがない。そのため、この集積回路装置１００１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。
【０２５５】
また、集積回路装置１００１によると、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２と、差分信号生成回路１０３０とが１つの半導体基板１１００に形成されている。これによると、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２を、高精度に形成することができ、また、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２の中心間距離を極めて近接させることができる。そのため、雑音除去精度が高く、かつ、外形が小さい集積回路装置を提供することができる。
【０２５６】
そして、集積回路装置１００１を利用すれば、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る。そのため、この集積回路装置を利用することで、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。
【０２５７】
２−５．音声入力装置
次に、集積回路装置１００１を有する音声入力装置１００２について説明する。
【０２５８】
（１）音声入力装置の構成
はじめに、音声入力装置２の構成について説明する。図２５及び図２６は、音声入力装置１００２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１００２は、接話式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。
【０２５９】
図２５は、音声入力装置２００２の構造を説明するための図である。
【０２６０】
音声入力装置１００２は、筐体１０４０を有する。筐体１０４０は、音声入力装置１００２の外形を構成する部材であってもよい。筐体１０４０には基本姿勢が設定されていてもよく、これにより、入力音声（ユーザの音声）の進行径路を規制することができる。筐体１０４０には、入力音声（ユーザの音声）を受け付けるための開口１０４２が形成されていてもよい。
【０２６１】
音声入力装置１００２では、集積回路装置１００１は、筐体１０４０に設置される。集積回路装置１００１は、第１及び第２の凹部１１０２，１１０４が開口１０４２に連通するように、筐体１０４０に設置されていてもよい。集積回路装置１００１は、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２が入力音声の進行径路に沿ってずれて配置されるように、筐体１０４０に設置されていてもよい。そして、入力音声の進行径路の上流側に配置される振動膜を第１の振動膜１０１２とし、下流側に配置される振動膜を第２の振動膜１０２２としてもよい。
【０２６２】
次に、図２６を参照して、音声入力装置１００２の機能について説明する。なお、図２６は、音声入力装置１００２の機能を説明するためのブロック図である。
【０２６３】
音声入力装置１００２は、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０を有する。第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０は、第１及び第２の電圧信号を出力する。
【０２６４】
音声入力装置１００２は、差分信号生成回路１０３０を有する。差分信号生成回路１０３０は、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０から出力された第１及び第２の電圧信号を受け付けて、両者の差を示す差分信号を生成する。
【０２６５】
なお、第１及び第２のマイクロフォン１０１０，１０２０と、差分信号生成回路１０３０とは、１つの半導体基板１１００で実現される。
【０２６６】
音声入力装置１００２は、演算処理部１０５０を有していてもよい。演算処理部１０５０は、差分信号生成回路１０３０で生成された差分信号に基づいて各種の演算処理を行う。演算処理部１０５０は、差分信号に対する解析処理を行ってもよい。演算処理部１０５０は、差分信号を解析することにより、入力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１０５０は、差分信号を解析処理することにより、入力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１０５０は、入力音声に基づいて、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１０５０は、差分信号を増幅する処理を行ってもよい。また、演算処理部１０５０は、後述する通信処理部１０６０の動作を制御してもよい。なお、演算処理部１０５０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。
【０２６７】
音声入力装置１００２は、通信処理部１０６０をさらに含んでいてもよい。通信処理部１０６０は、音声入力装置と、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１０６０は、ネットワークを介して、他の端末に信号（差分信号）を送信する機能を有していてもよい。通信処理部１０６０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１０６０を介して取得した差分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、音声入力装置は、通信処理部１０６０を有しない構成となっていてもよい。
【０２６８】
なお、上述した演算処理部１０５０及び通信処理部１０６０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１０４０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１０５０は、筐体１０４０の外部に配置されていてもよい。演算処理部１０５０が筐体１０４０の外部に配置されている場合、演算処理部１０５０は、通信処理部１０６０を介して、差分信号を取得してもよい。
【０２６９】
なお、音声入力装置１００２は、表示パネルなどの表示装置や、スピーカ等の音声出力装置をさらに含んでいてもよい。また、本実施の形態に係る音声入力装置は、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。
【０２７０】
音声入力装置１００２は、以上の構成をなしていてもよい。この音声入力装置１００２は、マイク素子（音声入力素子）として集積回路装置１を利用する。そのため、この音声入力装置１００２は、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。
【０２７１】
また、音声入力装置１００２をマイクシステムに適用すれば、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。
【０２７２】
２−６．変形例
以下、本発明を適用した実施の形態の変形例について説明する。
【０２７３】
図２７は、本実施の形態に係る集積回路装置１００３について説明するための図である。
【０２７４】
本実施の形態に係る集積回路装置１００３は、図２７に示すように、半導体基板１２００を有する。半導体基板１２００には、第１及び第２の振動膜１０１２，１０２２が形成されている。ここで、第１の振動膜１０１５は、半導体基板１２００の第１の面１２０１から形成された第１の凹部１２１０の底部である。また、第２の振動膜１０２５は、半導体基板１２００の第２の面１２０２（第１の面１２０１と対向する面）から形成された第２の凹部１２２０の底部である。すなわち、集積回路装置１００３（半導体基板１２００）によると、第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５は、法線方向に（半導体基板１２００の厚み方向に）ずれて配置される。なお、半導体基板１２００では、第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５は、法線距離が５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。あるいは、第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５は、中心間距離が５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。
【０２７５】
図２８は、集積回路装置１００３が実装された音声入力装置１００４について説明するための図である。集積回路装置１００３は、筐体１０４０に実装される。集積回路装置１００３は、図２８に示すように、第１の面１２０１が、筐体１０４０におけるの開口１０４２が形成された面を向くように、筐体１０４０に実装されていてもよい。そして、集積回路装置１００３は、第１の凹部１２１０が開口１０４２に連通するように、かつ、第２の振動膜１０２５が開口１０４２と重複するように、筐体１０４０に実装されていてもよい。
【０２７６】
本実施の形態では、集積回路装置１００３は、第１の凹部１２１０に連通する開口１２１２の中心が、第２の振動膜１０２５（第２の凹部１２２０の底面）の中心よりも、入力音声の音源に近い位置に配置されるように設置されていてもよい。集積回路装置１００３は、入力音声が、第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５に、同時に到着するように設置されていてもよい。例えば、集積回路装置１００３は、入力音声の音源（モデル音源）と第１の振動膜１０１５との間隔が、モデル音源と第２の振動膜１０２５との間隔と同じになるように設置されていてもよい。集積回路装置１００３は、上記の条件を満たすように、基本姿勢が設定された筐体に設置されていてもよい。
【０２７７】
本実施の形態に係る音声入力装置によると、第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５に入射する入力音声（ユーザの音声）の、入射時間のずれを低減することができる。そのため、入力音声の位相差成分が含まれないように差分信号を生成することができることから、入力音声の振幅成分を精度よく抽出することが可能になる。
【０２７８】
なお、凹部（第１の凹部１２１０）内では音波は拡散しないため、音波の振幅ほとんど減衰しない。そのため、この音声入力装置では、第１の振動膜１０１５を振動させる入力音声の強度（振幅）は、開口１２１２における入力音声の強度と同じとみなすことができる。このことから、音声入力装置が、入力音声が第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５に同時に到達するように構成されている場合でも、第１及び第２の振動膜１０１５，１０２５を振動させる入力音声の強度には差が現れる。そのため、第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を取得することで、入力音声を抽出することができる。
【０２７９】
まとめると、この音声入力装置によると、入力音声の位相差成分に基づくノイズを含まないように、入力音声の振幅成分（差分信号）を取得することができる。そのため、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能になる。
【０２８０】
最後に、図２９〜図３１に、本発明の実施の形態に係る音声入力装置の例として、携帯電話１３００、マイク（マイクシステム）１４００、及び、リモートコントローラ１５００を、それぞれ示す。また、図３２には、情報入力端末としての音声入力装置１６０２と、ホストコンピュータ１６０４とを含む、情報処理システム１６００の概略図を示す。
【０２８１】
３−１．本実施の形態に係る音声入力装置の構成
はじめに、図３３〜図３５を参照して、本発明を適用した実施の形態に係る音声入力装置２００１の構成について説明する。なお、以下に説明する音声入力装置２００１は、接話式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。
【０２８２】
本実施の形態に係る音声入力装置は、第１の振動膜２０１２を有する第１のマイクロフォン２０１０と、第２の振動膜２０２２を有する第２のマイクロフォン２０２０とを含む。ここで、マイクロフォンとは、音響信号を電気信号へ変換する電気音響変換器である。第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０は、それぞれ、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２（振動板）の振動を、電圧信号として出力する変換器であってもよい。
【０２８３】
本実施の形態に係る音声入力装置では、第１のマイクロフォン２０１０は第１の電圧信号を生成する。また、第２のマイクロフォン２０２０は第２の電圧信号を生成する。すなわち、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０で生成された電圧信号を、それぞれ、第１及び第２の電圧信号と呼んでもよい。
【０２８４】
第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０の機構については特に限定されるものではない。図３４には、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０に適用可能なマイクロフォンの一例として、コンデンサ型マイクロフォン２１００の構造を示す。コンデンサ型マイクロフォン２１００は、振動膜２１０２を有する。振動膜２１０２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。コンデンサ型マイクロフォン２１００は、また、電極２１０４を有する。電極２１０４は、振動膜２１０２と対向して配置されている。これにより、振動膜２１０２と電極２１０４とは容量を形成する。コンデンサ型マイクロフォン２１００に音波が入射すると、振動膜２１０２が振動して、振動膜２１０２と電極２１０４との間隔が変化し、振動膜２１０２と電極２１０４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出力することによって、コンデンサ型マイクロフォン２１００に入射する音波を、電気信号に変換することができる。なお、コンデンサ型マイクロフォン２１００では、電極２１０４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２１０４はメッシュ構造をなしていてもよい。
【０２８５】
ただし、本発明に適用可能なマイクロフォンは、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、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０として、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）等のマイクロフォンを適用してもよい。
【０２８６】
第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０は、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２がシリコンによって構成されたシリコンマイク（Ｓｉマイク）であってもよい。シリコンマイクを利用することで、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０の小型化、及び、高性能化を実現することができる。このとき、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０は、１つの集積回路装置として構成されていてもよい。すなわち、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０は、１つの半導体基板に構成されていてもよい。このとき、後述する差分信号生成部２０３０も、同一の半導体基板に形成されていてもよい。すなわち、第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０は、いわゆるメムス（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）として構成されていてもよい。ただし、第１のマイクロフォン２０１０と第２のマイクロフォン２０２０とは、別々のシリコンマイクとして構成されていてもよい。
【０２８７】
本実施の形態に係る音声入力装置では、後述するように、第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を利用して、雑音成分を除去する機能を実現する。この機能を実現するために、第１及び第２のマイクロフォン（第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２）は、一定の制約を満たすように配置される。第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２が満たすべき制約の詳細については後述するが、本実施の形態では、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２（第１及び第２のマイクロフォン２０１０，２０２０）は、雑音強度比が、入力音声強度比よりも小さくなるように配置される。これにより、差分信号を、雑音成分が除去された音声成分を示す信号とみなすことが可能になる。第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、例えば、中心間距離が５．２ｍｍ以下になるように配置されていてもよい。
【０２８８】
なお、本実施の形態に係る音声入力装置では、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２の向きは、特に限定されるものではない。第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、法線が平行になるように配置されていてもよい。このとき、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、法線が同一直線にならないように配置されていてもよい。例えば、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、図示しない基部（例えば回路基板）の表面に、間隔をあけて配置されていてもよい。あるいは、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、法線方向にずれて配置されていてもよい。ただし、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、法線が平行にならないように配置されていてもよい。第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、法線が直交するように配置されていてもよい。
【０２８９】
そして、本実施の形態に係る音声入力装置は、差分信号生成部２０３０を有する。差分信号生成部２０３０は、第１のマイクロフォン２０１０で取得された第１の電圧信号と、第２のマイクロフォン２０２０で取得された第２の電圧信号との差（電圧差）を示す差分信号を生成する。差分信号生成部２０３０では、第１及び第２の電圧信号に対して例えばフーリエ解析などの解析処理を行うことなく、両者の差を示す差分信号を生成する処理を行う。差分信号生成部２０３０の機能は、専用のハードウェア回路（差分信号生成回路）によって実現してもよく、ＣＰＵなどによる信号処理によって実現してもよい。
【０２９０】
本実施の形態に係る音声入力装置は、差分信号を増幅する信号増幅部をさらに含んでいてもよい。差分信号生成部２０３０と信号増幅部とは、１つの制御回路によって実現してもよい。ただし、本実施の形態に係る音声入力装置は、信号増幅部を内部に持たない構成をなしていてもよい。
【０２９１】
図３５には、差分信号生成部２０３０と信号増幅部とを実現可能な回路の一例を示す。図３５に示す回路によれば、第１及び第２の電圧信号を受け付けて、その差を示す差分信号を１０倍に増幅した信号を出力することになる。ただし、差分信号生成部２０３０及び信号増幅部を実現するための回路構成は、これに限られるものではない。
【０２９２】
本実施の形態に係る音声入力装置は、筐体２０４０を含んでいてもよい。このとき、音声入力装置の外形は、筐体２０４０によって構成されていてもよい。筐体２０４０には基本姿勢が設定されていてもよく、これにより、入力音声の進行径路を規制することができる。第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、筐体２０４０の表面に形成されていてもよい。あるいは、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、筐体２０４０に形成された開口（音声入射口）と対向するように、筐体２０４０内部に配置されていてもよい。そして、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、音源（入射音声のモデル音源）からの距離が異なるように配置されていてもよい。例えば図３３に示すように、筐体２０４０は、入力音声の進行径路が筐体２０４０の表面に沿うように、基本姿勢が設定されていてもよい。そして、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２は、入力音声の進行径路に沿って配置されていてもよい。そして、入力音声の進行径路の上流側に配置される振動膜を第１の振動膜２０１２とし、下流側に配置される振動膜を第２の振動膜２０２２としてもよい。
【０２９３】
本実施の形態に係る音声入力装置は、演算処理部２０５０をさらに含んでいてもよい。演算処理部２０５０は、差分信号生成部２０３０で生成された差分信号に基づいて各種の演算処理を行う。演算処理部２０５０は、差分信号に対する解析処理を行ってもよい。演算処理部２０５０は、差分信号を解析することにより、入力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２０５０は、差分信号を解析処理することにより、入力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２０５０は、入力音声に基づいて、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２０５０は、差分信号を増幅する処理を行ってもよい。また、演算処理部２０５０は、後述する通信処理部２０６０の動作を制御してもよい。なお、演算処理部２０５０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。
【０２９４】
演算処理部２０５０は、筐体２０４０の内部に配置されていてもよいが、筐体２０４０の外部に配置されていてもよい。演算処理部２０５０が筐体２０４０の外部に配置されている場合、演算処理部２０５０は、後述する通信処理部２０６０を介して、差分信号を取得してもよい。
【０２９５】
本実施の形態に係る音声入力装置は、通信処理部２０６０をさらに含んでいてもよい。通信処理部２０６０は、音声入力装置と、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２０６０は、ネットワークを介して、他の端末に信号（差分信号）を送信する機能を有していてもよい。通信処理部２０６０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２０６０を介して取得した差分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、音声入力装置は、通信処理部２０６０を有しない構成となっていてもよい。
【０２９６】
本実施の形態に係る音声入力装置は、表示パネルなどの表示装置や、スピーカ等の音声出力装置をさらに含んでいてもよい。また、本実施の形態に係る音声入力装置は、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。
【０２９７】
本実施の形態に係る音声入力装置は、以上の構成をなしていてもよい。この音声入力装置によると、第１及び第２の電圧信号の差を出力するだけの簡単な処理によって、雑音成分が除去された音声成分を示す信号（電圧信号）が生成される。そのため、本発明によると、小型化が可能で、かつ、優れた雑音除去機能を有する音声入力装置を提供することができる。なお、その原理、製造方法及び効果については、２−２〜２−４で説明した内容と同様である。
【０２９８】
３−２．他の実施の形態に係る音声入力装置
次に、本発明を適用した他の実施の形態に係る音声入力装置について、図３６を参照して説明する。
【０２９９】
本実施の形態に係る音声入力装置は、基部２０７０を含む。基部２０７０の主面２０７２には、凹部２０７４が形成されている。そして、本実施の形態に係る音声入力装置では、凹部２０７４の底面２０７５に第１の振動膜２０１２（第１のマイクロフォン２０１０）が配置され、基部２０７０の主面２０７２に第２の振動膜２０２２（第２のマイクロフォン２０２０）が配置される。なお、凹部２０７４は、主面２０７２に対して垂直に延びていてもよく、凹部２０７４の底面２０７５は、主面２０７２と平行な面であってもよい。底面２０７５は、凹部２０７４と直交する面であってもよい。また、凹部２０７４は、第１の振動膜２０１２と同じ外形をなしていてもよい。
【０３００】
本実施の形態では、凹部２０７４は、領域２０７６と開口２０７８との間隔よりも浅くなっていてもよい。すなわち、凹部２０７４の深さをｄとし、領域２０７６と開口２０７８との間隔をΔＧとすると、基部２０７０は、ｄ≦ΔＧを満たしていてもよい。基部２０７０は、２ｄ＝ΔＧを満たしていてもよい。なお、ΔＧは５．２ｍｍ以下であってもよい。あるいは、基部２０７０は、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２の中心間を結ぶ直線距離が５．２ｍｍ以下になるように構成されていてもよい。
【０３０１】
基部２０７０は、凹部２０７４に連通する開口２０７８が、主面２０７２における第２の振動膜２０２２が配置される領域２０７６よりも、入力音声の音源に近い位置に配置されるように設置される。基部２０７０は、入力音声が、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２に、同時に到着するように設置されていてもよい。例えば、基部２０７０は、入力音声の音源（モデル音源）と第１の振動膜２０１２との間隔が、モデル音源と第２の振動膜２２との間隔と同じになるように設置されていてもよい。基部２０７０は、上記の条件を満たすように、基本姿勢が設定された筐体に設置されていてもよい。
【０３０２】
本実施の形態に係る音声入力装置によると、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２に入射する入力音声（ユーザの音声）の、入射時間のずれを低減することができる。すなわち、入力音声の位相差成分が含まれないように差分信号を生成することができることから、入力音声の振幅成分を精度よく抽出することが可能になる。
【０３０３】
なお、凹部７４内では音波は拡散しないため、音波の振幅ほとんど減衰しない。そのため、この音声入力装置では、第１の振動膜２０１２を振動させる入力音声の強度（振幅）は、開口２０７８における入力音声の強度と同じとみなすことができる。このことから、音声入力装置が、入力音声が第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２に同時に到達するように構成されている場合でも、第１及び第２の振動膜２０１２，２０２２を振動させる入力音声の強度には差が現れる。そのため、第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号を取得することで、入力音声を抽出することができる。
【０３０４】
まとめると、この音声入力装置によると、入力音声の位相差成分に基づくノイズを含まないように、入力音声の振幅成分（差分信号）を取得することができる。そのため、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能になる。
【０３０５】
なお、凹部２０７４の深さをΔＧ以下（５．２ｍｍ以下）とすることで、凹部２０７４の共振周波数を高く設定することができるため、凹部２０７４で共振ノイズが発生することを防止することができる。
【０３０６】
図３７には、本実施の形態に係る音声入力装置の変形例を示す。
【０３０７】
本実施の形態に係る音声入力装置は、基部２０８０を含む。基部２０８０の主面２０８２には、第１の凹部２０８４と、第１の凹部２０８４よりも浅い第２の凹部２０８６が形成されている。第１及び第２の凹部２０８４，２０８６の深さの差であるΔｄは、第１の凹部２０８４に連通する第１の開口２０８５と、第２の凹部２０８６に連通する第２の開口２０８７との間隔であるΔＧよりも小さくなっていてもよい。そして、第１の振動膜２０１２は第１の凹部２０８４の底面に配置され、第２の振動膜２０２２は第２の凹部２０８６の底面に配置される。
【０３０８】
この音声入力装置であっても、上記と同様の効果を奏するため、精度の高い雑音除去機能を実現することが可能になる。
【０３０９】
４−１．音声入出力装置及び通話装置
図３８は、本実施の形態の音声入出力装置及び通話装置の機能ブロック図である。
【０３１０】
本実施の形態の音声入出力装置３０１０は、マイクロフォン３０３２からの入力に基づき第１の音声信号３０３４を生成する音声入力部３０３０と、第２の音声信号３０４８に基づきスピーカ３０４６から音声を出力する音声出力部３０４０とを含む。
【０３１１】
音声入力部３０３０は、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第１の音声信号である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もよい。ここでマイクロフォンユニットは、図1から図２１で説明した構成で実現してもよい。
【０３１２】
また音声入力部３０３０は、第１のマイクロフォンを構成する第１の振動膜と、第２のマイクロフォンを構成する第２の振動膜と、前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号とを受け付けて、前記第１及び第２の電圧信号の差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成回路と、が形成された半導体基板を有する集積回路装置が実装されてもよい。ここで集積回路装置は、図２２から図２８で説明した構成で実現してもよい。
【０３１３】
また音声入力部３０３０は、第１の振動膜を有する第１のマイクロフォンと、第２の振動膜を有する第２のマイクロフォンと、前記第１のマイクロフォンで取得された第１の電圧信号と、前記第２のマイクロフォンで取得された第２の電圧信号との差を示す差分信号に基づき第１の音声信号を生成する差分信号生成部と、を含み、前記第１及び第２の振動膜は、前記差分信号に含まれる雑音成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記雑音成分の強度に対する比率を示す雑音強度比が、前記差分信号に含まれる入力音声成分の強度の、前記第１又は第２の電圧信号に含まれる前記入力音声成分の強度に対する比率を示す入力音声強度比よりも小さくなるように配置されていてもよい。ここで音声入力部３０３０は、図３３から図３７で説明した構成で実現してもよい。
【０３１４】
また音声入力部３０３０はマイクロフォンからの入力に基づき第１の音声信号を生成するハンズフリー型に構成してもよい。
【０３１５】
音声出力部３０４０は、記第１の音声信号３０３４に基づき通話時の周囲雑音を検出する周囲雑音検出部３０４２と、検出された周囲雑音の大きさに基づき、前記スピーカ３０４６の音量を制御する音量制御部３０４４とを含むように構成してもよい。
【０３１６】
また音声出力部３０４０と前記音声入力部２０３０とは、分離して設置される構成でもよい。
【０３１７】
本実施の形態によれば、雑音環境において使用する場合でも音声入力用のマイクロフォンから得る周囲雑音の強度に合わせてスピーカの音量を連続的または段階的に制御することにより、音声入力者にスピーカから出力される音を聞き取りやすくすること、例えば通話の場合には送話と受話を容易にならしめる音声音声入出力装置を提供することができる。
【０３１８】
またマイクロフォンは、機器に直接的・間接的作用する衝撃音を容易にかつ極めて効果的に抑圧する特性を備えている。すなわち空気中を伝搬する音のみならず、固体中を伝搬する音も除去することが可能である。固体中の音の伝搬速度は空気中の伝搬速度に比べて極めて速い（約１０倍程度）ため、マイクロフォンが設置された固体に加わった衝撃音（雑音）は、ほぼ同時に前記振動膜に到達するため、空気中を伝搬する雑音と同様に除去することができる。
【０３１９】
したがって、従来きわめて不快な現象であった「スピーカから発した音が装置の筺体内または固体内を伝播してマイクに伝わり、マイクから再び通話の相手に音声エコーとなって戻っていくエコー現象」を効果的に除去することができる。
【０３２０】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、例えば卓上に設置したハンズフリー電話機などに組み込むことにより、高性能のハンズフリー拡声通話装置を提供することができる。
【０３２１】
従って、本実施の形態によればマイクロフォンに直接・間接に作用する衝撃雑音などに対しても雑音抑圧性能に優れることから、ハンズフリー型の音声入出力装置に組み込むことにより従来から極めて不快でまた除去が困難であった衝撃雑音下においても優れた性能の機器を提供することが出来る。
【０３２２】
なおパソコンのキーボード、作業ロボット、デジタル録音機、補聴器などに組み込んでも同様の効果を得ることができる。
【０３２３】
またマイクロフォンとスピーカ間に生じるハウリング抑圧性能にも優れることから、雑音環境に強い新しい音声入出力装置を提供することが出来る。
【０３２４】
本実施の形態の通話装置３０２０は、音声入出力装置３０１０と、音声入力部３０３０が生成した第１の音声信号３０３４を通話相手の装置に送信する送信部３０５０と、通話相手の装置から送信される第２の音声信号３０４８を受信する受信部３０６０と、を含む。
【０３２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０３２６】
【図１】マイクロフォンユニットについて説明するための図。
【図２】マイクロフォンユニットについて説明するための図。
【図３】マイクロフォンユニットについて説明するための図。
【図４】マイクロフォンユニットについて説明するための図。
【図５】音波の減衰特性について説明するための図。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】音声入力装置について説明するための図。
【図９】音声入力装置について説明するための図。
【図１０】音声入力装置の一例としての携帯電話を示す図。
【図１１】音声入力装置の一例としてのマイクを示す図。
【図１２】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。
【図１３】情報処理システムの概略図。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】集積回路装置について説明するための図。
【図２３】集積回路装置について説明するための図。
【図２４】集積回路装置について説明するための図。
【図２５】集積回路装置を有する音声入力装置について説明するための図。
【図２６】集積回路装置を有する音声入力装置について説明するための図。
【図２７】変形例に係る集積回路装置について説明するための図。
【図２８】変形例に係る集積回路装置を有する音声入力装置について説明するための図。
【図２９】集積回路装置を有する音声入力装置の一例としての携帯電話を示す図。
【図３０】集積回路装置を有する音声入力装置の一例としてのマイクを示す図。
【図３１】集積回路装置を有する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。
【図３２】情報処理システムの概略図。
【図３３】音声入力装置について説明するための図。
【図３４】音声入力装置について説明するための図。
【図３５】音声入力装置について説明するための図。
【図３６】音声入力装置について説明するための図。
【図３７】音声入力装置について説明するための図。
【図３８】音声入出力装置及び通話装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
【０３２７】
１…マイクロフォンユニット、２…音声入力装置、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…チャージアップ回路、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、１００１…集積回路装置、１００２…音声入力装置、１００３…集積回路装置、１００４、音声入力装置、１０１０…第１のマイクロフォン、１０１２…第１の振動膜、１０１４…第１の電極、１０１５…第１の振動膜、１０１６…集積回路、１０２０…第２のマイクロフォン、１０２２…第２の振動膜、１０２４…第２の電極、１０２５…第２の振動膜、１０３０…差分信号生成回路、１０４０…筐体、１０４２…開口、１０５０…演算処理部、１０６０…通信処理部、１１００…半導体基板、１１０２…第１の凹部、１１０４…第２の凹部、１２００…半導体基板、１２０１…第１の面、１２０２…第２の面、１２１０…第１の凹部、１２１２…開口、１２２０…第２の凹部、１３００…携帯電話、１４００…マイク、１５００…リモートコントローラ、１６００…情報処理システム、１６０２…音声入力装置、１６０４…ホストコンピュータ
２００１…音声入力装置、２０１０…第１のマイクロフォン、２０１２…第１の振動膜、２０２０…第２のマイクロフォン、２０２２…第２の振動膜、２０３０…差分信号生成部、２０４０…筐体、２０５０…演算処理部、２０６０…通信処理部、２０７０…基部、２０７２…主面、２０７４…凹部、２０７５…底面、２０７６…領域、２０７８…開口、２０８０…基部、２０８２…主面、２０８４…第１の凹部、２０８５…第１の開口、２０８６…第２の凹部、２０８７…第２の開口、２１００…コンデンサ型マイクロフォン、２０１０２…振動膜、２１０４…電極、３０１０…音声入出力装置、３０２０…通話装置、３０３０…音声入力部、３０３２…マイクロフォン、３０３４…第１の音声信号、３０４０…音声出力部、３０４２…周囲雑音検出部、３０４４…音量制御部、３０４６…スピーカ、３０５０…送信部、３０６０…受信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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