JP5166007B2 - マイクロフォンユニットおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロフォンユニットおよびその製造方法に関する。

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、雑音が存在する環境で使用される場合にもユーザの音声を正確に抽出することを可能にする、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。

雑音が存在する使用環境で雑音を除去する技術として、マイクロフォンユニット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。

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。
特開平７−３１２６３８号公報 特開平９−３３１３７７号公報 特開２００１−１８６２４１号公報

マイクロフォンユニット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。

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。

本発明の目的は、外形が小さく、かつ、高い雑音除去を有する高品質のマイクロフォンユニット、およびその製造方法を提供することにある。

（１）本発明に係るマイクロフォンユニットは、
内部空間を持つ筐体と、
前記筐体内に設けられ、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に振動膜を含む配線基板と、
前記配線基板上に搭載され、前記振動膜の振動に基づいて電気信号を出力するアンプ部とを有し、
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、前記アンプ部と接続される電極部とが形成されていることを特徴とする。

本発明によると、振動膜の両面にユーザ音声および雑音が入射する。振動膜に入射する音声のうち、雑音成分は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。

そして、筐体の内部空間を第１の空間と第２の空間とに分割する仕切りを配線基板で構成し、配線基板上にアンプ部を搭載することにより、高密度な実装を可能にするとともに、アンプ部を振動膜と同一面に形成することで、第１の貫通穴および第２の貫通穴から入射する音声が振動板に至る音響インピーダンス（伝播条件）をほぼ同等にすることができるため、高性能なマイクロフォンユニットを実現することができる。

（２）なお、前記筐体は少なくとも１つの平面部を有し、前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴は、前記平面部に形成されているものであってもよい。これにより、この平面部を基板あるいは携帯電話、ハンドセット等の筐体に対する固定面とすることができる。

（３）なお、前記アンプ部は前記配線基板上にフリップチップ実装されていてもよい。これにより、ボンディングワイヤー等による配線を排除することができ、対振動性能、対衝撃性能を向上させ、信頼性の高いマイクロフォンユニットを実現することができる。

（４）また、前記電極部は、前記平面部に形成されているものであっても構わない。マイクロフォンユニットを搭載し、前記電極部を介して外部回路と電気的な接続を行うためのパターン基板に、前記平面部に形成された前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴と対向するように２つの貫通穴を設けておき、該パターン基板に、前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴と前記２つの貫通穴とが重なるようにマイクロフォンユニットを実装することにより、前記平面部に、外部回路と電気的な接続を行う機能と、音声を入射する機能の両方を持たせることができるため、携帯電話等の薄型、省スペースが要求されるセットにおける実装に有効である。

（５）また、前記配線基板は、該配線基板の端面に電気接点を有し、前記電気接点と前記アンプ部とは前記配線基板上に設けられた第１のパターン配線により接続されており、前記電気接点と前記電極部とは前記筐体に設けられた第２のパターン配線により接続されているものであっても構わない。これにより、前記振動膜と前記アンプ部との配線だけでなく、前記アンプ部と前記電極部との配線についても、ボンディングワイヤーによる配線工程を排除することができるため、対振動性能、対衝撃性能を向上させ、信頼性の高いマイクロフォンユニットを実現することができる。

（６）本発明に係るマイクロフォンユニットの製造方法は、
内部空間を持ち、少なくとも１つの平面部を含む筐体と、前記筐体内に設けられ、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に振動膜を含む配線基板と、前記配線基板上に搭載され、前記振動膜の振動に基づいて電気信号を出力するアンプ部とを有し、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、前記アンプ部と接続される電極部とが形成されており、前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴が前記平面部に形成されたマイクロフォンユニットを、パターン基板に搭載する製造方法であって、
前記パターン基板には２つの貫通穴が形成されており、
前記マイクロフォンユニットの前記筐体に設けられた前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴と前記パターン基板の２つの貫通穴とが連通するように、前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を含む部分と、前記パターン基板とを対向させて、前記マイクロフォンユニットを前記パターン基板に実装することを特徴とする。

本発明によると、マイクロフォンユニットを搭載し、前記電極部を介して外部回路と電気的な接続を行うためのパターン基板に、前記平面部に形成された前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴と対向するように２つの貫通穴を設けておき、該パターン基板に、前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴と前記２つの貫通穴とが重なるようにマイクロフォンユニットを実装することにより、前記平面部に、外部回路と電気的な接続を行う機能と、音声を入射する機能の両方を持たせることができるため、携帯電話等の薄型、省スペースが要求されるセットにおける実装に有効である。

（７）なお、前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を囲む部分と前記パターン基板との間隙の領域を、接合部材により気密接合することが好ましい。これにより、前記筐体に設けられた前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴、および前記パターン基板の２つの貫通穴の周辺に発生する音響漏れを排除することができるため、雑音抑圧特性に優れたマイクロフォンユニットを実現することができる。

（８）なお、前記パターン基板には、前記筐体に設けられた前記電極部と対向してランド電極が形成されており、前記筐体に設けられた前記電極部と前記パターン基板のランド電極との間、および前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を囲む部分と前記パターン基板との間隙の領域は、半田付けにより接合されるものであって構わない。すなわち、前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を囲む部分を、前記電極部と同様に半田付けによる接合により行うことで、気密接合する工程の削減を図ることができる。

（９）また、前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を囲む半田付けによる接合領域は、前記電極部の一部として形成され、前記パターン基板の２つの貫通穴を囲む半田付けによる接合領域は、ランド電極の一部として形成するものであって構わない。前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を囲む部分に、電源電極、グランド電極、信号電極としての機能を持たせることにより、電極数を削減することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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、チャージポンプ回路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、チャージポンプ回路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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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、
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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、
と表すことができる。

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、
と表される。

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。

そのため、上述の式（４）は、
と変形することができる。

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。

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、
と表すことができる。なお、式中、αは位相差である。

このとき、ユーザ音声強度比ρ（Ｓ）は、
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、
と表すことができる。

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、
の関係を満たしていることが重要である。

ここで、
と表すことができるため、上述の式（Ｂ）は、
と表すことができる。

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、
を満たす必要があることがわかる。

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、
と近似することができる。

そのため、式（Ｃ）は、
と変形することができる。

また、位相差であるαとΔｒとの関係を、
と表せば、式（Ｄ）は、
と変形することができる。

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。

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。

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、
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、
と表すことができる。

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、
と変形することができる。

そして、雑音強度比の大きさは、
と表すことができる。

ここで、上述の式（９）を考慮すると、式（１７）は、
と変形することができる。

そして、式（１１）を考慮すると、式（１８）は、
と変形することができる。

ここで、式（Ｄ）を参照すれば、雑音強度比の大きさは、
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。

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。

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。

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、
と表すことができる。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下、具体的な変形例を示す。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（９）第９の変形例
図２２に、本発明を適用した実施の形態の第９の変形例に係るマイクロフォンユニット７００、図２３にマイクロフォンユニット７００の断面図、図２４にマイクロフォンユニット７００の構成分解図を示す。

マイクロフォンユニット７００の筐体７０１は、内部空間を有しており、この内部空間は配線基板７０４により、第１の空間７０９と第２の空間７１０とに分割されている。配線基板７０４は、一部に振動膜７０３を含んでおり、振動膜７０３の振動に基づいて電気信号を出力するアンプ部７０５を有している。

筐体７０１には、第１の空間７０９と前記筐体の外部空間とを連通する第１の貫通穴７０６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７０７とがあり、アンプ部７０５と接続される電極部７０８が形成されている。

本発明によると、筐体７０１の内部空間を第１の空間７０９と第２の空間７１０とに分割する仕切り板を配線基板７０４で構成し、配線基板７０４上にアンプ部７０５を搭載することにより、高密度な実装を可能にするとともに、アンプ部７０５を振動膜７０３と同一面に形成することで、第１の貫通穴および第２の貫通穴から入射する音声が振動板に至る音響インピーダンス（伝播条件）をほぼ同等にすることができる。

つまり、第２の空間７１０において第２の貫通穴７０７から振動膜７０３に至る経路にアンプ部７０５を配置した場合、第１の空間７０９においては、アンプ部７０５がないため、第１の貫通穴７０６から振動膜に至る音響インピーダンス（伝播条件）と、第２の貫通穴から振動膜に至る音響インピーダンス（伝播条件）が異なってくるため、特に高周波数域の雑音抑圧特性が劣化するが、アンプ部７０５を振動膜７０３と同一面に形成することで、第２の貫通穴７０７から振動膜７０３に至る経路にアンプ部７０５が来ないようにすることができるため、雑音抑圧特性が劣化を防ぐことができる。

特に、マイクロフォンユニット７００を小型化した場合、筐体７０１の容積は小さくなり、アンプ部７０５を配線基板７０４以外の部分に配置すると、第１の貫通穴７０６あるいは第２の貫通穴７０７から振動膜７０３に至る経路にアンプ部が来てしまうが、アンプ部７０５を振動膜７０３と同一面に形成することで、第２の貫通穴７０７から振動膜７０３に至る経路にアンプ部７０５が来ないようにすることができる。

また、アンプ部７０５を振動膜７０３と同一面に形成すれば、組み立て上の利点がある。図２４は、マイクロフォンユニット７００の構成分解図の一例を示している。マイクロフォンユニット７００を構成する筐体７０１は、配線基板７０４を挟んで左右２つの構造体に分けられており、配線基板７０４を含めると大きく３つのパーツに分けられる。

左右の筐体は、それぞれ直方体の一面が無い構造となっており、あらかじめ第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７が開けられている。また、配線基板には、あらかじめ振動膜７０３およびアンプ部７０５が形成あるいは配置されている。そして、図２５に示す状態から、図２６のように気密接着するようにする。

このとき、図２５、図２６筐体７０１を構成する左右２つの構造体の接合部に段差を設け、配線基板７０４を内側に嵌合するように構成すれば、接合面積を広く設けることができ、第１の空間７０９および第２の空間７１０の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７以外での音響リークを防ぐことができるため好ましい。

なお、アンプ部７０５は配線基板７０４上にフリップチップ実装されてもよい。これにより、ワイヤー配線工程を排除することができ、対振動性能、対衝撃性能を向上させ、信頼性の高いマイクロフォンユニットを実現することができる。

また、配線基板７０４は、配線基板７０４の端面に電気接点７０９を有し、電気接点７０９とアンプ部７０５とは配線基板７０４上に設けられた第１のパターン配線７１２により接続されることが好ましい。さらに、電気接点７０９と電極部７０８とは筐体７０１に設けられた第２のパターン配線７１３により接続されることが好ましい。これにより、アンプ部７０５から電極部７０８までのボンディングワイヤー等による配線を排除することができるため、対振動性能、対衝撃性能を向上させ、信頼性の高いマイクロフォンユニットを実現することができる。

また、振動膜７０３およびアンプ部７０５は、配線基板７０４の上に搭載する構成に限定されず、配線基板７０４の内部に形成されるものであっても良い。例えば、配線基板７０４を半導体基板で構成し、振動膜７０３をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で半導体基板内に構成するものであっても良い。また、アンプ部７０５についても該半導体基板内に構成しても良い。アンプ部７０５を半導体基板内に構成することで、第１の貫通穴から振動膜に至る音響インピーダンス（伝播条件）と、第２の貫通穴から振動膜に至る音響インピーダンス（伝播条件）をさらに等しくすることができる。

また、マイクロフォンユニット７００は６面体で示したが、この形態に限定されるものではなく、多面体、曲面を有する形態であっても構わない。ここで、筐体７０１に少なくとも１つの平面部７０２を有し、第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を平面部７０２に形成すれば、この平面部を用いて基板あるいは携帯電話、ハンドセット等の筐体に固定し、安定して音声を入力することが可能である。

ここで、電極部７０８は、平面部７０２に形成されるものであっても構わない。図２７に示すように、マイクロフォンユニット７００の電極部７０８と対向する位置に外部回路と電気的な接続を行うためのランド電極７１７を有するパターン基板７１４に、平面部７０２に形成された第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７と対向するように２つの貫通穴７１５を設けておく。そして、パターン基板７１４に、第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７と、２つの貫通穴７１５とが重なるようにマイクロフォンユニット７００を実装することにより、平面部７０２に、外部回路と電気的な接続を行う機能と、音声を入射する機能の両方を持たせることができるため、携帯電話等の薄型、省スペースが要求されるセットにおける実装に有効である。例えば、図８のような形で、マイクロフォンユニット７００を携帯電話等の筐体５０に実装する場合において、パターン基板７１４と筐体５０の距離を短くすることができる。

なお、電極部７０８は、第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を有する平面部７０２に形成されるものに限らず、平面部７０２以外の面に形成されるものであっても構わない。たとえば、図２２において、平面部７０２と対向する面、あるいは平面部７０２と直交する面に形成されるものであっても構わない。

また、ここで、筐体７０１の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を囲む部分とパターン基板７１４との間隙領域７１８は、接合部材により気密接合することが好ましい。これにより、筐体７０１に設けられた第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７、およびパターン基板７１４の２つの貫通穴７１５の周辺に発生する音響漏れを排除することができるため、雑音抑圧特性に優れたマイクロフォンユニットを実現することができる。

なお、パターン基板７１４には、筐体７０１に設けられた電極部７０８と対向してランド電極７１７が形成されており、筐体７０１に設けられた電極部７０８とパターン基板７１４のランド電極７１７との間、および筐体７０１の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を囲む部分とパターン基板７１４との間隙領域７１８は、半田付けにより接合されるものであって構わない。筐体７０１の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を囲む部分を、電極部７０８とランド電極７１７との接合と同時に、半田付けにより接合することで、気密接合する工程の削減を図ることができる。

ここで、筐体７０１の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を囲む部分とパターン基板７１４との間隙領域７１８の半田付けによる接合領域は、前記電極部の一部として形成され、前記パターン基板の２つの貫通穴を囲む半田付けによる接合領域は、ランド電極の一部として形成するものであって構わない。前記筐体の前記第１の貫通穴および前記第２の貫通穴を囲む部分に、電源電極、グランド電極、信号電極としての機能を持たせることにより、電極数を削減することができる。

また、筐体７０１の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を囲む半田付けによる接合領域は、電極部７０８の一部として形成され、パターン基板７１４の２つの貫通穴７１５を囲む半田付けによる接合領域は、ランド電極７１７の一部として形成するものであって構わない。筐体７０１の第１の貫通穴７０６および第２の貫通穴７０７を囲む部分に、電源電極、グランド電極、信号電極としての機能を持たせることにより、電極数を削減することができる。

マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 マイクロフォンユニットについて説明するための図。 音波の減衰特性について説明するための図。 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。 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。 音声入力装置について説明するための図。 音声入力装置について説明するための図。 音声入力装置の一例としての携帯電話を示す図。 音声入力装置の一例としてのマイクを示す図。 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。 情報処理システムの概略図。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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…チャージポンプ回路、 ４８…オペアンプ、 ５０…筐体、 ５２…開口、 ５４…弾性体、 ６０…演算処理部、 ７０…通信処理部、 ８０…振動膜、 １００…内部空間、 １０１…内部空間、 １０２…第１の空間、 １０４…第２の空間、 １１２…第１の空間、 １１４…第２の空間、 １１０…外部空間、 １１２…第１の空間、 １１４…第２の空間、 １２２…第１の空間、 １２４…第２の空間、 １３２…第１の空間、 １３４…第２の空間、 ２００…コンデンサ型マイクロフォン、 ２０２…振動膜、 ２０４…電極、 ３００…携帯電話、 ４００…マイク、 ５００…リモートコントローラ、 ６００…情報処理システム、 ６０２…音声入力装置、 ６０４…ホストコンピュータ、 ７００…マイクロフォンユニット、 ７０１…筐体、 ７０２…平面部、 ７０３…振動膜、 ７０４…配線基板、 ７０５…アンプ部、 ７０６…第１の貫通穴、 ７０７…第２の貫通穴、 ７０８…電極部、 ７０９…第１の空間、 ７１０…第２の空間、 ７１１…電気接点、 ７１２…第１のパターン配線、 ７１３…第２のパターン配線、 ７１４…パターン基板、 ７１５…貫通穴、 ７１６…接合部材、 ７１７…ランド電極、 ７１８…間隙領域

Claims (3)

1. 内部空間を持つ筐体と、
   前記筐体内に設けられ、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に半導体で形成される振動膜を含む配線基板と、
   前記配線基板上に搭載され、前記振動膜の振動に基づいて電気信号を出力するアンプ部とを有し、
   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、前記アンプ部と接続される電極部とが前記筐体の同一平面内に形成されており、
   前記配線基板は、前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴を挟んで前記同一平面に対して略垂直に配置され、前記配線基板の端面の一部が前記同一平面と接合されており、
   前記配線基板は、該配線基板の端面に電気接点を有し、
   前記電気接点と前記アンプ部とは前記配線基板上に設けられた第１のパターン配線により接続されており、
   前記電気接点と前記電極部とは前記筐体に設けられた第２のパターン配線により接続されていることを特徴とするマイクロフォンユニット。
2. 請求項１において、
   前記アンプ部は前記配線基板上にフリップチップ実装されていることを特徴とするマイクロフォンユニット。
3. 請求項１において、
   前記アンプ部は、前記半導体上に振動膜とともに集積して形成されることを特徴とするマイクロフォンユニット。