麦克风单元的制作方法

专利名称：麦克风单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种麦克风单元，其对声音(即，空气振动)进行检测并将检测到的声音转换成电信号以作为输出信号。
背景技术：
一种已知的麦克风单元包括第一麦克风及第二麦克风，用于分别接收输入声音并 将接收到的声音转换成电信号以作为输出信号，以便利用第一麦克风与第二麦克风的输出 信号之间的差来检测声音。一种麦克风单元为差动式麦克风单元，其具有“8”字形的双向特 性(模式)。与利用单个麦克风的输出信号来检测声音的非定向(全向)麦克风单元相比， 这种麦克风单元具有降低远场噪声的效果(降低检测从远处发出的声音的检测灵敏度)。图12为显示了在差动式麦克风单元及非定向麦克风单元中声源距离(发出声音 的位置)与检测灵敏度之间的关系图。从图12所示的关系可明显看出，从近处发出声音的 检测灵敏度与从远处发出声音的检测灵敏度之间的差(对从远处所发出声音相较于从近 处所发出声音的检测灵敏度的减小程度)在差动式麦克风的情况下要大于在非定向麦克 风情况下。由此可以理解的是，与非定向麦克风单元相比，差动式麦克风单元具有降低远场 噪声的效果。现在考虑传统差动式麦克风单元中发出声音的位置(声源的位置)，其中存在这 样一个位置，在该位置处第一麦克风输出信号的相位等于第二麦克风输出信号的相位。这 种位置被称为零点(null point)。在传统的差动式麦克风单元中，零点形成在从声源到第 一麦克风的声音传播时间等于从声源到第二麦克风的声音传播时间的位置处，即，在从声 源到第一麦克风的距离等于从声源到第二麦克风的距离的位置处。因而，在传统的差动式 麦克风单元中，从零点发出的声音会导致输入至第一麦克风的声波在相位和振幅上都与输 入至第二麦克风的声波相同，使得来自第一麦克风的输出信号在相位和振幅上都与来自第 二麦克风的输出信号相同。因而，从零点发出的声音会导致第一和第二麦克风的输出信号 之间没有差，由此造成对从零点发出声音的零检测输出。当被安装在诸如移动电话之类的产品中时，传统的差动式麦克风具有能够接收近 距离通话者(使用者)的语音及降低远场噪声的优点。然而其存在一个问题如果通话者 (使用者)的嘴巴位于零点，则通话者的语音(声音)的等级(level)会显著降低，从而致 使不能识别通话语音。在图13所示的移动电话90中尤其如此，该图为显示将差动式麦克 风单元80安装在移动电话90中的一实例的示意正视图。请参见图13，移动电话90的一侧 上形成有声音接收开口 92a、92b，而差动式麦克风单元80则包括分别具有声音接收部82a、 82b的第一麦克风81a和第二麦克风81b，其中声音接收部82a、82b分别面对声音接收开口 92a、92b，并被置于放置声音接收开口 92a、92b的同一侧。这样的布置可能会导致上述问 题，妨碍良好的语音质量。现有技术中还有一些其他已知的麦克风单元。例如，日本特开第2007-180896号 公报公开了一种声音(音频)信号处理设备，其具有彼此靠近放置的双向麦克风(第一麦克风)和非定向麦克风(第二麦克风)，其中第一和第二麦克风的输出信号被处理以从中 提取一具有预定相关性的信号，以便允许定向特性在一较窄的角度范围内很高。日本专利 3620133公开了一种具有四个麦克风胶囊(microphone capsule)的立体声麦克风，其中四 个麦克风胶囊的输出信号被处理以得到一立体声声音(音频)信号。日本特开第2003-44087号公报公开了一种具有多个麦克风的环境噪声降低系 统，其中所述多个麦克风的输入信号被处理以从中除去声音(音频)信号，以便从除去声音 (音频)信号后余下的信号中估计环境噪声信号。将环境噪声信号的频谱从输入信号的频 谱分量中除去，以降低环境噪声信号。日本特开平第5-284588号公报公开了一种具有第一 和第二麦克风的声音(音频)信号输入设备，其中第二麦克风的输出信号被延迟，然后再进 行反相。将第二麦克风的这一反相后的输出信号与第一麦克风的输出信号进行相加并放 大，以便于消除环境噪声。另外，PCT申请号2002-507334的日文公开译本公开了一种噪声 控制设备，其具有一弯曲反射体来偏转环境噪声，以便于消除环境噪声。尽管如此，这些已 知的设备或系统都没有解决以上问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种麦克风单元，其能够在降低远场噪声的同时提高对从零 点所发出声音的检测灵敏度。根据本发明，这一目的通过一种麦克风单元来实现，其包括第一麦克风和第二麦 克风，用于将声音转换成电信号以作为输出信号，以便基于该第一麦克风和第二麦克风的 输出信号对声音进行检测；以及延迟装置，用于对该第一麦克风的输出信号进行延迟。该延 迟装置对该第一麦克风的输出信号进行延迟以满足关系式0. 76彡D/ΔΓ彡2. 0，其中D为 用于该第一麦克风的输出信号的延迟量，ΔΓ为该第一麦克风和第二麦克风之间的距离。而 且，声音是利用该第一麦克风经该延迟装置延迟后的输出信号与该第二麦克风的输出信号 之间的差分信号进行检测的。本发明的麦克风单元对该第一麦克风的输出信号进行延迟以便于将零点置于这 样一个位置，从这个位置到该第一麦克风和第二麦克风的距离互不相同。这便导致输入至 该第一麦克风的声音的振幅不同于输入至该第二麦克风的声音的振幅。因此，基于从零点 所发出声音的第一麦克风和第二麦克风的输出信号在振幅上互不相同。即使两路输出信号 在相位上彼此相同，基于从零点所发出声音的第一麦克风和第二麦克风的输出信号之间在 振幅上的这种差异也会存在。因而，从零点所发出的声音会导致两路输出信号之间的差异， 防止对从零点所发出声音的零检测输出，从而可利用这两路输出信号之间的差来检测从零 点发出的声音。另外，该第一麦克风的输出信号是以一满足关系式0. 76≤D/Ar≤2. 0的延迟量 D进行延迟，其中ΔΓ为该第一麦克风和第二麦克风之间的距离。这使得在降低远场噪声的 同时可以增大对从零点所发出声音的检测灵敏度。另外，由于该第一麦克风的输出信号的 延迟，零点会形成在使得从此处到第一和第二麦克风的距离互不相同的位置处，从而本发 明的麦克风单元的有效灵敏度的角度范围可以增大。本发明的麦克风单元借鉴了具有降低 远场噪声特性的差动式麦克风单元的优点。另外，即使当通话者(使用者)的嘴巴位于零 点，本发明的麦克风单元也可以将由零点所造成的通话者音量等级的降低最小化，从而可以解决语音无法辨清(语音消退)的问题。尤其是当安装在移动电话中时，本发明的麦克 风单元可以有利地获得良好的语音质量。根据本发明的麦克风单元，该延迟装置可以是延迟元件或者用于延迟声音传播的 传播延迟组件。尽管本发明的新颖性特征在所附权利要求书中加以阐明，但结合附图从下文详细 的描述中将能更好地理解本发明。


以下将参考附图对本发明进行阐述。需要指出的是，所有附图所显示的均用于说 明本发明或其实施例的技术构思，其中图1为根据本发明第一实施例的麦克风单元的示意性立体图；图2为第一实施例的麦克风单元的示意性方框图；图3A及图3B均为显示第一实施例的麦克风单元中延迟量与零点之间关系的图 表；图4A至图4F为在角坐标系中显示第一实施例的麦克风单元在不同延迟量下对 500mm处远场声源的灵敏度特性的图表；图5A至图5F为在角坐标系中显示第一实施例的麦克风单元在不同延迟量下对 25mm处近场声源的灵敏度特性的图表；图6为在直角坐标系中显示第一实施例的麦克风单元的灵敏度特性的图表，其与 图5A至图5F中的图表相对应，并通过在直角坐标系中叠加图5A至图5F的曲线获得。图7为显示在第一实施例的麦克风单元中延迟量与零点处增益衰减之间关系的 图表；图8为显示在第一实施例的麦克风单元中延迟量与降噪效果之间关系的图表；图9为显示将第一实施例的麦克风单元安装在移动电话中的一实例的示意性正 视图；图10为本发明的第二实施例的麦克风单元的示意性剖视图；图11为本发明的第三实施例的麦克风单元的示意性剖视图；图12为显示在传统差动式麦克风单元及非定向麦克风单元中声源距离与检测灵 敏度之间关系的图表；以及图13为将传统差动式麦克风单元安装在移动电话中的一实例的示意性正视图。
具体实施例方式作为实施本发明的最佳方式，本发明的多个实施例将在下文中参考附图加以阐 述。本发明涉及一种麦克风单元。需要理解的是，此处实施例并非意图限制本发明，或是意 图覆盖本发明的全部范围。请注意，在所有附图中使用相同的附图标记或符号代表相同的 部件。(第一实施例)将参考图1至图9阐述根据本发明第一实施例的麦克风单元1。图1为根据第一 实施例的麦克风单元1的示意性立体图。麦克风单元1被安装并应用于诸如移动电话或助听器之类的产品中，并对空气中传播的声音(即，空气振动)进行检测，还将检测到的声音 转换成电信号以作为输出信号。麦克风单元1包括第一麦克风2a和第二麦克风2b，均用 于对声音进行检测并将检测到的声音转换成电信号；安装基板(base) 10，用于安装第一麦 克风2a和第二麦克风2b ；等等。麦克风单元1属于差动式，其基于第一麦克风2a和第二 麦克风2b的输出信号对声音进行检测。第一麦克风2a具有声音接收部20a，用于接收通过自身输入的声音，并将输入声 音转换成电信号，再进一步输出电信号以作为输出信号，该输出信号具有与该输入声音的 相位和振幅对应的相位和振幅。第二麦克风2b与第一麦克风2a相似，这样第二麦克风2b 具有声音接收部20b，用于接收通过自身输入的声音，并将输入声音转换成电信号，再进一 步输出电信号以作为输出信号，该输出信号具有与该输入声音的相位和振幅对应的相位和 振幅。第一麦克风2a和第二麦克风2b安装在安装基板10上(在安装基板的一侧)，以使 它们的声音接收部20a、20b面对同一个方向。第一麦克风2a和第二麦克风2b均具有用于声音检测的电容，其由振动膜 (vibratory diaphragm)和背电极组成，其中输入的声音使振动膜振动，而该电容的静电 电容的变化会检测到该振动膜的振动，以便检测该输入的声音并输出电信号以作为输出信 号，该输出信号具有与输入声音的相位和振幅相对应的相位和振幅。该第一和第二麦克风 中每一个的振动膜和背电极是以所谓的MEMS (Micro Electro Mechanical System，微机电 系统)的形式构成。更具体地，第一麦克风2a和第二麦克风2b中每一个的振动膜和背电极 是通过采用半导体精细加工技术、使用具有导电性的硅(例如，采用离子注入或离子植入) 制成。因为该振动膜和背电极是由硅制成的，所以第一麦克风2a和第二麦克风2b被称为 硅麦克风。由于采用了使用硅的MEMS结构，麦克风单元1能够实现在尺寸上的减小以及性 能上的提高。
图2为麦克风单元1的示意性方框图。如图2所示，除了上述元件，麦克风单元1 还包括延迟元件3，耦接至第一麦克风2a的输出端；减法器4，耦接至该第二麦克风的输 出端和延迟元件3的输出端；等等。麦克风单元1的延迟元件3用于对其中的输入信号进 行延迟，并接收第一麦克风2a的输出信号作为这里的输入信号，以使延迟元件3对第一麦 克风2a的输出信号进行延迟用以输出。更具体地，延迟元件3对第一麦克风2a的输出信 号进行延迟以满足关系式0. 76彡D/ Δ r彡2. 0，其中D为用于第一麦克风2a的输出信号的 延迟量(延迟时间)，而Δ r为第一麦克风2a和第二麦克风2b之间(更具体是指声音接收 部20a、20b之间)的距离。优选地，距离ΔΓ为5mm或更短，以便于有效地降低全向的远场 噪声。在本实施例中，距离被设定为Ar = 5mm。麦克风单元1的减法器4用于计算两路输入信号之间的差，并输出差分信号 (difference signal)，并在这里接收延迟元件3的输出信号(其为经延迟元件3延迟后的 第一麦克风2a的输出信号)、以及作为输入信号的第二麦克风2b的输出信号，从而减法器 4输出的是第二麦克风2b的输出信号与经延迟元件3延迟后的第一麦克风2a的输出信号 之间的差分信号。两个麦克风2a、2b之间的这一差分信号被作为麦克风单元1所检测的声 音的电信号予以输出。概括而言，当声音输入至具有这种配置的麦克风单元1的第一麦克风2a和第二麦 克风2b时，第一麦克风2a和第二麦克风2b都输出一电信号，该电信号的相位和振幅对应于输入声音的相位和振幅。第一麦克风2a的输出信号经延迟元件3延迟并输入至减法器 4，而第二麦克风2b的输出信号则不经延迟就输入至减法器4。因而，减法器4输出的是经 延迟元件3延迟后的第一麦克风2a的输出信号与第二麦克风2b的输出信号之间的差分信 号。换言之，具有第一麦克风2a和第二麦克风2b (均输入有声音)的麦克风单元1利用经 延迟元件3延迟后的第一麦克风2a的输出信号(即，经延迟元件3延迟并具有对应于所输 入声音的相位和振幅的相位和振幅的电信号)与第二麦克风2b的输出信号(S卩，具有对应 于所输入声音的相位和振幅的相位和振幅且未经延迟的电信号)之间的差分信号来检测 声音。图3A及图3B均为显示在麦克风单元1中延迟量D (第一麦克风la的输出信号经 延迟元件3延迟的延迟时间)和零点之间关系的图表。零点是指这样一个位置，当声音从 这一位置(声源的位置)发出时会使得第一麦克风2a的输出信号的相位等于第二麦克风 2b的输出信号的相位。因而，使用延迟量D，零点限定为声源的这样一位置，从该位置到第 一麦克风2a的声音传播时间与其到第二麦克风2b的声音传播时间之间的差等于延迟量D。 换言之，假设Rd为对应于延迟量D的声音传播距离，Ra为从零点到第一麦克风2a的距离， Rb为从零点到第二麦克风2b的距离，则零点的位置是这样一个位置，其使得距离Ra和Rb 之间的差为常量Rd(Rd = Rb-Ra)。请参见图3A，这点将在下文加以详细阐述。在图3A中，假设第一麦克风2a和第二 麦克风2b的位置分别为Fa、Fb，且第一麦克风2a和第二麦克风2b之间的中点为0，则零点 位于下述所定义的曲面S上的任意一点P处。曲面S为满足等式Rd = Rb-Ra的点P的集 合(轨迹)，该等式定义出以连接位置Fa、Fb的线段L为轴的旋转对称面，并且曲面S具有 位于线段L上的顶点So。中点0与顶点So之间的距离为(l/2)XRd。曲面S的曲率随着 延迟量D和从中点0到顶点So的距离的增大(减小)而增大(减小)。另一方面，如图3B 所示，当延迟量为0 (零)时，零点则位于平面T上的任意点Q，该平面T为满足等式Rb-Ra =0的点Q的集合(轨迹)。平面T穿过中点0并垂直于线段L。如上所述，本实施例的麦克风单元1对第一麦克风2a的输出信号进行延迟以便将 零点置于这样一个位置(曲面S上的位置)，从这个位置到第一麦克风2a和第二麦克风2b 的距离互不相同。这使得从零点发出的声音在以球状扩展(spread out)时(由此依据传 播距离衰减声音的振幅)到达第一麦克风2a的传播距离不同于其到达第二麦克风2b的传 播距离，从而输入至第一麦克风2a的声音的振幅不同于输入至第二麦克风2b的声音的振 幅。因此，基于从零点所发出声音的第一麦克风2a和第二麦克风2b的输出信号在振幅上 互不相同。即使两路输出信号在相位上彼此相同，基于从零点所发出声音的第一麦克风2a 和第二麦克风2b的输出信号之间在振幅上的这种差异也会存在。因而，从零点发出的声音 会导致两路输出信号之间的差，从而可利用这两路输出信号之间的差来检测从零点发出的 声音。图4A至图4F为在角坐标系中显示本实施例的麦克风单元1在不同延迟量D下对 假定为远场噪声的500mm处远场声源的灵敏度特性的图表。另一方面，图5A至图5F为在 角坐标系中显示麦克风单元1在不同延迟量D下对假定为近距离通话者的25mm处近场声 源的灵敏度特性的图表。图6为在直角坐标系中显示麦克风单元1的灵敏度特性的图表， 其与图5A至图5F中的图表相对应，并通过在直角坐标系中叠加图5A至图5F的曲线获得。
在图4A至图4F以及图5A至图5F中，坐标的原点对应于麦克风单元1的第一麦 克风2a和第二麦克风2b之间的中点，且坐标的0°方向(零度)对应于从第一麦克风2a 和第二麦克风2b之间的中点看过去时第二麦克风2b的方向。请注意到在图6中，对从图 5A至图5F中0°方向位置所发出声音的检测灵敏度(最大灵敏度)均显示为0(零)dB。 图4A至图4F、图5A至图5F及图6中所示的本实施例的麦克风单元1的灵敏度特性，是通 过将第一麦克风2a和第二麦克风2b之间的距离Ar设定为Ar = 5mm，并将声音的频率设 定为人声的基频1kHz所获得的灵敏度特性。从图4A至图4F显然看出，在假定为远场噪声的500mm处远场声源的情况中，零点 出现在Oiis延迟量D下的90°方向和270°方向的位置(即，与第一麦克风2a和第二麦 克风2b等距的位置)，并且当增加延迟量D时零点的位置会发生变化。随着延迟量D的增 大，零点以更远离90°和270°方向并更接近180°方向的趋势移动。另外，在Oys的延迟 量D下，对从零点所发出声音的检测灵敏度为0 (零)。随着延迟量D的增大，该检测灵敏度 会增大，而对从零点所发出声音的检测灵敏度相较于最大灵敏度(针对从0°方向的位置 所发出声音的检测灵敏度)的降低量则会减小。而且，从图5A至图5F及图6显然看出，在假定为近距离通话者的25mm处近场声源 的情况中，零点出现在Oys延迟量D下的90°方向和270°方向的位置，并且当增加延迟 量D时零点的位置会发生变化。随着延迟量D的增大，零点以更远离90°和270°方向并 更接近180°方向的趋势移动。另外，在Ops的延迟量D下，对从零点所发出声音的检测灵 敏度为0 (零)。随着延迟量D的增大，该检测灵敏度会增大，而对从零点所发出声音的检测 灵敏度相较于最大灵敏度(针对从0°方向的位置所发出声音的检测灵敏度)的降低量则 会减小。将从最大灵敏度(针对从0°方向的位置所发出声音的检测灵敏度)到-10dB的 检测灵敏度的角度范围定义为有效灵敏度的角度范围，则在0 y s的延迟量D下有效灵敏度 的角度范围为140°。随着延迟量D的增大，有效灵敏度的角度范围也增大，且在11. 3PS 的延迟量D下，有效灵敏度的角度范围为170°。图7为显示在假定为近距离通话者的25mm处近场声源的情况下，麦克风单元1中 延迟量D与零点处增益衰减(reduction)之间关系的图表。这里，零点处的增益衰减是指 对从零点所发出声音的检测灵敏度相较于最大灵敏度的降低，其表明随着零点处增益衰减 的降低，对从零点所发出声音的检测灵敏度会增大。图7显示出零点处增益衰减随着延迟 量D的变化而发生的变化，其中横轴为延迟量D，竖轴为零点处的增益衰减。请注意，竖轴的 绝对值标示零点处的增益衰减量，其表明随着竖轴的绝对值的减小，零点处的增益衰减也 在降低。此处图7所示的麦克风单元1中零点处的增益衰减是基于上述图5A至图5F和图 6所示的结果而获得的结论。因而，其是通过采用本实施例的麦克风单元1而得到的结果， 在本实施例中，第一麦克风2a和第二麦克风2b之间的距离Ar被设定为Ar = 5mm，并且 声音的频率被设定为人声的基频1kHz。从实践的角度来看，零点处的增益衰减需要为20dB 或更低，或者更具体而言，其需要从人类听知觉考虑允许使用者能够不费力地听见并辨清 声音。从图7所示的结果可以理解到，较小(较大)的延迟量D会导致零点处增益衰减的 增大(降低)。由此得到的一个结论是当延迟量D为3. 8 y s或更大时，零点处的增益衰减
8为20dB或更低。通过将D除以A r来对延迟量D与第一麦克风2a和第二麦克风2b之间 的距离Ar( = 5mm)进行归纳，得到的结果表明如果D/A r ( y s/mm)为0. 76或更高，则零 点处的增益衰减为20dB或更低。获得类似的多个结果表明，即使本实施例的麦克风单元1 中第一麦克风2a和第二麦克风2b之间的距离A r被设定为2mm或10mm，如果D/ A r ( y s/ mm)为0.76或更高，则零点处的增益衰减为20dB或更低。从这些结果可以得出，从实践的 角度来看，为了通过抑制零点处的增益衰减来提高针对从零点所处位置发出的声音的检测 灵敏度，D/ A r ( y s/mm)需要为0. 76或者更高(关系式0. 76彡D/ A r通过抑制这种增益 衰减来允许这种检测灵敏度的提高)。图8为显示在麦克风单元1中延迟量D与降噪效果之间关系的图表。这里，降噪效 果是指降低远场噪声(降低对从较远距离的位置发出的声音的检测灵敏度)的效果，更具 体而言，其对应于对从较近距离的位置发出的声音的检测灵敏度与对从较远距离的位置发 出的声音的检测灵敏度之间的差。在普通的非定向麦克风单元中，声音是基于不具有降噪 效果的单个麦克风的输出信号来进行检测的，从而前一检测灵敏度(检测诸如需要被检测 的通话语音之类的声音)与后一检测灵敏度(检测不需要被检测的声音)之间的差较小。 与此相反，从图8中显然看出，在本实施例的麦克风单元中，前一灵敏度和后一灵敏度之间 的差要更高于普通非定向麦克风单元中的这一差。图8显示了通过改变延迟量D实际造成的降噪效果的测量结果，其中横轴为延迟 量D而纵轴为降噪效果，其标示着降噪效果随着纵轴值的增大而提高。请注意，该降噪效果 的测量是通过使用本实施例的麦克风单元1以及一用于对比的传统非定向麦克风并将这 些麦克风单元置于真实噪声环境中而获得的，本实施例中第一麦克风2a和第二麦克风2b 之间的距离Ar被设定为Ar = 5mm。请注意，从实践的角度来看，降噪效果需要为6dB或更大，更具体而言，其需要允 许使用者从人类听知觉的角度能够感觉到噪声有效地降低。从图8所示的实际测量结果可 以理解的是，较小(较大)的延迟量D会导致降噪效果的提高(降低)。由此得到的实际测 量结果为，在延迟量D为10 y s或更小时可以获得6dB或更高的降噪效果。通过将D除以 Ar来对延迟量D与第一麦克风2a和第二麦克风2b之间的距离Ar( = 5mm)进行归纳， 得到的实际测量结果表明，如果D/ A r ( y s/mm)为2. 0或更低，则可以获得6dB或更高的降 噪效果。获得类似的多个实际测量结果表明，即使本实施例的麦克风单元1中第一麦克风 2a和第二麦克风2b之间的距离Ar被设定为2mm或10mm，如果D/Ar(ii s/mm)为2. 0或 更低，则降噪效果为6dB或更高。从这些结果可以得出，从实践的角度来看，为了获得能够 降低远场噪声的降噪效果，D/Ar(u s/mm)需要为2. 0或者更低(关系式D/ A r彡2. 0实 现了这种能够降低远场噪声的降噪效果)。从以上可以理解，在本实施例的麦克风单元1中，重要的是使延迟元件3以满足关 系式0. 76彡D/ A r < 2. 0的延迟量D对第一麦克风2a的输出信号进行延迟。本实施例的麦 克风单元1基于关系式D/ A r < 2. 0使降低远场噪声成为可能，同时基于关系式0. 76 ( D/ A r能够提高对从零点位置发出的声音的检测灵敏度。因而，通过以满足关系式0. 76 ( D/ Ar^2.0的延迟量D对第一麦克风2a的输出信号进行延迟，本实施例的麦克风单元1能 够在降低远场噪声的同时提高对从零点所发出声音的检测灵敏度。如上所述，根据本实施例的麦克风单元1，第一麦克风2a的输出信号的延迟量D使
9得零点的位置到第一麦克风2a和第二麦克风2b的距离不同。为了基于此点确定有效灵敏 度的角度范围，实际测量也通过将麦克风单元1置于各种位置来进行，以测量对从零点所 处位置以及从零点所处位置以外的其他位置发出的声音的检测灵敏度。实际测量的结果表 明，从零点所处位置以外的其他位置发出的声音能够以很高的灵敏度被检测到。这表明本 实施例的麦克风单元1能够具有增大的有效灵敏度角度范围。如前所述，本实施例的麦克风单元1使提高对从零点所发出声音的检测灵敏度成 为可能，同时降低了远场噪声，并增大有效灵敏度的角度范围。换言之，本实施例的麦克风 单元1借鉴了具有降低远场噪声特性的差动式麦克风单元的优点，同时又解决了在零点处 音量等级降低(voice level reduction)的问题。更具体地，即使当通话者(使用者)的 嘴巴处于零点处，麦克风单元1也能够将由零点所造成的通话者语音等级的降低最小化， 从而使语音无法辨清(语音消退)的问题能够得以解决。尤其是当安装在移动电话中时， 麦克风单元1可以有利地获得良好的语音质量。图9为显示将本实施例的麦克风单元1安装在移动电话90中的一实例的正视图。 请参见图9，本实施例的麦克风单元1例如安装在具有壳体91的移动电话90中，其具有形 成在其一侧(面对使用者或通话者)的声音接收开口 92a、92b;而第一麦克风2a和第二 麦克风2b分别具有声音接收部20a、20b，其中声音接收部20a、20b分别面对声音接收开口 92a、92b，并被置于声音接收开口 92a、92b所放置的同一侧。当按照这种方式将麦克风单元 1安装在移动电话90中时，零点会出现在通话者的方向上(在通话者这侧上)。即使按照这 种方式安装在移动电话90中(即使零点出现在通话者的方向上)，本实施例的麦克风单元 1也能够提高对从零点所发出声音的检测灵敏度，并增大有效灵敏度的角度范围，使语音无 法辨清(语音消退)的问题能够得以解决并获得良好的语音质量。(第二实施例)将参考图10阐述根据本发明第二实施例的麦克风单元1，图10为本实施例的麦克 风单元1的示意性剖视图。除了还包括用于罩住第一麦克风2a和第二麦克风2b的罩体5、 以及不包括第一实施例中使用的延迟元件3之外，本实施例的麦克风单元1与第一实施例 中的麦克风单元1是一样的。更具体地，本实施例的麦克风单元1利用第一麦克风2a的输 出信号(即，具有对应于其所输入声音的相位和振幅的相位和振幅且未经延迟的电信号) 与第二麦克风2b的输出信号(S卩，具有对应于其所输入声音的相位和振幅的相位和振幅且 未经延迟的电信号)之间的差分信号来检测声音。罩体5具有连接至安装基板10的整个周围边缘(peripheral end)的端部(竖直 壁的端部)，其中安装基板10用于安装第一麦克风2a和第二麦克风2b。罩体5具有用于允 许声音通过其输入的第一开口 5a和第二开口 5b。第一开口 5a和第二开口 5b形成于罩体 5的顶壁中，即，形成在罩体5的同一个平面上(也即，在麦克风单元1的同一个平面上)。 这里，从第一开口 5a到第一麦克风2a (声音接收部20a)的距离(声音传播路径的长度) 不同于从第二开口 5b到第二麦克风2b (声音接收部20b)的距离(声音传播路径的长度)， 使得前一距离长于后一距离。从第一开口 5a到第一麦克风2a的距离与从第二开口 5b到 第二麦克风2b的距离之间的差导致从第一开口 5a到第一麦克风2a的声音传播时间与从 第二开口 5b到第二麦克风2b的声音传播时间之间的差。根据本实施例，这一时间差用于 将零点定位于这样一个位置，从这个位置到第一开口 5a(第一麦克风2a)的距离与其到第
10二开口 5b (第二麦克风2b)的距离互不相同。现在，假设Ar为第一开口 5a与第二开口 5b之间的距离，D为从第一开口 5a到第 一麦克风2a的声音传播时间与从第二开口 5b到第二麦克风2b的声音传播时间之间的时 间差。在本实施例中，从第一开口 5a到第一麦克风2a的距离与从第二开口 5b到第二麦克 风2b的距离之间的距离差被选择或设定为，使时间差D满足关系式0. 76彡D/Ar彡2. 0。 优选地，距离Ar为5mm或更短，以便于有效地降低全向远场噪声。在本实施例中，距离被 设定为Ar = 5mm。由于时间差D与第一实施例中的延迟量D以相同的方式起作用，因此可 以理解的是，时间差D也可被称为延迟量D。本实施例的麦克风单元1也具有与第一实施例 的麦克风单元相似的功能和效果。(第三实施例)将参考图11阐述根据本发明第三实施例的麦克风单元1，图11为本实施例麦克风 单元1的示意性剖视图。除了还包括用于罩住第一麦克风2a和第二麦克风2b的罩体5以 及用于延迟声音传播的传播延迟组件6、并且不包括第一实施例中使用的延迟元件3之外， 本实施例的麦克风单元1与第一实施例中的麦克风单元1是一样的。罩体5具有连接至安 装基板10的整个周围边缘的一端部(竖直壁的端部)，其中安装基板10用于安装第一麦克 风2a和第二麦克风2b。罩体5具有用于允许声音通过其得以输入的第一开口 5a和第二开 口 5b。第一开口 5a和第二开口 5b形成于罩体5的顶壁中，S卩，形成在罩体5的同一个平面 上(也即，在麦克风单元1的同一个平面上)。这里，从第一开口 5a到第一麦克风2a (声音 接收部20a)的距离等于从第二开口 5b到第二麦克风2b (声音接收部20b)的距离。传播延迟组件6是由，例如，毡制品(felt)之类的材料制成，并且其对声音进行延 迟(延迟声音传播)而不会衰减声音的振幅。传播延迟组件6设置在第一开口 5a与第一 麦克风2a之间(即，在从第一开口 5a到第一麦克风2a的声音传播路径上)。传播延迟组 件6在第一开口 5a与第一麦克风2a之间的设置，会导致从第一开口 5a到第一麦克风2a 的声音传播时间与从第二开口 5b到第二麦克风2b的声音传播时间之间的时间差。根据本 实施例，这一时间差被用作将零点定位在这样一个位置，从这个位置到第一开口 5a(第一 麦克风2a)的距离与其到第二开口 5b(第二麦克风2b)的距离互不相同。现在，假设Ar为第一开口 5a与第二开口 5b之间的距离，D为从第一开口 5a到 第一麦克风2a的声音传播时间与从第二开口 5b到第二麦克风2b的声音传播时间之间的 时间差。在本实施例中，传播延迟组件6被选择或设定为满足关系式0. 76^D/Ar^2.0o 优选地，距离Ar为5mm或更短，以便于有效地降低全向的远场噪声。在本实施例中，距离 被设定为Ar = 5mm。由于时间差D与第一实施例中的延迟量D以相同的方式起作用，因此 可以理解的是，时间差D也可被称为延迟量D。本实施例的麦克风单元1具有与第一实施例 的麦克风单元相似的功能和效果。需要指出的是，本发明并不限于以上实施例，在本发明的构思与范围之内可进行 各种修改。例如，在上述的第一实施例中，可以使用延迟元件对第二麦克风的输出信号进行 延迟，而不是由延迟元件对第一麦克风的输出信号进行延迟。另外，在第一实施例中，也可 以使用传播延迟组件(例如由毡制品之类的材料制成)代替延迟元件来对声音传播进行延 迟，并可以将传播延迟组件置于第一或第二麦克风的声音接收部上。这样的布置也能够获 得类似于第一实施例中实现的功能和效果。
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此外，在第一至第三实施例中，所采用的第一和第二麦克风中的任一个都不限于 以MEMS (硅麦克风)形式由振动膜和背电极构成的麦克风，而可以是驻极体电容的类型，其 中振动膜由驻极体膜(带有剩余极化的电介质体)形成。而且，其还可以是电动式、电磁式 或压电(晶体)式的麦克风。并且，在第二和第三实施例中，第一开口 5a和第二开口 5b可 以形成在罩体的不同平面上(麦克风单元的不同平面)。这样的布置也能够实现第二和第 三实施例中那样类似的功能和效果。本发明虽以目前优选的实施例阐述如上，但这种阐述不应被解释为对本发明的限 制。在阅读本说明书后，对于本领域的普通技术人员来说一些修改将变得明显、显然或显而 易见。因此，所附的权利要求书应该被解释成涵盖落入本发明构思与范围内的所有修改和变动。本申请基于2009年3月3日提交的日本专利申请2009-049921，其全部内容通过
参考援引于此。
权利要求
一种麦克风单元，包括第一麦克风和第二麦克风，用于将声音转换成电信号作为输出信号，以便基于该第一麦克风和该第二麦克风的输出信号对声音进行检测；以及延迟装置，用于对该第一麦克风的输出信号进行延迟，其中，该延迟装置对该第一麦克风的输出信号进行延迟使得满足关系式0.76≤D/Δr≤2.0，其中D为用于该第一麦克风的输出信号的延迟量，Δr为该第一麦克风与该第二麦克风之间的距离；并且其中，声音是利用该第一麦克风经该延迟装置延迟后的输出信号与该第二麦克风的输出信号之间的差分信号进行检测的。
2.如权利要求1所述的麦克风单元，其中，该延迟装置为一延迟元件。
3.如权利要求1所述的麦克风单元，其中，该延迟装置为用于延迟声音传播的传播延 迟组件。
全文摘要
一种麦克风单元，包括第一麦克风和第二麦克风以及延迟元件。当声音输入至第一麦克风和第二麦克风单元时，延迟元件对第一麦克风的输出信号进行延迟，以便利用第一麦克风的输出信号与第二麦克风的输出信号之间的差分信号对声音进行检测。延迟元件对第一麦克风的输出信号进行延迟以满足关系式0.76≤D/Δr≤2.0，其中D为用于第一麦克风的输出信号的延迟量，Δr为该第一和第二麦克风之间的距离。关系式D/Δr≤2.0能够减低远场噪声，而关系式0.76≤D/Δr能够提高对从零点所发出声音的检测灵敏度。
文档编号H04R19/04GK101827298SQ20101012965
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者堀边隆介, 猪田岳司, 田中史记, 高野陆男 申请人:船井电机株式会社