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JP7528641B2 - Acoustic Sensor - Google Patents

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JP7528641B2
JP7528641B2 JP2020144876A JP2020144876A JP7528641B2 JP 7528641 B2 JP7528641 B2 JP 7528641B2 JP 2020144876 A JP2020144876 A JP 2020144876A JP 2020144876 A JP2020144876 A JP 2020144876A JP 7528641 B2 JP7528641 B2 JP 7528641B2
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Description

本開示は、ＭＥＭＳマイクを利用する音響センサに関する。 The present disclosure relates to acoustic sensors that utilize MEMS microphones.

従来、マイクロフォン、又はマイクロフォンを利用した機器では、感知された音から、本来感知したい音とは別に感知された雑音を排除するための機能が搭載されていることが知られている。特許文献１には、外部の物体と擦れる際の雑音を抑制する補聴器が開示されている。また、特許文献２には、ボイスコイルとキャンセルコイルとが、外部振動に対して逆位相接続となるように結線され、雑音を抑制するマイクロフォンが開示されている。 It is known that conventional microphones or devices using microphones are equipped with a function for eliminating noise detected separately from the sound that is actually desired to be detected from the detected sound. Patent Document 1 discloses a hearing aid that suppresses noise caused by rubbing against an external object. Patent Document 2 discloses a microphone in which a voice coil and a cancellation coil are wired so as to be in antiphase with respect to external vibrations, thereby suppressing noise.

国際公開第２０１４／０２７６０５号International Publication No. 2014/027605 特開２０１５－１５６１３号公報JP 2015-15613 A

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の技術を用いたマイクロフォン（以下、ＭＥＭＳマイク）を利用した音響センサが知られている。ＭＥＭＳマイクは、音を受信すると振動するダイアフラムを有している。ここで、このダイアフラムは、音だけではなく、ＭＥＭＳマイクの他の構成部品から伝わった振動に対しても反応する。このため、ＭＥＭＳマイクの出力には、感知した振動による雑音が含まれてしまうことがある。その結果、ＭＥＭＳマイクを利用する音響センサでは、外部空間で発生している音を精確に検出できないことがある。 Acoustic sensors that use microphones that use MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology (hereinafter referred to as MEMS microphones) are known. MEMS microphones have a diaphragm that vibrates when it receives sound. Here, this diaphragm reacts not only to sound, but also to vibrations transmitted from other components of the MEMS microphone. For this reason, the output of the MEMS microphone may contain noise caused by the detected vibrations. As a result, acoustic sensors that use MEMS microphones may not be able to accurately detect sounds occurring in the external space.

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＭＥＭＳマイクを利用する音響センサであって、外部空間で発生している音の検出精度を向上させることができる音響センサを提供するものである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and provides an acoustic sensor that uses a MEMS microphone and can improve the detection accuracy of sounds generated in the external space.

本開示に係る音響センサは、音響センサの外部の空間に対して開放された開口が形成された基板と、開口と対向して配置される第１のダイアフラムを有し、開口から入った音、及び基板の振動を第１のダイアフラムによって感知して第１の信号を出力する、基板に設けられた第１のＭＥＭＳマイクと、基板に設けられ、基板の振動を感知して第２の信号を出力する第２のＭＥＭＳマイクと、第１の信号と、第２の信号とを加算又は減算することで音に相当する対象音信号を出力する演算装置と、を備え、第１のＭＥＭＳマイクは、第１のダイアフラムを覆う第１のシールディングを有し、第２のＭＥＭＳマイクは、第２のダイアフラムを覆う第２のシールディングを有し、第２のシールディングは、第１のシールディングと異なるものであり、基板は、第２のダイアフラムに対向する箇所に開口を有していない。 The acoustic sensor according to the present disclosure includes a substrate having an opening formed therein that is open to a space outside the acoustic sensor, a first MEMS microphone provided on the substrate having a first diaphragm disposed opposite the opening, the first diaphragm detecting sound entering through the opening and vibration of the substrate and outputting a first signal, a second MEMS microphone provided on the substrate and detecting vibration of the substrate and outputting a second signal, and a calculation device that outputs a target sound signal corresponding to sound by adding or subtracting the first signal and the second signal , wherein the first MEMS microphone has a first shielding covering the first diaphragm, the second MEMS microphone has a second shielding covering the second diaphragm, the second shielding being different from the first shielding, and the substrate does not have an opening at a location opposite the second diaphragm .

本開示では、音響センサは同一の基板上に設けられた第１のＭＥＭＳマイクと、第２のＭＥＭＳマイクとを有している。第１のＭＥＭＳマイクは、音、及び基板の振動を感知し、第２のＭＥＭＳマイクは、音を感知せず、基板の振動を感知する。このため、音響センサは、第１のＭＥＭＳマイクが出力した第１の信号と、及び第２のＭＥＭＳマイクが出力した第２の信号とを加算又は減算することで、音に相当する対象音信号を抽出することができる。したがって、ＭＥＭＳマイクを利用する音響センサは、外部空間で発生している音の検出精度を向上させることができる。 In the present disclosure, the acoustic sensor has a first MEMS microphone and a second MEMS microphone provided on the same substrate. The first MEMS microphone detects sound and vibrations of the substrate, and the second MEMS microphone does not detect sound but detects vibrations of the substrate. Therefore, the acoustic sensor can extract a target sound signal corresponding to sound by adding or subtracting a first signal output by the first MEMS microphone and a second signal output by the second MEMS microphone. Therefore, an acoustic sensor that uses a MEMS microphone can improve the detection accuracy of sound occurring in the external space.

実施の形態１に係る音響センサ１を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an acoustic sensor 1 according to a first embodiment. 実施の形態２に係る音響センサ１０１を示す概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an acoustic sensor 101 according to a second embodiment. 施の形態３に係る音響センサ２０１を示す概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an acoustic sensor 201 according to a third embodiment.

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る音響センサ１について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る音響センサ１を示す概略構成図である。図１に示すように、音響センサ１は、基板１１、第１のＭＥＭＳマイク１２、第２のＭＥＭＳマイク１３、及び演算装置１４を有している。音響センサ１は、例えば、携帯電話、又はスマートスピーカー等の機器に搭載され、外部の空間の音を検知する。第１のＭＥＭＳマイク１２及び第２のＭＥＭＳマイク１３は、基板１１上に設けられた微細な機械部品によって構成されている。 Embodiment 1.
Hereinafter, an acoustic sensor 1 according to a first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the acoustic sensor 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the acoustic sensor 1 has a substrate 11, a first MEMS microphone 12, a second MEMS microphone 13, and a computing device 14. The acoustic sensor 1 is mounted on a device such as a mobile phone or a smart speaker, and detects sounds in an external space. The first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 are formed of fine mechanical parts provided on the substrate 11.

基板１１には、第１のＭＥＭＳマイク１２、第２のＭＥＭＳマイク１３、及び演算装置１４が実装され、これらが電子回路（図示せず）によって接続されている。説明のため、基板１１の一方の面を上面３１、上面３１の反対側の面を下面３２と称する。また、基板１１には、第１のＭＥＭＳマイク１２と対向する位置に開口２１が形成されている。開口２１は、基板１１を上下方向に貫通している。なお、基板１１の上下方向は、音響センサ１が搭載された機器の上下方向と一致していなくてもよい。 A first MEMS microphone 12, a second MEMS microphone 13, and a computing device 14 are mounted on the substrate 11, and these are connected by an electronic circuit (not shown). For the sake of explanation, one surface of the substrate 11 is referred to as the upper surface 31, and the surface opposite the upper surface 31 is referred to as the lower surface 32. An opening 21 is formed in the substrate 11 at a position facing the first MEMS microphone 12. The opening 21 penetrates the substrate 11 in the vertical direction. Note that the vertical direction of the substrate 11 does not have to coincide with the vertical direction of the device on which the acoustic sensor 1 is mounted.

第１のＭＥＭＳマイク１２は、基板１１の上面３１に設けられている。図１に示すように、第１のＭＥＭＳマイク１２は、バックプレート４１ａ、ダイアフラム４２ａ、出力変換装置４３ａ、及びシールディング４４ａを有している。 The first MEMS microphone 12 is provided on the upper surface 31 of the substrate 11. As shown in FIG. 1, the first MEMS microphone 12 has a backplate 41a, a diaphragm 42a, an output conversion device 43a, and a shielding 44a.

バックプレート４１ａは、多数の孔が形成されたプレート状の部品である。ダイアフラム４２ａは、膜状の部品である。バックプレート４１ａとダイアフラム４２ａとは、対向して配置されている。バックプレート４１ａとダイアフラム４２ａとの間には、間隙が形成されている。ダイアフラム４２ａは、基板１１の開口２１と対向するよう配置され、基板１１の開口２１から入り、バックプレート４１ａの孔を通過した音によって振動し、変位する。なお、本明細書において「音」とは、特別な説明のない限り、音響センサ１が感知する対象とする、音響センサ１の外部の空間で発生している音を意味している。ダイアフラム４２ａは、基板１１の開口２１から入り、バックプレート４１ａの孔を通過した音に加えて、基板１１の振動が伝達することによっても振動する。 The back plate 41a is a plate-like part with many holes formed therein. The diaphragm 42a is a membrane-like part. The back plate 41a and the diaphragm 42a are arranged opposite each other. A gap is formed between the back plate 41a and the diaphragm 42a. The diaphragm 42a is arranged opposite the opening 21 of the substrate 11, and vibrates and is displaced by the sound that enters from the opening 21 of the substrate 11 and passes through the holes of the back plate 41a. In this specification, unless otherwise specified, "sound" means sound that is generated in the space outside the acoustic sensor 1 and is the target of detection by the acoustic sensor 1. The diaphragm 42a vibrates not only due to the sound that enters from the opening 21 of the substrate 11 and passes through the holes of the back plate 41a, but also due to the vibration of the substrate 11 being transmitted thereto.

出力変換装置４３ａは、ダイアフラム４２ａの変位に伴う静電容量の変化を第１の信号に変換し、演算装置１４に出力する。第１の信号は、アナログ出力又はデジタル出力される電気信号である。上述のように、ダイアフラム４２ａは、音だけでなく、基板１１の振動に対しても反応する。このため、第１の信号は、音を電気信号に変換したものに相当する対象音信号、及び基板１１の振動を電気信号に変換したものに相当する振動雑音信号を含む。このように、第１のＭＥＭＳマイク１２は、音、及び基板１１の振動を感知して電気信号として出力するものである。シールディング４４ａは、例えば、樹脂製又は金属製であり、バックプレート４１ａ、ダイアフラム４２ａ、及び出力変換装置４３ａを覆っている。 The output conversion device 43a converts the change in capacitance caused by the displacement of the diaphragm 42a into a first signal and outputs it to the calculation device 14. The first signal is an electrical signal that is output as an analog or digital signal. As described above, the diaphragm 42a responds not only to sound but also to the vibration of the substrate 11. Therefore, the first signal includes a target sound signal equivalent to the sound converted into an electrical signal, and a vibration noise signal equivalent to the vibration of the substrate 11 converted into an electrical signal. In this way, the first MEMS microphone 12 senses sound and the vibration of the substrate 11 and outputs them as electrical signals. The shielding 44a is made of, for example, resin or metal, and covers the back plate 41a, the diaphragm 42a, and the output conversion device 43a.

第２のＭＥＭＳマイク１３は、バックプレート４１ｂ、ダイアフラム４２ｂ、出力変換装置４３ｂ、及びシールディング４４ｂを有している。第２のＭＥＭＳマイク１３は、第１のＭＥＭＳマイク１２と同様に、基板１１の上面３１に設けられている。第２のＭＥＭＳマイク１３のバックプレート４１ｂ、ダイアフラム４２ｂ、出力変換装置４３ｂ、及びシールディング４４ｂは、それぞれ、第１のＭＥＭＳマイク１２のバックプレート４１ａ、ダイアフラム４２ａ、出力変換装置４３ａ、及びシールディング４４ａと同一の構造をしている。ただし、基板１１の第２のＭＥＭＳマイク１３と対向する位置には、開口が形成されていない。即ち、第２のＭＥＭＳマイク１３のダイアフラム４２ｂは、全幅において、基板１１と対向している。このため、第２のＭＥＭＳマイク１３のダイアフラム４２ｂは、音によって振動せず、基板１１の振動によって振動する。よって、第２のＭＥＭＳマイク１３が出力する第２の信号は、振動雑音信号のみからなる。つまり、第２のＭＥＭＳマイク１３は、音を感知せず、基板１１の振動を感知するものである。 The second MEMS microphone 13 has a back plate 41b, a diaphragm 42b, an output conversion device 43b, and a shielding 44b. The second MEMS microphone 13 is provided on the upper surface 31 of the substrate 11, similar to the first MEMS microphone 12. The back plate 41b, the diaphragm 42b, the output conversion device 43b, and the shielding 44b of the second MEMS microphone 13 have the same structure as the back plate 41a, the diaphragm 42a, the output conversion device 43a, and the shielding 44a of the first MEMS microphone 12, respectively. However, no opening is formed at the position of the substrate 11 facing the second MEMS microphone 13. That is, the diaphragm 42b of the second MEMS microphone 13 faces the substrate 11 over its entire width. Therefore, the diaphragm 42b of the second MEMS microphone 13 does not vibrate due to sound, but vibrates due to the vibration of the substrate 11. Therefore, the second signal output by the second MEMS microphone 13 consists only of a vibration noise signal. In other words, the second MEMS microphone 13 does not detect sound, but detects vibrations of the substrate 11.

演算装置１４は、第１の信号、及び第２の信号に基づいて対象音信号を演算する。演算装置１４の動作については、音の出力方法として後述する。出力変換装置４３ａ、出力変換装置４３ｂ、及び演算装置１４は、記憶装置（図示せず）に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等で構成される。 The calculation device 14 calculates the target sound signal based on the first signal and the second signal. The operation of the calculation device 14 will be described later as a sound output method. The output conversion device 43a, the output conversion device 43b, and the calculation device 14 are composed of a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in a storage device (not shown), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like.

次に、音響センサ１における音の出力方法について説明する。音響センサ１は、出力変換装置４３ａ、出力変換装置４３ｂ、及び演算装置１４の各機能によって、音を電気信号に変換した対象音信号を出力する。出力変換装置４３ａ、出力変換装置４３ｂ、及び演算装置１４の各機能は、プログラムとして記述され、記憶装置に格納される。 Next, a method for outputting sound in the acoustic sensor 1 will be described. The acoustic sensor 1 outputs a target sound signal obtained by converting sound into an electrical signal using the functions of the output conversion device 43a, the output conversion device 43b, and the calculation device 14. The functions of the output conversion device 43a, the output conversion device 43b, and the calculation device 14 are written as programs and stored in a storage device.

先ず、第１のＭＥＭＳマイク１２の出力変換装置４３ａは、第１の出力工程を実行する。第１の出力工程では、時間ｔの関数として下記式（１）のように示される第１の信号Ｓ１（ｔ）が演算装置１４に出力される。ここで、ａ（ｔ）は対象音信号であり、ｖ（ｔ）は、振動雑音信号である。上述のように、第１のＭＥＭＳマイク１２のダイアフラム４２ａは、音に加えて、基板１１の振動が伝達することによっても振動する。よって、第１のＭＥＭＳマイク１２は、対象音信号ａ（ｔ）、及び振動雑音信号ｖ（ｔ）を含む第１の信号を出力する。
Ｓ１（ｔ）＝ａ（ｔ）＋ｖ（ｔ）・・・（１） First, the output conversion device 43a of the first MEMS microphone 12 executes a first output process. In the first output process, a first signal S 1 (t) expressed as the following formula (1) as a function of time t is output to the calculation device 14. Here, a(t) is a target sound signal, and v(t) is a vibration noise signal. As described above, the diaphragm 42a of the first MEMS microphone 12 vibrates not only due to sound, but also due to the transmission of vibration of the substrate 11. Therefore, the first MEMS microphone 12 outputs a first signal including the target sound signal a(t) and the vibration noise signal v(t).
S 1 (t)=a(t)+v(t)...(1)

次に、第２のＭＥＭＳマイク１３の出力変換装置４３ｂは、第２の出力工程を実行する。第２の出力工程では、時間ｔの関数として下記式（２）のように示される第２の信号Ｓ２（ｔ）が演算装置１４に出力される。上述のように、第２のＭＥＭＳマイク１３のダイアフラム４２ｂは、全幅において、基板１１と対向している。よって、第２のＭＥＭＳマイク１３は、振動雑音信号ｖ（ｔ）のみからなる第２の信号を出力する。なお、基板１１を伝搬する振動の速度は、空気中の音速よりも数倍速いため、第１のＭＥＭＳマイク１２、及び第２のＭＥＭＳマイク１３では、振動雑音を同時に受信したとみなすことができる。
Ｓ２（ｔ）＝ｖ（ｔ）・・・（２） Next, the output conversion device 43b of the second MEMS microphone 13 executes a second output process. In the second output process, a second signal S2 (t) expressed as the following formula (2) as a function of time t is output to the calculation device 14. As described above, the diaphragm 42b of the second MEMS microphone 13 faces the substrate 11 over the entire width. Therefore, the second MEMS microphone 13 outputs a second signal consisting of only the vibration noise signal v(t). Note that the speed of vibration propagating through the substrate 11 is several times faster than the speed of sound in air, so the first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 can be considered to have received the vibration noise simultaneously.
S 2 (t)=v(t)...(2)

そして、演算装置１４は、第１の信号Ｓ１（ｔ）を受信する第１の受信工程、及び第２の信号Ｓ２（ｔ）を受信する第２の受信工程を実行する。更に、演算装置１４は、対象音出力工程を実行する。対象音出力工程では、下記式（３）で示すように、第１の信号Ｓ１（ｔ）から第２の信号Ｓ２（ｔ）を減算することで、対象音信号ａ（ｔ）に相当する出力信号Ｓｏｕｔ（ｔ）が出力される。演算装置１４において、第１の受信工程、第２の受信工程及び対象音出力工程を実行するプログラムを音響プログラムと称する。
Ｓｏｕｔ（ｔ）＝Ｓ１（ｔ）－Ｓ２（ｔ）＝ａ（ｔ）・・・（３） The calculation device 14 then executes a first receiving step of receiving a first signal S 1 (t) and a second receiving step of receiving a second signal S 2 (t). Furthermore, the calculation device 14 executes a target sound output step. In the target sound output step, as shown in the following formula (3), the second signal S 2 (t) is subtracted from the first signal S 1 (t) to output an output signal S out (t) corresponding to the target sound signal a(t). In the calculation device 14, a program that executes the first receiving step, the second receiving step, and the target sound output step is referred to as an acoustic program.
S out (t)=S 1 (t)-S 2 (t)=a(t)...(3)

なお、第１の出力工程と第２の出力工程、及び第１の受信工程と第２の受信工程は、同時に実行されたり、順番が入れ替わったりしてもよい。 Note that the first output process and the second output process, and the first reception process and the second reception process may be performed simultaneously or in a reverse order.

実施の形態１によれば、音響センサ１は同一の基板１１上に設けられた第１のＭＥＭＳマイク１２と、第２のＭＥＭＳマイク１３とを有している。第１のＭＥＭＳマイク１２は、音、及び基板１１の振動を感知し、第２のＭＥＭＳマイク１３は、音を感知せず、基板１１の振動を感知する。ここで、第１のＭＥＭＳマイク１２と第２のＭＥＭＳマイク１３とは、基板１１上の同一の面に実装されている。このため、音響センサ１は、第１のＭＥＭＳマイク１２が出力した第１の信号と、及び第２のＭＥＭＳマイク１３が出力した第２の信号とを減算することで、音に相当する対象音信号を抽出することができる。したがって、ＭＥＭＳマイクを利用する音響センサ１は、外部空間で発生している音の検出精度を向上させることができる。 According to the first embodiment, the acoustic sensor 1 has a first MEMS microphone 12 and a second MEMS microphone 13 provided on the same substrate 11. The first MEMS microphone 12 senses sound and vibrations of the substrate 11, and the second MEMS microphone 13 does not sense sound but senses vibrations of the substrate 11. Here, the first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 are mounted on the same surface of the substrate 11. Therefore, the acoustic sensor 1 can extract a target sound signal corresponding to sound by subtracting the first signal output by the first MEMS microphone 12 from the second signal output by the second MEMS microphone 13. Therefore, the acoustic sensor 1 using the MEMS microphone can improve the detection accuracy of sound occurring in the external space.

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る音響センサ１０１を示す概略構成図である。図２に示すように、本実施の形態２に係る音響センサ１０１は、第２のＭＥＭＳマイク１３が、基板１１の下面３２に設けられている点で実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。 Embodiment 2.
Fig. 2 is a schematic configuration diagram showing an acoustic sensor 101 according to embodiment 2. As shown in Fig. 2, the acoustic sensor 101 according to embodiment 2 differs from embodiment 1 in that a second MEMS microphone 13 is provided on the lower surface 32 of the substrate 11. In embodiment 2, the same parts as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and their description is omitted, and the following description will focus on the differences from embodiment 1.

実施の形態２の第１のＭＥＭＳマイク１２及び第２のＭＥＭＳマイク１３は、実施の形態１の第１のＭＥＭＳマイク１２及び第２のＭＥＭＳマイク１３と同一の構造を有している。また、実施の形態２の第１のＭＥＭＳマイク１２は、実施の形態１の第１のＭＥＭＳマイク１２と同様に、基板１１の上面３１に設けられている。ただし、実施の形態２の第２のＭＥＭＳマイク１３は、基板１１の下面３２に設けられている。即ち、第２のＭＥＭＳマイク１３は、第１のＭＥＭＳマイク１２が設けられている面と反対側の面に設けられている。 The first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 of the second embodiment have the same structure as the first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 of the first embodiment. The first MEMS microphone 12 of the second embodiment is provided on the upper surface 31 of the substrate 11, similar to the first MEMS microphone 12 of the first embodiment. However, the second MEMS microphone 13 of the second embodiment is provided on the lower surface 32 of the substrate 11. In other words, the second MEMS microphone 13 is provided on the surface opposite to the surface on which the first MEMS microphone 12 is provided.

音響センサ１０１における音の出力方法について説明する。先ず、第１のＭＥＭＳマイク１２の出力変換装置４３ａは、第１の出力工程を実行する。第１の出力工程では、時間ｔの関数として下記式（４）のように示される第１の信号Ｓ１（ｔ）が演算装置１４に出力される。
Ｓ１（ｔ）＝ａ（ｔ）＋ｖ（ｔ）・・・（４） A method for outputting sound in the acoustic sensor 101 will be described. First, the output conversion device 43a of the first MEMS microphone 12 executes a first output process. In the first output process, a first signal S 1 (t) expressed as a function of time t by the following formula (4) is output to the calculation device 14.
S 1 (t)=a(t)+v(t)...(4)

次に、第２のＭＥＭＳマイク１３の出力変換装置４３ｂは、第２の出力工程を実行する。第２の出力工程では、時間ｔの関数として下記式（５）のように示される第２の信号Ｓ２（ｔ）が演算装置１４に出力される。実施の形態２では、基板１１に振動が加わったときに、第１のＭＥＭＳマイク１２のダイアフラム４２ａと、第２のＭＥＭＳマイク１３のダイアフラム４２ｂとが逆相で振動する。このため、第２のＭＥＭＳマイク１３の振動雑音信号ｖ（ｔ）の符号は、第１のＭＥＭＳマイク１２の振動雑音信号ｖ（ｔ）の符号と逆転している。
Ｓ２（ｔ）＝－ｖ（ｔ）・・・（５） Next, the output conversion device 43b of the second MEMS microphone 13 executes a second output process. In the second output process, a second signal S2 (t) expressed as the following equation (5) as a function of time t is output to the calculation device 14. In the second embodiment, when vibration is applied to the substrate 11, the diaphragm 42a of the first MEMS microphone 12 and the diaphragm 42b of the second MEMS microphone 13 vibrate in opposite phases. For this reason, the sign of the vibration noise signal v(t) of the second MEMS microphone 13 is opposite to the sign of the vibration noise signal v(t) of the first MEMS microphone 12.
S 2 (t)=-v(t)...(5)

そして、演算装置１４は、第１の信号Ｓ１（ｔ）を受信する第１の受信工程、及び第２の信号Ｓ２（ｔ）を受信する第２の受信工程を実行する。更に、演算装置１４は、対象音出力工程を実行する。対象音出力工程では、下記式（６）で示すように、第１の信号Ｓ１（ｔ）から第２の信号Ｓ２（ｔ）を加算することで、対象音信号ａ（ｔ）に相当する出力信号Ｓｏｕｔ（ｔ）が出力される。
Ｓｏｕｔ（ｔ）＝Ｓ１（ｔ）＋Ｓ２（ｔ）＝ａ（ｔ）・・・（６） The calculation device 14 then executes a first receiving step of receiving a first signal S1 (t) and a second receiving step of receiving a second signal S2 (t). Furthermore, the calculation device 14 executes a target sound output step. In the target sound output step, as shown in the following formula (6), the first signal S1 (t) is added to the second signal S2 (t) to output an output signal Sout (t) corresponding to the target sound signal a(t).
S out (t)=S 1 (t)+S 2 (t)=a(t)...(6)

実施の形態２によれば、音響センサ１０１は同一の基板１１上に設けられた第１のＭＥＭＳマイク１２と、第２のＭＥＭＳマイク１３とを有している。第１のＭＥＭＳマイク１２は、音、及び基板１１の振動を感知し、第２のＭＥＭＳマイク１３は、音を感知せず、基板１１の振動を感知する。ここで、第２のＭＥＭＳマイク１３は、第１のＭＥＭＳマイク１２が設けられている面と反対側の面に設けられている。このため、音響センサ１０１は、第１のＭＥＭＳマイク１２が出力した第１の信号と、及び第２のＭＥＭＳマイク１３が出力した第２の信号とを加算することで、音に相当する対象音信号のみを抽出することができる。したがって、ＭＥＭＳマイクを利用する音響センサ１０１は、外部空間で発生している音の検出精度を向上させることができる。 According to the second embodiment, the acoustic sensor 101 has a first MEMS microphone 12 and a second MEMS microphone 13 provided on the same substrate 11. The first MEMS microphone 12 senses sound and vibrations of the substrate 11, and the second MEMS microphone 13 does not sense sound but senses vibrations of the substrate 11. Here, the second MEMS microphone 13 is provided on the surface opposite to the surface on which the first MEMS microphone 12 is provided. Therefore, the acoustic sensor 101 can extract only the target sound signal corresponding to sound by adding the first signal output by the first MEMS microphone 12 and the second signal output by the second MEMS microphone 13. Therefore, the acoustic sensor 101 using the MEMS microphone can improve the detection accuracy of sound occurring in the external space.

実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係る音響センサ２０１を示す概略構成図である。図３に示すように、実施の形態３に係る音響センサ２０１は、第１のＭＥＭＳマイク１２Ａが複数実装されている点、及び演算装置２１４がフィルタ部５１を有する点で実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。 Embodiment 3.
Fig. 3 is a schematic configuration diagram showing an acoustic sensor 201 according to embodiment 3. As shown in Fig. 3, the acoustic sensor 201 according to embodiment 3 differs from embodiment 1 in that a plurality of first MEMS microphones 12A are mounted and that a calculation device 214 has a filter unit 51. In embodiment 3, the same parts as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the differences from embodiment 1 will be mainly described.

音響センサ２０１は、第１のＭＥＭＳマイク１２Ａ、第１のＭＥＭＳマイク１２Ｂ・・・、及び第１のＭＥＭＳマイク１２Ｍを有している。即ち、実施の形態３の音響センサ２０１では、Ｍ個の第１のＭＥＭＳマイク１２によってＭＥＭＳマイクアレイが構成されている。ＭＥＭＳマイクアレイを利用する音響センサ２０１は、音の指向性等を推定することができる。複数の第１のＭＥＭＳマイク１２は、基板１１の上面３１に実装されている。また、音響センサ２０１は、１個の第２のＭＥＭＳマイク１３を有している。第２のＭＥＭＳマイク１３は、基板１１の下面３２に実装されている。 The acoustic sensor 201 has a first MEMS microphone 12A, a first MEMS microphone 12B, ..., and a first MEMS microphone 12M. That is, in the acoustic sensor 201 of the third embodiment, a MEMS microphone array is formed by M first MEMS microphones 12. The acoustic sensor 201 using the MEMS microphone array can estimate the directionality of sound, etc. The multiple first MEMS microphones 12 are mounted on the upper surface 31 of the substrate 11. The acoustic sensor 201 also has one second MEMS microphone 13. The second MEMS microphone 13 is mounted on the lower surface 32 of the substrate 11.

演算装置２１４は、フィルタ部５１Ａ、フィルタ部５１Ｂ・・・、及びフィルタ部５１Ｍを有する。即ち、演算装置２１４は、機能部として、Ｍ個の第１のＭＥＭＳマイク１２に対応するＭ個のフィルタ部５１を有している。それぞれのフィルタ部５１は、振動が基板１１上を伝搬する際の特性に基づいて、それぞれの第１のＭＥＭＳマイク１２が出力した第１の信号との演算が行われる前の第２の信号に対してフィルタ処理を行う。フィルタ部５１Ａ、フィルタ部５１Ｂ・・・、フィルタ部５１Ｍは、それぞれ、第１のＭＥＭＳマイク１２Ａ、第１のＭＥＭＳマイク１２Ｂ・・・、及び第１のＭＥＭＳマイク１２Ｍに対応している。演算装置２１４は、それぞれの第１のＭＥＭＳマイク１２の第１の信号に対して、フィルタ処理が施された第２の信号を加算することで、対象音信号を出力Ａ、出力Ｂ・・・、出力Ｍとして出力する。 The arithmetic device 214 has a filter unit 51A, a filter unit 51B, and a filter unit 51M. That is, the arithmetic device 214 has, as a functional unit, M filter units 51 corresponding to the M first MEMS microphones 12. Each filter unit 51 performs a filter process on the second signal before the operation with the first signal output by each first MEMS microphone 12 is performed based on the characteristics when the vibration propagates on the substrate 11. The filter units 51A, 51B, and 51M correspond to the first MEMS microphone 12A, the first MEMS microphone 12B, and the first MEMS microphone 12M, respectively. The arithmetic device 214 adds the second signal that has been subjected to the filter process to the first signal of each first MEMS microphone 12, and outputs the target sound signal as output A, output B, and output M.

フィルタ部５１は、対応する第１のＭＥＭＳマイク１２で感知された基板１１の振動が、第２のＭＥＭＳマイク１３で伝達される際にどのように増幅、又は減衰されているかを考慮した上で、第２の信号に対するフィルタ処理を行う。フィルタ処理としては、例えば、振動雑音信号から特定の周波数の信号を除去する等が行われる。具体的な手法としては、例えば、音が十分に小さいと考えられる無響室などにおいて、音響センサ２０１に振動を与え、振動雑音信号のみを受信させる試験を事前に行う方法がある。この試験により、第１のＭＥＭＳマイク１２、及び第２のＭＥＭＳマイク１３の出力における振動の伝達関数が推定される。フィルタ部５１は、この伝達関数を用いて、それぞれが対応する第１のＭＥＭＳマイク１２で出力される振動雑音信号と、第２のＭＥＭＳマイク１３で出力される振動雑音信号とを近似させる。 The filter unit 51 performs a filter process on the second signal, taking into consideration how the vibration of the substrate 11 sensed by the corresponding first MEMS microphone 12 is amplified or attenuated when it is transmitted to the second MEMS microphone 13. The filter process may, for example, remove a signal of a specific frequency from the vibration noise signal. A specific method is, for example, to perform a test in advance in an anechoic chamber where the sound is considered to be sufficiently quiet, in which vibration is applied to the acoustic sensor 201 and only the vibration noise signal is received. This test estimates the transfer function of the vibration at the output of the first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13. The filter unit 51 uses this transfer function to approximate the vibration noise signal output by the corresponding first MEMS microphone 12 and the vibration noise signal output by the second MEMS microphone 13.

実施の形態３によれば、ＭＥＭＳマイクアレイが構成された音響センサ２０１においても、それぞれの第１のＭＥＭＳマイク１２が出力した第１の信号と、第２のＭＥＭＳマイク１３が出力した第２の信号とを加算することで、音に相当する対象音信号を抽出することができる。したがって、ＭＥＭＳマイクアレイを利用する音響センサ２０１は、外部空間で発生している音の検出精度を向上させることができる。 According to the third embodiment, even in the acoustic sensor 201 configured with a MEMS microphone array, a target sound signal corresponding to a sound can be extracted by adding the first signal output by each first MEMS microphone 12 and the second signal output by the second MEMS microphone 13. Therefore, the acoustic sensor 201 using the MEMS microphone array can improve the detection accuracy of sounds occurring in the external space.

また、実施の形態３によれば、フィルタ部５１は、第１のＭＥＭＳマイク１２で出力される振動雑音信号と、第２のＭＥＭＳマイク１３で出力される振動雑音信号とを近似させる。これにより、音響センサ２０１は、第１の信号と、及び第２の信号とから対象音信号を抽出する際に、外部空間で発生している音の検出精度を更に向上させることができる。 Furthermore, according to the third embodiment, the filter unit 51 approximates the vibration noise signal output by the first MEMS microphone 12 and the vibration noise signal output by the second MEMS microphone 13. This allows the acoustic sensor 201 to further improve the detection accuracy of sounds occurring in the external space when extracting a target sound signal from the first signal and the second signal.

以上が実施の形態における音響センサの説明であるが、本開示の音響センサは、実施の形態に開示された構成以外に種々の変更を行うことができる。 The above is a description of the acoustic sensor in the embodiment, but the acoustic sensor disclosed herein can be modified in various ways in addition to the configuration disclosed in the embodiment.

例えば、演算装置１４は、第１のＭＥＭＳマイク１２、及び第２のＭＥＭＳマイク１３が実装された基板１１と異なる基板に実装されていてもよい。または、演算装置１４を音響センサの外部に独立して設けてもよい。この場合は、音響センサ１と演算装置１４とにより、音響システムが構成される。 For example, the calculation device 14 may be mounted on a substrate different from the substrate 11 on which the first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 are mounted. Alternatively, the calculation device 14 may be provided independently outside the acoustic sensor. In this case, the acoustic sensor 1 and the calculation device 14 constitute an acoustic system.

出力変換装置４３ａ、出力変換装置４３ｂ、及び演算装置２１４は、機能の一部を他の装置によって実行されてもよい。また、出力変換装置４３ａ、出力変換装置４３ｂ、及び演算装置２１４は一体となって構成されていてもよい。 The output conversion device 43a, the output conversion device 43b, and the calculation device 214 may have some of their functions executed by other devices. In addition, the output conversion device 43a, the output conversion device 43b, and the calculation device 214 may be configured as an integrated unit.

実施の形態１及び実施の形態２のように、第１のＭＥＭＳマイク１２及び第２のＭＥＭＳマイク１３が１つずつ実装される場合においても、演算装置１４がフィルタ部５１を備え、第２の信号に対しフィルタ処理を施してもよい。 Even when one first MEMS microphone 12 and one second MEMS microphone 13 are implemented as in the first and second embodiments, the calculation device 14 may include a filter unit 51 and perform filtering on the second signal.

実施の形態３において、第２のＭＥＭＳマイク１３は、２個以上実装されていてもよい。また、第１のＭＥＭＳマイク１２と第２のＭＥＭＳマイク１３とは、基板１１上の同一の面に実装されていてもよい。この場合は、演算装置１４は、第１の信号と、及び第２の信号とを減算することで、対象音信号を抽出することができる。更に、複数の第１のＭＥＭＳマイク１２は、上面３１と下面３２とに分けて設けられていてもよい。この場合は、演算装置１４は、個々の第１の信号が設けられた面に応じて、第２の信号と加算又は減算することで、対象音信号を抽出することができる。 In the third embodiment, two or more second MEMS microphones 13 may be mounted. Furthermore, the first MEMS microphone 12 and the second MEMS microphone 13 may be mounted on the same surface of the substrate 11. In this case, the calculation device 14 can extract the target sound signal by subtracting the first signal from the second signal. Furthermore, the multiple first MEMS microphones 12 may be provided separately on the upper surface 31 and the lower surface 32. In this case, the calculation device 14 can extract the target sound signal by adding or subtracting the second signal from the first signal depending on the surface on which the individual first signals are provided.

更に、実施の形態３において、フィルタ部５１は、それぞれの第１のＭＥＭＳマイク１２に対応して、第２の信号に対してフィルタ処理を行うものであったが、第１の信号に対して、フィルタ処理を施してもよい。また、演算装置１４は、フィルタ部５１は、１つのみ有し、複数の第１の信号に対して、同一の処理を施すものであってもよい。もっとも、いずれのＭＥＭＳマイクに対応して、フィルタ処理を施すかは、振動が基板１１上を伝搬する際の特性等から任意に設計することができる。 Furthermore, in the third embodiment, the filter unit 51 performs filter processing on the second signal corresponding to each first MEMS microphone 12, but filter processing may also be performed on the first signal. Also, the computing device 14 may have only one filter unit 51, which performs the same processing on multiple first signals. However, which MEMS microphone the filter processing is performed for can be arbitrarily designed based on the characteristics of the vibrations propagating on the substrate 11, etc.

１ 音響センサ、１１ 基板、１２ 第１のＭＥＭＳマイク、１３ 第２のＭＥＭＳマイク、１４ 演算装置、２１ 開口、３１ 上面、３２ 下面、４１ａ バックプレート、４１ｂ バックプレート、４２ａ ダイアフラム、４２ｂ ダイアフラム、４３ａ 出力変換装置、４３ｂ 出力変換装置、４４ａ シールディング、４４ｂ シールディング、５１ フィルタ部、１０１ 音響センサ、２０１ 音響センサ ２１４ 演算装置。 1 Acoustic sensor, 11 Substrate, 12 First MEMS microphone, 13 Second MEMS microphone, 14 Calculation device, 21 Opening, 31 Upper surface, 32 Lower surface, 41a Back plate, 41b Back plate, 42a Diaphragm, 42b Diaphragm, 43a Output conversion device, 43b Output conversion device, 44a Shielding, 44b Shielding, 51 Filter section, 101 Acoustic sensor, 201 Acoustic sensor, 214 Calculation device.

Claims (3)

音響センサの外部の空間に対して開放された開口が形成された基板と、
前記開口と対向して配置される第１のダイアフラムを有し、前記開口から入った音、及び前記基板の振動を前記第１のダイアフラムによって感知して第１の信号を出力する、前記基板に設けられた第１のＭＥＭＳマイクと、
前記基板に設けられ、前記基板の振動を感知して第２の信号を出力する第２のＭＥＭＳマイクと、
前記第１の信号と、前記第２の信号とを加算又は減算することで前記音に相当する対象音信号を出力する演算装置と、を備え、
前記第１のＭＥＭＳマイクは、
前記第１のダイアフラムを覆う第１のシールディングを有し、
前記第２のＭＥＭＳマイクは、
第２のダイアフラムを覆う第２のシールディングを有し、
前記第２のシールディングは、前記第１のシールディングと異なるものであり、
前記基板は、前記第２のダイアフラムに対向する箇所に開口を有していない
音響センサ。 A substrate having an opening formed therein that is open to a space outside the acoustic sensor ;
a first MEMS microphone provided on the substrate, the first diaphragm being disposed opposite the opening and configured to sense a sound entering through the opening and a vibration of the substrate by the first diaphragm and output a first signal;
a second MEMS microphone provided on the substrate and configured to sense vibration of the substrate and output a second signal;
a calculation device that outputs a target sound signal corresponding to the sound by adding or subtracting the first signal and the second signal ,
The first MEMS microphone includes:
a first shielding covering the first diaphragm;
The second MEMS microphone includes:
a second shielding covering the second diaphragm;
the second shielding is different from the first shielding;
The substrate does not have an opening at a location facing the second diaphragm.
Acoustic sensor. 前記第１のＭＥＭＳマイクが複数設けられ、
前記演算装置は、
複数の前記第１のＭＥＭＳマイクのそれぞれの出力と、前記第２のＭＥＭＳマイクの出力に対して前記基板における振動の伝搬特性に基づいてフィルタ処理を行った出力とを加算又は減算する
請求項１に記載の音響センサ。 A plurality of the first MEMS microphones are provided,
The computing device includes:
The acoustic sensor according to claim 1 , wherein an output of each of the plurality of first MEMS microphones is added to or subtracted from an output of the second MEMS microphone that has been filtered based on a propagation characteristic of vibration in the substrate . 前記第１のＭＥＭＳマイク及び前記第２のＭＥＭＳマイクは、前記基板の異なる面に設けられているThe first MEMS microphone and the second MEMS microphone are provided on different surfaces of the substrate.
請求項１に記載の音響センサ。The acoustic sensor of claim 1 .
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