特開 2022-179105 マイクロフォン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022179105

(43)【公開日】2022-12-02

(54)【発明の名称】マイクロフォン

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/04 20060101AFI20221125BHJP

【ＦＩ】

H04R3/04 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021086362

(22)【出願日】2021-05-21

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】種村 友貴

(72)【発明者】

【氏名】永井 秀幸

【テーマコード（参考）】

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D220BA21

5D220BC01

(57)【要約】

【課題】音源がなくとも補正値を設定することのできるマイクロフォンを提供する。
【解決手段】マイクロフォンは、ＭＥＭＳデバイス２００と、ドライバ３３０と、制御部３２０と、を有する。ＭＥＭＳデバイスは音響圧力に応じた第１電気信号を出力する。ドライバは駆動信号によってＭＥＭＳデバイスを振動させる。制御部は、駆動信号によって振動させられている際にＭＥＭＳデバイスから出力される第２電気信号に基づいて、第１電気信号を補正するための補正値を算出する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音響圧力に応じた第１電気信号を出力する振動デバイス（２００）と、
駆動信号によって前記振動デバイスを振動させる駆動部（３３０）と、
前記駆動信号によって振動させられている際に前記振動デバイスから出力される第２電気信号に基づいて、前記第１電気信号を補正するための補正値を算出する補正部（３２０）と、を有するマイクロフォン。

【請求項2】

前記補正部は、前記第２電気信号から前記振動デバイスの特性を示す等価回路のパラメータを算出する演算部（３２２）を有する請求項１に記載のマイクロフォン。

【請求項3】

前記補正部は、前記パラメータと前記振動デバイスの感度周波数特性の関係、および、前記振動デバイスの所望感度周波数特性それぞれが記憶された記憶部（３２１）を有し、
前記演算部は、算出した前記パラメータに対応する前記感度周波数特性と前記所望感度周波数特性それぞれを前記記憶部から読み出し、読み出した前記感度周波数特性と前記所望感度周波数特性の差分値に基づいて前記補正値を算出する請求項２に記載のマイクロフォン。

【請求項4】

前記補正部は、前記等価回路の所望パラメータ、および、前記パラメータと前記所望パラメータとの差分値に対応する前記補正値が記憶された記憶部（３２１）を有し、
前記演算部は、前記所望パラメータを前記記憶部から読み出し、算出した前記パラメータと読み出した前記所望パラメータとに基づいて前記差分値を算出し、前記差分値に対応する前記補正値を前記記憶部から読み出す請求項２に記載のマイクロフォン。

【請求項5】

前記駆動部は前記第１電気信号で示される音レベルが静音レベルよりも低い場合に前記駆動信号を前記振動デバイスに出力する請求項１～４のいずれか１項に記載のマイクロフォン。

【請求項6】

前記駆動部は前記振動デバイスの温度の変化量が温度判定値よりも大きい場合に前記駆動信号を前記振動デバイスに出力する請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロフォン。

【請求項7】

前記振動デバイスは、前記音響圧力に応じた前記第１電気信号を出力し、前記駆動信号によって振動させられた際に前記第２電気信号を出力する振動子（２２０）を有する請求項１～６のいずれか１項に記載のマイクロフォン。

【請求項8】

前記振動デバイスは、前記音響圧力に応じた前記第１電気信号を出力する第１検出部（ＤＡ）と、前記駆動信号によって振動させられる第２検出部（ＶＡ）と、を有する請求項１～６のいずれか１項に記載のマイクロフォン。

【請求項9】

前記振動デバイスは、前記第１検出部と前記第２検出部それぞれを備える振動子（２２０）を有する請求項８に記載のマイクロフォン。

【請求項10】

外部空間と連通された検出空間、および、前記外部空間と前記検出空間それぞれと非連通の検査空間を備える収納部（４００）を有し、
前記第１検出部は前記検出空間に設けられ、
前記第２検出部は前記検査空間に設けられる請求項８に記載のマイクロフォン。

【請求項11】

前記振動デバイスには、圧電定数が窒化アルミニウムよりも高い圧電材料が含まれている請求項１～１０のいずれか１項に記載のマイクロフォン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載の開示は、マイクロフォンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示されるように、放音用イコライジング処理部とＣＰＵを有する音響特性補正システムが知られている。放音用イコライジング処理部はマイクで収音された収音信号を補正する。ＣＰＵは、スピーカから放音された音響特性測定用信号と、メモリに記憶された所望音響特性と、に基づいて、放音用イコライジング処理部の補正パラメータを設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２６８２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の音響特性補正システムでは、補正パラメータを設定する際、スピーカから放音するためのテスト音源が必要になる。テスト音源（音源）がないと補正パラメータ（補正値）を設定することができなかった。

【0005】

本開示の目的は、音源がなくとも補正値を設定することのできるマイクロフォンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によるマイクロフォンは、音響圧力に応じた第１電気信号を出力する振動デバイス（２００）と、
駆動信号によって振動デバイスを振動させる駆動部（３３０）と、
駆動信号によって振動させられている際に振動デバイスから出力される第２電気信号に基づいて、第１電気信号を補正するための補正値を算出する補正部（３２０）と、を有する。

【0007】

これによれば音源がなくとも補正値を演算することができる。また、補正値が音源の特性に依存しなくなる。

【0008】

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】圧電型ＭＥＭＳマイクロフォンの概略構成を示す断面図である。

【図2】ＭＥＭＳデバイスの上面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。

【図4】ＭＥＭＳデバイスの等価回路を説明するための回路図である。

【図5】ＭＥＭＳデバイスの感度周波数特性を示すグラフ図である。

【図6】圧電型ＭＥＭＳマイクロフォンを説明するためのブロック図である。

【図7】補正値演算処理を示すフローチャートである。

【図8】記憶部に記憶された感度周波数特性を示す模式図である。

【図9】補正処理を示すフローチャートである。

【図10】記憶部に記憶された補正値を説明するための模式図である。

【図11】補正値演算処理を示すフローチャートである。

【図12】圧電型ＭＥＭＳマイクロフォンを示す断面図である。

【図13】圧電型ＭＥＭＳマイクロフォンを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

【0011】

各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせが可能である。また、特に組み合わせに支障が生じなければ、組み合わせが可能であることを明示していなくても、実施形態同士、実施形態と変形例、および、変形例同士を部分的に組み合せることも可能である。

【0012】

（第１実施形態）
図１～図９に基づいて圧電型ＭＥＭＳマイクロフォンを説明する。

【0013】

＜圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン＞
図１に示すように圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００は、ＭＥＭＳデバイス２００、ＡＳＩＣ３００、および、パッケージ４００を有する。ＭＥＭＳはMicro Electro Mechanical Systemsの略である。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。

【0014】

ＭＥＭＳデバイス２００とＡＳＩＣ３００は電気的に接続されている。パッケージ４００は基板４１０と蓋部４２０を有する。基板４１０の内面４１０ａにＭＥＭＳデバイス２００とＡＳＩＣ３００それぞれが搭載されている。この内面４１０ａが蓋部４２０によって覆われている。基板４１０と蓋部４２０とによって構成されるパッケージ４００の内部空間にＭＥＭＳデバイス２００とＡＳＩＣ３００が収納されている。

【0015】

基板４１０には、内面４１０ａとその裏側の外面４１０ｂとに開口する導入孔４１０ｃが形成されている。導入孔４１０ｃはパッケージ４００の内部空間とその外側の外部空間とを連通している。この導入孔４１０ｃの内部空間側の開口がＭＥＭＳデバイス２００によって覆われている。

【0016】

係る構成のため、外部空間で空気の振動（音）が発生すると、その振動が音響圧力としてＭＥＭＳデバイス２００に作用する。ＭＥＭＳデバイス２００はその音響圧力に応じた電気信号をＡＳＩＣ３００に出力する。これにより外部空間で発生した音が検出される。

【0017】

＜ＭＥＭＳデバイス＞
以下、ＭＥＭＳデバイス２００を詳説する。それにあたって、以下においては互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。図面では「方向」の記載を省略して、単に、ｘ、ｙ、ｚと表記している。

【0018】

図２と図３に示すようにＭＥＭＳデバイス２００は支持台２１０と振動子２２０を有する。支持台２１０に振動子２２０が一体的に連結されている。

【0019】

＜支持台＞
支持台２１０はｚ方向で積層された基部２１１と設計層２１２を有する。基部２１１はシリコンから成る。設計層２１２は酸化シリコンから成る。

【0020】

基部２１１と設計層２１２とが一体的に連結されている。基部２１１と設計層２１２それぞれはｚ方向に開口する開放孔２１０ａを有する。基部２１１と設計層２１２それぞれはｚ方向まわりの周方向で環状を成している。

【0021】

＜振動子＞
ＭＥＭＳデバイス２００は複数の振動子２２０を有する。これら複数の振動子２２０それぞれが支持台２１０の設計層２１２に一体的に連結されている。複数の振動子２２０は設計層２１２に片持ち支持されている。複数の振動子２２０によって、開放孔２１０ａの設計層２１２側の開口が覆われている。

【0022】

図２に示すように、１つの振動子２２０はｚ方向に直交する平面で三角形を成している。振動子２２０の備える３辺のうちの１つの下辺２２０ａ側が支持台２１０に固定されている。残り２つの斜辺２２０ｂは下辺２２０ａから離間するように延びた後、交差して先端２２０ｃを構成している。この振動子２２０の先端２２０ｃ側が支持台２１０から開放されている。

【0023】

以下においては説明を簡便とするため、振動子２２０の下辺２２０ａ側を支持端部２２１、先端２２０ｃ側を開放端部２２２と示す。そして支持端部２２１と開放端部２２２とが並ぶ方向を延長方向と示す。

【0024】

振動子２２０は延長方向に延びている。振動子２２０は支持台２１０から離れるにしたがって先細りになっている。振動子２２０の下辺２２０ａ側の支持端部２２１はｚ方向に直交する平面で台形を成している。振動子２２０の先端２２０ｃ側の開放端部２２２はｚ方向に直交する平面で三角形を成している。

【0025】

台形を成す支持端部２２１の下辺側が支持台２１０のｚ方向への投影領域に位置している。支持端部２２１の上辺側が開放孔２１０ａのｚ方向への投影領域に位置している。図２では、振動子２２０における支持台２１０のｚ方向への投影領域に位置する部位と開放孔２１０ａの投影領域に位置する部位との境界を一点鎖線で示している。この一点鎖線は、支持端部２２１の下辺側と上辺側の間にある。

【0026】

開放端部２２２は支持端部２２１の上辺側に一体的に連結されている。開放端部２２２は支持端部２２１の上辺側とともに、開放孔２１０ａのｚ方向への投影領域に位置している。図２では、支持端部２２１と開放端部２２２の境を破線で示している。

【0027】

＜隙間＞
図２に示すように、ＭＥＭＳデバイス２００は振動子２２０を４つ有する。これら４つの振動子２２０はｚ方向まわりの周方向で順に並んでいる。周方向で隣り合って並ぶ２つの振動子２２０のうちの一方の備える２つの斜辺２２０ｂのうちの１つと、他方の備える２つの斜辺２２０ｂのうちの１つとが微小な隙間を介して周方向で対向している。この隙間は振動子２２０のｚ方向で離間して並ぶ上面２２０ｄ側と下面２２０ｅ側それぞれで開口している。

【0028】

周方向で並ぶ４つの振動子２２０それぞれの斜辺２２０ｂの間の隙間は、ｚ方向に直交する平面でバツ印を構成している。このバツ印の隙間の中心をｚ方向に通る中心軸上に、ＭＥＭＳデバイス２００の中心点が位置している。図２ではこのバツ印の中心を通る２つのガイド線を二点鎖線で示している。２つのガイド線の一方はｘ方向に沿い、他方はｙ方向に沿っている。

【0029】

＜音響圧力による振動＞
図１と図３に示すように、振動子２２０の備える支持端部２２１と開放端部２２２それぞれにおける開放孔２１０ａのｚ方向への投影領域に位置する部位は、開放孔２１０ａの設計層２１２側の開口を覆っている。そして、支持端部２２１と開放端部２２２それぞれにおける開放孔２１０ａのｚ方向への投影領域に位置する部位と、支持台２１０の開放孔２１０ａを区画する部位とが、導入孔４１０ｃの内部空間側の開口を覆っている。

【0030】

係る構成のため、外部空間で音が発生すると、その音によって開放孔２１０ａの空気が振動する。その空気の振動が音響圧力として振動子２２０に作用する。これにより振動子２２０の支持端部２２１と開放端部２２２それぞれが振動する。支持端部２２１と開放端部２２２に撓みが生じる。

【0031】

なお、音響圧力の一部は、上記した隙間を介して、パッケージ４００の内部空間に抜ける。係る構成のため、隙間が設計値よりも広がると、音響圧力がパッケージ４００の内部空間へと抜けやすくなる。音響圧力によって振動子２２０が振動しがたくなる。係る不具合が生じることを避けるために、隙間は微小になっている。

【0032】

＜材料＞
振動子２２０には圧力を電圧に変換する圧電素子が含まれている。図３に示すように、振動子２２０は圧電層２３０と電極層２４０を有する。圧電層２３０と電極層２４０がｚ方向で積層されている。

【0033】

圧電層２３０は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりも圧電定数の高い材料を含んでいる。圧電層２３０に含まれる材料（圧電材料）としては、スカンジウム窒化アルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、および、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）などがある。電極層２４０はモリブデンなどの導電材料を含んでいる。

【0034】

圧電層２３０は第１圧電層２３１と第２圧電層２３２を有する。電極層２４０は第１電極層２４１と、第２電極層２４２と、第３電極層２４３と、を有する。

【0035】

図３に示すように、第１電極層２４１、第１圧電層２３１、第２電極層２４２、第２圧電層２３２、および、第３電極層２４３がｚ方向で順次積層されている。第１電極層２４１が支持台２１０に連結されている。第１電極層２４１が振動子２２０の下面２２０ｅ側に位置している。第３電極層２４３が振動子２２０の上面２２０ｄ側に位置している。

【0036】

第１電極層２４１と第２電極層２４２が第１圧電層２３１を介してｚ方向で並ぶことで、下層コンデンサが形成されている。第２電極層２４２と第３電極層２４３が第２圧電層２３２を介してｚ方向で並ぶことで、上層コンデンサが形成されている。

【0037】

これら２つのコンデンサは第２電極層２４２を共通の構成要素として備えている。この共通の構成要素を介して、２つのコンデンサはｚ方向で電気的に直列接続されている。ＭＥＭＳデバイス２００は、これら電気的に直列接続された２つのコンデンサから成る合成コンデンサを複数備えている。

【0038】

＜取り出し電極＞
振動子２２０の支持端部２２１には、これら複数の合成コンデンサそれぞれを電気的に直列接続するとともに、電気的に接続された複数の合成コンデンサの電圧を検出するための複数の取り出し電極２５０が形成されている。

【0039】

複数の取り出し電極２５０のうちの一部は、電気的に接続される２つの合成コンデンサのうちの一方の第２電極層２４２と、他方の第１電極層２４１および第３電極層２４３それぞれとを電気的に接続している。

【0040】

残り２つの取り出し電極２５０のうちの１つは、電位的に最低電位に位置する合成コンデンサの第１電極層２４１と第３電極層２４３それぞれに電気的に接続されている。これら第１電極層２４１と第３電極層２４３はグランドに接続される。最後の１個の取り出し電極２５０は電位的に最高電位に位置する合成コンデンサの第２電極層２４２に接続されている。

【0041】

これら残り２個の取り出し電極２５０それぞれがワイヤ５１０を介してＡＳＩＣ３００に接続される。この結果、電気的に接続された複数の合成コンデンサの両端がＡＳＩＣ３００に接続される。

【0042】

＜音響圧力の検出＞
音響圧力が作用すると、振動子２２０はｚ方向に振動する。振動子２２０の第１圧電層２３１と第２圧電層２３２のうちの一方に引張応力が作用し、他方に圧縮応力が作用する。

【0043】

この作用する応力の相違のため、第１圧電層２３１と第２圧電層２３２に極性の異なる電圧が発生する。この電圧が合成コンデンサの電極層２４０に発生する。複数の合成コンデンサそれぞれで発生した電圧を合わせた電圧が、ＭＥＭＳデバイス２００で発生する。この電圧に応じた複数の合成コンデンサの静電容量変化若しくは複数の合成コンデンサの電荷変化が、第１電気信号としてＡＳＩＣ３００に出力される。以下においては表記を簡便とするため、電気的に接続された複数の合成コンデンサを、必要に応じて、単にコンデンサと記載する。

【0044】

＜検知領域と振動領域＞
本実施形態の振動子２２０は、音響圧力の作用による振動によって電圧を発生する検知領域ＤＡと、後述の駆動信号の入力によって強制的に振動させられる振動領域ＶＡと、を有する。図２において、４つの振動子２２０のうちの１つに、検知領域ＤＡをハッチングによって示している。振動領域ＶＡを二点鎖線で囲って示している。

【0045】

検知領域ＤＡは振動子２２０の中央側に位置している。振動領域ＶＡは振動子２２０の端側に位置している。２つの振動領域ＶＡの間に１つの検知領域ＤＡが位置している。１つの振動領域ＶＡに１つの斜辺２２０ｂが含まれている。なお、本実施形態とは異なり、検知領域ＤＡが振動子２２０の端側に位置し、振動領域ＶＡが振動子２２０の中央側に位置する構成を採用することもできる。

【0046】

検知領域ＤＡと振動領域ＶＡとは電気的に絶縁されている。図示しないが、振動領域ＶＡに含まれるコンデンサの電極層２４０とＡＳＩＣ３００とをワイヤ５１０などによって電気的に接続する駆動電極が振動子２２０に形成されている。この駆動電極に後述の駆動信号が入力される。ＭＥＭＳデバイス２００が振動デバイスに相当する。検知領域ＤＡが第１検出部に相当する。振動領域ＶＡが第２検出部に相当する。

【0047】

なお、本実施形態に記載のように、振動子２２０を検知領域ＤＡと振動領域ＶＡとに分けなくともよい。この構成の場合、上記の駆動電極は振動子２２０に形成されなくなる。駆動信号が上記の取り出し電極２５０に入力される。音響圧力の作用による振動によって電圧を発生する場合と、駆動信号の入力によって強制的に振動させる場合と、が時間的にずらして実行される。

【0048】

係る変形例において、後述の補正処理が実行される場合、ＡＳＩＣ３００から取り出し電極２５０へ駆動信号は入力されない。後述の補正値演算処理が実行される場合、ＡＳＩＣ３００から取り出し電極２５０へ駆動信号が入力される。

【0049】

＜等価回路＞
これまでに説明したように、外部空間で音が発生すると、開放孔２１０ａの空気が振動する。その空気の振動によって振動子２２０が振動する。これにより振動子２２０で電圧が発生する。

【0050】

このように、外部空間で発生した音の電気信号への変換には、開放孔２１０ａの空気の振動しやすさ、振動子２２０の振動しやすさ、振動子２２０での電圧変換、の３つが関連している。開放孔２１０ａの空気の振動しやすさは流体力学で求められる。振動子２２０の振動しやすさは機械力学で求められる。振動子２２０での電圧変換は電磁気学で求められる。

【0051】

音の電気信号への変換には、３つの異なる物理分野の物理現象が関連している。これら３つの物理現象は微分方程式で表される。そしてこれら３つの微分方程式は等価回路で表すことができる。図４に、これら３つの異なる物理現象を表す微分方程式の等価回路を示す。

【0052】

開放孔２１０ａの空気の振動しやすさは音場ＳＦで表される。振動子２２０の振動しやすさは力場ＦＦで表される。振動子２２０での電圧変換は電場ＥＦで表される。これら３つの場は電気的に接続されている。

【0053】

図４に示すように、音場ＳＦ、力場ＦＦ、電場ＥＦそれぞれにはリアクトル、静電容量、および、抵抗などの各種パラメータが含まれている。音場ＳＦのパラメータにはＬ１，Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１が含まれている。力場ＦＦのパラメータにはＬ２，Ｃ３，Ｒ２が含まれている。電場ＥＦのパラメータにはＣ４，Ｃ５，Ｒ３が含まれている。

【0054】

これら音場ＳＦ、力場ＦＦ、電場ＥＦのうち、力場ＦＦのパラメータが温度などによって変化しやすくなっている。そのためにＡＳＩＣ３００は、後述するように、ＭＥＭＳデバイス２００から出力された第１電気信号を補正するための補正値を、力場ＦＦのパラメータに基づいて算出する。以下においては表記を簡便とするために力場ＦＦのパラメータを力場パラメータと示す。

【0055】

＜検出感度＞
ＭＥＭＳデバイス２００の音響圧力に対する検出感度は、音響圧力に対して発生する電圧量で表すことができる。図５に検出感度の周波数依存性（感度周波数特性）を示す。図５の縦軸は検出感度を示している。横軸は周波数を示している。縦軸の単位はＶ／Ｐａである。横軸の単位はＨｚである。検出感度は低周波領域で徐々に増大し、周波数によって変化せずに一定になった後、高周波領域で徐々に増大する振る舞いを示す。

【0056】

図５では、理想的な感度周波数特性（所望感度周波数特性）を実線で示している。補正されていない感度周波数特性を破線で示している。上記した補正によって、この破線で示す感度周波数特性の低周波領域の感度が増幅される。感度周波数特性の高周波領域の感度が減衰される。

【0057】

係る補正により、検出感度が周波数によって変化する領域が狭められる。検出感度が周波数に依存しない周波数帯域が、第１周波数帯域ＦＢ１から第２周波数帯域ＦＢ２に近づけられる。感度周波数特性が所望感度周波数特性に近づけられる。係る周波数帯域の拡張が、ＡＳＩＣ３００で行われる。

【0058】

なお、ＡＳＩＣ３００は周波数帯域の拡張とは異なる補正を行ってもよい。ＡＳＩＣ３００は例えば特定の周波数帯域の感度を増幅若しくは減衰してもよい。

【0059】

＜ＡＳＩＣ＞
図６に示すようにＡＳＩＣ３００は、変換部３１０、制御部３２０、および、ドライバ３３０を有する。図面では変換部３１０をＣＳと表記している。ドライバ３３０をＤＲと表記している。ＡＳＩＣ３００の各構成要素は、以下に示す補正処理と補正値演算処理を実行する。

【0060】

＜補正処理＞
変換部３１０は音響圧力によって振動しているＭＥＭＳデバイス２００から出力されたコンデンサの静電容量変化若しくは電荷変化を示す第１電気信号を電圧に変換する。そして変換部３１０はその変換した第１電気信号（収音信号）を制御部３２０に出力する。

【0061】

制御部３２０は変換部３１０から出力された収音信号の周波数帯域を拡張するための補正を行う。そして制御部３２０はその補正した収音信号をスピーカなどに出力する。

【0062】

＜補正値演算処理＞
制御部３２０はＭＥＭＳデバイス２００を強制的に振動するための振動信号をドライバ３３０に出力する。振動信号は周期的に電圧レベルがハイレベルとローレベルに変化するパルス信号である。振動信号の振幅は一定である。ハイレベルは例えば２．５Ｖである。ローレベルは例えば－２．５Ｖである。振動信号の周波数は不変である。なお、駆動信号の周波数は変化してもよい。

【0063】

ドライバ３３０は入力された振動信号を増幅する。そしてドライバ３３０はその増幅した振動信号（駆動信号）をＭＥＭＳデバイス２００の振動子２２０に出力する。駆動信号が振動子２２０の振動領域ＶＡに入力されると、振動子２２０には、周期的にｚ方向での作用方向の変化する圧力が生じる。この結果、振動子２２０がｚ方向に振動する。なお、ドライバ３３０は振動信号を増幅しなくともよい。例えば、ドライバ３３０は増幅度が１のボルテージフォロワ回路でもよい。ドライバ３３０が駆動部に相当する。

【0064】

変換部３１０は駆動信号によって振動しているＭＥＭＳデバイス２００から出力されたコンデンサの静電容量変化若しくは電荷変化を示す第２電気信号を電圧に変換する。そして変換部３１０はその変換した第２電気信号（参考信号）を制御部３２０に出力する。

【0065】

制御部３２０は変換部３１０から出力された参考信号を用いて、収音信号の周波数帯域を拡張するための補正値を算出する。

【0066】

＜制御部＞
図６に示すように、制御部３２０は記憶部３２１と演算部３２２を有する。図面では記憶部３２１をＭＥと表記している。演算部３２２をＯＰと表記している。制御部３２０が補正部に相当する。

【0067】

記憶部３２１はコンピュータやプロセッサによって読み取り可能なデータとプログラムを非一時的に記憶する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶部３２１は揮発性メモリと不揮発性メモリとを有している。記憶部３２１は入力された諸情報や演算部３２２の処理結果を記憶する。記憶部３２１は演算部３２２が演算処理するための各種プログラムと各種参照値を記憶している。

【0068】

演算部３２２にはプロセッサが含まれている。演算部３２２は入力された諸情報を記憶部３２１に記憶する。演算部３２２は記憶部３２１に記憶された情報に基づいて各種演算処理を実行する。

【0069】

＜補正値演算処理フロー＞
次に、補正値演算処理を詳説する。図７に、補正値演算処理において演算部３２２の実行する処理を示す。演算部３２２は補正値演算処理をサイクルタスクで行っている。

【0070】

ステップＳ１０において演算部３２２は、圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００に電源電力を供給する電源がオフからオンになったか否かを判定する。電源がオフからオンになった場合、演算部３２２はステップＳ２０へ進む。電源がオン状態若しくはオフ状態の場合、演算部３２２はステップＳ３０へ進む。

【0071】

なお、圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００が車両に搭載される場合、演算部３２２は車両のイグニッションスイッチがオフからオンになったか否かをステップＳ１０で判定してもよい。イグニッションスイッチがオフからオンになった場合に演算部３２２はステップＳ２０へ進む。イグニッションスイッチがオフからオンになっていない場合、演算部３２２はステップＳ３０へ進む。

【0072】

また、演算部３２２は車両の動力源がオフからオンになったか否かをステップＳ１０で判定してもよい。動力源がオフからオンになった場合に演算部３２２はステップＳ２０へ進む。動力源がオフからオンになっていない場合、演算部３２２はステップＳ３０へ進む。

【0073】

さらに例示すると、演算部３２２はステップＳ１０を実行しなくともよい。この場合、演算部３２２はステップＳ３０の処理を補正値演算処理の始めに実行する。

【0074】

ステップＳ３０へ進んだ場合、演算部３２２は収音信号を取得する。そして演算部３２２はその収音信号に基づいて、外部環境の音の大きさ（音レベル）を検出する。演算部３２２はその音レベルが記憶部３２１に参照値として記憶された静音レベルよりも低いか否かを判定する。

【0075】

音レベルが静音レベルよりも低い場合、外部環境の音による振動子２２０の振動が補正値に影響を及ぼさないことが期待される。この場合、演算部３２２はステップＳ４０へ進む。

【0076】

音レベルが静音レベルよりも高い場合、外部環境の音による振動子２２０の振動が補正値に影響を及ぼすことが想定される。この場合、演算部３２２は補正値演算処理を終了する。

【0077】

ステップＳ４０へ進むと、演算部３２２はＭＥＭＳデバイス２００に設けられた物理量センサ５２０から温度を取得する。そして演算部３２２はこの温度を記憶部３２１に記憶する。演算部３２２は補正値演算処理をサイクルタスクとして繰り返し実行している。そのために演算部３２２には異なる時刻で検出された複数の温度が記憶されている。演算部３２２は取得した最新の温度と、記憶部３２１に記憶された過去の温度とに基づいて、ＭＥＭＳデバイス２００の温度変化を算出する。

【0078】

この温度変化の算出に用いられる過去の温度は、例えば、この処理時点において記憶部３２１に記憶されている補正値を算出した時の温度である。ＭＥＭＳデバイス２００の力場パラメータは温度に依存している。そのため、補正値を算出した際の温度から例えば１０℃程度の大きな変化がある場合、感度周波数特性が変化していることが想定される。逆に言えば、補正値を算出した際の温度から大きな変化がない場合、感度周波数特性が変化していないことが期待される。なお、温度変化の算出に用いられる過去の温度は、例えば、電源がオンからオフ若しくはオフからオンに切り替わった際の温度、温度変化の想定される時間経過前の温度などを採用することもできる。

【0079】

ステップＳ４０において演算部３２２は、算出した温度変化が記憶部３２１に参照値として記憶された温度判定値よりも大きいか否かを判定する。温度変化が温度判定値よりも大きい場合、演算部３２２はステップＳ２０へ進む。温度変化が温度判定値よりも低い場合、演算部３２２は補正値演算処理を終了する。

【0080】

なお、ステップＳ３０とステップＳ４０の処理順序は特に限定されない。ステップＳ３０とステップＳ４０の処理順序を逆転させてもよい。

【0081】

ステップＳ１０のみ若しくはステップＳ３０とステップＳ４０を経てステップＳ２０へ進むと、演算部３２２は振動信号をドライバ３３０に出力する。これによりドライバ３３０からＭＥＭＳデバイス２００に駆動信号が出力される。この結果、振動子２２０が強制的に振動させられる。振動子２２０が自励振動する。この後に演算部３２２はステップＳ５０へ進む。

【0082】

ステップＳ５０へ進むと演算部３２２は、振動信号を出力してから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間経過した場合、演算部３２２は振動子２２０の振動が安定したとみなす。演算部３２２は振動信号の出力を止める。こうすることで、振動子２２０の振動を減衰させる。演算部３２２は係る振動の減衰時の振る舞いを参考信号として取得する。制御部３２０はこの参考信号の振る舞いから、振動子２２０の共振周波数とＱ値とを算出する。この後に演算部３２２はステップＳ６０へ進む。

【0083】

なおステップＳ５０において演算部３２２は、ドライバ３３０に出力している振動信号の周波数を、経時的に低周波から高周波に徐々に変化させてもよい。これにより振動子２２０の振動が変化する。演算部３２２は係る振動の変化時の振る舞いを参考信号として取得する。振動子２２０はこの参考信号から振動子２２０の共振周波数とＱ値とを算出してもよい。

【0084】

ステップＳ６０へ進むと演算部３２２は、算出した共振周波数とＱ値、および、図４に示す等価回路に基づいて、力場パラメータを算出する。係る演算処理において、演算部３２２は音場ＳＦと電場ＥＦの各種パラメータを固定値としている。力場パラメータの算出の後、演算部３２２はステップＳ７０へ進む。

【0085】

ステップＳ７０へ進むと演算部３２２は、算出した力場パラメータに応じた感度周波数特性を記憶部３２１から読み出す。それとともに演算部３２２は所望感度周波数特性を記憶部３２１から読み出す。ステップＳ７０において演算部３２２は、例えば図５に実線で示す所望感度周波数特性と、破線で示す感度周波数特性とを記憶部３２１から読み出す。

【0086】

図８に示すように記憶部３２１には、参照値として、理想とする周波数帯域を含む所望感度周波数特性が記憶されている。記憶部３２１には、参照値として、力場パラメータに対応する第１感度周波数特性～第ｎ感度周波数特性が記憶されている。ｎは２以上の整数である。記憶部３２１には力場パラメータと感度周波数特性との関係性が記憶されている。図８では力場パラメータの図示を省略している。なお、力場パラメータは温度に依存する。そのために第１感度周波数特性～第ｎ感度周波数特性それぞれの温度に対する関係性が記憶部３２１に記憶されていてもよい。

【0087】

ステップＳ７０からステップＳ８０へ進むと演算部３２２は、読み出した感度周波数特性と所望感度周波数特性とを差分した差分値を算出する。演算部３２２は各周波数の差分値を算出する。この後に演算部３２２はステップＳ９０へ進む。

【0088】

ステップＳ９０へ進むと演算部３２２は、各周波数の差分値を少なくするための補正値（補正ゲイン）を算出する。演算部３２２はこの補正ゲインを記憶部３２１に記憶する。この後に演算部３２２は補正値演算処理を終了する。

【0089】

＜補正処理フロー＞
次に、補正処理を詳説する。図９に、補正処理において演算部３２２の実行する処理を示す。演算部３２２は収音信号（入力音声）が入力されるたびに補正処理を行っている。すなわち、演算部３２２は圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００の使用時に補正処理を絶えず行っている。

【0090】

ステップＳ１１０において演算部３２２は、変換部３１０から入力された収音信号をフーリエ変換する。演算部３２２は収音信号を複数の周波数の波に分解する。この後に演算部３２２はステップＳ１２０へ進む。

【0091】

ステップＳ１２０へ進むと演算部３２２は、収音信号に含まれる複数の周波数の波それぞれに各周波数の補正ゲインを乗算する。こうすることで複数の周波数の波それぞれを補正する。この後に演算部３２２はステップＳ１３０へ進む。

【0092】

ステップＳ１３０へ進むと演算部３２２は、補正された複数の周波数の波を逆フーリエ変換によって１つの収音信号に戻す。そして演算部３２２はこの補正された収音信号をスピーカなどに出力する。

【0093】

＜作用効果＞
これまでに説明したように、演算部３２２は振動信号によって振動子２２０を自励振動させる。そして演算部３２２は振動子２２０の自励振動時に変換部３１０から入力される参考信号を用いて、収音信号を補正するための補正値（補正ゲイン）を算出する。

【0094】

このように、音源がなくとも補正値を算出することができる。補正値が音源の特性に依存しなくなる。

【0095】

演算部３２２は外部環境の音レベルが静音レベルよりも低い場合に、補正値を算出する。これによれば、外部環境の音（音響圧力）のために、精度の良くない補正値を算出することが抑制される。収音信号の補正が不適正になることが抑制される。

【0096】

演算部３２２は振動子２２０の温度変化量が温度判定値よりも大きい場合に、補正値を算出する。換言すれば、演算部３２２は振動子２２０の温度変化量が温度判定値以下の場合に、補正値の算出をやめる。これによれば演算部３２２の処理負荷が軽減される。

【0097】

１つの振動子２２０に検知領域ＤＡと振動領域ＶＡが含まれている。これによれば、ＭＥＭＳデバイス２００の体格の増大が抑制される。

【0098】

１つの振動子２２０の中央側に検知領域ＤＡが位置し、端側に振動領域ＶＡが位置している。これによれば、斜辺２２０ｂを含む縁側で温度変化などのために反りや撓みが生じたとしても、それによって検知領域ＤＡで静電容量変化や電荷変化が生じがたくなっている。斜辺２２０ｂを含む縁側の反りや撓みなどのために、音響圧力の検出精度が低下することが抑制される。

【0099】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図１０と図１１に基づいて説明する。

【0100】

第１実施形態では、所望感度周波数特性、および、力場パラメータと感度周波数特性との関係性が記憶部３２１に記憶されている例を示した。これに対して本実施形態では、所望パラメータ、および、所望パラメータと力場パラメータとの差分値と補正ゲインとの関係性が記憶部３２１に記憶されている。

【0101】

図１０では、所望力場パラメータに含まれるリアクタンス、静電容量、抵抗をＬ０，Ｃ０，Ｒ０と表記している。この所望力場パラメータと実際の力場パラメータとの差分値に対応する補正ゲインをＧ１…Ｇｎと表記している。所望力場パラメータは、所望感度周波数特性のときの力場パラメータである。図１０では差分値の図示を省略している。なお、補正ゲインの温度に対する関係性が記憶部３２１に記憶されていてもよい。

【0102】

本実施形態の演算部３２２は図７に示す補正値演算処理に代わって、図１１に示す補正値演算処理を実行する。図７に示す補正値演算処理と、図１１に示す補正値演算処理との相違は、ステップＳ６０以降の処理である。

【0103】

ステップＳ６０において力場パラメータを算出した後、演算部３２２はステップＳ２１０へ進む。

【0104】

ステップＳ２１０へ進むと演算部３２２は、所望力場パラメータを記憶部３２１から読み出す。この後に演算部３２２はステップＳ２２０へ進む。

【0105】

ステップＳ２２０へ進むと演算部３２２は、算出した力場パラメータと読み出した所望力場パラメータとを差分した差分値を算出する。この後に演算部３２２はステップＳ２３０へ進む。

【0106】

ステップＳ２３０へ進むと演算部３２２は、算出した差分値に対応する補正値（補正ゲイン）を記憶部３２１から読み出す。この後に演算部３２２は補正値演算処理を終了する。

【0107】

なお本実施形態に記載の圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００には、第１実施形態に記載の圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００と同等の構成要素が含まれている。そのために本実施形態の圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００が第１実施形態に記載の圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。そのためにその記載を省略する。以下に示す他の実施形態と変形例でも重複する作用効果の記載を省略する。

【0108】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図１２と図１３に基づいて説明する。

【0109】

第１実施形態では、ＭＥＭＳデバイス２００に含まれる振動子２２０が検知領域ＤＡと振動領域ＶＡそれぞれを有する例を示した。これに対して本実施形態では、ＭＥＭＳデバイス２００が第１ＭＥＭＳデバイス２０１と第２ＭＥＭＳデバイス２０２を有する。

【0110】

図１３において破線で囲って模式的に示すように、第１ＭＥＭＳデバイス２０１に含まれる振動子２２０は検知領域ＤＡと振動領域ＶＡのうち検知領域ＤＡのみを有している。第２ＭＥＭＳデバイス２０２に含まれる振動子２２０は検知領域ＤＡと振動領域ＶＡのうち振動領域ＶＡのみを有している。

【0111】

第１ＭＥＭＳデバイス２０１と第２ＭＥＭＳデバイス２０２それぞれは同一のインゴットから取り出された半導体チップを微細加工することで形成されている。そのために第１ＭＥＭＳデバイス２０１と第２ＭＥＭＳデバイス２０２とは物性が同質になっている。第１ＭＥＭＳデバイス２０１と第２ＭＥＭＳデバイス２０２それぞれの基本構成は、上記した検知領域ＤＡと振動領域ＶＡの有無の差はあるものの、第１実施形態で説明したＭＥＭＳデバイス２００の基本構成と同等になっている。

【0112】

図１２に示すように、パッケージ４００は基板４１０と蓋部４２０の他に隔壁４３０を有する。基板４１０と蓋部４２０とによって構成されるパッケージ４００の内部空間が隔壁４３０によって第１内部空間と第２内部空間とに隔てられている。第１内部空間と第２内部空間とは非連通になっている。

【0113】

パッケージ４００が収納部に相当する。第１内部空間が検出空間に相当する。第２内部空間が検査空間に相当する。

【0114】

導入孔４１０ｃは基板４１０の内面４１０ａにおける第１内部空間を区画する部位に開口している。そのために導入孔４１０ｃは第１内部空間と外部空間とを連通している。導入孔４１０ｃは第２内部空間と外部空間とを連通していない。第２内部空間は外部空間から隔離されている。第２内部空間と外部空間とは非連通になっている。

【0115】

以上に示した構成のため、外部空間で生じた音によって第１内部空間の空気が振動しやすくなっている。外部空間で生じた音によって第２内部空間の空気は振動しがたくなっている。この第１内部空間に第１ＭＥＭＳデバイス２０１が設けられる。第２内部空間に第２ＭＥＭＳデバイス２０２が設けられる。

【0116】

係る配置構成のため、第１ＭＥＭＳデバイス２０１に含まれる振動子２２０は外部空間で生じた音によって振動しやすくなっている。第２ＭＥＭＳデバイス２０２に含まれる振動子２２０は外部空間で生じた音によって振動しがたくなっている。

【0117】

したがって、例え外部環境の音レベルが静音レベルよりも高くとも、第２ＭＥＭＳデバイス２０２を強制振動させることで、補正ゲインを算出することができる。本実施形態の場合、例えば図７と図１１に示すステップＳ３０を省略することができる。

【0118】

（第１の変形例）
第１実施形態では、基板４１０にＭＥＭＳデバイス２００が１つ搭載される例を示した。しかしながら基板４１０に複数のＭＥＭＳデバイス２００が搭載されることで、アレイマイクが構成されてもよい。

【0119】

（第２の変形例）
各実施形態では演算部３２２が補正値演算処理をサイクルタスクで行っている例を示した。そして補正値演算処理のステップＳ１０において、電源がオン状態若しくはオフ状態の場合、演算部３２２はステップＳ３０へ進む例を示した。ステップＳ３０へ進む前に、演算部３２２は電源がオン状態なのかオフ状態なのかを判定してもよい。

【0120】

電源がオン状態の場合、圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００が使用状態であり、外部環境の音レベルが静音レベルよりも高いことが想定される。そのためにこの場合、演算部３２２は補正値演算処理のサイクル周期を長くすることを決定してもよい。

【0121】

電源がオフ状態の場合、圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン１００が非使用状態であり、外部環境の音レベルが静音レベルよりも低いことが期待される。そのためにこの場合、演算部３２２は補正値演算処理のサイクル周期を短くすることを決定してもよい。

【0122】

また、補正値を算出したのち、ＭＥＭＳデバイス２００の物理パラメータがすぐに変化することは想定しがたい。そのために演算部３２２は、補正値を算出してから所定時間経過しない限り、新たに補正値演算処理を実行しないようにしてもよい。これによれば演算部３２２の処理負荷が軽減される。

【0123】

（第３の変形例）
各実施形態では演算部３２２が補正値演算処理のステップＳ１０において、電源がオフからオンになった場合にステップＳ２０へ進む例を示した。この場合、外部環境の音レベルに関係なく、演算部３２２は補正値を算出する。そのため、この補正値が不適正である可能性がある。このようにステップＳ１０のみを経てステップＳ２０の処理を実行した場合、演算部３２２は算出した補正値と、記憶部３２１に記憶された補正値とを比較してもよい。そして両者の差が記憶部３２１に参照値として記憶された閾値を超える場合、演算部３２２は算出した補正値を不適正と判断してもよい。

【0124】

（その他の変形例）
各実施形態では複数の振動子２２０の間で隙間が構成される例を示した。しかしながら、振動子２２０とともに支持台２１０に規定部が支持されてもよい。そして、この規定部と振動子２２０との間で隙間が構成されてもよい。

【0125】

各実施形態では振動子２２０が先細りの三角形を成す例を示した。しかしながら振動子２２０の形状は特に限定されない。例えば振動子２２０は長方形を成してもよい。

【0126】

各実施形態では振動子２２０の数が４である例を示した。しかしながら振動子２２０の数は特に限定されない。振動子２２０の数は単数でもよい。

【0127】

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0128】

１００…圧電型ＭＥＭＳマイクロフォン、２００…ＭＥＭＳデバイス、２０１…第１ＭＥＭＳデバイス、２０２…第２ＭＥＭＳデバイス、２２０…振動子、３００…ＡＳＩＣ、３２０…制御部、３２１…記憶部、３２２…演算部、３３０…ドライバ、４００…パッケージ、ＤＡ…検知領域、ＶＡ…振動領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】