JP2023178938A - Acoustic processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
Translated fromJapanese本開示は、音響処理装置に関する。 The present disclosure relates to a sound processing device.
近年、シリコン、ガラス、有機材料等により構成される基板上に、機械部品や電子回路、電子部品をまとめて形成したデバイス、所謂、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスが注目されている。例えば、下記の特許文献１は、半導体製造プロセスにより形成された、ＭＥＭＳシステムチップとしての発声チップを開示する。 In recent years, so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices, which are devices in which mechanical parts, electronic circuits, and electronic parts are collectively formed on a substrate made of silicon, glass, organic materials, etc., have been attracting attention. For example,
特許文献１は、パッケージ構造の発声チップを提案するものであり、例えばイヤホン等の小型の音響処理装置に対してＭＥＭＳデバイスを効果的に配置することには言及されていない。すなわち、特許文献１に記載の技術は、ＭＥＭＳデバイスの効果的な配置という観点では不十分であり、改善の余地がある。
本開示は、ＭＥＭＳデバイスの効果的な配置を実現する音響処理装置を提供することを目的の一つとする。 One object of the present disclosure is to provide an acoustic processing device that realizes effective placement of MEMS devices.
本開示は、例えば、
筐体と、
筐体から延在する音導管と、
音導管内に収納されるＭＥＭＳデバイスと
を有する
音響処理装置である。This disclosure provides, for example,
A casing and
a sound conduit extending from the housing;
A sound processing device includes: a MEMS device housed in a sound conduit;
以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜第１の実施形態＞
＜第２の実施形態＞
＜変形例＞
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。なお、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがあり、また、図示が煩雑となることを防止するために、参照符号の一部のみを図示する場合や図示の一部を簡略化する場合や断面のハッチングを省略する場合もある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。また、説明の便宜を考慮して、上下左右等の方向を規定するが、本開示は、説明における方向に限定されるものではない。Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The explanation will be given in the following order.
<First embodiment>
<Second embodiment>
<Modified example>
The embodiments described below are preferred specific examples of the present disclosure, and the content of the present disclosure is not limited to these embodiments. Please note that the sizes and positional relationships of parts shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation, and only some reference numerals are shown in the drawings to avoid complicating the illustrations. In some cases, a part of the illustration may be simplified, or cross-sectional hatching may be omitted. Furthermore, in the following description, the same names and symbols indicate the same or homogeneous members, and redundant descriptions will be omitted as appropriate. Furthermore, for convenience of explanation, directions such as up, down, left, and right are defined, but the present disclosure is not limited to the directions in the explanation.
＜第１の実施形態＞
実施形態では、ユーザーの耳に装着可能なイヤホン装置を音響処理装置の一例として説明する。但し、本開示に係る音響処理装置は、イヤホン装置に限定されることはなく、例えば耳に装着可能なヘッドフォンや補聴器、集音器、前述した以外のウェアラブルデバイスに対しても適用可能である。<First embodiment>
In the embodiment, an earphone device that can be worn in a user's ear will be described as an example of a sound processing device. However, the sound processing device according to the present disclosure is not limited to earphone devices, and can also be applied to, for example, headphones that can be worn in the ears, hearing aids, sound collectors, and wearable devices other than those described above.
［イヤホンの外観構成例］
図１は、実施形態に係るイヤホン装置（イヤホン装置１）の外観構成例を示す図である。実施形態に係るイヤホン装置１は、例えば、携帯型ミュージックプレーヤやスマートフォン等（これらは図示せず）から無線伝送されるオーディオ信号を再生する。無線伝送の通信規格としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や無線ＬＡＮ(Local Area Network)が挙げられるが、これらに限定されることはない。また、イヤホン装置１は、ケーブルを介して伝送されるオーディオ信号を再生する装置であってもよい。[Example of external configuration of earphones]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the external configuration of an earphone device (earphone device 1) according to an embodiment. The
イヤホン装置１は、例えば、筐体としてのハウジング２と、ハウジング２から延在する略円筒状の音導管３と、イヤピース４と、風検出用マイク５とを有する。 The
ハウジング２は、略球形状若しくは略円筒状のベース２Ａと、ベース２Ａの所定箇所（例えば、図１における右側下部）からやや突設する突設部２Ｂを有している。ベース２Ａ及び突設部２Ｂは、例えば一体的に成形されるが、別々の部材として構成され、それらが取り付けられた構成であってもよい。ハウジング２は、例えば、ＡＢＳ(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂により構成される。ベース２Ａ及び突設部２Ｂ内には、互いに連通する内部空間が形成されており、例えばベース２Ａの内部空間に、イヤホン装置１の電源となるバッテリーや、無線通信用の回路、音声処理用の回路等が収納されている（詳細は後述する。）。 The
突設部２Ｂの先端の端面には孔部が形成されており、当該孔部からはハウジング２の外側に向かって音導管３が延在している。音導管３は、例えば、ＡＢＳ樹脂により構成されており、ハウジング２と一体的に成形される。音導管３は、ハウジング２と別体とされ、ハウジング２に取り付けられる構成であってもよい。音導管３は、内部空間を有する円筒状の形状を有し、開口を有する音導管端部３Ａを有している。ユーザーの耳にイヤホン装置１が装着された際、音導管端部３Ａからユーザーの耳内へ音が導出されるように構成されている。 A hole is formed in the end surface of the tip of the
詳細は後述するが、音導管３内には、ＭＥＭＳデバイスが収納されている。当該ＭＥＭＳデバイスには、ＭＥＭＳドライバー、ＭＥＭＳマイク、及び、ＭＥＭＳ生体センサーの少なくとも一つが含まれる。本実施形態は、ＭＥＭＳデバイスにＭＥＭＳドライバー及びＭＥＭＳマイクが含まれる例である。例えば、無線伝送されたオーディオ信号に基づいて、ＭＥＭＳドライバーにおける振動板が振動する。振動板が振動することでオーディオ信号に対応する音が生成され、生成された音が、音導管端部３Ａからユーザーの耳内へ再生される。 Although details will be described later, a MEMS device is housed within the
イヤピース４は、材質としてシリコンゴムやウレタン系樹脂やアクリル系樹脂等が用いられたものであり、弾性変形な装着部材である。イヤピース４は、内部に孔部を有しており、図１に示すように、当該孔部に音導管３が挿入されることにより、イヤピース４が音導管３の外側に装着される。イヤピース４は弾性変形が可能であるため、音導管３への挿入時にやや径が大きくなり、イヤピース４をスムーズに音導管３に挿入できる。なお、イヤピース４が、音導管３だけでなく、突設部２Ｂの一部の外側までを覆うようにしてもよい。イヤピース４は、先端に開口を有しており、音導管端部３Ａから放出された音が耳内に向かうことを阻害しないように構成される。イヤピース４が開口を有さずにメッシュ状とされた構成でもよい。また、ユーザーの耳にイヤホン装置１が装着された場合、イヤピース４が弾性変形することでユーザーの耳の外耳道に密着する。これにより、音導管３から再生される音を外部に漏らさないようにすることができる。さらに、イヤピース４を用いることにより、音導管３が外耳道に直接、接することでユーザーに不快感や痛みを与えることを防止することができる。 The
風検出用マイク５は、イヤホン装置１の周囲の風を検出するマイクである。風検出用マイク５により風が検知されると、フィードフォワード方式のノイズキャンセル用に用いられるマイクがオフに制御され、風のノイズが自動的に低減される。なお、風検出用マイク５はなくてもよい。 The
［ＭＥＭＳデバイスの一例］
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの一例である、ＭＥＭＳドライバー（ＭＥＭＳドライバー１０）及びＭＥＭＳマイク（ＭＥＭＳマイク２０）について説明する。なお、本明細書においてＭＥＭＳデバイスとは、半導体素子の製造プロセスを応用した微細加工技術（ＭＥＭＳプロセス）により形成されるデバイスである。また、本明細書におけるＭＥＭＳデバイスは、構成の一部に、ＭＥＭＳプロセスで形成されない機構部品を含んでもよい。但し、ＭＥＭＳデバイス全体をより小型化する観点からは、ＭＥＭＳデバイス全体がＭＥＭＳプロセスで自動で形成されたものであることが好ましい。[Example of MEMS device]
Next, a MEMS driver (MEMS driver 10) and a MEMS microphone (MEMS microphone 20), which are examples of the MEMS device according to the present embodiment, will be described. Note that in this specification, a MEMS device is a device formed by microfabrication technology (MEMS process) applying a semiconductor element manufacturing process. Further, the MEMS device in this specification may include, as part of the configuration, a mechanical component that is not formed by the MEMS process. However, from the viewpoint of further downsizing the entire MEMS device, it is preferable that the entire MEMS device be automatically formed by a MEMS process.
ＭＥＭＳプロセスの一例について説明する。ＭＥＭＳプロセスは、例えば、下記の工程を含む。
Ｓ１ 成膜工程：シリコン等の基板に、マスク材となる薄膜を成膜する。
Ｓ２ フォトリソグラフィ工程：上記薄膜上に、レジスト（感光性樹脂）を塗布又は貼付け、フォトマスクを介した光照射によりパターンを形成する。
Ｓ３ エッチング工程：薄膜やシリコン基板などの不要部分をガスや薬液を使って削り取る。
Ｓ４ 接合工程：複数基板を貼り合わせる。
Ｓ５ 切断（ダイシング）工程とパッケージング工程を行うことでＭＥＭＳデバイスが完成する。
なお、上記ＭＥＭＳプロセスは一例であり、一部の工程が省略されたり、他の工程が追加されてもよい。An example of a MEMS process will be described. The MEMS process includes, for example, the following steps.
S1 Film forming process: A thin film to be a mask material is formed on a substrate such as silicon.
S2 Photolithography step: A resist (photosensitive resin) is applied or pasted on the thin film, and a pattern is formed by irradiating light through a photomask.
S3 Etching process: Remove unnecessary parts such as thin films and silicon substrates using gas or chemicals.
S4 Bonding process: Bonding multiple substrates together.
S5 A MEMS device is completed by performing a cutting (dicing) process and a packaging process.
Note that the above MEMS process is an example, and some steps may be omitted or other steps may be added.
一般的なダイナミック型のドライバーは機構部品を組み立てることにより形成される。係るダイナミック型のドライバーは、個々の部品の微細化や組み立て工程の限界があり、結果的に小型化に制限がある。ＭＥＭＳドライバーは、ＭＥＭＳプロセスのみで生産可能であることで、小型化（微細化）が可能となる利点が得られる。また、自動で且つ大量の生産が可能となることで価格の優位性が得られる。これらの利点は、ＭＥＭＳドライバーだけでなく、ＭＥＭＳマイクやＭＥＭＳ生体センサーについても言える。 A typical dynamic driver is formed by assembling mechanical parts. Such dynamic drivers have limitations in miniaturization of individual components and assembly processes, and as a result, there are limits to miniaturization. The MEMS driver has the advantage of being able to be manufactured using only the MEMS process, which allows for miniaturization (miniaturization). Furthermore, automatic mass production is possible, which provides a price advantage. These advantages apply not only to MEMS drivers but also to MEMS microphones and MEMS biosensors.
図２Ａは、本実施形態に係るＭＥＭＳドライバー１０の外観例を示し、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ－Ａ線でＭＥＭＳドライバー１０を切断した場合の断面を示す。図２Ａに示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳドライバー１０は、概略的には直方体状（チップ形状）の筐体１１を有している。筐体１１は、上面１１Ａと、上面１１Ａとは反対側の底面１１Ｂとを有している。上面１１Ａは図２Ａにおける上側の主面（他の面に対して相対的に面積が大きい面）であり、底面１１Ｂは図２Ａにおける下側の主面である。上面１１Ａには、音孔として機能する孔部１２Ａ（第１孔部の一例）が形成されている。また、底面１１Ｂには、音孔として機能する孔部１２Ｂが形成されている。孔部１２Ａ及び孔部１２Ｂは、例えば、矩形状の形状を有する孔部である。 FIG. 2A shows an example of the external appearance of the
図２Ｂに示すように、筐体１１内には、振動板１４が設けられている。振動板１４は、図２Ａ及び図２Ｂにおける左右の側面１１Ｃ、１１Ｄに架け渡されるようにして、支持部材等により支持されている。上述したように、ＭＥＭＳドライバー１０の各構成がＭＥＭＳプロセスにより形成される。振動板１４が、ＭＥＭＳドライバー１０に供給されたオーディオ信号に基づいて振動することによりオーディオ信号に対応する音が生成される。生成された音が孔部１２Ａから放出される。また、振動板１４が振動することにより生成され、孔部１２Ａから放出される音とは逆相の音が、孔部１２Ｂから放出される。 As shown in FIG. 2B, a
図３Ａは、本実施形態に係るＭＥＭＳマイク２０の外観例を示し、図３Ｂは、図３ＡにおけるＢ－Ｂ線でＭＥＭＳマイク２０を切断した場合の断面を示す。図３Ａに示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳマイク２０は、概略的には直方体状（チップ形状）の筐体２１を有している。筐体２１の例えば上面２１Ａには、音孔として機能する孔部２２（第２孔部の一例）が形成されている。孔部２２は、例えば、矩形状の形状を有する孔部である。図３Ｂに示すように、筐体２１内には、振動板２４が設けられている。振動板２４は、図３Ａ及び図３Ｂにおける左右の側面２１Ｃ、２１Ｄに架け渡されるようにして、支持部材等により支持されている。上述したように、ＭＥＭＳマイク２０の各構成が、ＭＥＭＳプロセスにより形成される。 FIG. 3A shows an example of the external appearance of the
ＭＥＭＳマイク２０は、上述したＭＥＭＳドライバー１０から再生される再生音を収音するマイクである。すなわち、ＭＥＭＳドライバー１０の孔部１２Ａから放出された再生音が、ＭＥＭＳマイク２０の孔部２２を介して音が筐体２１内に取り込まれる。筐体２１内に取り込まれた音によって振動板２４が振動することで、ＭＥＭＳドライバー１０からの再生音が収音、検出される。なお、ＭＥＭＳマイク２０により収音される音は、ＭＥＭＳドライバー１０から再生される音だけでなくノイズも含み得る。 The
ＭＥＭＳマイク２０は、例えば、フィードバック方式でノイズキャンセルを行うためのフィードバックノイズキャンセル用マイクとして用いられる。ＭＥＭＳマイク２０により収音され、ノイズを含み得る音の信号と逆相の信号が、ノイズキャンセル信号として生成される。ノイズキャンセル信号を用いた公知のノイズキャンセル処理が行われることで、ＭＥＭＳドライバー１０から再生される音に含まれ得るノイズが除去又は低減される。 The
なお、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０としては、上述した構成以外の公知のデバイスも適用可能である。 Note that as the
［イヤホン装置の内部構成例］
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係るイヤホン装置１の内部構成例について説明する。図４に示すように、本実施形態に係る音導管３は、内部空間３Ｓを有している。内部空間３Ｓの一方はハウジング２の内部空間と連通しており、内部空間３Ｓの他方は、音導管端部３Ａとなっている。内部空間３Ｓに対して、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０が収納される。例えば、ＭＥＭＳドライバー１０の上面１１ＡとＭＥＭＳマイク２０の上面２１Ａとが対向するようにして、且つ、上面１１Ａと上面２１Ａとの間に間隙（後述する間隙ＳＰ）が形成されるようにして、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０が内部空間３Ｓに収納される。上述したように、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０は小型化が可能であるため、比較的径が小さい音導管３（例えば、径が数ｍｍ程度の音導管）内であっても両者を収納できる。[Example of internal configuration of earphone device]
Next, an example of the internal configuration of the
図５は、本実施形態に係るイヤホン装置１の詳細な内部構成例を示す断面図である。なお、図５及び図６の断面図は、イヤピース４が装着されていない状態の断面図である。ベース２Ａ内には、例えば、回路部３１、フィードフォワード方式のノイズキャンセルを行うためのフィードフォワードノイズキャンセル用マイク３２、バッテリー３３が収納されている。 FIG. 5 is a sectional view showing a detailed internal configuration example of the
回路部３１は、スマートフォンや携帯型オーディオプレーヤー等の外部装置からオーディオ信号を受信する通信回路、公知の音響処理を行う音響処理回路、オーディオ信号を増幅するアンプ、ノイズキャンセル処理を行う回路等を総称したものである。回路部３１等のイヤホン装置１の各部は、バッテリー３３から供給される電力に基づいて動作する。回路部３１のノイズキャンセルを行う回路は、フィードバックノイズキャンセル用マイクであるＭＥＭＳマイク２０や、フィードフォワードノイズキャンセル用マイク３２に接続される。また、回路部３１は、ＭＥＭＳドライバー１０とも接続されており、回路部３１で外部装置から受信されたオーディオ信号が適宜、増幅された上でＭＥＭＳドライバー１０に供給されるように構成されている。なお、これらの接続パターンの図示は適宜、簡略又は省略している。 The
上述したように、音導管３の内部空間３Ｓに、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０が収納される。ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０は、音導管３の内面に接着等によって取り付けられてもよいし、適宜な支持部材によって取り付けられてもよいし、嵌め込まれるようにしてもよい。ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０が内部空間３Ｓに収納された状態では、ＭＥＭＳドライバー１０の上面１１ＡとＭＥＭＳマイク２０の上面２１Ａとの間に間隙ＳＰが形成される。ＭＥＭＳドライバー１０から再生された再生音は、間隙ＳＰ及び音導管３の開放端を介してユーザーの鼓膜に到達する。また、ＭＥＭＳドライバー１０から再生された再生音は、間隙ＳＰを介してＭＥＭＳマイク２０に到達し検出される。なお、ＭＥＭＳドライバー１０の孔部１２Ｂは音導管３の内面と対向しているため、ＭＥＭＳドライバー１０の再生音と逆相の音が鼓膜側に伝搬することは抑制される。 As described above, the
ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０を音導管３内に収納できるので、イヤホン装置１を小型化できる。例えば、従来は、ダイナミック型のドライバーをハウジング２内に収納するため、ハウジング２が一定以上の容積となる必要があったが、ドライバーに係る構成を音導管３内に収納できるため、ハウジング２を小型化でき、且つ、イヤホン装置１全体を小型化できる。すなわち、音響処理装置が有するＭＥＭＳデバイスの効果的な配置を実現できる。また、イヤホン装置１を小型化できるので音響的負荷となる外耳道内容積を最小化できる。すなわち、イヤホン装置１を比較的耳の奥に挿入することができるので、振動板１４から外耳道を経て鼓膜に至る容積の空気（音響的な負荷）を小さくすることができる。これにより、振動板１４の一定の振幅に対して空気の容積が小さくできるので、発生する交流気圧を大きくすることができ、イヤホン装置１を高感度なトランスデューサーとすることができる。さらに、ＭＥＭＳドライバー１０は小型化されたデバイスであることから、デバイス内の比較的少量の空気を振動させることで音を再生できることになり、感度を向上させることができる。 Since the
さらに、本実施形態に係る構成によれば、ＭＥＭＳドライバー１０と、フィードバックノイズキャンセル用マイクであるＭＥＭＳマイク２０とを近接して配置することができる。すなわち、図６の部分拡大図における矢印で示すように、ＭＥＭＳドライバー１０で再生された再生音を、ＭＥＭＳドライバー１０の近くに配置されるＭＥＭＳマイク２０によって収音でき、再生音の伝搬距離である音響的な流路ＳＣＡを短くすることができる。 Furthermore, according to the configuration according to the present embodiment, the
図７は、一般的なイヤホン装置の内部構成例を示す。図７に示すイヤホン装置はハウジング内にダイナミック型のドライバーユニット４１を有する。ドライバーユニット４１に近接する位置にはフィードバックノイズキャンセル用マイク４２が配置される。ドライバーユニット４１が収納される壁部４３には、フィードバックノイズキャンセル用マイク４２の開口に繋がる孔部４４が形成されている。図７の矢印で模式的に示すように、ドライバーユニット４１で再生された再生音は、壁部４３の孔部４４を介してフィードバックノイズキャンセル用マイク４２に到達する。一般的なイヤホン装置の場合は、ドライバーユニット４１から再生された再生音がフィードバックノイズキャンセル用マイク４２に到達するまでの音響的な流路ＳＣＢの長さが大きくなってしまう。例えば、音響的な流路ＳＣＢの長さが１０ｍｍ程度になってしまう。 FIG. 7 shows an example of the internal configuration of a general earphone device. The earphone device shown in FIG. 7 has a
音響的な流路ＳＣＢの長さが１０ｍｍ程度になると、例えば５ｋＨｚの再生音がフィードバックノイズキャンセル用マイク４２に到達するまでに、位相が６０度程度、回転（反転）してしまう。位相の回転が６０度程度の場合は、フィードバック方式のノイズキャンセル効果が極めて小さくなってしまう。 When the length of the acoustic flow path SCB is about 10 mm, the phase of the reproduced sound of, for example, 5 kHz will be rotated (inverted) by about 60 degrees before it reaches the feedback
係る再生音の位相の回転を防止し、ノイズキャンセルの効果を得るためには、再生音の音響的な流路の長さを極力、小さくすることが望まれる。本実施形態の構成では、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０を小型化できるので、音導管３内に両者を近接して配置することができる。すなわち、ＭＥＭＳドライバー１０から再生された再生音の音響的な流路の長さを小さくできる。例えば、本実施形態に係る構成では、ＭＥＭＳドライバー１０から再生された再生音がＭＥＭＳマイク２０に到達するまでの音響的な流路ＳＣＡの長さを３ｍｍ以下とすることができる。音響的な流路ＳＣＡの長さが３ｍｍ以下の場合、例えば５ｋＨｚの再生音の位相の回転は２０度以下となり、フィードバック方式のノイズキャンセルの効果を十分に得られる。なお、音響的な流路ＳＣＡの長さは、例えば、ＭＥＭＳドライバー１０の孔部１２Ａの開放端面からＭＥＭＳマイク２０の振動板２４までの、音の伝搬空間における最短距離により規定することができる。 In order to prevent such phase rotation of the reproduced sound and obtain a noise canceling effect, it is desirable to reduce the length of the acoustic flow path of the reproduced sound as much as possible. In the configuration of this embodiment, the
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態の説明において、上述した説明における同一または同質の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明が適宜、省略される。また、特に断らない限り、第１の実施形態で説明した事項は第２の実施形態に対して適用することができる。<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In addition, in the description of the second embodiment, the same or homogeneous configurations in the above description are given the same reference numerals, and redundant descriptions will be omitted as appropriate. Further, unless otherwise specified, the matters described in the first embodiment can be applied to the second embodiment.
第２の実施形態では、音導管３内に収納されるＭＥＭＳデバイスに、ＭＥＭＳドライバー１０、ＭＥＭＳマイク２０、及び、ＭＥＭＳ生体センサーが含まれる。ＭＥＭＳ生体センサーとは、上述したＭＥＭＳプロセスによって形成された生体センサーである。ＭＥＭＳ生体センサーとしては、例えば、血流センサー、心拍・脈拍センサー、脳波センサー、体温センサーが挙げられる。ＭＥＭＳ生体センサーは、前述した生体データ以外の生体データを取得するセンサーであってもよい。 In the second embodiment, the MEMS devices housed in the
図８は、一般的な人間の外耳道ＥＣの構造を示す。外耳道ＥＣは、入口から１０ｍｍほどの深さで第１カーブＣ１に突き当たり、更に１０ｍｍほど先で第２カーブＣ２を経由して鼓膜ＤＲＰに至る。イヤピース４は、外耳道ＥＣ入口からこの第１カーブＣ１の間に挿入され、イヤピース４の先端の開口４Ａ（図９及び図１０参照）は第１カーブＣ１付近の耳壁と対向する。人間の耳壁に皮下組織には多くの血管が通っており、人体の血流を観測するには好適な部位である。 FIG. 8 shows the structure of a typical human external auditory canal EC. The ear canal EC hits the first curve C1 at a depth of about 10 mm from the entrance, and reaches the eardrum DRP about 10 mm further ahead via the second curve C2. The
血流を測定する方式としては、血中のヘモグロビンを観測する方式が挙げられる。係る方式の場合、血流センサーは、血流部分に赤外線を照射する光源と、反射光を受光する受光素子とを有する。原理的には、血流中のヘモグロビンに特定波長の光が吸収されるため、反射光の波長を観測することにより、ヘモグロビン量の変化（血管の収縮すなわち脈拍）を確認することができる。 A method for measuring blood flow includes a method for observing hemoglobin in blood. In the case of such a system, the blood flow sensor includes a light source that irradiates the blood flow portion with infrared rays and a light receiving element that receives reflected light. In principle, light of a specific wavelength is absorbed by hemoglobin in the bloodstream, so by observing the wavelength of reflected light, changes in the amount of hemoglobin (constriction of blood vessels, ie, pulse) can be confirmed.
図９Ａに示すように、イヤピース４が装着される音導管３内にＭＥＭＳドライバー１０、ＭＥＭＳマイク２０、及び、ＭＥＭＳ生体センサーの一例である血流センサー５０が収納される。一例として、音導管３の内面に接するようにＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０がそれぞれ配置され、その間に、血流センサー５０が配置される。なお、図９Ａ及び図９Ｂでは、イヤホン装置の図示を簡略化している。また、再生音の鼓膜に向かう伝搬経路（空間）やＭＥＭＳマイク２０に向かう伝搬経路の図示は適宜、省略している。また、血流センサー５０の配置位置は、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０の間以外の位置、例えば、ＭＥＭＳドライバー１０やＭＥＭＳマイク２０の外耳道ＥＣ内に向く面であってもよい。 As shown in FIG. 9A, a
図９Ｂに示すように、血流センサー５０は、光源５１と受光素子５２とを有している。光源５１と受光素子５２は、イヤピース４の先端の開口４Ａを介して、第１カーブＣ１付近の耳壁と対向するように配置される。光源５１及び受光素子５２は、不図示の配線パターンによって回路部３１と接続されている。回路部３１のＩＣ(Integrated Circuit)によって光源５１の発光が制御される。また、受光素子５２で受光され、電気信号へと変換された信号が回路部３１に供給され血流を測定するための公知の処理が回路部３１のＩＣによって行われる。なお、光源５１の制御や受光素子５２の受光信号を処理するＩＣがＭＥＭＳプロセスによって血流センサー５０と一体的に構成されていてもよい。 As shown in FIG. 9B, the
図９Ｂに示すように、光源５１から出射された赤外光は第１カーブＣ１付近の耳壁に照射され、その反射光が受光素子５２で受光される。図９Ｂでは、係る赤外光及び反射光が矢印により模式的に示されている。そして、上述した原理によってイヤホン装置のユーザーの血流が測定される。 As shown in FIG. 9B, the infrared light emitted from the
このように、ＭＥＭＳプロセスにより形成された血流センサー５０は、小型化できるため、音導管３内に血流センサー５０を収納することができる。これにより、イヤホン装置を大型化することなく、イヤホン装置のユーザーの血流を効果的に測定することが可能となる。 In this way, since the
上述したように、イヤホン装置は補聴器であってもよい。この場合、聴力に不自由を感じている高齢者が常時装着すると考えられる補聴器で、聴力を補いつつ血流を観測し続けることができる。得られた血流に関するデータは、補聴器から高齢者のスマートフォンや健康状態をモニタリングするサーバー等に送信されてもよい。血流に関するデータが外部装置に送信されることにより、健康状態のモニタリングシステムや、血流に異常が認められた場合に高齢者の家族や介護者に異常を通報するシステム等を構築することができる。 As mentioned above, the earphone device may be a hearing aid. In this case, hearing aids, which are thought to be worn by elderly people with hearing loss at all times, can supplement their hearing while continuing to monitor blood flow. The obtained data regarding blood flow may be transmitted from the hearing aid to the elderly person's smartphone, a server that monitors the health condition, and the like. By sending data related to blood flow to an external device, it is possible to build a health monitoring system or a system that notifies the family or caregiver of an elderly person if an abnormality is detected in blood flow. can.
ＭＥＭＳ生体センサーは、血流センサー５０ではなく、体温センサーであってもよい。耳道内は体表温度よりも体内温度に近く、外部温度の影響を受けずに一定であることから、非接触式の体温計が実用化されている。原理的には、耳道内から体温に相応する赤外線が放出されており、この赤外線を赤外線受光素子で検出することにより体温の測定が可能となる。 The MEMS biological sensor may be a body temperature sensor instead of the
図１０Ａに示すように、イヤピース４が装着される音導管３内にＭＥＭＳドライバー１０、ＭＥＭＳマイク２０、及び、ＭＥＭＳ生体センサーの一例である体温センサー６０が収納される。一例として、音導管３の内面に接するようにＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０がそれぞれ配置され、その間に、体温センサー６０が配置される。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂでは、イヤホン装置の図示を簡略化している。また、再生音の鼓膜に向かう伝搬経路（空間）やＭＥＭＳマイク２０に向かう伝搬経路の図示は適宜、省略している。また、体温センサー６０の配置位置は、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０の間以外の位置、例えば、ＭＥＭＳドライバー１０やＭＥＭＳマイク２０の外耳道ＥＣ内に向く面であってもよい。 As shown in FIG. 10A, a
図１０Ｂに示すように、体温センサー６０は、赤外線受光素子６１を有している。赤外線受光素子６１は、イヤピース４の先端の開口４Ａを介して、第１カーブＣ１付近の耳壁と対向するように配置される。赤外線受光素子６１により耳壁から放出される赤外光（図１０Ｂにおいて矢印により模式的に示す）が受光される。赤外線受光素子６１は、不図示の配線パターンによって回路部３１と接続されている。赤外線受光素子６１で受光され、電気信号へと変換された信号が回路部３１に供給される。そして、体温を測定するための公知の処理が回路部３１のＩＣによって行われる。なお、赤外線受光素子６１の受光信号を処理するＩＣがＭＥＭＳプロセスによって体温センサー６０と一体的に構成されていてもよい。 As shown in FIG. 10B, the
このように、ＭＥＭＳプロセスにより形成された体温センサー６０は、小型化できるため、音導管３内に体温センサー６０を収納することができる。これにより、イヤホン装置を大型化することなく、イヤホン装置のユーザーの体温を効果的に測定することが可能となる。 In this way, the
イヤホン装置による音楽聴取時のみならず、イヤホン装置を常に装着しながら、周囲との会話やインターネット等のネットワークを介して音声情報を受け取る生活スタイルが今後普及すると考えられる。この場合に、健康の基本情報である体温が継続的に計測できることで、イヤホン装置のユーザーのライフサイクルにおける健康管理だけでなく、活動内容に連携した様々な情報サービスの提供をユーザーが受けることが可能となる。例えば、体温が高いときにイヤホン装置を介して、音声による医療情報の提供や気分を落ち着かせる音楽の提供等のサービスをユーザーが受けることが可能となる。 It is thought that a lifestyle will become popular in the future, not only when listening to music using an earphone device, but also by constantly wearing the earphone device while receiving audio information through conversations with people around you and networks such as the Internet. In this case, by being able to continuously measure body temperature, which is basic health information, users of the earphone device can not only manage their health throughout their life cycle, but also receive various information services linked to their activities. It becomes possible. For example, when the user's body temperature is high, the user can receive services such as audio medical information or soothing music through the earphone device.
なお、上述した例では、ＭＥＭＳ生体センサーの一例として、血流センサー５０又は体温センサー６０を挙げたが、ＭＥＭＳ生体センサーに両方が含まれてもよいし、血流センサー５０及び体温センサー６０ではなく、他の生体センサー（例えば、血圧センサーや心拍・脈拍センサー、脳波センサー）であってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。ＭＥＭＳ生体センサーは小型化が可能であることから、複数のＭＥＭＳ生体センサーを音導管３内に収納することができる。 In the above example, the
＜変形例＞
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。<Modified example>
Although the embodiments of the present disclosure have been specifically described above, the content of the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and various modifications based on the technical idea of the present disclosure are possible.
ＭＥＭＳデバイスの形状は、実施形態で説明した以外の形状であってもよい。例えば、ＭＥＭＳドライバー１０の筐体１１は、円筒形状であってもよい。また、図１１に示すように、孔部１２Ａ及び孔部１２Ｂの形状は矩形状に限定されることはなく円形状でもよいし、他の形状、例えば、楕円形状、多角形状等であってもよい。孔部２２の形状についても同様である。 The shape of the MEMS device may be other than those described in the embodiments. For example, the
上述した実施形態では、ＭＥＭＳドライバー及びＭＥＭＳマイクが別々のＭＥＭＳデバイスとして説明したが、ＭＥＭＳドライバー及びＭＥＭＳマイクが一つのＭＥＭＳプロセスによって一体的に構成されたＭＥＭＳデバイスであってもよい。また、ＭＥＭＳドライバー、ＭＥＭＳマイク、及び、ＭＥＭＳ生体センサーが一つのＭＥＭＳプロセスによって一体的に構成されたＭＥＭＳデバイスであってもよい。また、図１２に示すように、音導管３、ＭＥＭＳドライバー１０、及び、ＭＥＭＳマイク２０が、一つのＭＥＭＳプロセスによって一体的に構成されたＭＥＭＳデバイスであってもよい。例えば、シリコン基板等を形状加工することに得られた音導管３の内面に、ＭＥＭＳプロセスによってＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０が形成されたものであってもよい。また、図１２に示す構成に対してＭＥＭＳ生体センサーがさらに一体化された構成を有するＭＥＭＳデバイスであってもよい。 In the embodiments described above, the MEMS driver and the MEMS microphone are described as separate MEMS devices, but the MEMS driver and the MEMS microphone may be a MEMS device integrally configured by one MEMS process. Alternatively, the MEMS device may be a MEMS device in which a MEMS driver, a MEMS microphone, and a MEMS biosensor are integrally configured by one MEMS process. Further, as shown in FIG. 12, the
ＭＥＭＳドライバー、ＭＥＭＳマイク、及び、ＭＥＭＳ生体センサーの配置箇所は実施形態で説明した例に限定されるものではない。図１３は、ＭＥＭＳドライバー１０、ＭＥＭＳマイク２０、及び、ＭＥＭＳ生体センサー（例えば、上述した血流センサー５０や体温センサー６０）の本変形例に係る配置例を説明するための図である。なお、図１３は、音導管端部３Ａ側から音導管３の内部空間３Ｓを視た場合のＭＥＭＳドライバー１０等の配置例（上面視図）を示す。 The locations where the MEMS driver, MEMS microphone, and MEMS biosensor are arranged are not limited to the examples described in the embodiments. FIG. 13 is a diagram for explaining an example of the arrangement of the
図１３に示すように、ＭＥＭＳドライバー１０とＭＥＭＳマイク２０とが、両者の間に間隙ＳＰＡを形成するようにして配置される。ＭＥＭＳ生体センサーは、間隙ＳＰＡ以外の箇所に配置されてもよい。例えば、ＭＥＭＳ生体センサーが、内部空間３ＳにおいてＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０の配置箇所よりも下側の箇所に配置されてもよい。なお、ＭＥＭＳ生体センサーが、内部空間３ＳにおいてＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０の配置箇所よりも上側の箇所に配置されてもよい。また、ＭＥＭＳドライバー１０及びＭＥＭＳマイク２０の配置箇所の上下に異なるＭＥＭＳ生体センサーがそれぞれ配置されてもよい。 As shown in FIG. 13, the
ＭＥＭＳデバイスの組み合わせは、実施形態で説明した組み合わせが好ましいものの、例えば、音導管内に収納されるＭＥＭＳデバイスが、ＭＥＭＳドライバー、ＭＥＭＳマイク、及び、ＭＥＭＳ生体センサーの何れか一つであってもよい。 Although the combination of MEMS devices described in the embodiment is preferable, for example, the MEMS device housed in the sound pipe may be any one of a MEMS driver, a MEMS microphone, and a MEMS biosensor. .
ハウジング２や音導管３の材料としてはＡＢＳ樹脂に限らず、例えば、ポリプロピレンやポリスチレン等の他の種々の樹脂が使用されてもよい。また、突設部２Ｂの材料としてエラストマー樹脂等の柔軟性のある樹脂が使用されてもよい。この場合、突設部２Ｂの部分が柔軟性を有することにより、音導管３を曲げることが可能になる。これにより、ユーザーの耳にイヤホン装置を装着させる際、音導管３及びイヤピース４をより装着感の良い方向に曲げてイヤホン装置を装着させることができる。 The material of the
本開示に係る音響処理装置は、補聴器又は集音器としても構成できる。補聴器として用いる場合、自分の発した声が大きく聞こえたり、自身の咀嚼音や足の踏み込みにより伝達する音が補聴器内にこもる現象が生じる。これらの現象は、オクルージョンと称される。第１の実施形態等で説明したように、音導管内にＭＥＭＳドライバー及びＭＥＭＳマイクを収納することでノイズキャンセルの性能を向上させることができる。ノイズキャンセルの性能が向上することで、上述したオクルージョンを抑制でき、性能に優れた補聴器を提供できる。 The sound processing device according to the present disclosure can also be configured as a hearing aid or a sound collector. When used as a hearing aid, phenomena such as the sound of one's own voice being heard louder or the sounds transmitted by one's own chewing or foot stepping becoming trapped inside the hearing aid. These phenomena are called occlusions. As described in the first embodiment and the like, noise canceling performance can be improved by housing the MEMS driver and the MEMS microphone within the sound pipe. By improving the noise cancellation performance, the above-mentioned occlusion can be suppressed, and a hearing aid with excellent performance can be provided.
上述した実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。上述した実施形態及び変形例は、適宜組み合わせることができる。 The configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. mentioned in the embodiments described above are merely examples, and different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. may be used as necessary. . The embodiments and modifications described above can be combined as appropriate.
本開示は、以下の構成も採ることができる。
（１）
筐体と、
前記筐体から延在する音導管と、
前記音導管内に収納されるＭＥＭＳデバイスと
を有する
音響処理装置。
（２）
前記ＭＥＭＳデバイスは、前記ＭＥＭＳドライバー、前記ＭＥＭＳマイク、及び、前記ＭＥＭＳ生体センサーの少なくとも一つを含む
（１）に記載の音響処理装置。
（３）
前記ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳドライバー及びＭＥＭＳマイクを含む
（２）に記載の音響処理装置。
（４）
前記ＭＥＭＳドライバーは、第１孔部を有し、
前記ＭＥＭＳマイクは、第２孔部を有し、
前記第１孔部と前記第２孔部との間の距離が３ｍｍ以下である
（３）に記載の音響処理装置。
（５）
前記ＭＥＭＳドライバーと前記ＭＥＭＳマイクとが一体的に構成された
（３）又は（４）に記載の音響処理装置。
（６）
前記ＭＥＭＳマイクは、前記ＭＥＭＳドライバーから再生される音を収音するマイクである
（３）から（５）までの何れかに記載の音響処理装置。
（７）
前記ＭＥＭＳデバイスは、前記ＭＥＭＳドライバー、前記ＭＥＭＳマイク、及び、前記ＭＥＭＳ生体センサーを含む
（２）に記載の音響処理装置。
（８）
前記ＭＥＭＳドライバー、前記ＭＥＭＳマイク、及び、前記ＭＥＭＳ生体センサーが一体的に構成されている
（７）に記載の音響処理装置。
（９）
前記ＭＥＭＳデバイスは、前記ＭＥＭＳ生体センサーを含み、
前記ＭＥＭＳ生体センサーは、血流センサー及び体温センサーの少なくとも一方を含む
（２）から（８）までの何れかに記載の音響処理装置。
（１０）
前記音導管及び前記ＭＥＭＳデバイスが一体的とされたＭＥＭＳデバイスとして構成される
（１）から（９）までの何れかに記載の音響処理装置。
（１１）
前記音導管の外側に装着され、弾性変形可能な装着部材を有する
（１）から（１０）までの何れかに記載の音響処理装置。
（１２）
前記音導管は、略円筒状の形状を有する
（１）から（１１）までの何れかに記載の音響処理装置。The present disclosure can also take the following configuration.
(1)
A casing and
a sound conduit extending from the housing;
A sound processing device comprising: a MEMS device housed in the sound pipe.
(2)
The acoustic processing device according to (1), wherein the MEMS device includes at least one of the MEMS driver, the MEMS microphone, and the MEMS biosensor.
(3)
The sound processing device according to (2), wherein the MEMS device includes a MEMS driver and a MEMS microphone.
(4)
The MEMS driver has a first hole,
The MEMS microphone has a second hole,
The sound processing device according to (3), wherein the distance between the first hole and the second hole is 3 mm or less.
(5)
The sound processing device according to (3) or (4), wherein the MEMS driver and the MEMS microphone are integrally configured.
(6)
The sound processing device according to any one of (3) to (5), wherein the MEMS microphone is a microphone that picks up sound reproduced from the MEMS driver.
(7)
The acoustic processing device according to (2), wherein the MEMS device includes the MEMS driver, the MEMS microphone, and the MEMS biosensor.
(8)
The acoustic processing device according to (7), wherein the MEMS driver, the MEMS microphone, and the MEMS biosensor are integrally configured.
(9)
The MEMS device includes the MEMS biosensor,
The acoustic processing device according to any one of (2) to (8), wherein the MEMS biosensor includes at least one of a blood flow sensor and a body temperature sensor.
(10)
The sound processing device according to any one of (1) to (9), wherein the sound pipe and the MEMS device are configured as an integrated MEMS device.
(11)
The sound processing device according to any one of (1) to (10), including an elastically deformable mounting member that is mounted on the outside of the sound pipe.
(12)
The sound processing device according to any one of (1) to (11), wherein the sound pipe has a substantially cylindrical shape.
１・・・イヤホン装置
２・・・筐体
３・・・音導管
４・・・イヤピース
１０・・・ＭＥＭＳドライバー
２０・・・ＭＥＭＳマイク
５０・・・血流センサー
６０・・・体温センサー1...
Claims (12)
Translated fromJapanese前記筐体から延在する音導管と、
前記音導管内に収納されるＭＥＭＳデバイスと
を有する
音響処理装置。A casing and
a sound conduit extending from the housing;
A sound processing device comprising: a MEMS device housed in the sound pipe.
請求項１に記載の音響処理装置。The acoustic processing device according to claim 1, wherein the MEMS device includes at least one of a MEMS driver, a MEMS microphone, and a MEMS biosensor.
請求項２に記載の音響処理装置。The acoustic processing apparatus according to claim 2, wherein the MEMS device includes the MEMS driver and the MEMS microphone.
前記ＭＥＭＳマイクは、第２孔部を有し、
前記第１孔部と前記第２孔部との間の距離が３ｍｍ以下である
請求項３に記載の音響処理装置。The MEMS driver has a first hole,
The MEMS microphone has a second hole,
The sound processing device according to claim 3, wherein a distance between the first hole and the second hole is 3 mm or less.
請求項３に記載の音響処理装置。The sound processing device according to claim 3, wherein the MEMS driver and the MEMS microphone are integrally configured.
請求項３に記載の音響処理装置。The sound processing device according to claim 3, wherein the MEMS microphone is a microphone that collects sound reproduced from the MEMS driver.
請求項２に記載の音響処理装置。The acoustic processing device according to claim 2, wherein the MEMS device includes the MEMS driver, the MEMS microphone, and the MEMS biosensor.
請求項７に記載の音響処理装置。The acoustic processing device according to claim 7, wherein the MEMS driver, the MEMS microphone, and the MEMS biosensor are integrally configured.
前記ＭＥＭＳ生体センサーは、血流センサー及び体温センサーの少なくとも一方を含む
請求項２に記載の音響処理装置。The MEMS device includes the MEMS biosensor,
The acoustic processing device according to claim 2, wherein the MEMS biosensor includes at least one of a blood flow sensor and a body temperature sensor.
請求項１に記載の音響処理装置。The sound processing device according to claim 1, wherein the sound pipe and the MEMS device are configured as an integrated MEMS device.
請求項１に記載の音響処理装置。The sound processing device according to claim 1, further comprising an elastically deformable mounting member mounted on the outside of the sound pipe.
請求項１に記載の音響処理装置。The sound processing device according to claim 1, wherein the sound guide tube has a substantially cylindrical shape.
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