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WO2010140312A1 - マイクロホン - Google Patents

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Publication number
WO2010140312A1
WO2010140312A1 PCT/JP2010/003378 JP2010003378W WO2010140312A1 WO 2010140312 A1 WO2010140312 A1 WO 2010140312A1 JP 2010003378 W JP2010003378 W JP 2010003378W WO 2010140312 A1 WO2010140312 A1 WO 2010140312A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
amplifier
electrode
microphone
microphone according
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/003378
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
木村教夫
政井茂雄
中野西保弘
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Publication of WO2010140312A1 publication Critical patent/WO2010140312A1/ja
Priority to US13/311,260 priority Critical patent/US20120076322A1/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/01—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
    • H04R19/016—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets for microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2410/00—Microphones
    • H04R2410/03—Reduction of intrinsic noise in microphones

Definitions

  • the present invention relates to a condenser microphone, and particularly intends to suppress vibration noise caused by mechanical vibration.
  • the present invention also relates to a condenser microphone that effectively uses electric charges generated in two opposing electrodes that constitute a capacitor section.
  • the capacitor part that constitutes the condenser microphone is a sensor that outputs an electric signal based on the vibration and vibration of the counter electrode arranged in the capacitor part using electrostatic energy as a mediation.
  • the condenser microphone there are a pressure sensor, an acceleration sensor, and the like as a sensor having a capacitor.
  • the condenser microphone and the pressure sensor are sensors that detect vibration of the counter electrode, and the acceleration sensor is a sensor that detects vibration.
  • the output signal of the sensor when collecting conversation is about 3 mV to 10 mV, which is a very weak signal.
  • the vibrating membrane has a finite mass, an external force is applied to the vibrating membrane due to external mechanical vibration, and the vibrating membrane vibrates.
  • vibration noise signals due to such external machine vibrations are mixed into the sound collection signal, the sound collection signal is weak and signal quality deteriorates.
  • Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the transmission of external vibrations to a microphone by attaching the microphone to a substrate via elastic rubber.
  • Patent Document 2 discloses a technique for suppressing impact sound when an impact is applied to a microphone by disposing two capacitor microphone elements in a package.
  • an object of the present invention is to provide a condenser microphone that can reduce the influence of vibration noise caused by external machine vibration on a sound collection signal and can be miniaturized.
  • the microphone of the present invention includes a first capacitor portion and a second capacitor portion, each of which includes a first electrode that is a movable electrode and a second electrode that is disposed to face the first electrode, and a first capacitor portion.
  • a first amplifier for amplifying a signal from the first electrode of the capacitor section and a signal from the second electrode of the second capacitor section; and a signal from the second electrode of the first capacitor section and the second amplifier A second amplifier for amplifying a signal from the first electrode of the capacitor portion.
  • the first electrode which is a movable electrode is connected to the first amplifier, and the second electrode opposite to the first electrode is connected to the second amplifier. Yes.
  • a complementary signal is obtained for each electrode with respect to the movement of the movable electrode (vibrating electrode) due to sound waves or vibrations, and signals such as charge and voltage of each electrode are in opposite phases.
  • the amplified signal also has an opposite phase, and the generated charges on both electrodes can be used effectively (see Japanese Patent Application No. 2008-328492).
  • the first electrode which is a movable electrode is connected to the second amplifier, and the second electrode opposite to the first electrode is connected to the first amplifier. is doing.
  • a complementary signal is obtained for each electrode with respect to the movement of the movable electrode (vibrating electrode) due to sound waves or vibrations, and signals such as charge and voltage of each electrode are in opposite phases.
  • the amplified signal has an opposite phase, and the generated charges on both electrodes can be used effectively.
  • the opposing electrodes constituting the first capacitor and the second capacitor are connected with opposite polarity. For this reason, the outputs can be doubled by performing balanced connection of these signals or by subtracting the other signal from one signal by providing an amplifier having a subtraction function described later. Furthermore, when external noise is mixed into the capacitor portion, the external phase becomes the same phase, so that external noise can be reduced.
  • the microphone of the present invention includes a first capacitor unit, a second capacitor unit, a substrate on which the first amplifier and the second amplifier are arranged, a first capacitor unit, a second capacitor unit, A cover disposed on the substrate so as to cover the first amplifier and the second amplifier; an opening is formed below the first capacitor portion of the substrate; It is preferable that the lower part is closed.
  • the space opposite to the opening (first capacitance) across the movable electrode that forms the first capacitor The space defined (defined) by the part, the cover, and the substrate is an acoustic space.
  • the volume of the acoustic space increases, so that the stiffness (stiffness) of the space can be reduced, and the first capacity This makes it possible to reduce the stiffness compared to the stiffness of the movable electrodes of the second and second capacitor portions.
  • the sound energy guided from the opening is transmitted to the movable electrode of the second capacitor after vibrating the movable electrode of the first capacitor.
  • the volume of the acoustic space is increased, sound energy is easily diffused and dissipated in the acoustic space, so that the sound energy applied to the movable electrode of the second capacitor portion is very small.
  • the vibration of the movable electrode of the second capacitor portion due to sound energy is extremely small as compared with the vibration of the movable electrode of the first capacitor portion.
  • the same acceleration acts on the respective movable electrodes of the first capacitor unit and the second capacitor unit. . That is, in-phase vibration energy is applied to each movable electrode. Therefore, the noise signal due to the vibration energy can be canceled by connecting the first capacitor portion and the second capacitor portion in parallel with opposite polarities and combining with the capacitively coupled charge amplifier described later.
  • the acoustic sensitivity of the microphone is determined by the acoustic sensitivity of the first capacitor, and the vibration energy is canceled. For this reason, the sensitivity of the first capacitor portion to pressure such as sound pressure can be increased, and the function of the microphone is improved.
  • a terminal for transmitting / receiving signals to / from the outside is provided on the surface of the substrate opposite to the surface on which the cover is disposed.
  • a voltage supply terminal and a ground terminal are provided on the surface of the substrate opposite to the surface on which the cover is disposed.
  • the voltage supply terminal has a function of supplying a voltage to each of the first amplifier and the second amplifier.
  • the microphone of the present invention further includes a container for storing the first capacitor unit, the second capacitor unit, the first amplifier, and the second amplifier, the output terminal of the first amplifier, and the second amplifier.
  • the output terminal, the voltage supply terminal for supplying a voltage to the first amplifier and the second amplifier, and the ground terminal are preferably led out from the container.
  • the first rigidity of the space defined by the substrate, the first capacitor portion, and the cover is compared with the second rigidity of the first electrode of the first capacitor portion. Small is preferable.
  • the first rigidity is 1/10 or less of the second rigidity. This is because such a relationship can sufficiently reduce sound energy applied to the movable electrode of the second capacitor.
  • each of the first capacitor portion and the second capacitor portion includes a semiconductor substrate typified by a silicon substrate that supports a structure including the first electrode and the second electrode.
  • the semiconductor substrate has a through hole. A space occupied by the through hole represents a space that is closed by the second capacitor portion and the substrate.
  • the microphone of the present invention preferably includes a third amplifier having a function of subtracting the output signal from the first amplifier and the output signal from the second amplifier.
  • the first amplifier and the second amplifier are constituted by ICs. According to this configuration, further downsizing is possible.
  • the first amplifier and the second amplifier are constituted by one IC. According to this configuration, further downsizing is possible.
  • the first amplifier, the second amplifier, and the third amplifier are configured by one IC.
  • the first amplifier and the second amplifier constitute a capacitively coupled charge amplifier.
  • a capacitively coupled charge amplifier is an amplifier whose amplification can be determined by the capacitance of the capacitive sensor element (capacitor) and the feedback capacitance connected to the input and output terminals of the amplifier. It is. Further, the capacitively coupled charge amplifier is an inverting amplifier, and the input terminal of the amplifier is virtually short-circuited. Therefore, even if the parasitic capacitance of the input terminal or the capacitor portion exists, the capacitively coupled charge amplifier operates as an amplifier that is not affected by the parasitic capacitance.
  • the second amplifier performs a virtual short-circuit operation from the first amplifier side, the electrodes opposed to the electrodes connected to the first amplifier of the capacitor portion are virtually short-circuited, There is no influence of the second amplifier.
  • the same can be said from the second amplifier side, and it operates without being affected by the mutual amplifiers.
  • the second capacitor unit is connected in parallel, that is, the signal of the second electrode of the second capacitor unit is used as the first inverting amplification capacitor. Connected to the input of the coupled amplifier or to the first electrode of the first capacitor. Further, the signal of the first electrode of the second capacitor is connected to the input of the second inversion capacitively coupled charge amplifier or to the second electrode of the first capacitor.
  • the first capacitor unit does not become a load of the second capacitor unit.
  • the second capacitor unit does not become a load of the first capacitor unit. Therefore, the signals of the respective capacitance units can be amplified without loss.
  • the input of the first amplifier is the signal of the first electrode that is the movable electrode of the first capacitor portion and the second electrode that is the counter electrode of the second capacitor portion. These signals are connected, and the reverse polarity connection is made so that subtraction can be performed as a charge amplifier.
  • the input of the second amplifier is the signal of the first electrode that is the movable electrode of the second capacitor portion and the second electrode that is the counter electrode of the first capacitor portion.
  • the signal of the electrode is connected, and the reverse polarity connection is performed so that subtraction can be performed as a charge amplifier.
  • the first capacitor has sensitivity to sound and vibration, but the second capacitor has only sensitivity to vibration. From the characteristics of the capacitively coupled charge amplifier, the vibration noise signal of the first capacitor portion is subtracted from the vibration noise signal of the second capacitor portion and the vibration noise signal is sufficiently reduced (suppressed) and A sound collection signal of one capacity portion is obtained.
  • the output signal from the first amplifier and the output signal from the second amplifier have substantially opposite phases.
  • the first electrode is not connected to a reference potential (ground potential).
  • the second electrode is not connected to a reference potential (ground potential).
  • the output signal from the first amplifier and the output signal from the second amplifier are connected to an analog-to-digital converter that performs analog-to-digital conversion, and the output signal is a digital signal.
  • a microphone can also be called a digital signal output microphone.
  • the digital signal output microphone refers to a microphone that outputs a signal (sound, vibration, vibration, etc.) input to the microphone as a digital signal of “1” or “0”.
  • the first amplifier, the second amplifier, and the analog-digital converter are constituted by an IC. Furthermore, it is preferable that these are constituted by one IC.
  • the analog-digital converter is preferably a ⁇ sigma modulator.
  • the digital signal is output by a PDM (pulse density modulation) system.
  • the PDM output is converted into an audio interface format by a digital signal processor (DSP) and output.
  • DSP digital signal processor
  • the first capacitor unit and the second capacitor unit are constituted by a MEMS element unit. With such a configuration, it is possible to reduce the size without using external parts, and it is possible to obtain reliable output characteristics without connection loss.
  • a dielectric film is formed on the surface of the first electrode or the second electrode.
  • the dielectric film is preferably an electret film that retains a permanent charge.
  • this configuration it is possible to drive without external charge supply (polarization voltage).
  • this configuration eliminates the need for a connection line for applying a polarization DC voltage to the MEMS element portion constituting the capacitor portion.
  • the capacitor part constituting the conventional electret capacitive element has connected the first electrode or the second electrode as the counter electrode to the reference potential (ground potential), only the signal of one electrode is used.
  • the utilization rate (efficiency) was 50%. Therefore, if the signal charges of the first and second electrodes are used, the signal utilization rate (efficiency) is 100%.
  • the first electrode and the second electrode which are disposed opposite to each other as the electret capacitive element, are not connected to the reference potential (ground potential), have a floating structure, and can be simply realized on a semiconductor substrate.
  • a MEMS element portion which is a micro electro mechanical system is suitable.
  • an electret MEMS microphone chip (electret MEMS capacitor) can be constructed by fixing a dielectric film to one of the first electrode or the second electrode and electretizing the dielectric film.
  • Another microphone of the present invention includes a first capacitor portion and a second capacitor portion each including a first electrode that is a movable electrode and a second electrode that is disposed to face the first electrode. And a substrate on which the first capacitor unit and the second capacitor unit are disposed, and a cover disposed on the substrate so as to cover the first capacitor unit and the second capacitor unit.
  • An opening is formed below the first capacitor portion in the substrate, and the bottom of the second capacitor portion in the substrate is closed, and a space defined by the substrate, the first capacitor portion, and the cover is provided.
  • the volume is preferably 10 times or more compared to the volume of the space closed by the second capacitor portion and the substrate.
  • each of the first capacitor portion and the second capacitor portion includes a semiconductor substrate typified by a silicon substrate that supports a structure including the first electrode and the second electrode.
  • the semiconductor substrate has a through hole.
  • a space occupied by the through hole represents a space that is closed by the second capacitor portion and the substrate.
  • a capacitor microphone comprising a container in which the first capacitor unit, the second capacitor unit, the first amplifier, and the second amplifier are mounted on the first surface of the same printed circuit board and covered with a metal cap.
  • the surface mount terminals on the printed circuit board it is possible to bond the printed circuit board to the substrate of another electronic device. Therefore, the microphone of the present invention can be considered as a package that can be mounted on other electronic devices.
  • a microphone that can obtain an output signal in which vibration noise is sufficiently suppressed.
  • a microphone capable of surface mounting can be provided.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a cross-sectional view and a circuit diagram of a MEMS element portion according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a MEMS element portion according to the first embodiment of the present invention.
  • b) is a schematic diagram of a circuit diagram of the MEMS element section according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of mounting of a condenser microphone according to a first embodiment of the present invention
  • (a) is a top view of a condenser microphone (module) with a metal cap removed, and (b) is a left side of the condenser microphone (module).
  • (C) is a bottom view, and (d) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of (a). It is explanatory drawing of the acoustic machine equivalent circuit of the capacitor
  • the capacitor portion of the condenser microphone is a MEMS element portion, and in particular, is a MEMS element portion having an electret.
  • the MEMS element portion refers to a capacitor formed by using a semiconductor process, which will be described later. The above is common to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an equivalent circuit diagram of the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention.
  • the condenser microphone includes a first capacitor unit M1, a second capacitor unit M2, a first amplifier 201, and a second amplifier 202.
  • the first capacitor unit M1 includes a first electrode 101 that is a movable electrode of the first capacitor unit M1, and a second element 102 that is disposed to face the first electrode 101. It is.
  • the first amplifier 201 is connected to the first electrode 101 of the first capacitor unit M1, and amplifies the signal from the first electrode 101.
  • the second amplifier 202 is connected to the second electrode 102 of the first capacitor M1, and amplifies the signal from the second electrode 102.
  • an electret film 103 that holds a permanent charge is formed on the surface of the first electrode 101 of the first capacitor portion M1.
  • the second capacitor M2 includes a first electrode 111 that is a movable electrode of the second capacitor M2, and a second electrode 112 that is disposed to face the first electrode 111. It is an element part.
  • the first amplifier 201 is connected to the second electrode 112 of the second capacitor M2, and amplifies the signal from the second electrode 112.
  • the second amplifier 202 is connected to the first electrode 111 of the second capacitor M2, and amplifies the signal from the first electrode 111.
  • an electret film 113 that holds a permanent charge is formed on the surface of the first electrode 111 of the second capacitor portion M2.
  • the first capacitor unit M1 and the second capacitor unit M2 are connected with opposite polarities.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the MEMS element portion according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a circuit of the MEMS element portion according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. The MEMS element portion is formed by finally dividing a large number of microphone chips simultaneously manufactured on a silicon substrate (silicon wafer) using a CMOS (complementary field effect transistor) manufacturing process technology.
  • the FIG. 2A shows a sectional view of one divided microphone chip.
  • the MEMS element section includes an n-type silicon substrate 100, a silicon oxide film 100i formed on the silicon substrate 100, and a movable electrode formed on the surface of the silicon oxide film 100i.
  • a spacer 100s made of a silicon film, a second electrode 102 functioning as a fixed electrode supported by the spacer 100s, and a through hole 106 formed by etching the silicon substrate 100 are included.
  • the second electrode is provided with a plurality of holes 107, and an air gap G is provided in a space between the first electrode 101 and the second electrode 102.
  • a contact hole H is further provided.
  • a film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or an electret film is laminated on or below the first electrode 101 and the second electrode 102 to form the first film and the second film. It may be.
  • a film having a first electrode which is a movable electrode can be called a vibration film, a movable film, or the like, and here, the first film corresponds to this.
  • the first electrode 101 and the second electrode 102 are made of an n-doped polysilicon film, and the electret film 103 is a film obtained by electretizing a silicon oxide film.
  • the air gap G is formed by etching and removing a portion where the spacer 100s is originally formed by a method using a semiconductor fine processing technique such as wet etching, but other methods may be used.
  • the MEMS element portion functions as a capacitor portion of the condenser microphone.
  • the first electrode 101 and the second electrode 102 function as a pair of capacitors.
  • the electret film 103 will be further described. First, a plurality of MEMS element portions formed on a silicon substrate (wafer) are individually divided into chips. Thereafter, the divided chips are electretized by corona discharge or the like, and the dielectric film is electretized. As a result, the electret film 103 can hold charges. Needless to say, electretization may be performed at the wafer level. Depending on the properties of the electret film, the electret film is generally charged with a negative charge.
  • the electret film is composed of an inorganic film such as a silicon oxide film or silicon nitride film, it has charge retention characteristics even when exposed to high temperatures compared to electret microphones that use polymer films such as FEP. Is suitable for sensors that are mounted by solder reflow.
  • the capacitor C m is floating on the silicon substrate 100 without being connected to the reference potential (ground potential) (without being connected to the ground). It can be easily formed as a structure.
  • This vibration causes a change in the equilibrium capacity and a change in the charge on both electrodes.
  • This minute charge change is also expressed as a minute voltage change
  • parasitic capacitance 110 is generated between the first electrode 101 and the silicon substrate 100.
  • parasitic capacitance 109 is generated between the second electrode 102 and the silicon substrate 100.
  • parasitic capacitances are caused by fixed objects such as the support frames of the first electrode 101 and the second electrode and electrode leads.
  • parasitic capacitance is generated through the silicon substrate.
  • the parasitic capacitance as described above is a value that does not change due to sound waves or vibration. Therefore, no fluctuating charge (voltage) is generated as a signal at these capacitance ends.
  • the MEMS microphone chip is represented as an equivalent circuit as shown in FIG.
  • the capacitance of the capacitance portion is represented by C m
  • the parasitic capacitances 109 and 110 are represented by C P1 and C P2 , respectively.
  • the parasitic capacitances C P1 and C P2 do not oscillate because they are generated in the wiring portion of the electrode and the like, and no charge is generated in these two capacitances. That is, no electromotive voltage is generated by sound.
  • DC bias condenser microphones were manufactured by E.I. C. Since it was devised by Wente, it has a basic configuration and structure in which a polarized DC voltage is applied to one of the electrodes, so either of the electrodes is inevitably connected to a reference potential (ground potential). It was. For this reason, there has been no consideration that the signal charge flows to the ground line and uses the signal charges of both electrodes.
  • the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention is characterized in that the signal charges generated in both electrodes of the capacitor can be used effectively.
  • FIGS. 3A to 3D are mounting schematic views of the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows a top view of the condenser microphone (module) with the metal cap removed
  • FIG. 3B shows a left side view of the condenser microphone (module)
  • FIG. 3C shows the bottom surface thereof.
  • FIG. 3D shows the same cross-sectional view.
  • 3D is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 3A
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. It is a drawing that I saw.
  • the condenser microphone has a first capacitor 303 and a second capacitor 304 in a container 300 composed of a printed board 301 and a metal cap (cover) 302.
  • the amplifier 330 is housed.
  • the first amplifier and the second amplifier are configured by one IC (the connection relationship between the first capacitor 303 and the first amplifier and the second amplifier, the second capacitor).
  • the connection relationship between 304 and the first amplifier and the second amplifier is the same as that described in FIG.
  • an opening (introduction hole) 306 for introducing sound and pressure is provided in the printed circuit board 301, and the first capacitor 303 is provided on the opening 306 so as to cover the opening 306. .
  • the second capacitor portion 304 is provided on the printed circuit board 301 that is not provided with an opening (in other words, the bottom of the second capacitor portion 304 in the printed circuit board is blocked. ).
  • the output terminal 121 of the first amplifier and the output of the second amplifier are provided on the surface of the printed circuit board opposite to the surface on which the first capacitor 303, the second capacitor 304, and the amplifier 330 are mounted.
  • a terminal 122, a voltage supply terminal (power input terminal) 123 for supplying a voltage to the first amplifier and the second amplifier, and a ground terminal 124 are arranged to constitute a surface mount terminal structure and serve as an interface terminal with the outside.
  • the printed circuit board 301 and the metal cap 302 are coupled by solder reflow or the like. Note that the first capacitor portion 303, the second capacitor portion 304, and the amplifier 330 are adhesively mounted on the first surface of the printed circuit board 301 with an adhesive.
  • the amplifier 330 includes MICIN1-1 and MICIN1-2 corresponding to the input terminal of the first amplifier, MICIN2-1 and MICIN2-2 corresponding to the input terminal of the second amplifier, VDD connected to the voltage supply terminal, This is a CMOS type high input impedance amplifier having OUT1 corresponding to the output terminal 121 of the first amplifier, OUT2 corresponding to the output terminal 122 of the second amplifier, and VSS connected to the reference potential (ground terminal).
  • the terminals other than the input terminal are terminals for exchanging signals with the outside, and are connected to the terminals 121 to 124 formed on the second surface of the printed board 301.
  • the ground terminal 124 is electrically connected through the metal cap 302 and the printed board 301, and the container 300 serves as a shield container that protects the inside of the container from external electromagnetic noise having a ground potential.
  • first electrode terminal 104 of the first capacitor unit 303 is connected to the input terminal MICIN1-2 of the amplifier 330, and the second electrode terminal 105 of the first capacitor unit 303 is connected to the input terminal MICIN2-2 of the amplifier 330. They are connected by bonding wires 313.
  • the electrode terminal 114 of the second capacitor 304 is connected to the input terminal MICIN2-1 of the amplifier 330, and the electrode terminal 115 of the second capacitor 304 is connected to the input terminal MICIN1-1 of the amplifier 330 by the bonding wire 313. ing.
  • the amplifier 330 may further include a third amplifier having a subtraction function for subtracting the output signal of the second amplifier from the output signal from the first amplifier.
  • the amplifier 330 preferably includes the first amplifier, the second amplifier, and the third amplifier as a single IC.
  • the space on the opposite side of the opening across the movable electrode constituting the first capacitor (the first capacitor, the cover and the substrate are defined (definition Space) is an acoustic space.
  • the volume of the acoustic space increases, so that the stiffness (stiffness) of the space can be reduced. It is possible to reduce the stiffness compared to the stiffness of the movable electrode of the capacitor portion and the second capacitor portion.
  • the sound energy guided from the opening is transmitted to the movable electrode of the second capacitor after vibrating the movable electrode of the first capacitor.
  • the volume of the acoustic space is increased, sound energy is easily diffused and dissipated in the acoustic space, so that the sound energy applied to the movable electrode of the second capacitor portion is very small.
  • the vibration of the movable electrode of the second capacitor portion due to sound energy is extremely small as compared with the vibration of the movable electrode of the first capacitor portion.
  • the acoustic sensitivity of the microphone is determined by the acoustic sensitivity of the first capacitor, and the vibration energy is canceled. For this reason, the sensitivity of the first capacitor portion to pressure such as sound pressure can be increased, and the function of the microphone is improved. Therefore, it can be seen that it is preferable to increase the volume of the acoustic space.
  • Such a space 305 shares the space around the first capacitor portion 303 and the space around the second capacitor portion 304 (and the space in which the through holes of the second capacitor portion are formed). Since it is a space, it can also be called a shared space (shared air chamber).
  • the volume of the acoustic space 305 is increased by arranging the position of the opening 306 immediately below the first capacitor 303.
  • the position of the opening 306 may not be disposed directly below the first capacitor 303.
  • the opening 306 may be provided at a location on the printed circuit board that is displaced from the first capacitor 303 so that the first capacitor 303 is not covered.
  • the opening 306 may be provided in the vicinity of the upper side of the first capacitor 303 in the metal cap 302. In such a case, it is necessary to provide a partition that separates the space around the first capacitor portion 303 and the space around the second capacitor portion 304.
  • a pressure such as a sound pressure that enters from the opening 306 is introduced from the upper side of the first capacitor 303, and a space below the movable electrode of the first capacitor 303 (such as a space in which a through hole is formed). Becomes an acoustic space. Since the partition walls are provided, pressure such as sound pressure does not reach the movable electrode of the second capacitor 304. By doing in this way, it is because the noise by the vibration energy by the whole microphone vibrating can be canceled in the way mentioned above. Note that the volume of the acoustic space is reduced when the opening is formed in the metal cap or the opening is formed at a position shifted from the first capacitor 303 on the printed board. Therefore, it is preferable to provide an opening in the printed circuit board so as to cover the first capacitor.
  • the first capacitor portion 303 and the second capacitor portion 304 are about 1.5 mm ⁇ 1.2 mm in size and the IC constituting the amplifier 330 is about 1.5 mm in size and arranged as shown in FIG.
  • the size of the microphone container is approximately 6 mm (W) ⁇ 3 mm (D) ⁇ 1.3 mm (H), and a sufficient space 305 can be secured.
  • the volume of the space 305 is about 9.5E-9 [m 3 ]
  • the stiffness S CB described later is about 5 [N / M] on the acoustic mechanical equivalent circuit, which is extremely small stiffness. .
  • the first capacitor 303 corresponds to sound and vibration
  • the second capacitor 304 responds only to vibration. Will be described using a mechanical acoustic equivalent circuit and a vibration mechanical equivalent circuit.
  • FIG. 4A is an acousto-mechanical equivalent circuit in the case where the first capacitor unit is M1 and the second capacitor unit is M2, and the same chip is used.
  • the magnitude 401 of the force applied to the movable film having the first electrode (movable electrode) when pressure such as sound pressure is guided from the opening immediately below the first capacitance portion is:
  • the masses 404 and 405 of the movable film itself of the first capacitor unit and the second capacitor unit are calculated. Considering each of them, and considering the air resistances 406 and 407 of the air gap G between the first capacitor portion and the second capacitor portion, respectively, the following can be expressed.
  • This spring stiffness magnitude 408 is:
  • the rigidity 409 of the space (305 in FIG. 3) delimited by the printed circuit board 301, the first capacitor portion 303, the second capacitor portion 304, and the metal cap 302 is
  • the rigidity 409 is preferably set so as to satisfy the following conditions depending on its volume.
  • S CB is preferably 1/10 or less of S 0
  • S CB is preferably 1/10 or less of S B.
  • S CB is, in other words that is 1/10 or less of the S B, the space (the movable electrode lower portion of the second capacitor portion is closed by the second capacitor portion 304 and the printed circuit board 301
  • the space is divided by the printed circuit board 301, the first capacitor portion 303, the second capacitor portion 304, and the metal cap 302 so that the space, in particular, the space occupied by the through hole of the second capacitor portion 304) is 10 times or more. It is preferable to provide a space to be provided.
  • the force F M2 410 due to the sound energy applied to the movable film of the second capacitor 304 due to the mechanical acoustic short circuit is a value close to 0 [N / m 2 ] or the force applied to the movable film of the first capacitor 303. It can be set to (1/10) ⁇ (0.1) or less of F M1 401.
  • the outputs of the first capacitor M1 (303) and the second capacitor M2 (304) as microphones can be expressed as follows.
  • the sound sensitivity is made the same by having.
  • the above-described electret potential adjustment balance can be within ⁇ 5%, and when this potential difference is taken into consideration, the output of M2 can be expressed as follows.
  • the movable film of the second capacitor section has a shake opposite to that of the movable film of the first capacitor section due to its structure. That is, the phase is different by 180 degrees.
  • the acoustic sensitivity of the condenser microphone with this configuration is M1 acoustic sensitivity.
  • FIG. 5A shows a vibration machine equivalent circuit in which the first capacitor unit is M1, the second capacitor unit is M2, and the same chip is used.
  • the condenser microphone of the present invention has equal acoustic sensitivities by adjusting the charged potential, so the output due to vibration acceleration of M2 is
  • Any output by vibration acceleration is an output proportional to acoustic sensitivity.
  • the charges (voltages) of the first electrode and the second electrode of the first capacitor unit and the second capacitor unit are the charges (voltages) of the first electrode and the second electrode of the first capacitor unit and the second capacitor unit.
  • the first electrode 101 of the first capacitor section is connected to the inverting input terminal 211 of the first amplifier 201 through the first electrode terminal 104 to constitute an inverting capacitive coupling amplifier.
  • the second electrode 102 of the first capacitor portion is connected to the inverting input terminal 221 of the second amplifier 202 through the second electrode terminal 105, and similarly constitutes an inverting capacitive coupling charge amplifier.
  • the first electrode 111 of the second capacitor section is connected to the inverting input terminal 221 of the second amplifier 202 through the first electrode terminal 114 to constitute an inverting capacitive coupling amplifier.
  • the second electrode 112 of the second capacitor section is connected to the inverting input terminal 211 of the first amplifier 201 through the second electrode terminal 115, and similarly constitutes an inverting capacitively coupled charge amplifier.
  • the electrodes of the first capacitor portion and the second capacitor portion are connected in reverse polarity.
  • first amplifier 201 and the second amplifier 202 have the same performance, and those cut out from the same wafer may be used, or they may be integrated on the same substrate.
  • the non-inverting input terminals 212 and 222 are connected to a reference potential (ground potential).
  • an electret film 103 that retains permanent charges is formed on the first electrode 101 of the first capacitor portion, and an electret film 113 that retains permanent charges on the first electrode 111 of the second capacitor portion. Is formed.
  • the first electrode 101 and the second electrode 102 of the first capacitor section have fixed capacitors 109 and 110 depending on the structure and mounting factors.
  • the first electrode 111 and the second electrode 112 of the second capacitor section have fixed capacitors 119 and 120 depending on the respective structures and mounting factors.
  • the first amplifier 201 and the second amplifier 202 are high input impedance amplifiers, and a CMOS type is desirable to achieve a high input impedance.
  • the operating power supply may use a positive / negative two power supply, a high input impedance CMOS type amplifier that operates with a single power supply is desirable.
  • the feedback resistors 213 and 223 are discharge resistors for preventing the first amplifier 201 and the second amplifier 202 from being saturated, and the feedback capacitors 214 and 224 determine the degree of charge (voltage) amplification.
  • the feedback resistor is formed by a MOS ON resistor on the MOS integrated circuit.
  • the output of the first amplifier 201 is guided to the output terminal 121 for external connection, and the output of the second amplifier 202 is guided to the output terminal 122 for external connection.
  • the terminal 123 is a voltage supply terminal (power supply terminal) to the amplifier, and the terminal 124 is a reference potential (ground terminal).
  • the ground terminal 124 is also connected to a container 300 (see FIG. 3) that also serves as a shield, to reduce the mixing of electromagnetic disturbance noise.
  • the inverting input terminals 211 and 221 are virtually between the non-inverting input terminals 212 and 222 in the same manner as a normal inverting amplifier. A short circuit occurs.
  • the input impedance of the inverting input terminals 211 and 221 becomes infinite, so that no current flows into these terminals.
  • the second electrode terminal 105 of the first capacitor portion and the first electrode terminal 114 of the second capacitor portion are virtually grounded, and the second amplifier 202 affects the first amplifier 201. Not give.
  • first electrode terminal 104 of the first capacitor section and the second electrode terminal 115 of the second capacitor section are virtually grounded, and the first amplifier 201 does not affect the second amplifier 202.
  • the charge on the second electrode 102 of the first capacitor portion and the charge on the first electrode 111 of the second capacitor portion flow into the feedback capacitor 224 and the feedback resistor 223.
  • a configuration of an inversion capacitively coupled charge amplifier in which the capacitance values of the feedback capacitors 214 and 224 are C f , the feedback resistance values of the feedback resistors 213 and 224 are R f, and the first capacitor portion and the second capacitor portion are signal sources.
  • the output voltages of the output terminals 121 and 122 are expressed as follows.
  • the signal output of the output terminal 121 is
  • the signal output at the output terminal 122 is
  • the vibration noise signal of the condenser microphone of this configuration is suppressed to 1/20 or less and output as compared with the microphone without the suppression configuration.
  • this connection configuration allows the two output terminals 121 and 122 to have a very large space 305 and have opposite phases and the same magnitude when the charged potential is sufficiently controlled. Only sound signals are output.
  • the subtraction may be performed by incorporating a third amplifier having a subtraction function.
  • the above equation is established in a frequency region higher than the cut-off frequency f cut described below.
  • the low-frequency cut-off frequency f cut can be determined in consideration of the use band of the vibration noise suppressing electret MEMS microphone.
  • FIG. 6 shows a diagram in which a third amplifier 203 having a subtraction function, resistors 231, 232, 233, and 234 for determining the degree of amplification and an output terminal 125 for a subtraction output signal are added to the elements of FIG. .
  • the first capacitor unit M1 and the second capacitor unit M2 an electret MEMS microphone chip was used, and C m was measured using a 1 pF capacitor.
  • M1 and M2 constitute the same electret MEMS microphone chip.
  • the electret potential of M1 is set to -9V and the electret potential of M2 is set to -15V.
  • the feedback resistors 213 and 223 are set so that the above-described low-frequency cutoff frequency is about 3 Hz.
  • FIG. 7 shows the measurement result of the acoustic sensitivity (vertical axis) with respect to the frequency (horizontal axis) by the microphone having the configuration as shown in FIG. 6 (acoustic sensitivity frequency characteristics).
  • the acoustic sensitivity of the capacitive part M1 constituting the MEMS microphone chip is represented as M1
  • the acoustic sensitivity of the capacitive part M2 constituting the MEMS microphone chip is represented as M2.
  • the acoustic sensitivity of M1 is ⁇ 54.6 [dBV / Pa]
  • the acoustic sensitivity of M2 is ⁇ 85.1 [dBV / Pa].
  • the sound energy to M2 is about 30 dB (about 1/30) smaller than that of M1.
  • the acoustic sensitivity of the condenser microphone of this configuration is determined by M1.
  • the frequency characteristic is sufficiently flat as a microphone.
  • FIG. 8 shows the measurement results for the FFT frequency analysis (hereinafter referred to as FFT) output (vertical axis) of the output signal of the microphone with respect to the frequency (horizontal axis) by the microphone having the configuration as shown in FIG.
  • FFT frequency analysis
  • FIG. 8 also shows the FFT output of the acceleration sensor serving as the acceleration monitor.
  • the FFT output for the acceleration sensor is represented as Gsensor
  • the FFT output for the microphone is represented as Microphone_out.
  • the amplifier of the acceleration sensor is adjusted so that an output of ⁇ 20 [dBV] can be obtained with respect to the vibration acceleration 1 [G rms ], so that the microphone with an acceleration of 1 [G rms ] is obtained. It can be seen that is excited. Note that the outputs of the acceleration sensor and microphone at n times the frequency of 320 Hz are due to the nonlinear response of the vibrator, and both are smaller than 60 dB with respect to the fundamental wave of 320 Hz and the distortion is 1% or less. In addition, a measurement system in which soundproofing measures are taken so that the sound generated from the vibrator is the input of the microphone to be measured is adopted.
  • the output of the microphone due to vibration acceleration at a single frequency of 320 Hz is -120.4 [dBV] as vibration noise output of the same frequency, which is compared with the aforementioned acoustic sensitivity of -54.6 [dBV / Pa].
  • the vibration noise output is extremely small.
  • FIG. 9 shows vibration noise output (vertical axis) for each frequency (horizontal axis) in order to compare the microphone having the structure as shown in FIG. 6 and the conventional component (without the vibration noise suppression structure).
  • the frequency of the input signal of the vibration exciter was swept, the vibration acceleration was kept at 1 [G rms ], and the vibration noise output of the conventional product and this vibration noise suppression microphone was measured.
  • the output of the vibration noise suppression microphone of the present invention is 1/100 to 1/10 or less of the vibration noise output compared to the conventional product, indicating that the effect of suppressing the vibration noise output by the present invention is extremely large. .
  • the capacitor portion of the condenser microphone is a MEMS element portion, and in particular, is a MEMS element portion having an electret.
  • the MEMS element portion refers to a capacitor formed by using a semiconductor process, which will be described later. The above is common to the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an equivalent circuit diagram of the condenser microphone according to the second embodiment of the present invention.
  • the condenser microphone according to the second embodiment of the present invention has a configuration in which an analog-digital converter 704 is added to the configuration of FIG.
  • the output terminal 121 of the first amplifier 201 is connected to the input terminal 701 of the analog-digital converter 704.
  • the output terminal 122 of the second amplifier 202 is connected to the input terminal 702 of the analog-digital converter 704. Then, the output of the analog-digital converter is guided to the digital output terminal 703.
  • the analog-digital converter 704 has a structure arranged in the container 300 composed of the printed circuit board 301 and the metal cap 302 as described in FIG. 3, and the reference numeral 705 is described as a container in FIG.
  • the analog-digital converter 704, the first amplifier 201, and the second amplifier 202 can be configured on one chip using the same manufacturing process technology.
  • the analog-to-digital converter 704, the first amplifier 201, and the second amplifier 202 are preferably configured as ICs, and are preferably configured as one IC.
  • the voltage supply terminal (power supply terminal) 123 and the ground terminal 124 can be shared. Further, with such a configuration, it becomes possible to make the common circuit (for example, a low voltage generation circuit) of the analog-digital converter 704, the first amplifier 201, and the second amplifier 202 one, Not only can the power consumption be reduced, but also the chip size can be reduced. Therefore, a cheaper microphone can be provided.
  • the analog-digital converter 704 is preferably a ⁇ sigma modulator characterized by high resolution.
  • a high signal-to-noise ratio can be realized with low power consumption by using a fourth-order ⁇ sigma modulator with a clock frequency of 1 M to 4 MHz and an oversampling rate of 50 to 64 times.
  • the output terminal 703 outputs a waveform in a PDM (Pulse Density Modulation) format representing a waveform from a pulse density of a certain width, and is converted into an audio interface format, for example, an SPDIF format by an external DSP (Digital Signal Processor).
  • PDM Pulse Density Modulation
  • an audio interface format for example, an SPDIF format
  • DSP Digital Signal Processor
  • the output terminals 121 and 122 for outputting the balanced signal are connected to the analog-digital converter.
  • the vibration noise suppression ratio of the microphone to which the analog-digital converter is added can be improved, and a higher quality digital output signal can be supplied.
  • the microphone according to the present invention can provide a high-quality sound collection signal, and therefore, when mounted on a mobile phone, PDA, game machine, or the like having a rigid counterpart board, an effect of reducing vibration can be obtained.

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Abstract

　機械振動による振動雑音を抑制でき、品質の良い集音信号を出力するマイクロホンを提供する。　可動電極である第１の電極１０１，１１１及び第１の電極１０１，１１１に対向して配置された第２の電極１０２，１１２を、それぞれ具備した第１の容量部Ｍ１及び第２の容量部Ｍ２と、第１の容量部Ｍ１の第１の電極１１１からの信号及び第２の容量部Ｍ２の第２の電極１１２からの信号を増幅する第１の増幅器２０１と、第１の容量部Ｍ１の第２の電極１０２からの信号及び第２の容量部２０２の第１の電極１１１からの信号を増幅する第２の増幅器２０２を有することを特徴とするマイクロホンを提供する。

Description

マイクロホン
　本発明は、コンデンサマイクロホンに係り、特に機械振動による振動雑音を抑制しようとするものである。また、容量部を構成する２つの対向する電極に発生する電荷を有効に利用するコンデンサマイクロホンに関する。
　コンデンサマイクロホンを構成する容量部は、静電エネルギーを仲介として、容量部に配置された対向電極の振動や振れに基づいて電気信号を出力するセンサーである。コンデンサマイクロホン以外にも、容量部を備えるセンサーとして、圧力センサー及び加速度センサーなどがある。コンデンサマイクロホン及び圧力センサーは、対向電極の振動を感知するセンサーであり、加速度センサーは、振れを感知するセンサーである。
　コンデンサマイクロホンにおいて、会話を集音する時のセンサーの出力信号は、３ｍＶ～１０ｍＶ程度であり、極めて微弱な信号である。一方、振動膜は有限の質量を持っているため、外来機械振動により振動膜に外力が加わって振動膜が振動する。このような外来機械振動による振動雑音信号が集音信号に入り混じると、集音信号は微弱であるため、信号品質が悪化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　一方、従来技術を参照すると、特許文献１には、弾性を有するゴムを介してマイクロホンを基板に取り付けることで、外来振動がマイクロホンに伝達することを抑制する技術が開示されている。
　また、特許文献２には、２個のコンデンサマイク素子をパッケージ内に配置することにより、マイクに衝撃を与えたときの衝撃音を抑制する技術が開示されている。
日本国特開平９－２１５０８１号公報 日本国特開２００８－２２７６５２号公報
　携帯通信端末、ムービー、デジタルカメラ等において、振動雑音の低減の需要が高まっている。これらの機器は小型化が急速に進んでおり、使用される部品にも小型化が求められている。以上のような要請から、外来機械振動による振動雑音による集音信号への影響を低減し、小型化が可能なコンデンサマイクロホンを提供することを本発明の目的とする。
　本発明のマイクロホンは、可動電極である第１の電極及び第１の電極に対向して配置された第２の電極を、それぞれ具備した第１の容量部及び第２の容量部と、第１の容量部の第１の電極からの信号及び第２の容量部の第２の電極からの信号を増幅する第１の増幅器と、第１の容量部の第２の電極からの信号及び第２の容量部の第１の電極からの信号を増幅する第２の増幅器を有している。
　本発明のマイクロホンの第１の容量部においては、可動電極である第１の電極が第１の増幅器に接続し、第１の電極に対向する第２の電極が第２の増幅器に接続している。その結果、音波や振動による可動電極（振動電極）の動きに対して、各電極には相補の信号が得られることになり、各電極の電荷、電圧などの信号は逆位相となる。そして、増幅された信号も同様に逆位相となり、両電極上の発生電荷を有効に利用できる（日本国特許願２００８－３２８４９２を参照）。
　また、本発明のマイクロホンの第２の容量部においては、可動電極である第１の電極が第２の増幅器に接続し、第１の電極に対向する第２の電極が第１の増幅器に接続している。その結果、音波や振動による可動電極（振動電極）の動きに対して、各電極には相補の信号が得られることになり、各電極の電荷、電圧などの信号は逆位相となる。そして、増幅された信号も同様に逆位相となり、両電極上の発生電荷を有効に利用できる。
　また、上述の接続を増幅器側からみると、第１の容量部と第２の容量部を構成する対向する電極は逆極性で接続している。そのため、これらの信号の平衡接続をするか、もしくは、後述する減算機能を有する増幅器を具備して一方の信号からもう一方の信号を減算することにより、出力を２倍にすることができる。さらに、容量部に外来からの雑音が混入した場合には同相となるので、外来からの雑音を低減することが可能となる。
　さらに、本発明のマイクロホンは、第１の容量部、第２の容量部、第１の増幅器及び第２の増幅器が配置されている基板と、第１の容量部、第２の容量部、第１の増幅器及び第２の増幅器を覆うように基板の上に配置されたカバーを有し、基板における第１の容量部の下には、開口部が形成されており、基板における第２の容量部の下は塞がれていることが好ましい。
　上記のような構成とすることにより、音圧などの圧力が開口部から導入されると、第１の容量部を構成する可動電極を挟んで開口部とは反対側の空間（第１の容量部、カバー及び基板で区切られる（定義される）空間）は、音響的な空間となる。第１の容量部の直上の空間のみが音響的な空間となる場合と比較すると、音響的な空間の容積が大きくなるため、空間のスチフネス（剛性）を小さくすることができ、第１の容量部と第２の容量部の可動電極のスチフネスと比べて小さくすることが可能となる。開口部から導かれた音エネルギーは、第１の容量部の可動電極を振動させた後、第２の容量部の可動電極にまで伝わる。ここで、音響的な空間の容積が大きくなると、音響的な空間に音エネルギーが拡散・消散しやすくなるため、第２の容量部の可動電極に加わる音エネルギーは非常に小さくなる。
　そのため、音エネルギーによる第２の容量部の可動電極の振動は、第１の容量部の可動電極の振動と比較して極めて小さくなる。このことは、音響感度の相互干渉が極めて小さいことを意味し、音エネルギーによるマイクロホンの音響感度が第１の容量部の音響感度で決定されることを意味する。
　また、マイクロホン全体が振動することによる振動エネルギーについて考察する。第１の容量部と第２の容量部は同一基板上に配置されているため、第１の容量部と第２の容量部のそれぞれの可動電極に対して、同じ大きさの加速度が作用する。つまり、それぞれの可動電極には、同相の振動エネルギーが加わることになる。そのため、これら第１の容量部と第２の容量部を逆極性で並列接続し、後述する容量結合電荷増幅器と組合せすることにより振動エネルギーによるノイズ信号をキャンセルすることができる。
　以上説明したように、音エネルギーに関しては、マイクロホンの音響感度が第１の容量部の音響感度で決定され、振動エネルギーに関してはキャンセルされる。そのため、第１の容量部の音圧などの圧力に対する感度を高めることができ、マイクロホンの機能が向上する。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、基板におけるカバーが配置されている面とは反対側の面に、外部と信号を授受するための端子が設けられていることが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、基板におけるカバーが配置されている面とは反対側の面に、電圧供給端子及び接地端子が設けられていることが好ましい。ここで、電圧供給端子は、第１の増幅器、第２の増幅器のそれぞれに電圧を与える働きを有する。この構成により、小型で表面実装性に優れたマイクロホンを提供することができる。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第１の容量部、第２の容量部、第１の増幅器及び第２の増幅器を収納する容器を具備し、第１の増幅器の出力端子と、第２の増幅器の出力端子と、第１の増幅器及び第２の増幅器に電圧を供給する電圧供給端子と、接地端子が容器から導出されていることが好ましい。
　さらに、本発明のマイクロホンは、基板、第１の容量部及びカバーにより区切られる空間が有する第１の剛性は、第１の容量部が有する第１の電極が有する第２の剛性と比較して小さいことが好ましい。
　さらに、本発明のマイクロホンは、第１の剛性は、第２の剛性の１／１０以下であることが好ましい。このような関係とすることで、第２の容量部の可動電極に加わる音エネルギーを十分に小さくすることができるからである。
　また、本発明のマイクロホンは、プリント基板などの基板、第１の容量部及びカバーにより区切られる空間が有する体積が、第２の容量部と基板とによって塞がれる空間と比較して１０倍以上であることが好ましい。尚、第１の容量部及び第２の容量部は、第１の電極及び第２の電極からなる構造を支持するような、シリコン基板に代表される半導体基板を有している。そして、この半導体基板は貫通孔を有している。この貫通孔が占める空間が第２の容量部と基板によって塞がれる空間を代表することになる。
　また、本発明のマイクロホンは、前記第１の増幅器からの出力信号と前記第２の増幅器からの出力信号を減算する機能を有する第３の増幅器を有することが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンは、第１の増幅器及び第２の増幅器がＩＣで構成されることが好ましい。この構成によれば、さらなる小型化が可能となる。
　また、本発明のマイクロホンは、第１の増幅器及び第２の増幅器が一つのＩＣで構成されることが好ましい。この構成によれば、さらなる小型化が可能となる。
　また、本発明のマイクロホンは、第１の増幅器、第２の増幅器及び第３の増幅器が一つのＩＣで構成されることが好ましい。
　さらに、本発明のマイクロホンにおいて、第１の増幅器及び第２の増幅器が容量結合型電荷増幅器を構成していることが好ましい。容量結合型電荷増幅器は、容量型のセンサー素子部（容量部）の容量と増幅器の入力端子と出力端子に接続された帰還容量で増幅度が決定できる増幅器であり、シンプルな構成で実現できるものである。また、容量結合型電荷増幅器は反転増幅器であり、増幅器の入力端子は仮想短絡されるため、入力端子や容量部の寄生容量が存在してもその影響を受けない増幅器として動作する。
　また、第１の増幅器側からは第２の増幅器は仮想短絡動作をしていることから、容量部の第１の増幅器に接続している電極の対向する電極は仮想短絡している状態となり、第２の増幅器の影響はない。
　同様なことを、第２の増幅器側からも言うことができ、相互の増幅器の影響を受けることなく動作する。
　反転型容量結合電荷増幅器の上記の特質から、第１の容量部に加えて、第２容量部を並列接続、すなわち第２の容量部の第２の電極の信号を第１の反転増幅型容量結合増幅器の入力にもしくは、第１の容量部の第１の電極に接続する。さらに、第２の容量部の第１の電極の信号を第２の反転型容量結合電荷増幅器の入力にもしくは、第１の容量部の第２の電極に接続する。
　このように接続することで、第１の容量部は第２の容量部の負荷にはならない。同様に、第２の容量部は第１の容量部の負荷にはならない。従って、それぞれの容量部の信号は損失なく、増幅できる。
　さらに、前述したように本発明のマイクロホンでは、第１の増幅器の入力は第１の容量部の可動電極である第１の電極の信号と第２の容量部の対向電極である第２の電極の信号を接続しており、逆極性接続を行っていることで電荷増幅器として減算ができる構成となっている。
　同様に、前述したように本発明のマイクロホンでは、第２の増幅器の入力は第２の容量部の可動電極である第１の電極の信号と第１の容量部の対向電極である第２の電極の信号を接続しており、逆極性接続を行っていることで電荷増幅器として減算ができる構成となっている。
　前述したように、本発明のマイクロホンでは、第１の容量部は音に対する感度と振動に対する感度を持つが、第２の容量部は振動に対する感度のみを持っていることから、上記の逆極性接続と容量結合電荷増幅器の特性から、出力には第１の容量部の振動雑音信号から第２の容量部の振動雑音信号が減算されて十分に小さくなった（抑制された）振動雑音信号と第１の容量部の集音信号が得られる。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第１の増幅器からの出力信号と、第２の増幅器からの出力信号は、実質的に逆位相であることが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第１の電極が基準電位（接地電位）に接続されていないことが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第２の電極が基準電位（接地電位）に接続されていないことが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第１の増幅器からの出力信号と、第２の増幅器からの出力信号をアナログ－デジタル変換するアナログ－デジタル変換器に接続し、出力信号がデジタル信号であってもよい。また、このようなマイクロホンをデジタル信号出力マイクロホンと呼ぶこともできる。ここで、デジタル信号出力マイクロホンとは、マイクロホンに入力された信号（音、振動、振れ等）を”１”、”０”のデジタル信号として出力するマイクロホンをいうものとする。
　また、本発明のマイクロホンは、第１の増幅器、第２の増幅器及びアナログ－デジタル変換器がＩＣで構成されることが好ましい。さらに、これらが一つのＩＣで構成されることが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンは、アナログ－デジタル変換器はΔシグマ変調器であることが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンは、デジタル信号はＰＤＭ（パルス密度変調）方式で出力されることが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンは、ＰＤＭ出力をデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により、オーディオインターフェイスフォーマット変換して出力することが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第１の容量部と第２の容量部がＭＥＭＳ素子部で構成されていることが好ましい。このような構成とすることで、外付け部品が不要で小型化が可能であり、接続損失もなく信頼性の高い出力特性を得ることが可能となる。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、第１の電極又は第２の電極の表面には、誘電体膜が形成されていることが好ましい。
　また、本発明のマイクロホンにおいて、誘電体膜が永久電荷を保持するエレクトレット膜であることが好ましい。この構成により、外部からの電荷の供給（成極電圧）無しに駆動することができる。また、この構成により、容量部を構成するＭＥＭＳ素子部に成極ＤＣ電圧を与えるための接続線を必要としなくなる。
　従って、対向して配置された第１の電極と第２の電極に発生する電荷又は電圧に対する接続線の影響がないため、完全相補な信号となりうる。
　従来のエレクトレット容量素子を構成する容量部は対向電極である第１の電極もしくは第２の電極を基準電位（接地電位）に接続していたため一方の電極の信号だけしか利用しておらず、信号利用率（効率）は５０％であった。従って、第１と第２の電極の信号電荷を利用すれば、信号利用率（効率）は１００％となる。
　これは、例えば従来のコンデンサマイクロホンでこれまでの感度を１とした場合、本発明の接続構成を用いたコンデンサマイクロホンは感度が２倍となることを意味する。
　エレクトレット容量素子として対向配設される第１の電極と第２の電極を何れも基準電位（接地電位）に接続せず、フローティング構造とし、シンプルに実現できる手段としては、半導体基板上に形成する微小電気機械システムであるＭＥＭＳ素子部が適している。
　さらに、第１の電極もしくは第２の電極の一方に誘電体膜を固着し、その誘電体膜をエレクトレット化することで、エレクトレットＭＥＭＳマイクロホンチップ（エレクトレットＭＥＭＳ容量部）を構成することができる。
　また、本発明の別のマイクロホンは、可動電極である第１の電極及び第１の電極に対向して配置された第２の電極を、それぞれ具備した第１の容量部及び第２の容量部と、第１の容量部、第２の容量部が配置されている基板と、第１の容量部、第２の容量部を覆うように、基板の上に配置されたカバーを有し、基板における第１の容量部の下には、開口部が形成されており、基板における第２の容量部の下は塞がれており、基板、第１の容量部及びカバーにより区切られる空間が有する体積は、第２の容量部と基板とによって塞がれる空間の体積と比較して１０倍以上であることが好ましい。尚、第１の容量部及び第２の容量部は、第１の電極及び第２の電極からなる構造を支持するような、シリコン基板に代表される半導体基板を有している。そして、この半導体基板は貫通孔を有している。この貫通孔が占める空間が第２の容量部と基板によって塞がれる空間を代表することになる。　　　
　ここで、第１の容量部、第２の容量部、第１の増幅器及び第２の増幅器を同一のプリント基板の第１面上に搭載し、金属キャップでそれらを覆った容器からなるコンデンサマイクロホンは、他の電子機器（携帯電話など）の基板に貼り付けることが可能である。ここで、プリント基板には面実装端子を設けることで、他の電子機器の基板への貼り合わせが可能となる。従って、本発明のマイクロホンは、他の電子機器に搭載可能なパッケージと考えることは可能である。
　尚、以上の特徴を矛盾が生じないように適宜組み合わせることが出来ることは言うまでもない。また、それぞれの特徴において、効果が複数期待できるときも、全ての効果を発揮できなければいけないわけではない。
　本発明によれば、振動雑音が十分に抑制された出力信号を得ることのできるマイクロホンを提供することが出来る。特に、面実装が可能なマイクロホンを提供することが出来る。
本発明の第１の実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの等価回路図の概略図 本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ素子部の断面図及び回路図の概略図、（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ素子部の断面図を示し、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ素子部の回路図の概略図を示している。 本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンの実装概観図、（ａ）はコンデンサマイクロホン（モジュール）の金属キャップを外した状態の上面図を表し、ｂ）はコンデンサマイクロホン（モジュール）の左側面図を表し、（ｃ）は同下面図を表し、（ｄ）は（ａ）のＡ－Ａ’の断面図を表す。 本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンの音響機械等価回路の説明図であり、（ａ）（ｂ）は、音響機械等価回路である。 本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンの振動機械等価回路の説明図であり、（ａ）（ｂ）は、音響機械等価回路である。 本発明の第１の実施の形態に係る試作品におけるコンデンサマイクロホンの等価回路図の概略図 本発明の第１の実施の形態に係る試作品とその実特性データの説明図 本発明の第１の実施の形態に係る試作品とその実特性データの説明図 本発明の第１の実施の形態に係る試作品とその実特性データの説明図 本発明の第２の実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの等価回路図の概略図
（第１の実施の形態）
　以下、本発明の第１の実施の形態について、図１～図４を参照して詳細に説明する。また、本発明で使用している、材料、数値は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに加えるならば、他の実施の形態との組み合わせなども可能である。なお、ここでは、コンデンサマイクロホンの容量部は、ＭＥＭＳ素子部であり、特に、エレクトレットを有するＭＥＭＳ素子部であるとして説明する。ここで、ＭＥＭＳ素子部とは、後述するが、半導体プロセスを用いて形成されたコンデンサを指している。以上のことは、本発明に共通して言えることである。
　図１は、本発明の第１の実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの等価回路図の概略図である。
　図１に示すように、コンデンサマイクロホンは、第１の容量部Ｍ１、第２の容量部Ｍ２、第１の増幅器２０１、第２の増幅器２０２を具備している。
　第１の容量部Ｍ１は、第１の容量部Ｍ１の可動電極である第１の電極１０１と、第１の電極１０１に対向して配置された第２の電極１０２とを具備したＭＥＭＳ素子部である。また、第１の増幅器２０１は、第１の容量部Ｍ１の第１の電極１０１に接続され、第１の電極１０１からの信号を増幅する。また、第２の増幅器２０２は、第１の容量部Ｍ１の第２の電極１０２に接続され、第２の電極１０２からの信号を増幅する。ここで、第１の容量部Ｍ１の第１の電極１０１表面には、永久電荷を保持するエレクトレット膜１０３が形成されている。
　また、第２の容量部Ｍ２は、第２の容量部Ｍ２の可動電極である第１の電極１１１と、第１の電極１１１に対向して配置された第２の電極１１２とを具備したＭＥＭＳ素子部である。また、第１の増幅器２０１は、第２の容量部Ｍ２の第２の電極１１２に接続され、第２の電極１１２からの信号を増幅する。また、第２の増幅器２０２は、第２の容量部Ｍ２の第１の電極１１１に接続され、第１の電極１１１からの信号を増幅する。ここで、第２の容量部Ｍ２の第１の電極１１１表面には、永久電荷を保持するエレクトレット膜１１３が形成されている。
　なお、第１の増幅器２０１の入力端子２１１と第２の増幅器２０２の入力端子２２１からみると、第１の容量部Ｍ１と第２の容量部Ｍ２は逆極性で接続していることになる。
　図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ素子部の断面図を示し、図２（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ素子部の回路図の概略図を示している。ＭＥＭＳ素子部は、ＣＭＯＳ（相補型電界効果トランジスタ）の製造プロセス技術を利用して、シリコン基板（シリコンウェハ）上に同時に製造された多数のマイクロホンチップを最終的に個々に分割することで形成される。図２（ａ）は、分割された１つのマイクロホンチップの断面図を示している。
　図２（ａ）に示すように、ＭＥＭＳ素子部は、ｎ型のシリコン基板１００と、シリコン基板１００上に形成された酸化シリコン膜１００ｉと、酸化シリコン膜１００ｉの表面に形成された可動電極として機能する第１の電極１０１と、第１の電極１０１の表面（第１の電極１０１と後述する第２の電極に挟まれるように配置する）に形成されたエレクトレット膜１０３と、ガラス化されたシリコン膜からなるスペーサ１００ｓと、スペーサ１００ｓによって支持される固定電極として機能する第２の電極１０２と、シリコン基板１００をエッチングすることで形成される貫通孔１０６を有する。そして、第２の電極には、複数の孔１０７が設けられており、第１の電極１０１と第２の電極１０２に挟まれた空間にはエアギャップＧが設けられており、電気的接続のためのコンタクトホールＨもさらに設けられている。また、第１の電極１０１及び第２の電極１０２の上又は下にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、エレクトレット膜等の膜が積層されることで、第１の膜及び第２の膜を構成していてもよい。尚、可動電極である第１の電極を有する膜を振動膜、可動膜などと呼ぶことが出来、ここでは第１の膜がそれに該当する。ここで、第１の電極１０１及び第２の電極１０２はｎドープのポリシリコン膜からなり、エレクトレット膜１０３は酸化シリコン膜がエレクトレット化された膜である。エアギャップＧは、もともとスペーサ１００ｓが形成された部分をウェットエッチングなどの半導体微細加工技術を使用した方法でエッチング除去することによって形成されるが、他の方法でも構わない。また、音波が第１の電極などからなる振動膜を振動させることで、ＭＥＭＳ素子部は、コンデンサマイクロホンの容量部として機能することになる。ここで、第１の電極１０１と第２の電極１０２は一対のコンデンサとして機能している。
　ここで、エレクトレット膜１０３について説明をさらに加える。まず、シリコン基板（ウェハ）上に形成された複数のＭＥＭＳ素子部を、個々に分割してチップにする。その後、分割されたチップに対して、コロナ放電等によりエレクトレット化処理を行い、誘電体膜をエレクトレット化する。その結果、エレクトレット膜１０３に電荷を保持させることができる。なお、ウェハレベルでエレクトレット化してもよいことは言うまでもない。エレクトレット膜の性質にもよるが、一般的に、エレクトレット膜には負の電荷が帯電させられる。
　エレクトレット膜は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の無機膜で構成されていることから、ＦＥＰ等の高分子フィルムを利用しているエレクトレットマイクロホンに比較して、高温に晒されても電荷保持特性が劣化することはなく、半田リフローでの実装を行うセンサーには適している。
　次に、ＭＥＭＳ素子部の回路図について、図２（ｂ）を用いて説明することにする。エレクトレット化された膜を有する第１の電極１０１側には、電荷として、
第１の電極側電荷：－Ｑ１[Ｃ]、
対向電極である第２の電極１０２には、電荷として、
第２の電極側電荷：＋Ｑ１[Ｃ]が表われ、平衡状態となっている。
　この平衡状態では、対向電極により形成される容量Ｃｍは、エアギャップＧと電極面積に依存し一意な値となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　さらに、この容量Ｃmは、図２（ｂ）の等価回路に示すように、シリコン基板１００上で、基準電位（接地電位）に接続されることなく（グランド接続されることなく）、フローティングした構造として形成することが容易に可能である。
　この平衡状態から、単一角周波数ωｓの正弦波音波が、可動電極として機能する第１の電極１０１に導かれると、第１の電極が音波と同じ周波数で正弦波振動する。この微小振動変位の大きさは振動膜の剛性（スチフネス）で概ね決定される。
　この振動により、平衡状態の容量に変化が生じ、両電極の電荷に変化が生じる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
となる。
　この微小電荷変化は微小電圧変化としても表されて
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
となる。
　また、逆に微小電圧変化を主体で表現すれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
となる。
　また、フローティング構造を持つことで、図２（ａ）の構造に依存する固有の寄生容量が発生する。第１の電極１０１とシリコン基板間１００間においては寄生容量１１０が発生する。また、第２の電極１０２とシリコン基板１００間においては寄生容量１０９が発生する。これらの寄生容量は、第１の電極１０１及び第２の電極の支持枠や電極のリード等の固定物によるところとなる。また、チップをプリント基板上に接着実装した場合にも、シリコン基板を通して寄生容量が発生することとなる。以上のような寄生容量は、音波や振動で変化することの無い値である。そのため、これらの容量端に信号となる変動電荷（電圧）は発生しない。
　従って、ＭＥＭＳマイクロホンチップは図２（ｂ）に示すような等価回路として表されることになる。ここで容量部の容量は前述したＣｍ、寄生容量１０９と１１０は、それぞれＣP1とＣP2とで表されている。ここで、寄生容量ＣP1とＣP2は電極の配線部等で発生する容量のため振動せずこの２つの容量には、電荷の発生はない。つまり音による起電圧は発生しない。
　ＤＣバイアスコンデンサマイクロホン、エレクトレットコンデンサマイクロホン及びエレクトレットＭＥＭＳマイクロホンに関して、上記で論じた対向して配設された両電極に生じる電荷変化の考察はこれまで論じられたことはない（日本国特許願２００８－３２８４９２を参照）。
　ＤＣバイアスコンデンサマイクロホンは、１９００年代初頭にＥ．Ｃ．Ｗｅｎｔｅによって考案されて以来、成極ＤＣ電圧をどちらか一方の電極に印加する基本構成・構造となっているため、必然的にどちらか一方の電極が基準電位（接地電位）に接続されてしまっていた。そのため、信号電荷が接地ラインに流れてしまい両電極の信号電荷を利用するという考察がなされたことはなかった。
　１９６０年代にＧ．Ｍ．Ｓｅｓｓｌｅｒがテフロン（登録商標）フィルムをエレクトレット化してコンデンサマイクロホンに応用し、エレクトレットコンデンサマイクロホンとして導入し、今日では携帯電話等に広く使用されている。このようなエレクトレットコンデンサマイクロホンでも、小型化できたとしてもＤＣバイアスコンデンサマイクロホンの基本構成・構造をとっており、この場合もどちらか一方の電極が接地ライン（接地電位）に接続されることで信号電荷が接地ラインに流れてしまい両電極の信号電荷を利用するという考察がなされたことはなかった。
　以上のことから本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンは、容量部の両電極に生じた信号電荷を有効に利用することが出来る点に特徴がある。
　次に、本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンの実装概観図について説明する。図３（ａ）～（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンの実装概観図である。
　図３（ａ）はコンデンサマイクロホン（モジュール）の金属キャップを外した状態の上面図を表し、図３（ｂ）はコンデンサマイクロホン（モジュール）の左側面図を表し、図３（ｃ）は同下面図を表し、図３（ｄ）は同断面図を表している。尚、図３（ｄ）は図３（ａ）のＡ－Ａ’の断面図を表しており、図３（ａ）は図３（ｄ）のＢ－Ｂ’の断面から実装基板の方を見た図面となっている。
　図３（ａ）～（ｄ）に示すように、コンデンサマイクロホンは、プリント基板３０１と金属キャップ（カバー）３０２から構成される容器３００内に、第１の容量部３０３、第２の容量部３０４、増幅器３３０が収納されることで構成されている。ここで、増幅器３３０は、第１の増幅器と第２の増幅器が一つのＩＣで構成されている（第１の容量部３０３と第１の増幅器及び第２増幅器の接続関係、第２の容量部３０４と第１の増幅器及び第２の増幅器の接続関係については、図１の説明と同様であるので、説明を省略する）。
　また、音や圧力を導入する開口部（導入孔）３０６がプリント基板３０１に設けられており、第１の容量部３０３は開口部３０６を覆うように、開口部３０６の上に設けられている。一方、第２の容量部３０４は開口部が設けられていないプリント基板３０１の上に設けられている（別の言い方をすると、プリント基板における第２の容量部３０４の下は塞がれている）。
　また、プリント基板における第１の容量部３０３、第２の容量部３０４、増幅器３３０が実装されている面と反対側の面には、第１の増幅器の出力端子１２１、第２の増幅器の出力端子１２２、第１の増幅器及び第２の増幅器に電圧を供給する電圧供給端子（電源入力端子）１２３、接地端子１２４が配置され、面実装端子構造を構成し、外部とのインターフェース端子となる。尚、プリント基板３０１と金属キャップ３０２は半田リフロー等で結合される。尚、プリント基板３０１の第１面には第１の容量部３０３、第２の容量部３０４、増幅器３３０が接着剤で接着実装されている。
　また、増幅器３３０は、第１の増幅器の入力端子に対応するＭＩＣＩＮ１－１とＭＩＣＩＮ１－２、第２の増幅器の入力端子に対応するＭＩＣＩＮ２－１とＭＩＣＩＮ２－２、電圧供給端子に接続するＶＤＤ、第１の増幅器の出力端子１２１に対応するＯＵＴ１、第２の増幅器の出力端子１２２に対応するＯＵＴ２、基準電位（接地端子）に接続するＶＳＳを有しているＣＭＯＳ型高入力インピーダンス増幅器である。尚、前述したように、入力端子以外の端子は、外部と信号をやりとりする端子となり、プリント基板３０１の第２面に形成されている端子１２１～１２４と接続している。また、接地端子１２４は、金属キャップ３０２とプリント基板３０１を通して電気的に接続され、容器３００は、接地電位を有する外部からの電磁的な雑音から容器内部を保護するシールド容器となる。
　また、第１の容量部３０３の第１の電極端子１０４は増幅器３３０の入力端子ＭＩＣＩＮ１－２に、第１の容量部３０３の第２の電極端子１０５は増幅器３３０の入力端子ＭＩＣＩＮ２－２に、ボンディングワイヤ３１３により接続している。
　また、第２の容量部３０４の電極端子１１４は増幅器３３０の入力端子ＭＩＣＩＮ２－１に、第２の容量部３０４の電極端子１１５は増幅器３３０の入力端子ＭＩＣＩＮ１－１に、ボンディングワイヤ３１３により接続している。
　尚、増幅器３３０は、第１の増幅器からの出力信号から第２の増幅器の出力信号を減算するような減算機能を有する、第３の増幅器をさらに具備していてもよい。この場合には、増幅器３３０は、第１の増幅器、第２の増幅器及び第３の増幅器が一つのＩＣで構成されている方が好ましい。
　ここで、プリント基板３０１、金属キャップ３０２、第１の容量部３０３により区切られた（定義された）空間３０５について詳しく説明することにする。
　音圧などの圧力が開口部から導入されると、第１の容量部を構成する可動電極を挟んで開口部とは反対側の空間（第１の容量部、カバー及び基板で区切られる（定義される）空間）は、音響的な空間となる。第１の容量部の直上の空間のみが音響的な空間となる場合などと比較すると、音響的な空間の容積が大きくなるため、空間のスチフネス（剛性）を小さくすることができ、第１の容量部と第２の容量部の可動電極のスチフネスと比べて小さくすることが可能となる。開口部から導かれた音エネルギーは、第１の容量部の可動電極を振動させた後、第２の容量部の可動電極にまで伝わる。ここで、音響的な空間の容積が大きくなると、音響的な空間に音エネルギーが拡散・消散しやすくなるため、第２の容量部の可動電極に加わる音エネルギーは非常に小さくなる。
　そのため、音エネルギーによる第２の容量部の可動電極の振動は、第１の容量部の可動電極の振動と比較して極めて小さくなる。このことは、音響感度の相互干渉が極めて小さいことを意味し、音エネルギーによるマイクロホンの音響感度が第１の容量部の音響感度で決定されることを意味する。
　一方、マイクロホン全体が振動することによる振動エネルギーについて考えてみる。第１の容量部と第２の容量部は同一基板上に配置されているため、第１の容量部と第２の容量部のそれぞれの可動電極に対して、同じ大きさの加速度が作用する。つまり、それぞれの可動電極には、同相の振動エネルギーが加わることになる。そのため、これら第１の容量部と第２の容量部を逆極性で並列接続し、後述する容量結合電荷増幅器と組合せすることにより振動エネルギーによるノイズ信号をキャンセルすることができる。
　以上説明したように、音エネルギーに関しては、マイクロホンの音響感度が第１の容量部の音響感度で決定され、振動エネルギーに関してはキャンセルされる。そのため、第１の容量部の音圧などの圧力に対する感度を高めることができ、マイクロホンの機能が向上する。従って、音響的な空間の容積が大きくなると好ましいことが分かる。尚、このような空間３０５は、第１の容量部３０３の周囲の空間と第２の容量部３０４の周囲の空間（及び第２の容量部の貫通孔が形成されている空間）を共有した空間となっているため、共有空間（共有気室）と呼ぶこともできる。
　また、本発明の第１の実施形態では、開口部３０６の位置を第１の容量部３０３の直下に配置することで、音響的な空間３０５の容積を大きくすることを考えた。しかし、開口部３０６の位置は、第１の容量部３０３の直下に配置しなくても構わない。例えば、開口部３０６を、プリント基板における、第１の容量部３０３が覆わないような第１の容量部３０３からずれた場所に設けても構わない。また、開口部３０６を、金属キャップ３０２における、第１の容量部３０３の上側近傍に設けても構わない。以上のような場合には、第１の容量部３０３の周囲の空間と第２の容量部３０４の周囲の空間を隔てるような隔壁を設ける必要がある。開口部３０６から入ってくる音圧などの圧力が第１の容量部３０３の上側から導入され、第１の容量部３０３の可動電極よりも下の空間（貫通孔が形成されている空間など）が音響的な空間となる。そして、隔壁を設けているため、音圧などの圧力が第２の容量部３０４の可動電極には及ばなくなる。このようにすることで、前述した要領で、マイクロホン全体が振動することによる振動エネルギーによるノイズをキャンセルできるからである。尚、金属キャップに開口部を形成する構成や、プリント基板における第１の容量部３０３からずれた位置に開口部を形成する構成だと、音響的な空間の体積が小さくなる。そのため、第１の容量部が覆うように、プリント基板に開口部を設けた方が好ましい。
　第１の容量部３０３、第２の容量部３０４の大きさを１．５ｍｍｘ１．２ｍｍ程度、増幅器３３０を構成するＩＣを□１．５ｍｍ程度として、図３のように配置をした場合にはコンデンサマイクロホンの容器の大きさは、約６ｍｍ（Ｗ）ｘ３ｍｍ（Ｄ）ｘ１．３ｍｍ（Ｈ）で十分な空間３０５を確保できる。この場合、空間３０５の容積は約９．５Ｅ－９[ｍ３]程度となり、後述するスチフネスＳCBは音響機械等価回路上で約５[Ｎ／Ｍ]程度となり、極めて小さなスチフネスとなっている。
　次に、本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサマイクロホンを用いると、第１の容量部３０３は音と振動に対応し、第２の容量部３０４は振動のみに応答する構成になることについて、機械音響等価回路、振動機械等価回路を用いて説明する。
　図４（ａ）は、第１の容量部をＭ１、第２の容量部をＭ２とし、それぞれ同一のチップを使用するものとした場合の音響機械等価回路である。
　音圧などの圧力が第１の容量部の直下の開口部から導かれる時の、第１の電極（可動電極）を有する可動膜に加わる力の大きさ４０１は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　さらに、第１の容量部と第２の容量部の可動膜の剛性（スチフネス）４０２、４０３をそれぞれ考慮し、第１の容量部と第２の容量部の可動膜自身の質量４０４、４０５をそれぞれ考慮し、第１の容量部と第２の容量部のエアギャップＧの空気抵抗４０６、４０７をそれぞれ考慮すると、以下のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　さらに、第２の容量部の下側には開口部が無いため、プリント基板との間に貫通孔からなる空間が構成され、この空間はバネ剛性を持つ。このバネ剛性の大きさ４０８は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
である。
　プリント基板３０１、第１の容量部３０３、第２の容量部３０４、金属キャップ３０２で区切られる空間（図３の３０５）の剛性４０９は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
である。
　ここで、剛性４０９はその容積により以下のような条件を満たすように設定することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここで、ＳＣＢは、Ｓ０の１／１０以下であることが好ましく、ＳＣＢは、ＳＢの１／１０以下であることが好ましい。また、ＳＣＢは、ＳＢの１／１０以下であることを別の言い方をすると、第２の容量部３０４とプリント基板３０１とによって塞がれる空間（第２の容量部の可動電極下部の空間、特に、第２の容量部３０４の貫通孔が占める空間）体積の１０倍以上となるように、プリント基板３０１、第１の容量部３０３、第２の容量部３０４、金属キャップ３０２で区切られる空間を設けることが好ましい。
　このような条件とすることにより、プリント基板３０１、第１の容量部３０３、金属キャップ３０２で区切られる共有空間の剛性を無視することができるようになり（回路上で機械音響的に短絡することができるようになり）、図４の（ｂ）のような音響機械等価回路として扱うことができるようになる。
　機械音響的な短絡により、第２の容量部３０４の可動膜に加わる音エネルギーによる力ＦＭ２４１０は０[Ｎ／ｍ２]に近い値、もしくは第１の容量部３０３の可動膜に加わる力ＦＭ１４０１の（１／１０）・（０．１）以下とすることができる。
　従って、第１の容量部Ｍ１（３０３）と第２の容量部Ｍ２（３０４）のマイクロホンとしての出力は以下のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　また、本発明の振動雑音抑制マイクロホンでは下記で表されるＭ１とＭ２の音響感度において、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
を持たせることで音響感度を同じくする。
　その結果、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
となる。
　また、上述のエレクトレット電位の調節バランスは±５％以内で可能でこの電位差異を考慮した場合、Ｍ２の出力は以下で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　なお、第２の容量部の可動膜は、その構造から、第１の容量部の可動膜の振れと逆の振れとなる。すなわち位相が１８０度異なることとなる。
　上記から、本構成のコンデンサマイクロホンの音響感度はＭ１の音響感度
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
として差し支えがない。
　図５（ａ）は、第１の容量部をＭ１、第２の容量部をＭ２とし、それぞれ同一のチップを使用するものとした場合の振動機械等価回路である。
　前述した振動加速度によって、第１の容量部の可動膜と第２の容量部の可動膜に働く力は同じになり、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
で、表される。
　プリント基板、第１の容量部、第２の容量部、金属キャップで区切られる空間の剛性の条件
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
は振動機械等価回路にそのまま適用することができて、機械振動的にもプリント基板、第１の容量部、金属キャップで区切られる共有空間の剛性を無視することができるようになり（回路上で機械振動的に短絡することができるようになり）、図５の（ｂ）のような振動機械等価回路として扱うことができるようになる。
　機械振動的な短絡により、相互独立に第１の容量部の可動膜と第２の容量部の可動膜に、振動加速度による力ＦVIBが加わった場合と等価となり、Ｍ１とＭ２の振動加速度による出力は以下のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　前述したように、本発明のコンデンサマイクロホンでは着電電位を調節することで音響感度を等しくしてあることから、Ｍ２の振動加速度による出力は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
となり、Ｍ１の振動加速度による出力と同じ値をもつことになる。振動加速度による出力はいずれも、音響感度に比例する出力となる。
　前述したように、着電電位の調節バランスは±５％以内で可能で、この電位を考慮した場合、Ｍ２の振動加速度による出力は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
で表される。
　以上説明してきたことから、第１の容量部と第２の容量部の第１の電極と第２の電極の電荷（電圧）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
で表される。
　以下、上述した両電極上の信号電荷を有効に利用できる読み取り回路構成を図１に沿って説明する。
　第１の容量部の第１の電極１０１は第１の電極端子１０４を通して第１の増幅器２０１の反転入力端子２１１に接続され反転型容量結合増幅器を構成する。一方、第１の容量部の第２の電極１０２は第２の電極端子１０５を通して、第２の増幅器２０２の反転入力端子２２１に接続され、同様に反転型容量結合電荷増幅器を構成する。
　第２の容量部の第１の電極１１１は第１の電極端子１１４を通して第２の増幅器２０２の反転入力端子２２１に接続され反転型容量結合増幅器を構成する。一方、第２の容量部の第２の電極１１２は第２の電極端子１１５を通して、第１の増幅器２０１の反転入力端子２１１に接続され、同様に反転型容量結合電荷増幅器を構成する。
　入力端子２１１と２２１からみた場合、第１の容量部と第２の容量部の電極は逆極性で接続している。
　第１の増幅器２０１と第２の増幅器２０２は同一の性能のものであるのが望ましく、同一のウェハから切り出したものを用いてもよいし、同一基板上に集積化して形成してもよい。
　尚、非反転入力端子２１２と２２２は基準電位（接地電位）に接続する。
　また、第１の容量部の第１の電極１０１上に、永久電荷を保持するエレクトレット膜１０３が形成され、第２の容量部の第１の電極１１１上に、永久電荷を保持するエレクトレット膜１１３が成膜されている。
　また、前述したように、第１の容量部の第１の電極１０１と第２の電極１０２には、それぞれの構造・実装要因による固定容量１０９、１１０がある。一方、同様に、第２の容量部の第１の電極１１１と第２の電極１１２には、それぞれの構造・実装要因による固定容量１１９、１２０がある。
　第１の増幅器２０１と第２の増幅器２０２は、高入力インピーダンス増幅器であって、高入力インピーダンスを達成するためにＣＭＯＳ型が望ましい。
　また、動作電源は正・負２電源を使用してもよいが、単電源動作をする高入力インピーダンスＣＭＯＳ型増幅器が望ましい。
　帰還抵抗２１３、２２３は第１の増幅器２０１と第２の増幅器２０２が飽和するのを防ぐための放電抵抗であり、帰還容量２１４、２２４は電荷（電圧）の増幅度合いを決定するものである。尚、帰還抵抗はＭＯＳ集積回路上のＭＯＳ　ＯＮ抵抗で形成する。
　第１の増幅器２０１の出力は外部接続用の出力端子１２１へ、第２の増幅器２０２の出力は外部接続用の出力端子１２２へ導かれる。
　端子１２３は増幅器への電圧供給端子（電源供給端子）であり、端子１２４は基準電位（接地端子）である。接地端子１２４はシールドをかねる容器３００（図３を参照）にも接続されて、電磁外乱雑音の混入を低減する。
　尚、反転型容量結合電荷増幅器である第１の増幅器２０１及び第２の増幅器２０２では、反転入力端子２１１、２２１は非反転入力端子２１２、２２２の間でそれぞれ通常の反転増幅器と同じように仮想短絡が発生する。
　このような仮想短絡により、反転入力端子２１１、２２１の入力インピーダンスは無限大となるため、これら端子には電流は流れ込まない。
　また、上記仮想短絡により、第１の容量部の第２の電極端子１０５と第２の容量部の第１の電極端子１１４は仮想接地され、第２の増幅器２０２は第１の増幅器２０１へ影響を与えない。
　同様に、第１の容量部の第１の電極端子１０４と第２の容量部の第２の電極端子１１５は仮想接地され、第１の増幅器２０１は第２の増幅器２０２へ影響を与えない。
　従って、第１の容量部の第１の電極１０１上の電荷及び第２の容量部の第２の電極１１２上の電荷は、帰還容量２１４、帰還抵抗２１３へ流れ込む。
　同様に、第１の容量部の第２の電極１０２上の電荷及び第２の容量部の第１の電極１１１上の電荷は、帰還容量２２４と帰還抵抗２２３へと流れ込む。
　帰還容量２１４、２２４の容量値をＣf、帰還抵抗２１３、２２４の帰還抵抗値をＲfとし、第１の容量部、第２の容量部を信号源とした反転型容量結合電荷増幅器の構成での出力端子１２１、１２２の出力電圧は以下のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　ここで、空間３０５（図３参照）が極めて大きく、かつ着電電位が十分に制御された場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
となり、出力には振動雑音信号が入り混じらない（振動雑音が完全に抑制された）集音信号を得ることができる。
　着電電位が前述したように±５％以内であれば出力端子１２１の信号出力は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　ここで、空間３０５（図３参照）が極めて大きく、かつ着電電位が十分に制御された場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
となり、出力には振動雑音信号が入り混じらない（振動雑音が完全に抑制された）集音信号を得ることができる。
　着電電位が前述したように±５％以内であれば出力端子１２２の信号出力は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
となり、本構成のコンデンサマイクロホンの振動雑音信号は抑制構成のないマイクロホンに比較して１／２０以下に抑制されて出力される。
　上式からわかるように、この接続構成により、二つの出力端子１２１と１２２には、空間３０５が極めて大きく、かつ着電電位が十分に制御された場合は位相が逆位相で同じ大きさの集音信号しか出力されない。
　着電電位に差異（前述の±５％以内）がある場合でも、１／２０以下に抑制された振動雑音信号と劣化のない集音信号が逆位相で二つの出力端子１２１と１２２に得られる。
　この二つの信号を平衡接続処理（減算処理）すれば、従来の一方の電極が接地されたコンデンサマイクロホンに比較して、２倍の大きさの信号が得られるという特質も持ちうる。尚、減算は、減算機能を有した第３の増幅器を組み込んで行ってもよい。
　また、帰還抵抗と帰還容量で決定できる低域カットオフフィルターが形成されるため上式は、以下で述べるカットオフ周波数ｆcutより高い周波数領域で成り立つ。低域カットオフ周波数ｆcutは振動雑音抑制エレクトレットＭＥＭＳマイクロホンの使用帯域を勘案して決定できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　また、前述したように固定容量１０９、１１０、１１９及び１２０端には信号電荷は発生しないので、出力には表れない。
　尚、実際の特性測定は試作のＩＣに前述した減算機能を有する第３の増幅器３３０を組み込んだ図６の構成で行っている。
　図６は、図１の要素に、減算機能を有する第３の増幅器２０３、増幅度を決定する抵抗２３１、２３２、２３３、２３４と減算出力信号の出力端子１２５が追加された図を示している。
　第１の容量部Ｍ１、第２の容量部Ｍ２として、エレクトレットＭＥＭＳマイクロホンチップを用い、Ｃｍは１ｐＦのものを用いて測定を行った。
　Ｍ１とＭ２は同一のエレクトレットＭＥＭＳマイクロホンチップを構成するものであり、前述したようにその音響感度を同じにするために、ここではＭ１のエレクトレット電位を－９Ｖ、Ｍ２のエレクトレット電位を－１５Ｖとし、次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
を具現化している。
　増幅器２０１と２０２のＣｆは２．５６ｐＦとし、減算増幅器２０３のゲインは抵抗２３１、２３２、２３３、２３４により、０．５とした試作ＩＣからなる増幅器３３０を用いた。
　帰還抵抗２１３と２２３は前述の低域カットオフ周波数が３Ｈｚ程度になるように設定している。
　図６のような構成を有するマイクロホンによる、周波数（横軸）に対する音響感度（縦軸）についての測定結果を図７に示している（音響感度周波数特性）。ここで、図７においては、ＭＥＭＳマイクロホンチップを構成する容量部Ｍ１についての音響感度を、Ｍ１と表し、ＭＥＭＳマイクロホンチップを構成する容量部Ｍ２についての音響感度を、Ｍ２と表している。尚、マイクロホンの概観については、図３を参照されたい。
　図７から分かるように、Ｍ１の音響感度は－５４．６[ｄＢＶ／Ｐａ]で、Ｍ２の音響感度は－８５．１[ｄＢＶ／Ｐａ]となっている。さらに言うと、大きな共有空間３０５（図３参照）の効果により、Ｍ２への音エネルギーはＭ１のそれに比較して、３０ｄＢほど（１／３０ほど）小さくなっていることが分かる。
　これは、次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
の条件が十分に満たされているからである。以上から、本構成のコンデンサマイクロホンの音響感度はＭ１で決定されることが分かる。尚、周波数特性はマイクロホンとして十分な平坦な特性となっている。
　図６のような構成を有するマイクロホンによる、周波数（横軸）に対するマイクロホンの出力信号のＦＦＴ周波数分析（以下ＦＦＴ）出力（縦軸）についての測定結果を図８に示している。ここで、マイクロホンの出力信号のＦＦＴ出力を計測するために、マイクロホン及び加速度モニタとなる加速度センサーを、小型振動加振器上にとりつけ、単一周波数３２０Ｈｚの振動加速度
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
を与えている。
　そのため、図８においては、加速度モニタとなる加速度センサーのＦＦＴ出力についても示している。尚、加速度センサーについてのＦＦＴ出力をＧsensorと表し、マイクロホンについてのＦＦＴ出力を、Microphone_outと表している。また、尚、マイクロホンの概観については、図３を参照されたい。
　図８から分かるように、振動加速度１[Ｇｒｍｓ]に対して、－２０[ｄＢＶ]の出力が得られるように加速度センサーの増幅器を調整しているので、１[Ｇｒｍｓ]の加速度でマイクロホンが励振されていることが分かる。尚、３２０Ｈｚのｎ倍の周波数における加速度センサー及びマイクロホンの出力は加振器の非線形応答によるもので、いずれも３２０Ｈｚの基本波に対して６０ｄＢ以上小さくそのひずみは１％以下である。また、加振器から発生する音が、測定するマイクロホンの入力とならにように防音対策した測定系としている。
　このような測定環境における単一周波数３２０Ｈｚの振動加速度によるマイクロホンの出力は同一周波数の振動雑音出力として－１２０．４[ｄＢＶ]で、前述した音響感度－５４．６[ｄＢＶ／Ｐａ]に比較して極めて小さい振動雑音出力となっている。
　図６のような構成を有するマイクロホンと従来構成品（振動雑音抑制構成なし）を比較するために、それぞれの周波数（横軸）に対する振動雑音出力（縦軸）を図９に示している。
　振動加振器の入力信号の周波数をスイープするとともに、振動加速度を１[Ｇｒｍｓ]に保ち、従来品と本振動雑音抑制マイクロホンの振動雑音出力を測定したものである。
　本発明の振動雑音抑制マイクロホンの出力は従来品に比較して１／１００～１／１０以下の振動雑音出力となっていて、本発明による振動雑音出力抑制の効果が極めて大きいことを示している。
（第２の実施の形態）
　以下、本発明の第２の実施の形態について、図１０を参照して詳細に説明する。
　また、本発明で使用している、材料、数値は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに加えるならば、他の実施の形態との組み合わせなども可能である。なお、ここでは、コンデンサマイクロホンの容量部は、ＭＥＭＳ素子部であり、特に、エレクトレットを有するＭＥＭＳ素子部であるとして説明する。ここで、ＭＥＭＳ素子部とは、後述するが、半導体プロセスを用いて形成されたコンデンサを指している。以上のことは、本発明に共通して言えることである。
　図１０は、本発明の第２の実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの等価回路図の概略図である。
　図１０に示すように、本発明の第２の実施の形態におけるコンデンサマイクロホンは、図１の構成に、アナログ－デジタル変換器７０４を付加した構成となっている。第１の増幅器２０１の出力端子１２１がアナログ－デジタル変換器７０４の入力端子７０１に接続している。また、第２の増幅器２０２の出力端子１２２がアナログ－デジタル変換器７０４の入力端子７０２に接続している。そして、アナログ－デジタル変換器の出力はデジタル出力端子７０３へ導かれる。
　アナログ－デジタル変換器７０４は、図３で説明したようなプリント基板３０１と金属キャップ３０２から構成される容器３００内に配置される構造となり、図１０では、符号７０５を容器として説明している。
　尚、アナログ－デジタル変換器７０４、第１の増幅器２０１及び第２の増幅器２０２は、同じ製造プロセス技術を利用して、１チップ上に構成することが可能である。尚、アナログ－デジタル変換器７０４、第１の増幅器２０１及び第２の増幅器２０２はＩＣで構成されていることが好ましく、一つのＩＣとして構成されていることが好ましい。そして、電圧供給端子（電源供給端子）１２３及び接地端子１２４を共通化することが可能である。また、このような構成とすることにより、アナログ－デジタル変換器７０４、第１の増幅器２０１及び第２の増幅器２０２の共通回路（例えば、低電圧発生回路）を１つにすることが可能となり、低消費電力化が可能となるだけでなく、チップサイズを小さくすることが可能となる。そのため、より安価なマイクロホンを提供することができる。
　また、アナログ－デジタル変換器７０４は、高分解能を特徴とするΔシグマ変調器であることが望ましい。特に、クロック周波数１Ｍ～４ＭＨｚ、オーバーサンプリング率５０～６４倍、４次のΔシグマ変調器を用いることで、高信号対雑音比を低消費電力で実現することができる。
　また、出力端子７０３は、一定幅のパルスの密度より、波形を表すＰＤＭ（Pulse Density Modulation）形式で出力し、外部のＤＳＰ（Digital Signal Processor）により、オーディオインターフェイスフォーマット、例えば、ＳＰＤＩＦフォーマットに変換される。また、容器７０５内にＤＳＰを取り込むことで、出力端子７０３は、オーディオインターフェイスフォーマット、例えば、ＳＰＤＩＦフォーマットで出力することも可能である。
　そして、第１の実施の形態で説明したように平衡信号を出力する出力端子１２１、１２２での振動雑音抑制比が向上するので、平衡信号を出力する出力端子１２１、１２２をアナログ－デジタル変換器７０４の入力端子７０１、７０２に、それぞれ接続することで、アナログ－デジタル変換器を付加したマイクロホンの振動雑音抑制比も向上し、より品質のよいデジタル出力信号を供給できる。
　本出願は、２００９年０６月０４日出願の日本特許出願（特願２００９－１３５２４７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明のマイクロホンによると、品質の良い集音信号を提供できるため、特に相手基板が剛である携帯電話や、ＰＤＡ、ゲームマシンなどに実装される場合振動低減の効果を得ることができる。
１００　シリコン基板
１０１、１１１　可動電極となる第１の電極
１０２、１１２　第２の電極
１０３、１１３　エレクトレット膜
１００ｓ　スペーサ
１００ｉ　酸化シリコン膜
１０４、１１４　第１の電極端子
１０５、１１５　第２の電極端子
１０６　貫通孔
１０７　孔
１０８　容量
１０９、１１０、１１９、１２０　寄生容量（固定容量）
１１３　エレクトレット膜
１２１、１２２　出力端子
１２３　電圧供給端子
１２４　接地端子
１２５　出力端子
２０１　第１の増幅器
２０２　第２の増幅器
２０３　第３の増幅器
２１１、２２１　反転入力端子
２１２、２２２　非反転入力端子
２１３、２２３　帰還抵抗
２１４、２２４　帰還容量
３００、７０５　容器
３０１　プリント基板
３０２　金属キャップ（カバー）
３０３　第１の容量部
３０４　第２の容量部
３０５　空間
３０６　開口部
７０４　アナログ－デジタル変換器

Claims (22)

  1. 　可動電極である第１の電極及び前記第１の電極に対向して配置された第２の電極を、それぞれ具備した第１の容量部及び第２の容量部と、
    　前記第１の容量部の第１の電極からの信号及び前記第２の容量部の第２の電極からの信号を増幅する第１の増幅器と、
    　前記第１の容量部の第２の電極からの信号及び前記第２の容量部の第１の電極からの信号を増幅する第２の増幅器を有することを特徴とするマイクロホン。
  2. 　前記第１の容量部、前記第２の容量部、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器が配置されている基板と、
    　前記第１の容量部、前記第２の容量部、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器を覆うように、前記基板の上に配置されたカバーを有し、
    　前記基板における前記第１の容量部の下には、開口部が形成されており、
    　前記基板における前記第２の容量部の下は塞がれていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。
  3. 　前記基板における前記カバーが配置されている面とは反対側の面に、
    　外部と信号を授受するための端子が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホン。
  4. 　前記基板における前記カバーが配置されている面とは反対側の面に、
    　電圧供給端子及び接地端子が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロホン。
  5. 　前記開口部は、圧力を導入するための導入孔であることを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  6. 　前記基板、前記第１の容量部及び前記カバーにより区切られる空間が有する第１の剛性は、前記第１の容量部が有する第１の電極が有する第２の剛性と比較して小さいことを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  7. 　前記第１の剛性は、前記第２の剛性の１／１０以下であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロホン。
  8. 　前記第１の増幅器からの出力信号と前記第２の増幅器からの出力信号を減算する機能を有する第３の増幅器を有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のマイクロホン。　
  9. 　前記第１の増幅器、前記第２の増幅器及び前記第３の増幅器は一つのＩＣで構成されていることを特徴とする請求項８に記載のマイクロホン。
  10. 　前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器が容量結合型電荷増幅器を構成していることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  11. 　前記第１の増幅器からの出力信号と、前記第２の増幅器からの出力信号は、実質的に逆位相であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  12. 　前記第１の容量部の第１の電極と前記第２の容量部の第２の電極が接地電位に接続されていないことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  13. 　前記第１の容量部の第２の電極と前記第２の容量部の第１の電極が接地電位に接続されていないことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  14. 　前記第１の増幅器からの出力信号と、前記第２の増幅器からの出力信号をアナログ－デジタル変換するアナログ－デジタル変換器に接続し、出力信号がデジタル信号であることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  15. 　前記第１の増幅器、前記第２の増幅器及び前記アナログ－デジタル変換器がＩＣで構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロホン。
  16. 　前記アナログ－デジタル変換器がΔシグマ変調器であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のマイクロホン。
  17. 　前記デジタル信号はパルス密度変調方式で出力されることを特徴とする請求項１４～１６のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  18. 　前記パルス密度変調方式で出力されるデジタル信号を、デジタルシグナルプロセッサにより、オーディオインターフェイスフォーマット変換して出力することを特徴とする請求項１７に記載のマイクロホン。
  19. 　前記第１の容量部及び前記第２の容量部は、ＭＥＭＳ素子部であることを特徴とする請求項１～１８のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  20. 　前記第１の電極又は前記第２の電極の表面には、誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項１～１９のいずれか１項に記載のマイクロホン。
  21. 　前記誘電体膜は、エレクトレット膜であることを特徴とする請求項２０に記載のマイクロホン。
  22. 　可動電極である第１の電極及び前記第１の電極に対向して配置された第２の電極を、それぞれ具備した第１の容量部及び第２の容量部と、
    　前記第１の容量部、前記第２の容量部が配置されている基板と、
    　前記第１の容量部、前記第２の容量部を覆うように、前記基板の上に配置されたカバーを有し、
    　前記基板における前記第１の容量部の下には、開口部が形成されており、
    　前記基板における前記第２の容量部の下は塞がれており、
    　前記基板、前記第１の容量部及び前記カバーにより区切られる空間が有する体積は、前記第２の容量部と前記基板とによって塞がれる空間の体積と比較して１０倍以上であることを特徴とするマイクロホン。
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