JP2003527161A - ボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサを得ること。 【解決手段】 ボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサが開示されている。このトランスデューサは容量型センサを備え、聴診器ダイアフラム（２）がコンデンサの１つの極板（３）を形成し、コンデンサの第２の極板がダイアフラム（２）と共面である。２つの極板の容量はそれらの間の距離によって変化し、その距離は音圧に応答したダイアフラムの動きにより変化させられる。センサ回路（１０）、製作法および改良が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明はボディ音検出に関するものであり、更に詳しくいえば、ボディ音を検
出するために使用される音響‐電気トランスデューサ、とくに聴診器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】

聴診器は、ボディ音の検出を助けるために健康に関する専門家によって広く使
用されている。ボディ音を聴いて分析するための手順、聴診と呼ばれている、は
機械的な聴診器により発生される音量が通常小さいために実習が困難である。ボ
ディからのかすかな音を増幅する電子的聴診器が開発されている。しかし、その
ような聴診器は歪みを生じ、周囲の雑音を拾うことが難点である。歪みと雑音は
音響‐電気トランスデューサの性能に大きな原因があり、機械式の聴診器で使用
されている機械的なダイアフラムとは動作が異なる。

【０００３】 機械式の聴診器は、聴診器の音質を測定する基準となってきた。機械式聴診器
は、聴診器のダイアフラムの動きを空気圧に変換する。空気圧は、管を通じて聴
取者の耳へ直接伝えられる。したがって、聴取者はダイアフラムの直接振動を空
気管を通じて聴く。

【０００４】 既存の電気式聴診器トランスデューサは、（１）聴診器の背後に設けられてい
るマイクロホン、（２）ダイアフラムに取り付けられ、または物理的に連結され
ている圧電センサ、との２つの種類のうちの１つが普通である。

【０００５】 聴診器のダイアフラムの背後に取り付けられているマイクロホンは聴診器のダ
イアフラムにより発生された音圧を拾い、それを電気信号に変換する。マイクロ
ホン自体はダイアフラムを持ち、したがって、音響伝達経路は聴診器のダイアフ
ラムと、聴診器のハウジング内部の空気と、最後にマイクロホンのダイアフラム
とを含む。２つのダイアフラムと介在する空気経路とが存在するために、マイク
ロホンによって過剰な周囲雑音を拾うとともに、音響エネルギーの伝達効率が低
いという結果になる。この基本的に劣った検出技術を改良するために、適応雑音
打ち消しや、マイクロホンの種々の機械的分離装着などの種々の発明が提案され
ている。しかし、それらの技術は音響‐電気トランスデューサの基本的な不適切
なことを補償するだけであることがしばしばである。

【０００６】 圧電センサは、ダイアフラム音圧を単に検出することとはいくらか異なる原理
で動作する。圧電センサは、結晶物質の歪みにより電気エネルギーを発生する。
１つのケースでは、ダイアフラムの動きが、聴診器のダイアフラムに機械的に連
結されている圧電センサ結晶を歪ませて電気信号を発生させる。このセンサの問
題は、変換機構がダイアフラムの純粋の運動を検出するばかりではなくて信号の
歪みを生ずることである。したがって、その結果生じた音は、機械式聴診器で聞
こえる音とは音色が多少異なり、かつ歪んでいる。

【０００７】 容量型音響センサが開示されており、高性能マイクロホンおよび水中聴音器で
一般に使用されている。容量型マイクロホンは、震動容量板により発生される可
変容量を利用して音響‐電気変換を行う。聴診器のダイアフラムの背後に置かれ
ている容量型マイクロホンは、聴診器の背後に装置されている別の任意のマイク
ロホンで起きるのと同じ周囲雑音問題およびエネルギー伝達問題に悩まされる。
しかし、本発明は、ボディ音検出のために特に構成された態様での容量型トラン
スデューサの基本原理を利用している。

【０００８】

【発明の概要】

本発明の１つの面に従って、導電面を有し、ボディ音検出のためにボディに接
触できるようにしてハウジング内に装着されているダイアフラムと、ハウジング
内に装着され、ダイアフラムが動くことができるようにするためにダイアフラム
の背後にダイアフラムから隔てられて配置されて、ダイアフラムとともに電気容
量の形で電気回路に接続されている、ダイアフラムにほぼ平行な導電板と、容量
の変化を電気信号に変換する容量‐電気信号変換手段と、を備えているボディ音
を検出する音響‐電気トランスデューサが得られる。

【０００９】 本発明は、聴診器に使用するトランスデューサなどの、ボディ音検出のための
音響‐電気トランスデューサ手段を提供する。この明細書における「ボディ」と
いう用語は、生きているボディまたは無生物のボディを含むことがある。生きて
いるボディは、人および動物を含むことがあり、無生物のボディは、例としてだ
けであるが、建物、機械、容器、導管等を含むことがある。センサは、容量‐電
気信号変換原理で動作する。

【００１０】 センサは聴診器のダイアフラムの動きを直接検出し、ダイアフラムの動きを表
す電気信号にダイアフラムの動きを変換する。その電気信号を更に増幅するなど
の処理を行うことにより、機械式聴診器の音に非常に良く似ているが、増幅され
たために小さい歪みを維持している、増幅された音を生ずることが容易になる。
これは、上で述べたマイクロホン法または圧電法により行われる、より間接的な
ダイアフラム音検出よりも大きな改良である。ダイアフラムの動きは直接検出さ
れるので、これまで述べた他の方法よりも、センサは外部雑音に対して敏感でな
く、信号はダイアフラムの動きを一層正確に表す。機械式聴診器の場合には、ダ
イアフラムの動きが聴取者の耳により感知される音圧波を生じ、本発明の場合に
は、その同じダイアフラムの動きが電気信号を直接的に発生し、その電気信号は
最終的にはヘッドホンなどの音響出力トランスデューサを駆動して、聴取者の耳
に入る同じ音圧波を生ずる。

【００１１】 本発明は、容量型検出法を利用する。容量型音響センサが開示されており、高
性能マイクロホンおよび水中聴音器で一般に使用されている。しかし、本発明は
容量型センサのうち、ボディに直接接触する１つの極板として聴診器のダイアフ
ラム自体を使用している。ボディ音のこの直接接触容量型検出方法は、独特であ
る。

【００１２】 センサは、導電面を有するダイアフラムと、ダイアフラムの背後に、導電面と
の間に空間または電解質をおいて置かれた平なの導電面（電極または極板）とを
有する。ダイアフラムの導電面は、第２の導電板とともにコンデンサを構成する
。運動または音圧によってダイアフラムが動くと、ダイアフラムと極板の間の距
離が変調されて容量を変化する。本発明の１つの独特な面は、聴診器のダイアフ
ラムがコンデンサの１つの極板を形成していることである。

【００１３】 本発明の特徴は、ボディに接触する同じ要素であるダイアフラムは、周囲の雑
音から空気を通じて伝わってくる音よりも、ボディから出る音に主に感ずる。ボ
ディに接触することにより、センサの音響インピーダンスは、周囲の空気の音響
インピーダンスにではなくて、ボディの音響インピーダンスに整合させられるこ
とになる。したがって、ダイアフラムの動きに起因する容量変化は、全体の周囲
雑音ではなくて、主としてボディ音に起因する。

【００１４】 いくつかの手段を容量変化を電気信号に変換するために利用できるが、好適な
実施例はダイアフラム‐極板の組合わせにより構成された容量を高抵抗を通じて
高いＤＣ電圧まで充電することによりその変換を実行する。これによりいくらか
一定の電荷がコンデンサに現れる。その後でダイアフラムが動くと容量が変化す
る。コンデンサの電荷が固定されており、かつ容量が時間的に変化するものとす
ると、コンデンサの電圧に小さいＡＣ電圧変化が発生する。その変化は高インピ
ーダンス増幅器により検出される。その増幅器はコンデンサ電圧のＡＣ変化を検
出するが、コンデンサの急速な放電は避けるように構成されている。

【００１５】 容量変化を検出する第２の方法は高周波共振回路または高周波発振回路内の同
じダイアフラム‐極板容量を採用し、容量回路の時定数の変化により発生される
発振周波数の変化を検出する。

【００１６】 容量型センサを製作し、容量変化を検出する第３の方法はエレクトレット技術
を使用することによってである。この方法は、ダイアフラム‐極板により形成さ
れたコンデンサの極板の一方または両方を、エレクトレット物質などの、常時帯
電させられている物質で被覆して、極板の間に持続的な電界を生ずることを要す
る。それらの極板の間には持続的な電界が存在するので、高いＤＣ充電電圧の発
生は避けられ、回路を通じて発生されるＤＣ充電電圧の必要なしに、動きによる
電圧変化を発生できる。

【００１７】 容量変化を検出し、その変化を電気信号に変換する方法はどのようなものでも
本発明に包含される。したがって、本発明はダイアフラムの動きに起因する容量
変化を検出するそのような方法の全てを包含する。

【００１８】 好適な実施例はダイアフラムの背後に固定された極板を有するが、本発明は両
方の極板が可撓性で、容量を構成する方法も含むことに注目すべきである。その
場合には、ボディからの音圧に起因して容量が変化する基本原理が適用されるが
、第２の極板は必ずしも堅くはない。

【００１９】 好適な実施例では、固定極板はダイアフラムの背後に装着されている。外部の
音から音響的な分離を確実に行うために、固定極板はそれをハウジングから音響
的に分離する手段を介して装着するか、固定極板を震動しないようにする手段を
使用すべきであることが好ましい。これは雑音分離を高める大きな改良である。

【００２０】 この基本的な動作原理の変形は、前に説明した導電性ダイアフラムを設け、そ
のダイアフラムの背後に導電性プレートを配置して１つのコンデンサを構成し、
第１の導電性プレートの背後に第２の導電性プレートを配置して第２のコンデン
サを構成することにより、２つのコンデンサを構成することである。ダイアフラ
ムと第２の導電性プレートは帯電させられ、第１の中間の導電性プレートは増幅
器回路に接続されている。この２コンデンサ法は、充電されたコンデンサの端子
間電圧がプレートの間の距離に応答して変化するというほぼ同じ原理で動作する
。１つのプレートは、ダイアフラムにより構成されている。

【００２１】 本発明の別の特徴は、ダイアフラムを構成および製作する方法である。音圧を
感ずる可変コンデンサとしてダイアフラム動作するようにするために、ダイアフ
ラムの材料は可撓性および導電性にしなければならない。安全および干渉阻止の
ために、ボディに接触するダイアフラムの表面からその導電面を電気絶縁するこ
とが好ましいが、必ずそうしなければならないわけではない。

【００２２】 好適な実施例の別の特徴は、ダイアフラム‐プレート・コンデンサに接続され
ている容量感知回路である。好適な実施例では、この回路は、（１）非常に高い
インピーダンスを有する高電圧ＤＣバイアス発生器、（２）非常に高いインピー
ダンスを持ち、コンデンサを放電することなくＡＣ電圧変化を検出するＡＣ増幅
器、の２つの重要な素子を有する。

【００２３】 本発明は、電池電力を節約するために信号の振幅を制御し、ＤＣ充電電圧を制
御する方法、および容量性センサの製造法を含む。

【００２４】

【発明の実施の形態】

図面を参照する。図１は、本発明の好適な実施例の基本的な機械的構造を示す
。ハウジング１が、可撓性の可動ダイアフラム２を含んでいる。ダイアフラム２
は、導電面４を有する。その導電面はダイアフラムの内面に設けることが好まし
く、空気または非導電性の流体または気体状物質を充填されたある空間７を隔て
て、導電板３と平行に配置されている。ダイアフラム２と導電板３は、コンデン
サを構成する。音圧に起因するダイアフラム２の動きがダイアフラム２と導電板
３の間の距離を変化することによって、ダイアフラム‐導電板コンデンサの容量
が変化する。その理由は、コンデンサの容量がダイアフラム２と導電板３の間の
距離に逆比例するからである。本発明の独特の面は、聴診器のダイアフラム２が
容量性センサの１つの極板を形成し、それによりダイアフラム２の動きが容量を
変化する。容量の変化は、電子回路中の他の回路パラメータを変化して、ダイア
フラムの動きを測定する時間的に変化する電気信号を発生する。そうすると、ダ
イアフラムの動きは検出されている音を表すので、本発明は効果的な身体音セン
サを構成する。

【００２５】 好適な実施例では、ダイアフラム２は、ハウジング１から音響分離または大き
な音波減衰を行う取付け手段９を介してハウジング１に装着されている。これは
、取付け手段９のための音吸収材料を選択したり、ダイアフラム２の外部環境か
らの震動がそれの大きな表面領域に伝えられないように、ダイアフラム２を形成
したりすることにより達成できる。導電板３は、ダイアフラムの背後に装着ブラ
ケット６を介して装着される。ブラケットは、導電板３の震動を防止することに
より周囲雑音を拾うことを減少するために、ハウジングからの音響分離または音
響減衰を行う。

【００２６】 マイクロホンおよび水中聴音器で通常行われているような、流体または空気を
介するのではなくて、直接物理的に接触することによりボディからの音を検出す
るために、ハウジング２をボディに物理的に直接接触して配置できるように、ダ
イアフラム２は機械的に納められる。このように構成することにより、マイクロ
ホンおよび水中聴音器に通常求められているよりもかなり大きく変位できて、空
間７を空気マイクロホンおよび水中聴音器で通常設けられる空間より大きくする
、好適な特性をダイアフラム２に持たせる。好適な実施例では、ダイアフラム２
と導電板３の間の距離は通常０．５ｍｍを超えるが、それより短い距離も可能で
ある。これは、本発明のいくらか独特の特性であって、ダイアフラム‐導電板容
量を非常に小さくする。

【００２７】 本発明の好適な実施例では、ダイアフラム２と導電板３の間に高い電位が発生
される。その方法を使用すると、本発明に使用するいくつかの素子を電気絶縁す
ることが求められる。Ｅ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔにより製造されているＭｙｌａｒ
（登録商標）、またはＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃにより製造されている
Ｕｌｔｅｍ（登録商標）などの物質から製作された高誘電率の絶縁体５を、ダイ
アフラム２と導電板３の間に設けることも選択できる。こうすると、ダイアフラ
ム２と導電板３の間の空間７の容量を放電することによりひき起こされる電気的
ノイズが減少する。絶縁体５は、このセンサの動作には必須のものではないが、
音質を良くする。導電板３は、取付けブラケット６を介してハウジング１に装着
される。その取付けブラケットは、ナイロンまたはテフロン（登録商標）などの
高い電気絶縁を行う材料で製作される。上記の好適な電気絶縁要求は、導電板３
とダイアフラム２の間に高電位を要する本発明の実施例に関連している。他の実
施例は、そのように高い質の電気絶縁を必ずしも必要としない。その理由は、容
量に対して大きなＤＣ電圧を要しない容量測定にそれが依存しないことがあるか
らである。

【００２８】 本発明の一実施例のために、図１に電気的接続が示されている。電子回路１０
はハウジング１内に装着し、接続１３によりハウジング１に接続し、接続１１に
よりダイアフラムの導電面４に接続し、接続１２により導電板３に接続すること
が好ましい。外部電力接続および外部信号接続が接続手段１４を介して行われる
。このセンサの動作原理は、関連する回路をハウジング１内に置くことを要しな
い。しかし、増幅器回路を検出コンデンサの近くに置くことにより、最良の性能
が得られる。

【００２９】 図２は、本発明に係るセンサ容量素子の別の実施例を示す。この実施例により
２つの容量が形成される。ダイアフラム２は、導電面４を有する。その導電面は
、極板２０と共に容量を形成する。極板は、導電性材料で構成されている。極板
２０は、極板３と共に第３の容量を形成する。極板２と３の間に、絶縁体５が置
かれる。絶縁体５を使用するかどうかは随意である。ダイアフラム２は、装着ク
ランプ９によりハウジングに再び装着される。この２容量法は、図１の実施例の
動作原理に類似する動作原理で動作する。しかし、回路構成はいくらか異なる。
それについては、以下で詳しく説明する。

【００３０】 図３は、ダイアフラム２のための別の装着クランプ９を示す。装着クランプ９
は、断面で示されている円形リングである。装着クランプ９の製作材料は、ゴム
などの音吸収物質である。その物質は、図１のハウジング１からの震動がダイア
フラム２の表面に到達することを阻止する。しかし、ダイアフラムは導電面４を
有する。その導電面は、図１に接続１１により示されている電子回路に接続しな
ければならない。この接続１１は、図３に示されているように、装着クランプ９
に導電経路３０を設けることにより形成される。図３は、音響分離と、ダイアフ
ラム２の導電面４への電気的接続を行うための１つの構成を示す。装着クランプ
９が異なる横断面を持つか、あるいは導電性ゴムから製作されるならば、音響分
離と電気的接続という目標は依然として達成できる。

【００３１】 図４は、極板３のための周囲音分離の重要な面をより詳細に示す。極板３は、
周囲雑音またはハウジング１の取扱いによって発生されることがある外部の震動
またはハウジングの震動などに起因して震動してはならない。したがって、極板
３は周囲雑音源から音響的に分離しなければならない。それは、いくつかの手段
により達成できる。装着ブラケット６は、音吸収材料から製作されて震動を減衰
する部分４０を持つようにして製作できる。装着ブラケット６と部分４０は、垂
直柱として示されていることに注目されたい。そのような装着は、極板３を指示
するためにハウジング１にモールドされている表面により、または極板３へのそ
の他の取付け手段により行うこともできる。本発明は、性能を最適にするために
ハウジング１から音分離することを単に要するだけである。図４は、極板３の音
分離の第２の態様も示す。極板３は、音吸収材料の表面４１に装着できる。した
がって、装着ブラケット６の震動は表面４１により減衰される。第３の音響分離
法は、極板３を導電性泡その他の、導電性であるが音を吸収する材料から製作す
ることである。上記の３つの方法は、同じ機能、すなわち極板３を音響分離する
こと、を提供する。その他の方法も、同じ目標を達成するために適用できる。

【００３２】 この好適な実施例の動作方法は、図１に示されているダイアフラム２と極板３
により構成されているコンデンサ内に電界を発生することである。この電界を発
生するためには、いくつかの方法がある。好適な実施例では、ＤＣ‐ＤＣブース
ト回路であるＤＣ‐ＤＣ変換器５１が、高インピーダンス接続５２を介してコン
デンサに接続されている。ＤＣ‐ＤＣ変換器５１は、電池５０からの低電圧を高
電圧に変換する。５０Ｖより高い電圧が望ましく、６００〜１０００Ｖのオーダ
ーの遥かに高い電圧がこの装置では可能である。より高い電圧が、機械的変位か
ら電気信号への伝達機能の利得を大きくする。高インピーダンス接続すなわち抵
抗５２を介して極板３に送られた高電圧によって、極板３は、好適な実施例では
アース基準電位５５に保たれているダイアフラム２に対して高い電位にされる。
その理由は、そうすることにより電磁遮蔽が行われると共に、コンデンサの極板
として機能するからである。増幅器５４が容量５３を介して容量型センサ５３に
接続されている。容量５３は、極板３の高いＤＣ電圧を増幅器から分離するが、
ダイアフラム‐極板の距離の変調によりひき起こされた時間的に変化する電圧は
通す。低周波が容量５３を通ることができるようにするために、増幅器５４の入
力インピーダンスは高くなければならない。

【００３３】 本発明の高電圧実施のための回路機能が、図５に示されている。極板３は、Ｄ
Ｃ‐ＤＣ変換器５１によりダイアフラム２より高い電位により充電される。ダイ
アフラム２と極板３の間の距離が変化すると、コンデンサの端子間にＡＣすなわ
ち時間的に変化する電圧が発生され、高インピーダンス接続５２と増幅器５４の
高インピーダンスとが、コンデンサの電荷があまり急速に変化することを阻止す
る。コンデンサの端子間の時間的に変化する電圧は増幅器５４により増幅されて
、容量の変化すなわちダイアフラムの動きを表す低インピーダンスの時間的に変
化する電圧を生ずる。

【００３４】 ある実施例では、ダイアフラム‐極板コンデンサの容量は、１０ピコファラッ
ドのオーダーの極めて小さい値にできる。その結果として、その容量が外部回路
に接続された時に時定数が非常に小さくなる。このセンサの高電圧実施例の重要
な面は、非常に高いインピーダンスのＤＣ充電回路、および増幅回路を使用する
ことである。好適な実施例では、このインピーダンスはＤＣ充電回路と信号増幅
器との入力の場合に４００メグオームより高いオーダーであることが好ましいが
、それより低いインピーダンスも可能である。したがって、図５では、高インピ
ーダンス接続５２のインピーダンスまたはＤＣ‐ＤＣ変換器５１の内部インピー
ダンス、および増幅器５４の内部インピーダンスは全て高くなければならない。

【００３５】 ハウジングは、シールドとして機能するようにアース電位に置くことが好まし
い。遮蔽には、ハウジング１を導電性材料で製作するか、ハウジング１に導電面
を付着することを要する。したがって、ハウジング１とダイアフラム２はセンサ
および電子装置のための遮蔽された空所を形成する。極板３またはダイアフラム
２は、高電位に置くことができることに注目すべきである。その理由は、重要な
ことは容量の電荷であって、極性ではないからである。アース５５は相対的な回
路接地接続であって、アースに物理的に接続されているものではないことに留意
されたい。

【００３６】 聴診器は、電池の電力で動作する携帯型の器具であるのが普通である。本発明
の他の拡張は、電力消費量をできるだけ少なくすることである。好適な実施例の
ダイアフラム‐極板コンデンサに加えられるＤＣ電圧は、図５に示されているよ
うに、電池で駆動される通常の装置の低電圧源５０から発生される。この容量回
路の時定数は、１００Ｈｚ以下の周波数を検出できるように、必然的に大きいの
で、検出容量におけるＤＣ電荷はある時間だけ高くされた電圧レベルに留まる。
したがって、ＤＣ‐ＤＣ変換器５１は、ＤＣ電荷がコンデンサの極板にひとたび
現れると、パルス動作、すなわち間欠動作させられる。それによりＤＣ‐ＤＣ変
換器が連続動作しても電力を十分節約でき、好適な実施例では長い電池寿命を連
続動作させられるＤＣ電源よりも十分に長くできる。電力制御回路５６は、小電
力動作のためにＤＣ‐ＤＣ変換器５１により発生される高電圧レベルを制御でき
る。

【００３７】 電力制御回路５６はスイッチ手段５７により動作させられ、あるいは増幅器５
４の出力信号を検出することにより自動的に動作させられる。スイッチ手段５７
は、制御マイクロプロセッサからの制御信号の形を取ることもできる。自動電力
制御モードでは、電力制御回路５６は、増幅器の出力信号を処理することにより
、ダイアフラムがボディに接触しているかどうかを検出する。ダイアフラムとボ
ディの接触を検出する方法は、いくつかある。１つの方法は、心臓の鼓動波形を
検出することである。好適な方法は、増幅器の出力中の低周波信号エネルギーを
検出することである。その理由は、ダイアフラムがボディに接触していない時は
低周波信号エネルギーが通常無いからである。

【００３８】 増幅器５４の出力信号の振幅はＤＣ電圧に依存するので、増幅器出力をモニタ
し、センサの自動または手動の利得制御として機能して、増幅器の出力信号振幅
を制御するＤＣ電圧をするために電力制御回路５６をまた使用できる。こうする
ことにより電池電力を節約して、信号レベルを一定にできるという利点が得られ
る。更に、増幅の後の段階で利得制御を行うことができるが、クリップを避け、
全体の増幅過程の信号対雑音比を最高にするために、フロントエンド信号レベル
を調整するという利点がある。

【００３９】 増幅器５４では、自動利得制御を選択することもできる。これは、過大な信号
が発生されることを避ける手段としてとくに重要である。したがって、増幅器５
４は、高い信号レベルによりトリガされる自動ミューティング手段すなわち自動
減衰手段を選択することもできる。それらの過渡現象は、ダイアフラムがボディ
と接触したり、ボディから離れたりした時、またはダイアフラムがボディを横切
って動く時に通常起きる。

【００４０】 容量型センサを構成する別の方法が、図２に示されている。それの電気接続が
図６に示されている。この例では、センサの極板２０が増幅器の入力端子に接続
され、極板３は前と同様に高電圧に接続され、ダイアフラム２は前と同様にアー
ス基準電位にされている。回路の動作は、前に説明したのと同じである。しかし
、極板２０とダイアフラムにより形成された容量は、極板３の高いＤＣ電圧の検
出と、その電圧が増幅器に到達することを分離することの２つの目的を果たす。

【００４１】 ダイアフラム２と極板３に電圧を加える別の方法が、図８に示されている。こ
の方法では、ダイアフラム２と極板３の少なくとも一方に常に表面電荷を保持し
て、外部のＤＣ駆動回路なしに電界８０を生じさせるエレクトレットすなわち常
時帯電物質でダイアフラム２と極板３の少なくとも一方を製作する。こうすると
、ＤＣ‐ＤＣ変換器５１は不要となり、ダイアフラム‐極板で構成されたコンデ
ンサの端子間の時間的に変化する電圧を直接増幅できるという利点が得られる。
この方法は、小型の低コスト・エレクトレット・コンデンサマイクロホンで一般
的に使用されている。しかし、本発明は、極板の一方が聴診器のダイアフラムを
構成して、検出すべき音を生ずるボディに物理的に接触できるようにすることが
独特である。エレクトレットを使用する聴診器は、エレクトレット物質をダイア
フラムの内側に付着することにより製作できる。あるいは、または更に、極板３
はエレクトレット表面で構成でき、またはエレクトレット物質を極板３に付着で
きる。顕著な問題は、ダイアフラム２と極板３の間に電界を存在させねばならな
いことであるので、本発明は、ＤＣ電源を用いて積極的に、またはダイアフラム
２と極板３の間に永久電界を生じさせる物質を使用することにより、そのような
電界を発生できる任意の手段を含む。

【００４２】 センサの容量変化を検出する別の方法が、図７に示されている。極板３とダイ
アフラム２の導電面は、容量検出回路７０に接続されている。この回路の出力は
、容量測定値を時間の関数として伝える電気信号、またはデジタルメッセージで
ある。ダイアフラムの変位に起因する容量変化を検出する方法が、いくつかある
。その例は、 ａ．ダイアフラム‐極板容量を発振器に接続し、容量変化に起因する周波数変
化をダイアフラムの動きを表す電圧に変換する方法、 ｂ．容量を共振回路に接続し、容量変化に基づく共振特性の変化を測定する方
法、 ｃ．容量を充電回路に接続し、充電回路の充電時間と放電時間の少なくとも一
方を、容量変化を表す電圧に変換する方法、 ｄ．容量をデジタル測定および変換手段に接続することにより、容量変化をパ
ルス幅またはデジタル値の変化にする方法、 ｅ．容量をタイミング素子としてアナログ−デジタル変換器回路に接続するこ
とにより、デジタルコードを容量の関数とする方法、 である。

【００４３】 それらの方法の全ては、容量がダイアフラムとその他の素子とにより形成され
て、ダイアフラムの動きから容量変化に変換し、その容量変化を電気的測定値に
変換する直接トランスデューサ手段を設ける、という本発明の基本的な面を基に
している。要するに、上の方法は、電気的波形に影響する時定数を持つ回路の素
子として容量を使用する。

【００４４】 図９は、本発明のセンサを有する聴診器を概略的な形態でのみ示す。センサは
図１のセンサとほぼ同じで、センサ素子は切り欠き図で拡大して示されている。
ハウジング１（拡大して示されており、聴診器の残りの部分と比較して正しい尺
度でなく、部分的に切り欠かれている）が、センサの素子および関連する部品を
納めている。音を検出するためにダイアフラム２をボディに近接して容易に置く
ことができるように、ダイアフラムは装着される。極板３は、ダイアフラム２の
背後に置かれている取付けブラケット６を介して、ダイアフラムに平行に装着さ
れている。電子回路１０がハウジング１内に置かれ、電源５０により電力を供給
される。電気接続１４が、オーディオ信号をオーディオ出力トランスデューサ９
０へ送る。センサのこれ以上の詳細は、図１およびその他の図に示されており、
図９に示されている実施例では見ることができない。

【００４５】 図９は、聴診器で使用される本発明の一実施例を示す。センサを納め、電子回
路を同じハウジング内、または異なるハウジング内に置いて、電子回路の機能を
同じハウジング内、または異なるハウジング内で分割し、信号をオーディオ・ト
ランスデューサへ送る種々の方法が、ここで開示した基本的な構造および方法か
ら逸脱することなく可能である。

【００４６】 聴診器のダイアフラムは、長期間の磨耗と破損に曝される。機械的な聴診器で
は、ダイアフラムの交換は簡単な作業である。本発明で説明した容量型ダイアフ
ラムの場合には、図１のダイアフラム２と極板３を、ある電子回路１０とともに
聴診器の主ボディから容易に外すことができる封止されている容器内に封入する
ことが潜在的に有益である。これによって、ダイアフラムと関連する部品を簡単
に交換でき、しかも容量型センサのダイアフラムの背後にある高電圧、流体、ま
たはその他の素子の封止された環境を維持し、周囲の汚染から最も良く遮蔽され
、または使用者が接触しないようにされる。したがって、本発明は、本発明のそ
のような素子を、交換または保守を簡単に行えるようにするために、そのように
封止されたハウジング内に納めることができる。

【００４７】 ハウジング１内に納められているセンサを周辺オーディオ検出素子として使用
でき、それを外部の音声記録手段、伝送手段、または増幅および再生手段に接続
できる。あるいは、ハウジング１は聴診器に物理的に取付けられ、聴診器のハウ
ジングの全体の部分を形成する。

【００４８】 好適な実施例は、可動ダイアフラムと固定極板を有する容量型センサの形であ
るが、可撓性である２つの電極でコンデンサを構成することが可能である。その
ような構造は、２プレート・ダイアフラムの動きによる２つの電極の間の距離の
変調を行えるようにする、誘電体により分離されている２つの可撓性表面により
形成されているダイアフラム容量を含んでいる。したがって、本発明は、容量型
センサの部分として作用するダイアフラムを備えているいかなる方法も包含する
ことを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の基本的な機械的構造を示す。

【図２】 ２容量を形成する本発明に係るセンサ容量性素子の第２の実施例を示す。

【図３】 ダイアフラムの装着手段の別の実施例を示す。

【図４】 極板の周囲音分離手段の詳細を示す。

【図５】 ＤＣ‐ＤＣ充電回路に使用された場合のセンサの、全体の回路構成と関連する
機能を示す。

【図６】 センサの３プレート容量形を示す。

【図７】 一般化された容量性検出回路に使用されるセンサを示す。

【図８】 プレートの間に電界が存在して容量型充電回路の必要を避けるように、ダイア
フラムとプレートの一方または両方が常に帯電させられているようなセンサを示
す。

【図９】 本発明のセンサを含んでいる聴診器を不正確な縮尺で示す略図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ ダイアフラム ３，２０ 極板 ４ 導電面 ５ 絶縁体 ６ 装着ブラケット ９ 装着クランプ １０ 電子回路 １１，１２，１３，５２ 接続 ５０ 電圧源、５１ ＤＣ‐ＤＣ変換器 ５３ 容量 ５４ 増幅器 ５６ 電力制御回路 ５７ スイッチ手段 ９０ オーディオ出力トランスデューサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電面を有し、ボディ音検出のためにボディに接触できるようにしてハウジン
   グ内に装着されているダイアフラムと、 ハウジング内に装着され、ダイアフラムが動くことができるようにするために
   ダイアフラムの背後にダイアフラムから隔てられて配置されて、ダイアフラムと
   ともに電気容量の形で電気回路に接続されている、ダイアフラムにほぼ平行な導
   電板と、 容量の変化を電気信号に変換する容量‐電気信号変換手段と、 を備えているボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記容量‐電気信号変換手段は、ダイアフラム‐導電板容量の変化により発振周
   波数が変えられる発振回路を備えているトランスデューサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記容量‐電気信号変換手段は、容量が電気回路の時定数を制御するようなも
   のであるトランスデューサ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムは、導電性物質を被覆され、または導電性物質に付着された
   可撓性の電気絶縁基板を備えているトランスデューサ。
5. 【請求項５】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムは、音響エネルギーを吸収して前記ハウジング内の震動がダ
   イアフラム表面へ伝えられることを阻止する装着手段によりハウジング内に装着
   されているトランスデューサ。
6. 【請求項６】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムは、装着手段により前記ハウジング内に装着され、前記装着
   手段は前記ダイアフラムの導電面と前記容量‐電気信号変換手段との間の導電性
   経路を備えているトランスデューサ。
7. 【請求項７】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ハウジング内に周囲音または震動が存在する場合に導電板がほぼ静止した
   ままであるように、前記導電板は音響エネルギーを吸収するために構成されてい
   る手段により装着されているトランスデューサ。
8. 【請求項８】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムと前記導電板の間に装着されている電気絶縁体を更に備えて
   いるトランスデューサ。
9. 【請求項９】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムの導電面と前記ハウジング、または前記ハウジングの部分を
   形成している導電面、は、前記信号変換手段またはそれの一部のための電磁妨害
   遮蔽を前記ダイアフラムと前記ハウジングが形成するように、前記信号変換手段
   の接地基準に接続されているトランスデューサ。
10. 【請求項１０】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムと前記導電板により形成されている容量は、ＤＣ充電手段に
    よりＤＣ電圧に充電されるトランスデューサ。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 容量電圧の時間的に変化する変化を時間的に変化する電気信号に変換する変換
    手段に容量が接続されているトランスデューサ。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のトランスデューサであって、 電気的変換手段の入力インピーダンスが、４００メグオームを超えるトランス
    デューサ。
13. 【請求項１３】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 ＤＣ電圧の絶対値は、１００ボルトを超えるトランスデューサ。
14. 【請求項１４】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 ＤＣ充電手段の出力インピーダンスが、４００メグオームを超えるトランスデ
    ューサ。
15. 【請求項１５】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 ＤＣ電圧充電手段の間欠的な動作により電力消費を制限するＤＣ電圧充電制御
    手段を更に備えているトランスデューサ。
16. 【請求項１６】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 ＤＣ電圧充電制御手段を更に備え、ＤＣ電圧は、前記容量‐電気信号変換手段
    の出力端子からの電気信号振幅特性または電気信号周波数特性の関数であるトラ
    ンスデューサ。
17. 【請求項１７】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 ＤＣ充電手段のＤＣ出力電圧は、前記容量‐電気信号変換手段からの信号振幅
    を制御する手段として更に用いられるトランスデューサ。
18. 【請求項１８】 請求項１０記載のトランスデューサであって、 前記容量‐電気信号変換手段の出力を増幅する増幅手段を更に備え、その増幅
    手段は過渡信号が存在する時に増幅レベルを下げる減衰手段を含んでいるトラン
    スデューサ。
19. 【請求項１９】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ダイアフラムと板の間の間隔が０．５ｍｍを超えるトランスデューサ。
20. 【請求項２０】 請求項１記載のトランスデューサであって、 ハウジングは閉じたユニットを形成して、空間を外部雰囲気の塵埃および水分
    から封止するトランスデューサ。
21. 【請求項２１】 導電面を有し、ボディ内の音検出のためにボディに接触できるようにしてハウ
    ジング内に装着されているダイアフラムと、 前記ハウジング内に装着され、前記ダイアフラムが動くことができるようにす
    るために前記ダイアフラムから隔てられて配置されている前記ダイアフラムにほ
    ぼ平行な第１の導電板と、 前記ハウジング内に装着され、前記第１の導電板の背後に配置されて、前記ダ
    イアフラムおよび前記第１の導電板とともに電気回路に接続されて２つの容量を
    形成する、前記ダイアフラムと前記第１の導電板とにほぼ平行な第２の導電板と
    、 前記ダイアフラムと前記第１の導電板の間の容量の変化を電気信号に変換する
    容量‐電気信号変換手段と、 を備えているボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサ。
22. 【請求項２２】 ボディ内の音検出のために、このボディに接触できるようにしてハウジング内
    に装着されているダイアフラムと、 前記ハウジング内に装着され、前記ダイアフラムが動くことができるようにす
    るために前記ダイアフラムの背後に前記ダイアフラムから空間により隔てられて
    配置され、前記ダイアフラムに接続されて電気容量を形成する、前記ダイアフラ
    ムに平行な導電板と、 時間的に変化する容量の変化を時間的に変化する電気信号に変換する容量‐電
    気信号変換手段と、 を備え、前記空間内に持続する電界が存在するようにダイアフラムと導電板は
    製作されている、ボディ音を検出する音響‐電気トランスデューサ。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載のトランスデューサであって、 ダイアフラムは、常時帯電しているエレクトレット材料を含んでいるトランス
    デューサ。
24. 【請求項２４】 請求項２２記載のトランスデューサであって、 導電板は、常時帯電しているエレクトレット材料を含んでいるトランスデュー
    サ。
25. 【請求項２５】 導電面を有し、ボディ音検出のためにボディに接触できるようにしてハウジン
    グ内に装着されているダイアフラムと、前記ハウジング内に装着され、前記ダイ
    アフラムが動くことができるようにするために前記ダイアフラムの背後に前記ダ
    イアフラムから隔てられて配置されて、前記ダイアフラムとともに電気容量の形
    で電気回路に接続されている、前記ダイアフラムにほぼ平行な導電板と、容量の
    変化を電気信号に変換する容量‐電気信号変換手段とを備えている音響‐電気ト
    ランスデューサと、 電気信号を受けてそれを音響に変換するオーディオ・トランスデューサと、 を備えている聴診器。