JP2014020848A - 測定システム及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動体の振動によって人体に伝わる振動量と音圧とが合成された体感音圧を人体に近似させて測定できる測定システムを提供する。
【解決手段】筐体に保持された振動体を人体の耳に押し当てて、振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を評価するための測定システムであって、人体の耳を模した耳型部と、耳型部に形成された人工外耳道の周辺部に配置された振動検出部と、人工外耳道を経て伝播される音の音圧を測定するための音圧測定部と、振動検出部の出力の位相及び音圧測定部の出力の位相を相対的に調整可能な位相調整部４３０と、周波数解析部４５０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、筐体に保持された振動体を人間の耳に押し当てることで、振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を評価するための測定システム及び測定方法に関するものである。

特許文献１には、携帯電話などの電子機器として、気導音と骨導音とを利用者（ユーザ）に伝えるものが記載されている。また、特許文献１には、気導音とは、物体の振動に起因する空気の振動が外耳道を通って鼓膜に伝わり、鼓膜が振動することによって利用者の聴覚神経に伝わる音であることが記載されている。また、特許文献１には、骨導音とは、振動する物体に接触する利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を介して利用者の聴覚神経に伝わる音であることが記載されている。

特許文献１に記載された電話機では、圧電バイモルフ及び可撓性物質からなる短形板状の振動体が、筐体の外面に弾性部材を介して取り付けられる旨が記載されている。また、特許文献１には、この振動体の圧電バイモルフに電圧が印加されると、圧電材料が長手方向に伸縮することにより振動体が振動し、利用者が耳介に振動体を接触させると、気導音と骨導音とが利用者に伝えられることが記載されている。

特開２００５−３４８１９３号公報

ところで、発明者らは、上記特許文献１に記載された電話機とは異なり、携帯電話の表面に配置された表示パネルや保護パネル等のパネルを振動させることにより発生する気導音と、振動するパネルを人間の耳に当てた時に伝わる振動伝達による音成分である振動音とを用いて音を伝える携帯電話を開発している。そして発明者は、特許文献１のような電話機や発明者らが開発を行っている携帯電話等の振動により何らかの音を伝える電子機器を適切に評価するには、振動体の振動によって人体に音圧と振動量とが合成された体感音圧がどれだけ伝わるかを可能な限り人体に近似させて測定することが好ましいことに思い至った。

しかし、従来、振動体の振動によって人体に伝わる音圧と振動量、つまり気導音と骨導音とが合成された体感音圧を測定可能な測定法は提案されていない。なお、一般に振動量の測定法としては、以下の二つの測定法が知られている。第１の測定法は、耳の後ろの乳突部を機械的に模擬した骨導振動子測定用の人工マストイドに、測定対象の振動体を押し当てて振動量を電圧として測定するものである。第２の測定法は、例えば圧電式加速度ピックアップ等の振動ピックアップを、測定対象の振動体に押し当てて振動量を電圧として測定するものである。

しかしながら、上記第１の測定法により得られる測定電圧は、振動体を人体の耳の後ろの乳突部に押し当てたときの人体の特徴が機械的に重み付けされた電圧であって、振動体を人体の耳に押し当てたときの振動伝達の特徴が重み付けされた電圧ではない。また、上記第２の測定法により得られる測定電圧は、振動体の振動量を振動する物体から直接的に測定したものであって、同様に、人体の耳への振動伝達の特徴が重み付けされた電圧ではない。そのため、従来の測定法により振動体の振動量を測定しても、電子機器が人体に伝える振動量を正しく評価することができないことになる。

本発明は、上述した観点に鑑みてなされたもので、振動体の振動によって人体に伝わる振動量と音圧とが合成された体感音圧を人体に近似させて測定できる測定システム及び測定方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する本発明に係る測定システムの発明は、筐体に保持された振動体を人体の耳に押し当てて、前記振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を評価するための測定システムであって、
人体の耳を模した耳型部と、
該耳型部に形成された人工外耳道の周辺部に配置された振動検出部と、
前記人工外耳道を経て伝播される音の音圧を測定するための音圧測定部と、
前記振動検出部の出力の位相及び前記音圧測定部の出力の位相を相対的に調整可能な位相調整部と、
周波数解析部と、を備える。

前記位相調整部により相対的に位相調整された前記振動検出部の出力及び前記音圧測定部の出力を合成する出力合成部をさらに備え、
前記周波数解析部は、前記振動検出部の出力の周波数成分或いは音圧測定部の出力の周波数成分或いは前記出力合成部の合成出力の周波数成分を解析してもよい。

前記位相調整部は、前記振動検出部の出力の位相を調整してもよい。

前記周波数解析部は、さらに前記位相調整部により相対的に位相調整された前記振動検出部の出力の周波数成分及び前記音圧測定部の出力の周波数成分を解析してもよい。

前記振動検出部及び前記音圧測定部の感度を調整可能な感度調整部をさらに備えてもよい。

前記振動検出部の出力の周波数特性及び前記音圧測定部の出力の周波数特性を調整可能な周波数特性調整部をさらに備えてもよい。

前記周波数解析部による解析結果を表示する表示部をさらに備えてもよい。

人体の頭部模型をさらに備え、前記耳型部は、前記頭部模型を構成する人工耳として、当該頭部模型に着脱自在であってもよい。

前記耳型部は、耳模型と、該耳模型に結合された人工外耳道部とを備え、
前記人工外耳道部に前記人工外耳道が形成されていてもよい。

前記人工外耳道は、２０ｍｍから４０ｍｍの長さを有してもよい。

前記電子機器を保持する保持部をさらに備えてもよい。

前記保持部は、人が前記電子機器を自身の耳に押し当てるように、当該電子機器を少なくとも２箇所において支持する支持部を備えてもよい。

前記保持部は、前記電子機器を前記耳型部に対して押圧する方向に移動調整可能であってもよい。

前記保持部は、前記電子機器を前記耳型部に対して押圧する方向に回動調整可能であってもよい。

前記保持部は、前記振動体を前記耳型部に対して０Ｎから１０Ｎの範囲で押圧力を調整可能であってもよい。

前記保持部は、前記振動体を前記耳型部に対して３Ｎから８Ｎの範囲で押圧力を調整可能であってもよい。

前記保持部は、前記耳型部に対する前記電子機器の接触姿勢を変更可能に、前記電子機器を前記耳型部に対して当該電子機器の上下方向に移動調整可能であってもよい。

前記接触姿勢は、前記振動体が前記耳型部を覆うように、前記電子機器を前記耳型部に接触させる姿勢を含んでもよい。

前記接触姿勢は、前記振動体の一部が前記耳型部に接触するように、前記電子機器を前記耳型部に接触させる姿勢を含んでもよい。

前記耳型部は、ＩＥＣ６０３１８―7に準拠した素材からなってもよい。

前記振動検出部は、前記人工外耳道の周辺部に配置された複数個の振動検出素子を備えてもよい。

前記振動検出部は、前記人工外耳道の周辺部を取り囲むように配置された円弧状の２個の振動検出素子を備えてもよい。

前記振動検出部は、前記人工外耳道の周辺部を取り囲むように配置されたリング状の振動検出素子を備えてもよい。

前記音圧測定部は、前記人工外耳道の外壁から延在するチューブ部材に保持されたマイクを備えてもよい。

前記音圧測定部は、前記人工外耳道の外壁からフローティング状態で配置されたマイクを備えてもよい。

さらに、上記目的を達成する本発明に係る測定方法の発明は、筐体に保持された振動体を人体の耳に押し当てて、前記振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を評価するにあたり、
人体の耳を模した耳型部に前記振動体を押し当て、該振動体の振動により前記耳型部に形成された人工外耳道の周辺部を伝達する振動を振動検出部により検出すると共に、前記人工外耳道を経て伝播される音の音圧を音圧測定部により測定するステップと、
前記振動検出部の出力の位相及び前記音圧測定部の出力の位相を位相調整部により相対的に調整するステップと、
を含む。

前記位相調整部により相対的に位相調整された前記振動検出部の出力及び前記音圧測定部の出力を出力合成部により合成するステップと、
前記出力合成部の合成出力の周波数成分を周波数解析部により解析するステップと、をさらに含んでもよい。

本発明によれば、振動体の振動によって人体に伝わる振動量と音圧とが合成された体感音圧を人体に近似させて測定できる測定システム及び測定方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る測定システムの概略構成を示す図である。 測定対象の電子機器の一例を示す平面図である。 図１の耳型部の部分詳細図である。 図１の測定部の要部の構成を示す機能ブロック図である。 図４の振動検出素子の出力とマイクの出力との位相関係を説明するための図である。 図１の測定システムによるアプリケーション画面及び測定結果の一例を示す図である。 図１の測定システムによる測定動作の一例を示すシーケンス図である。 図６の測定結果を得た電子機器についての従来の測定法による振動量の測定結果を示す図である。 本発明の第２実施の形態に係る測定システムの要部の概略構成を示す図である。 図９の測定システムの部分詳細図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る測定システムの概略構成を示す図である。本実施の形態に係る測定システム１０は、電子機器装着部２０と、測定部２００とを備える。電子機器装着部２０は、基台３０に支持された耳型部５０と、測定対象の電子機器１００を保持する保持部７０とを備える。なお、以下の説明において、電子機器１００は、図２に平面図を示すように、矩形状の筐体１０１の表面に、人の耳よりも大きい矩形状のパネル１０２を有するスマートフォン等の携帯電話で、パネル１０２が振動体として振動するものとする。先ず、電子機器装着部２０の構成について説明する。

耳型部５０は、人体の耳を模したもので、耳模型５１と、該耳模型５１に結合された人工外耳道部５２とを備える。人工外耳道部５２は、耳模型５１を覆う大きさを有し、中央部に人工外耳道５３が形成されている。耳型部５０は、人工外耳道部５２の周縁部において、支持部材５４を介して基台３０に支持されている。

耳型部５０は、例えば人体模型のＨＡＴＳ（Head And Torso Simulator）やＫＥＭＡＲ（ノウルズ社の音響研究用の電子マネキン名）等に使用される平均的な耳模型の素材と同様の素材、例えば、ＩＥＣ６０３１８―７に準拠した素材からなる。この素材は、例えば硬度３５から５５のゴム等の素材で形成することができる。なお、ゴムの硬さは、例えばJIS K 6253やISO 48 などに準拠した国際ゴム硬さ（IRHD・M 法）に準拠して測定されるとよい。また、硬さ測定システムとしては、株式会社テクロック社製 全自動タイプIRHD・M法マイクロサイズ 国際ゴム硬さ計ＧＳ６８０が好適に使用される。なお、耳型部５０は、年齢による耳の硬さのばらつきを考慮して、大まかに、２から３種類程度、硬さの異なるものを準備し、これらを付け替えて使用するとよい。

人工外耳道部５２の厚さ、つまり人工外耳道５３の長さは、人の鼓膜（蝸牛）までの長さに相当するもので、例えば２０ｍｍから４０ｍｍの範囲で適宜設定される。本実施の形態では、人工外耳道５３の長さを、ほぼ３０ｍｍとしている。

耳型部５０には、人工外耳道部５２の耳模型５１側とは反対側の端面において、人工外耳道５３の開口周辺部に位置するように振動検出部５５が配置されている。振動検出部５５は、振動するパネル１０２を耳型部５０に当てた際に外耳道部５２を経て伝わる振動量を検出する。つまり、振動検出部５５は、パネル１０２を人体の耳に押し当てた際に、パネル１０２の振動が直接内耳を揺らし、鼓膜を経由しないで聴く骨導成分に相当する振動量を検出する。振動検出部５５は、例えば、電子機器１００の測定周波数範囲（例えば、０．１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）においてフラットな出力特性を有し、軽量で微細な振動でも正確に計測できる振動検出素子５６により構成される。このような振動検出素子５６は、例えば、圧電式加速度ピックアップ等の振動ピックアップ、例えばリオン社製の振動ピックアップＰＶ−０８Ａ等が使用可能である。

図３（ａ）は、耳型部５０を基台１０側から見た平面図である。図３（ａ）では、人工外耳道５３の開口周辺部を取り囲むようにリング状の振動検出素子５６を配置した場合を例示しているが、振動検出素子５６は、1個だけでなく、複数個であってもよい。複数個の振動検出素子５６を配置する場合は、人工外耳道５３の周辺部に適時の間隔で配置してもよいし、人工外耳道５３の開口周辺部を取り囲むように円弧状の２個の振動検出素子を配置してもよい。なお、図３（ａ）において、人工外耳道部５２は矩形状を成しているが、人工外耳道部５２は任意の形状とすることができる。

さらに、耳型部５０には、音圧測定部６０が配置されている。音圧測定部６０は、人工外耳道５３を経て伝播される音の音圧を測定する。つまり、音圧測定部６０は、パネル１０２を人体の耳に押し当てた際に、パネル１０２の振動により空気が振動して直接鼓膜を経由して聴く気導成分に相当する音圧、及び、パネル１０２の振動により外耳道内部が振動して耳自体で発生した音を鼓膜経由で聴く気導成分に相当する音圧を測定する。

音圧測定部６０は、図３（ｂ）に図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図を示すように、人工外耳道５３の外壁（穴の周壁）から、リング状の振動検出素子５６の開口部を通して延在するチューブ部材６１に保持されたマイク６２を備える。マイク６２は、例えば、電子機器１００の測定周波数範囲においてフラットな出力特性を有し、自己雑音レベルの低い計測用コンデンサマイクにより構成される。このようなマイク６２は、例えばリオン社製のコンデンサマイクロホンＵＣ−５３Ａ等が使用可能である。マイク６２は、音圧検出面が人工外耳道部５２の端面にほぼ一致するように配置される。なお、マイク６２は、例えば、人工外耳道部５２や基台１０に支持して、人工外耳道５３の外壁からフローティング状態で配置してもよい。

次に、保持部７０について説明する。電子機器１００が、スマートフォン等の平面視で矩形状を成す携帯電話の場合、人が当該携帯電話を片手で保持して自身の耳に押し当てようとすると、通常、携帯電話の両側面部を手で支持することになる。また、耳に対する携帯電話の押圧力や接触姿勢は、人（利用者）によって異なったり、使用中に変動したりする。本実施の形態では、このような携帯電話の使用態様を模して、電子機器１００を保持する。

そのため、保持部７０は、電子機器１００の両側面部を支持する支持部７１を備える。支持部７１は、電子機器１００を耳型部５０に対して押圧する方向に、ｙ軸と平行な軸ｙ１を中心に回動調整可能にアーム部７２の一端部に取り付けられている。アーム部７２の他端部は、基台３０に設けられた移動調整部７３に結合されている。移動調整部７３は、アーム部７２を、ｙ軸と直交するｘ軸と平行な方向で、支持部７１に支持される電子機器１００の上下方向ｘ１と、ｙ軸及びｘ軸と直交するｚ軸と平行な方向で、電子機器１００を耳型部５０に対して押圧する方向ｚ１とに移動調整可能に構成されている。

これにより、支持部７１に支持された電子機器１００は、軸ｙ１を中心に支持部７１を回動調整することで、又は、アーム部７２をｚ１方向に移動調整することで、振動体（パネル１０２）の耳型部５０に対する押圧力が調整される。本実施の形態では、０Ｎから１０Ｎの範囲、好ましくは３Ｎから８Ｎの範囲で押圧力が調整される。もちろん軸ｙ１に加え、他の軸を中心に支持部７１を回動自在に構成されてもよい。

ここで、０Ｎから１０Ｎの範囲は、人間が電子機器を耳に押し当てて通話等の使用をする際に想定される押し当て力よりも十分な広い範囲での測定を可能とすることを目的としている。なお、０Ｎの場合として、例えば耳型部５０に接触しているが押し当てていない場合のみならず、耳型部５０から１ｃｍきざみで離間させて保持でき、それぞれの離間距離において測定ができるようにしてもよい。これにより、気導音の距離による減衰の度合いもマイク６２による測定により可能となり、測定システムとしての利便性が向上する。また、３Ｎから８Ｎの範囲は、通常、健聴者が従来型のスピーカを用いて通話をする際に耳に押し当てる平均的な力の範囲を想定している。人種、性別により差があるかもしれないが、要は従来型のスピーカを搭載したスマートフォンや従来型携帯電話等の電子機器において、通常、ユーザが押し付ける程度の押圧力において振動音や気導音を測定できることが好ましい。

また、アーム部７２をｘ１方向に移動調整することで、耳型部５０に対する電子機器１００の接触姿勢が、例えば、振動体の一例であるパネル１０２が耳型部５０のほぼ全体を覆う姿勢や、図１に示されるように、パネル１０２が耳型部５０の一部を覆う姿勢に調整される。なお、アーム部７２を、ｙ軸と平行な方向に移動調整可能に構成したり、ｘ軸やｚ軸と平行な軸回りに回動調整可能に構成したりして、耳型部５０に対して電子機器１００を種々の接触姿勢に調整可能に構成してもよい。なお、振動体は、もちろんパネルのような耳を幅広く覆うものに限られず、耳型部５０の一部、例えば耳珠の部位だけに対して振動を伝達させるような突起や角部を有する電子機器であっても本発明の測定対象となりうる。

次に、図１の測定部２００の構成について説明する。図４は、測定部２００の要部の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態では、測定対象の電子機器１００の振動によって耳型部５０を介して伝わる振動量と音圧、つまり骨導音と気導音とが合成された体感音圧を測定するもので、感度調整部３００、信号処理部４００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）５００及びプリンタ６００を備える。

振動検出素子５６及びマイク６２の出力は、感度調整部３００に供給される。感度調整部３００は、振動検出素子５６の出力の振幅を調整する可変利得増幅回路３０１と、マイク６２の出力の振幅を調整する可変利得増幅回路３０２とを備える。そして、それぞれの回路に対応するアナログの入力信号の振幅を、手動又は自動により所要の振幅に独立して調整する。これにより、振動検出素子５６の感度及びマイク６２の感度の誤差を補正する。なお、可変利得増幅回路３０１，３０２は、入力信号の振幅を例えば±２０ｄＢの範囲で調整可能に構成される。

感度調整部３００の出力は、信号処理部４００に入力される。信号処理部４００は、Ａ／Ｄ変換部４１０、周波数特性調整部４２０、位相調整部４３０、出力合成部４４０、周波数解析部４５０、記憶部４６０、及び、信号処理制御部４７０を備える。Ａ／Ｄ変換部４１０は、可変利得増幅回路１５１の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４１１と、可変利得増幅回路１５２の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４１２とを備える。そして、それぞれの回路に対応するアナログの入力信号をデジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換回路４１１，４１２は、例えば１６ビット以上、ダイナミックレンジ換算で９６ｄＢ以上に対応できる。またＡ／Ｄ変換回路４１１，４１２は、ダイナミックレンジが変更可能に構成することができる。

Ａ／Ｄ変換部４１０の出力は、周波数特性調整部４２０に供給される。周波数特性調整部４２０は、Ａ／Ｄ変換回路４１１の出力である振動検出素子５６による検出信号の周波数特性を調整するイコライザ（ＥＱ）４２１と、Ａ／Ｄ変換回路４１２の出力であるマイク６２による検出信号の周波数特性を調整するイコライザ（ＥＱ）４２２とを備える。そして、それぞれの入力信号の周波数特性を、手動又は自動により人体の聴感に近い周波数特性に独立して調整する。なお、イコライザ４２１，４２２は、例えば複数バンドのグラフィカルイコライザ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等から構成される。尚、イコライザ（ＥＱ）とＡ／Ｄ変換回路とは配列順序が逆であってもよい。

周波数特性調整部４２０の出力は、位相調整部４３０に供給される。位相調整部４３０は、イコライザ４２１の出力である振動検出素子５６による検出信号の位相を調整する可変遅延回路４３１を備える。すなわち、耳型部５０の材質を伝わる音速と人体の肉や骨を伝わる音速とは全く同じではないので、振動検出素子５６の出力とマイク６２の出力との位相関係が、特に高い周波数で人体の耳とのずれが大きくなることが想定される。

このように、振動検出素子５６の出力とマイク６２の出力との位相関係が大きくずれると、後述する出力合成部４４０での両出力の合成時に、実際とは異なる値において振幅のピークやディップが現れたり、合成出力が増減したりする場合がある。例えば、振動検出素子５６で検出される振動の伝達速度に対して、マイク６２で検出される音の伝達速度が０．２ｍｓ遅れる場合、２ｋＨｚの正弦波振動による両者の合成出力は、図５（ａ）に示すようになる。これに対し、両者の伝達速度にずれがない場合の合成出力は、図５（ｂ）に示すようになり、本来起こらないタイミングで振幅のピークやディップが現れることになる。なお、図５（ａ），（ｂ）において、太線は振動検出素子５６での振動検出波形を示し、細線はマイク６２での音圧検出波形を示し、破線は合成出力波形を示している。

そのため、本実施の形態では、測定対象の電子機器１００の測定周波数範囲に応じて、イコライザ４２１の出力である振動検出素子５６による検出信号の位相を、可変遅延回路４３１により所定の範囲で調整する。例えば、電子機器１００の測定周波数範囲が１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの場合、可変遅延回路４３１により±１０ｍｓ（±１００Ｈｚ相当）程度の範囲で、少なくとも０．１ｍｓ（１０ｋＨｚ相当）より小さい単位で振動検出素子５６による検出信号の位相を調整する。なお、人体の耳の場合でも、骨導音と気導音との位相ずれは生じるので、可変遅延回路４３１による位相調整は、振動検出素子５６及びマイク６２の両者の検出信号の位相を合わせるという意味ではなく、両者の位相を耳による実際の聴感に合わせるという意味である。

位相調整部４３０の出力は、出力合成部４４０に供給される。出力合成部４４０は、可変遅延回路４３１により位相調整された振動検出素子５６による検出信号と、位相調整部４３０を通過したマイク６２による検出信号とを合成する。これにより、測定対象の電子機器１００の振動によって伝わる振動量と音圧、つまり骨導音と気導音とが合成された体感音圧を人体に近似させて得ることが可能となる。

出力合成部４４０の合成出力は、周波数解析部４５０に入力される。周波数解析部４５０は、出力合成部４４０からの合成出力を周波数解析するＦＦＴ（高速フーリエ変換）４５１を備える。これにより、ＦＦＴ４５１から、骨導音（bone）と気導音（air）とが合成された体感音圧（air＋bone）に相当するパワースペクトルデータが得られる。

さらに、本実施の形態において、周波数解析部４５０は、出力合成部４４０で合成される前の信号、すなわち、位相調整部４３０を経た振動検出素子５６による検出信号とマイク６２による検出信号とをそれぞれ周波数解析するＦＦＴ４５２，４５３を備える。これにより、ＦＦＴ４５２から、骨導音（bone）に相当するパワースペクトルデータが得られ、ＦＦＴ４５３から、気導音（air）に相当するパワースペクトルデータが得られる。

なお、ＦＦＴ４５１〜４５３は、電子機器１００の測定周波数範囲に応じて周波数成分（パワースペクトル）の解析ポイントが設定される。例えば、電子機器１００の測定周波数範囲が１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの場合は、測定周波数範囲の対数グラフにおける間隔を１００〜２００等分した各ポイントの周波数成分を解析するように設定される。

ＦＦＴ４５１〜４５３の出力は、記憶部４６０に記憶される。記憶部４６０は、ＦＦＴ４５１〜４５３による解析データ（パワースペクトルデータ）をそれぞれ複数保持できるダブルバッファ以上の容量を有する。そして、後述するＰＣ５００からのデータ送信要求タイミングで、常に最新データを送信できるように構成することができる。

信号処理制御部４７０は、例えば、ＵＳＢ，ＲＳ−２３２Ｃ，ＳＣＳＩ、ＰＣカード等のインターフェース用の接続ケーブル５１０を介してＰＣ５００に接続される。そして、ＰＣ５００からのコマンドに基づいて、信号処理部４００の各部の動作を制御する。なお、信号処理部４００は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によって構成したりすることができる。

ＰＣ５００は、測定システム１０による電子機器１００の評価アプリケーションを有する。評価アプリケーションは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやネットワーク等を介してダウンロードされる。そして、ＰＣ５００は、例えば、評価アプリケーションに基づくアプリケーション画面を表示部５２０に表示する。また、該アプリケーション画面を介して入力される情報に基づいて信号処理部４００にコマンドを送信する。また、ＰＣ５００は、信号処理部４００からのコマンド応答やデータを受信し、受信したデータに基づいて所定の処理を施して、アプリケーション画面に測定結果を表示する。また、必要に応じて測定結果をプリンタ６００に出力して印刷する。

なお、図４において、感度調整部３００及び信号処理部４００は、例えば電子機器装着部２０の基台３０上に搭載し、ＰＣ５００及びプリンタ６００は、基台３０から離れて設置して、信号処理部４００とＰＣ５００とを接続ケーブル５１０を介して接続することができる。

図６は、表示部５２０に表示されるアプリケーション画面の一例を示す図である。図６に示すアプリケーション画面５２１は、「Calibration」アイコン５２２、「Measure Start」アイコン５２３、「Measure Stop」アイコン５２４、測定結果表示領域５２５、測定レンジ変更アイコン５２６、測定結果表示選択領域５２７、ファイルアイコン５２８、測定タイプアイコン５２９、及び、ヘルプアイコン５３０を有する。以下、各機能について簡単に説明する。

「Calibration」アイコン５２２は、振動検出素子５６及びマイク６２の感度の誤差を校正する。この校正モードでは、保持部７０に標準機がセットされて、耳型部５０の標準位置に当てられる。そして、標準機を所定の振動モード（例えば、純音又はマルチサイン）で振動させた場合に、振動検出素子５６による検出信号のパワースペクトルデータ及びマイク６２による検出信号のパワースペクトルデータがそれぞれ対応する正常誤差範囲となるように、可変利得増幅回路３０１，３０２により振動検出素子５６及びマイク６２の感度が調整される。

「Measure Start」アイコン５２３は、測定開始コマンドを信号処理部４００に送信し、測定終了までデータを受信し続ける。「Measure Stop」アイコン５２４は、測定終了コマンドを信号処理部４００に送信し、データの受信を終了する。測定結果表示領域５２５には、受信したデータに基づいて測定タイプアイコン５２９で選択された測定モードに対応する測定結果が表示される。図６は、パワースペクトル測定モードによるbone（骨導）、air（気導）、air＋bone（体感音圧）のパワースペクトルの測定結果が、測定結果表示領域５２５に表示された場合を例示している。測定レンジ変更アイコン５２６は、測定結果表示領域５２５へ表示するパワースペクトルの測定レンジ幅を１０ｄＢ単位で上下にシフトすると共に、測定レンジ変更コマンドを信号処理部４００に送信する。これにより、信号処理部４００は、測定レンジ変更コマンドに応じて、Ａ／Ｄ変換回路４１１，４１２のＡ／Ｄ変換のレンジを変更する。

測定結果表示選択領域５２７は、測定結果表示領域５２５に表示可能なパワースペクトルの種類及びその選択ボックスを表示すると共に、パワースペクトルの現在値（Now）、測定中の最大値（Max）、測定中の平均値（Average）の表示領域及びその選択ボックスを表示して、選択ボックスで選択された情報について、パワースペクトルや高周波ひずみ率を対応する領域に表示する。ファイルアイコン５２８は、例えば表示中のアプリケーション画面を印刷したり、測定結果をＣＳＶやＥＸＣＥＬ等の形式で出力したりする。測定タイプアイコン５２９は、パワースペクトル測定モード、高周波ひずみ率測定モード等の測定モードを切り替える。なお、測定結果表示選択領域５２７に表示する高周波ひずみ率は、高周波ひずみ率測定モードにおいて、信号処理部４００での測定データに基づいてＰＣ５００で演算することができる。ヘルプアイコン５３０は、測定システム１０の使用方法のヘルプを表示する。

本実施の形態に係る測定システム１０は、測定対象の電子機器１００のパネル１０２を、例えば圧電素子により振動させながら、振動検出素子５６及びマイク６２の合成出力の周波数成分を解析して電子機器１００を評価する。ここで、パネル１０２を振動させる圧電素子は、所定の測定周波数範囲、例えば上記の１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲で、１００Ｈｚ毎の駆動信号を合成したマルチ駆動信号波で駆動することができる。

以下、本実施の形態に係る測定システム１０による電子機器１００の測定動作の一例について、図７に示すシーケンス図を参照しながら説明する。なお、ここでは、周波数解析部４５０のＦＦＴ４５１〜４５３により、それぞれ１００ポイントの「air＋bone」データ、「bone」データ及び「air」データを得るものとする。

先ず、ＰＣ５００は、図６のアプリケーション画面５２１の「Measure Start」アイコン５２３が操作されると、信号処理部４００に対して測定開始コマンドを送信する。信号処理部４００は、測定開始コマンドを受信すると、電子機器１００の測定を実行する。これにより、信号処理部４００は、振動検出素子５６及びマイク６２の出力を、感度調整部３００で感度調整した後、Ａ／Ｄ変換部４１０でデジタル信号に変換し、さらに、周波数特性調整部４２０で周波数特性を調整した後、位相調整部４３０で位相を調整して出力合成部４４０で合成する。そして、信号処理部４００は、出力合成部４４０での合成出力を、周波数解析部４５０のＦＦＴ４５１で周波数解析して、１００ポイントのパワースペクトルデータすなわち「air＋bone」データを記憶部４６０に記憶する。

同時に、信号処理部４００は、位相調整部４３０の可変遅延回路４３１で位相調整された振動検出素子５６による検出信号をＦＦＴ４５２で周波数解析して、１００ポイントのパワースペクトルデータすなわち「bone」データを記憶部４６０に記憶する。同様に、信号処理部４００は、位相調整部４３０を通過したマイク６２による検出信号をＦＦＴ４５３で周波数解析して、１００ポイントのパワースペクトルデータすなわち「air」データを記憶部４６０に記憶する。

信号処理部４００は、ＦＦＴ４５１〜４５３によるＦＦＴ処理を所定のタイミングで繰り返して、その結果を記憶部４６０に記憶する。これにより、記憶部４６０は、ＦＦＴ４５１〜４５３からのデータを順次更新しながら記憶して、常に最新のデータを保持する。

その後、ＰＣ５００は、所定のタイミングでタイマを起動させて、信号処理部４００に対してデータ送信要求のコマンドを送信する。信号処理部４００は、ＰＣ５００からのデータ送信要求を受信すると、記憶部４６０に記憶されているそれぞれ１００ポイントの最新の「bone」データ、「air」データ、及び「air＋bone」データをＰＣ５００に順次送信する。

ＰＣ５００は、信号処理部４００に対して測定終了コマンドを送信するまでの間、信号処理部４００に対してタイマの設定時間毎にデータ送信要求のコマンドを送信して、それぞれ最新の「bone」データ、「air」データ、及び「air＋bone」データを取得する。そして、ＰＣ５００は、信号処理部４００からデータを取得する毎に、取得したデータに基づいて図６のアプリケーション画面５２１に測定結果を表示する。

その後、ＰＣ５００は、図６のアプリケーション画面５２１の「Measure Stop」アイコン５２４が操作されると、信号処理部４００に対して測定終了コマンドを送信する。これにより、ＰＣ５００及び信号処理部４００は、測定動作を終了する。また、上記の電子機器１００の測定結果は、当該電子機器１００の測定中又は測定終了後に、必要に応じてプリンタ６００から出力される。

ここで、図６に示した本実施の形態に係る測定システム１０による測定結果について、従来の測定法と比較して説明する。図８は、図６と同一の測定対象の電子機器１００についての従来の測定法により測定した振動量のパワースペクトルを示す図である。なお、図８において、太線は振動ピックアップを測定対象の振動体に押し当てて測定したパワースペクトルを示し、細線は人工マストイドを介して測定したパワースペクトルを示す。

図６及び図８から明らかなように、本実施の形態において、振動検出素子５６の出力に基づいて測定される骨導成分に相当するパワースペクトルは、従来の人工マストイド法と比較すると、人工マストイド法によるパワースペクトルよりも大きい。また、従来の振動ピックアップによる直接測定法と比較すると、ある値を超える周波数帯域で、直接測定法よりも小さくなる。つまり、本実施の形態により測定される骨導成分に相当するパワースペクトルは、人体の耳の振動伝達の特徴が重み付けされたものとなる。

また、本実施の形態において、マイク６２は、耳型部５０を経由した音圧を測定する。したがって、マイク６２の出力に基づいて測定される気導成分に相当するパワースペクトルは、電子機器１００の振動により空気が振動して直接鼓膜を経由して聴く気導成分に相当する音圧と、電子機器１００の振動により外耳道内部が振動して耳自体で発生した音を鼓膜経由で聴く気導成分に相当する音圧とが合成されたものとなる。つまり、本実施の形態により測定される気導成分に相当するパワースペクトルは、人体の耳の音圧伝達の特徴が重み付けされたものとなる。

しかも、本実施の形態による測定装置１０では、振動検出素子５６からの骨導成分に相当する出力及びマイク６２からの気導成分に相当する出力の位相が位相調整部４３０で調整されてから、両出力が出力合成部４４０で合成されて、周波数解析部４５０で周波数解析される。したがって、測定対象の電子機器１００の振動によって人体に伝わる振動量と音圧とが合成された体感音圧を人体に近似させて測定できる。これにより、電子機器１００を高精度で評価することが可能となり、測定システム１０の信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態では、周波数解析部４５０により、振動検出素子５６からの骨導成分に相当する出力及びマイク６２からの気導成分に相当する出力を独立して周波数解析するようにしたので、電子機器１００をより詳細に評価することが可能となる。さらに、感度調整部３００により、振動検出素子５６及びマイク６２の感度を調整するようにしたので、年齢等に応じた体感音圧を測定することができる。したがって、電子機器１００を個人の耳の機能に応じて評価することが可能となる。また、周波数特性調整部４２０により、振動検出素子５６からの骨導成分に相当する出力及びマイク６２からの気導成分に相当する出力の周波数特性を独立して調整可能に構成したので、電子機器１００を個人の耳の機能に応じてより高精度で評価することが可能となる。

また、測定対象の電子機器１００は、耳型部５０に対する押圧力を可変できるとともに、接触姿勢も可変できるので、電子機器１００を種々の態様で評価することが可能となる。

（第２実施の形態）
図９は、本発明の第２実施の形態に係る測定システムの要部の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る測定システム１１０は、電子機器装着部１２０の構成が第１実施の形態における電子機器装着部２０と異なるもので、その他の構成は第１実施の形態と同様である。したがって、図９においては、第１実施の形態で示した測定部２００の図示を省略してある。電子機器装着部１２０は、人体の頭部模型１３０と、測定対象の電子機器１００を保持する保持部１５０とを備える。頭部模型１３０は、例えばＨＡＴＳやＫＥＭＡＲ等からなる。頭部模型１３０の人工耳１３１は、頭部模型１３０に対して着脱自在である。

人工耳１３１は、耳型部を構成するもので、図１０（ａ）に頭部模型１３０から取り外した側面図を示すように、第１実施の形態の耳型部５０と同様の耳模型１３２と、該耳模型１３２に結合され、人工外耳道１３３が形成された人工外耳道部１３４とを備える。人工外耳道部１３４には、人工外耳道１３３の開口周辺部に、第１実施の形態の耳型部５０と同様に、振動検出素子を備える振動検出部１３５が配置されている。また、頭部模型１３０の人工耳１３１の装着部には、図１０（ｂ）に人工耳１３１を取り外した側面図を示すように、中央部にマイクを備える音圧測定部１３６が配置されている。音圧測定部１３６は、頭部模型１３０に人工耳１３１が装着されると、人工耳１３１の人工外耳道１３３を経て伝播される音の音圧を測定するように配置されている。なお、音圧測定部１３６は、第１実施の形態の耳型部５０と同様に、人工耳１３１側に配置してもよい。振動検出部１３５を構成する振動検出素子及び音圧測定部１３６を構成するマイクは、第１実施の形態と同様に測定部に接続される。

保持部１５０は、頭部模型１３０に着脱自在に取り付けられるもので、頭部模型１３０への頭部固定部１５１と、測定対象の電子機器１００を支持する支持部１５２と、頭部固定部１５１及び支持部１５２を連結する多関節アーム部１５３と、を備える。保持部１５０は、多関節アーム部１５３を介して、支持部１５２に支持された電子機器１００の人工耳１３１に対する押圧力及び接触姿勢を、第１実施の形態の保持部７０と同様に調整可能に構成されている。

本実施の形態に係る測定システム１１０によると、第１実施の形態の測定システム１０と同様の効果が得られる。特に、本実施の形態では、人体の頭部模型１３０に、振動検出用の人工耳１３１を着脱自在に装着して電子機器１００を評価するので、頭部の影響が考慮された実際の使用態様により即した評価が可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、測定対象の電子機器１００として、スマートフォン等の携帯電話で、パネル１０２が振動体として振動するものを想定したが、折り畳み式の携帯電話で、通話等の使用態様において耳に接触するパネルが振動する電子機器も同様に評価することが可能である。また、携帯電話に限らず、他の圧電レシーバも同様に評価することが可能である。

また、上記実施の形態では、位相調整部４３０において、振動検出素子５６による検出信号の位相を、マイク６２による検出信号に対して遅らせるように構成したが、ＦＩＦＯ等のバッファを用いて、マイク６２による検出信号の位相を、振動検出素子５６による検出信号に対して進ませるように構成してもよい。また、上記実施の形態では、測定部２００に、信号処理部４００と分離してＰＣ５００を設けるようにしたが、ＰＣ５００によって実行する評価アプリケーションの機能を信号処理回路４００に搭載して、ＰＣ５００を省略してもよい。さらに、図４において、ＦＦＴ４５２，４５３は省略してもよい。

また、上述の実施例における感度調整部、信号処理部、Ａ／Ｄ変換部、周波数特性調整部、位相調整部、出力合成部、周波数解析部、記憶部、信号処理制御部、表示部、プリンタ等は、互いに有線通信或いは無線通信可能で信号の送信あるいは受信が可能であればよく、本発明の測定システムは、独立型ですべての機能を集約した測定装置だけでなく、感度調整部、信号処理部、周波数解析部或いは記憶部等が一または複数のＰＣや外部サーバーに分かれて配置されている場合のように、ネットワークシステムやクラウドを活用した測定システムであってもよいことはいうまでもない。

１０ 測定システム
２０ 電子機器装着部
３０ 基台
５０ 耳型部
５１ 耳模型
５２ 人工外耳道部
５３ 人工外耳道
５４ 支持部材
５５ 振動検出部
５６ 振動検出素子
６０ 音圧測定部
６１ チューブ部材
６２ マイク
７０ 保持部
７１ 支持部
７２ アーム部
７３ 移動調整部
１００ 電子機器
１０１ 筐体
１０２ パネル（振動体）
１１０ 測定システム
１２０ 電子機器装着部
１３０ 頭部模型
１３１ 人工耳
１３２ 耳模型
１３３ 人工外耳道
１３４ 人工外耳道部
１３５ 振動検出部
１３６ 音圧測定部
１５０ 保持部
１５１ 頭部固定部
１５２ 支持部
１５３ 多関節アーム部
２００ 測定部
３００ 感度調整部
４００ 信号処理部
４１０ Ａ／Ｄ変換部
４２０ 周波数特性調整部
４３０ 位相調整部
４４０ 出力合成部
４５０ 周波数解析部
４６０ 記憶部
４７０ 信号処理制御部
５００ ＰＣ
５２０ 表示部
６００ プリンタ

Claims (27)

1. 筐体に保持された振動体を人体の耳に押し当てて、前記振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を評価するための測定システムであって、
   人体の耳を模した耳型部と、
   該耳型部に形成された人工外耳道の周辺部に配置された振動検出部と、
   前記人工外耳道を経て伝播される音の音圧を測定するための音圧測定部と、
   前記振動検出部の出力の位相及び前記音圧測定部の出力の位相を相対的に調整可能な位相調整部と、
   周波数解析部と、
   を備える測定システム。
2. 前記位相調整部により相対的に位相調整された前記振動検出部の出力及び前記音圧測定部の出力を合成する出力合成部をさらに備え、
   前記周波数解析部は、前記振動検出部の出力の周波数成分或いは音圧測定部の出力の周波数成分或いは前記出力合成部の合成出力の周波数成分を解析する、請求項１に記載の測定システム。
3. 前記位相調整部は、前記振動検出部の出力の位相を調整する、請求項２に記載の測定システム。
4. 前記周波数解析部は、さらに前記位相調整部により相対的に位相調整された前記振動検出部の出力の周波数成分及び前記音圧測定部の出力の周波数成分を解析する、請求項２又は３に記載の測定システム。
5. 前記振動検出部及び前記音圧測定部の感度を調整可能な感度調整部をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の測定システム。
6. 前記振動検出部の出力の周波数特性及び前記音圧測定部の出力の周波数特性を調整可能な周波数特性調整部をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の測定システム。
7. 前記周波数解析部による解析結果を表示する表示部をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の測定システム。
8. 人体の頭部模型をさらに備え、前記耳型部は、前記頭部模型を構成する人工耳として、当該頭部模型に着脱自在である、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定システム。
9. 前記耳型部は、耳模型と、該耳模型に結合された人工外耳道部とを備え、
   前記人工外耳道部に前記人工外耳道が形成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の測定システム。
10. 前記人工外耳道は、２０ｍｍから４０ｍｍの長さを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の測定システム。
11. 前記電子機器を保持する保持部をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定システム。
12. 前記保持部は、人が前記電子機器を自身の耳に押し当てるように、当該電子機器を少なくとも２箇所において支持する支持部を備える、請求項１１に記載の測定システム。
13. 前記保持部は、前記電子機器を前記耳型部に対して押圧する方向に移動調整可能である、請求項１１又は１２に記載の測定システム。
14. 前記保持部は、前記電子機器を前記耳型部に対して押圧する方向に回動調整可能である、請求項１１又は１２に記載の測定システム。
15. 前記保持部は、前記振動体を前記耳型部に対して０Ｎから１０Ｎの範囲で押圧力を調整可能である、請求項１３又は１４に記載の測定システム。
16. 前記保持部は、前記振動体を前記耳型部に対して３Ｎから８Ｎの範囲で押圧力を調整可能である、請求項１３又は１４に記載の測定システム。
17. 前記保持部は、前記耳型部に対する前記電子機器の接触姿勢を変更可能に、前記電子機器を前記耳型部に対して当該電子機器の上下方向に移動調整可能である、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の測定システム。
18. 前記接触姿勢は、前記振動体が前記耳型部を覆うように、前記電子機器を前記耳型部に接触させる姿勢を含む、請求項１７に記載の測定システム。
19. 前記接触姿勢は、前記振動体の一部が前記耳型部に接触するように、前記電子機器を前記耳型部に接触させる姿勢を含む、請求項１７に記載の測定システム。
20. 前記耳型部は、IEC60318‐7に準拠した素材からなる、請求項１から１９のいずれか一項に記載の測定システム。
21. 前記振動検出部は、前記人工外耳道の周辺部に配置された複数個の振動検出素子を備える、請求項１から２０のいずれか一項に記載の測定システム。
22. 前記振動検出部は、前記人工外耳道の周辺部を取り囲むように配置された円弧状の２個の振動検出素子を備える、請求項１から２０のいずれか一項に記載の測定システム。
23. 前記振動検出部は、前記人工外耳道の周辺部を取り囲むように配置されたリング状の振動検出素子を備える、請求項１から２０のいずれか一項に記載の測定システム。
24. 前記音圧測定部は、前記人工外耳道の外壁から延在するチューブ部材に保持されたマイクを備える、請求項１から２３のいずれか一項に記載の測定システム。
25. 前記音圧測定部は、前記人工外耳道の外壁からフローティング状態で配置されたマイクを備える、請求項１から２３のいずれか一項に記載の測定システム。
26. 筐体に保持された振動体を人体の耳に押し当てて、前記振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を評価するにあたり、
    人体の耳を模した耳型部に前記振動体を押し当て、該振動体の振動により前記耳型部に形成された人工外耳道の周辺部を伝達する振動を振動検出部により検出すると共に、前記人工外耳道を経て伝播される音の音圧を音圧測定部により測定するステップと、
    前記振動検出部の出力の位相及び前記音圧測定部の出力の位相を位相調整部により相対的に調整するステップと、
    を含む、測定方法。
27. 前記位相調整部により相対的に位相調整された前記振動検出部の出力及び前記音圧測定部の出力を出力合成部により合成するステップと、
    前記出力合成部の合成出力の周波数成分を周波数解析部により解析するステップと、をさらに含む、請求項２６に記載の測定方法。

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