JP2015012338A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の耳の振動伝達の特徴が重み付けされた振動量を測定でき、振動体を有する電子機器を正しく評価できる測定装置を提供する。【解決手段】振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により音を聞かせる電子機器１００を評価するための測定装置１０であって、人体の耳を模した耳型部５０と、耳型部５０に形成された人工外耳道５３の周辺部に配置された複数の振動ピックアップ５７ａ、５７ｂと、を備える。【選択図】図８

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装置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屈曲振動し、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、特許文献１に記載のように、気導音と外耳の軟骨を介しての骨導音とを利用者に伝える電子機器を評価するには、振動体の振動によって人体の聴覚神経に作用する音圧と振動量とを近似的に測定する必要がある。ここで、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、振動体の振動量を直接的に測定したものであって、同様に、人体の耳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、気導音と外耳の軟骨を介して骨導音とを利用者に伝える電子機器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、人体の耳の振動伝達の特徴が重み付けされた振動量を測定でき、振動体を有する電子機器を正しく評価できる測定装置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装置は、振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により音を聞かせる電子機器を評価するための測定装置であって、
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複数の振動ピックアップと、を備える。

本発明によれば、人体の耳の振動伝達の特徴が重み付けされた振動量を測定でき、振動体を有する電子機器を正しく評価することができる。

本発明に係る測定装置により測定可能な電子機器としての携帯電話の一例を示す図である。 本発明に係る測定装置により測定可能な電子機器としての補聴器の一例を示す図である。 図２の補聴器の振動体の側面図である。 図２の補聴器をユーザの耳に装着した状態を示す図である。 本発明に係る測定装置により測定可能な電子機器としての補聴器の他の例を示す図である。 図５の補聴器が耳珠に当接している部分を示す図である。 図５の補聴器の振動体の側面図である。 本発明の第１実施の形態に係る測定装置の概略構成を示す図である。 図８の振動検出部の構成を示す図である。 図８の振動測定ヘッドの構成を示す図である。 図８の測定装置の要部の機能構成を示すブロック図である。 図１１の２つの振動ピックアップの出力のゲイン校正を説明するための振動測定ヘッドを示す図である。 図１１の２つの振動ピックアップに対応する２つのイコライザのゲイン特性を模式的に示す図である。 本発明の第２実施の形態に係る測定装置の要部の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施の形態に係る測定装置の要部の概略構成を示す図である。

先ず、本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明に係る測定装置により測定可能な電子機器について説明する。

測定可能な電子機器は、振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により音を聞かせる全ての電子機器が対象となる。このような電子機器には、特許文献１に開示されている電話機等の音声コミュニケーション機器の他、公知の骨伝導タイプの補聴器等の聴覚補助装置やイヤーホーン等がある。また、以下に例示するような電子機器も測定対象として挙げられる。

図１に示す電子機器は、本出願人の提案に係るスマートフォン等の携帯電話１０１であり、矩形状の筐体１０２の表面に、人の耳よりも大きい矩形状のパネル１０３を有する。この携帯電話１０１は、パネル１０３を振動体として振動させて、パネル１０３がユーザの耳を覆うように押し当てられることにより、振動伝達によってユーザに音を伝えるものである。

図２に示す電子機器は、本発明者の提案に係る補聴器１１０であり、振動体１１１を備える。振動体１１１は、押付部材１１２ａと、取付部１１３とを備える。押付部材１１２ａは振動体１１１に取り付けられ、例えば振動体１１１がユーザの耳珠に接触する場合、耳珠に対向する外耳道の一部、例えば対耳珠近傍に接触させることにより、振動体１１１を耳珠に押し付ける。ここで、振動体１１１がユーザの耳に接触する位置は、例えば耳珠、対耳珠、耳甲介、耳介であってもよい。ここでは、ユーザの耳に接触する位置が耳珠（耳珠側の外耳道内壁）である例について説明する。

取付部１１３は、振動体１１１に押付部材１１２ａを取り付けるための部材である。押付部材１１２ａと取付部１１３は、互いに嵌合する形状である。好適には、押付部材１１２ａは凹形状の切込部１１４ａを有し、取付部１１３は、当該切込部１１４ａと嵌合する凸形状である。押付部材１１２ａは、幅方向にスライドして振動体１１１に着脱可能である。好適には、振動体１１１の大きさは、厚さ（Ｄ）が４ｍｍ、幅（Ｗ）が１５ｍｍ以内である。この大きさの範囲内である場合、性別年齢を限らず（幼児以下は除く）、ユーザの耳の外耳道内に振動体１１１を収めることができる。また、好適には、押付部材１１２ａは、３種類のサイズ（小サイズ、中サイズ、大サイズ）があり、ユーザの耳の大きさに合わせて押付部材１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃのいずれかを選択して押付部材の取付部１１３に取り付けられる。

保持部１２０は、支持部１２１と、耳かけ部１２２と、本体部１２３とを備え、振動体１１１をユーザの耳に接触する位置（耳珠側の外耳道内壁）に保持する。支持部１２１の端部は振動体１１１に接続される。支持部１２１は中空構造であり、当該中空構造を通して振動体１１１へのリード処理が行われている。また支持部１２１は、振動体１１１の角度が変わらない程度の剛性を有する。支持部１２１の他端は、耳かけ部１２２の端部に接続される。

耳かけ部１２２は、ユーザの耳介の外側に当接し、補聴器１１０をユーザの耳に装着する。好適には、耳かけ部１２２はユーザの耳介に沿うフック形状をなし、これにより補聴器１１０はユーザの耳に安定的に装着される。耳かけ部１２２の他端は、本体部１２３に接続される。本体部１２３には、マイク部１２４、音量・音質調整インターフェース部、制御部等が内蔵される。

図３は、振動体１１１の側面図である。振動体１１１は、圧電素子１１５と、パネル１１６とを備える。圧電素子１１５は、電気信号（電圧）を印加することで、構成材料の電気機械結合係数に従い伸縮または屈曲（湾曲）する素子である。これらの素子は、例えばセラミック製や水晶からなるものが用いられる。圧電素子１１５は、ユニモルフ、バイモルフまたは積層型圧電素子で構成される。積層型圧電素子には、ユニモルフを積層した（たとえば１６層または２４層積層した）積層型ユニモルフ素子、またはバイモルフを積層した（例えば１６層または２４層積層した）積層型バイモルフ素子が含まれる。積層型の圧電素子は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる複数の誘電体層と、該複数の誘電体層間に配置された電極層との積層構造体から構成される。ユニモルフは、電気信号（電圧）が印加されると伸縮し、バイモルフは、電気信号（電圧）が印加されると屈曲する。好適には、圧電素子１１５は、パネル１１６と接触する面（以下、主面という。）のサイズが、幅４．０ｍｍ、長さ１７．５ｍｍの板状である。

圧電素子１１５は、パネル１１６に接合部材により接合される。パネル１１６は、例えばガラス、またはアクリル等の合成樹脂により形成される。好適にはパネル１１６の形状は板状である。接合部材は、圧電素子１１５の主面とパネル１１６の主面との間に設けられる。接合部材は、例えば非加熱型硬化性の接着材や両面テープが用いられる。また、圧電素子１１５のうち、パネル１１６との接合面以外はモールド１１７により覆われている。モールド１１７の上部には、押付部材１１２ａ及び押付部材の取付部１１３が備えられる。

好適には、パネル１１６の耳と接触する面（主面）は、圧電素子１１５の主面の面積の０．８倍から１０倍の面積を有する。パネル１１６の主面が圧電素子１１５の主面の０．８倍から１０倍の範囲の面積であれば、圧電素子１１５の伸縮または屈曲にあわせて変形でき、かつユーザの耳への接触面積が十分に確保できる。なお、パネル１１６の主面の面積は、圧電素子１１５の主面の面積の例えば０．８倍から５倍がより好適である。したがって、パネル１１６の主面のサイズは、例えば幅１０ｍｍ、長さ１８ｍｍとなっている。

図４は、補聴器１１０をユーザの耳に装着した状態を示す図である。図４（ａ）は耳を正面から見た図であり、図４（ｂ）は顔側から見た図である。補聴器１１０は、振動体１１１をユーザの耳の内側から、ユーザの耳珠や対耳珠に接触させ、振動を耳珠や対耳珠に伝達させることにより音をユーザに聞かせる。ここで振動体１１１を「ユーザの耳の内側から、ユーザの耳珠や対耳珠に接触させ」とは、耳の外耳道内に振動体１１１を埋入させた時に、外耳道入り口付近から耳珠や対耳珠に接触させることをいう。図４に示す例では、振動体１１１をユーザの耳の内側からユーザの耳珠に接触させている。またこのとき押付部材１１２ａは、耳珠に対向する外耳道の一部に接触している。

また、図４（ａ）に示すように振動体１１１は、保持部１２０の自重、すなわち耳かけ部１２２の端部に接続された本体部１２３の自重により、支持部１２１を介して矢印ａ方向に引っ張られる。図４（ｂ）に示すように、振動体１１１は耳珠に引っ掛かるように接触しているため、振動体１１１が矢印ａ方向に引っ張られると、振動体１１１にはユーザの耳に接触する方向（矢印ｂ方向）の力が働く。つまり保持部１２０の自重により、振動体１１０をユーザの耳に接触させる方向の力（押付力）を生じさせる。このように保持部１２０は、振動体１１１に押付力を生じさせ、振動体１１１の振動による音の伝達をより確実にする。

好適には振動体１１１は、ユーザの耳に０．１Ｎから３Ｎの力で押圧される。振動体１１１が０．１Ｎから３Ｎの範囲で押圧される場合、振動体１１１による振動が耳に十分伝達される。また押圧が３Ｎ未満の小さい力であれば、補聴器１１０を長時間装着してもユーザの疲労感は少なく、装着時の快適性を維持することができる。

また、上述の補聴器１１０は、図４（ａ）に示すように、振動体１１１及び押付部材１１２ａにより外耳道が密閉されていない。そのため補聴器１１０は、こもり感が生じず、装着時の快適性を維持することができる。

図５に示す電子機器は、本発明者の提案に係る図２と同様の補聴器１３０である。以下、図２に示した構成要素と同一構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。この補聴器１３０は、振動体１１１を、ユーザの耳の外側から該耳の例えば耳珠に接触させて使用されるものである。そのため、図２に示すように、保持部１２０を備えている。図６は、振動体１１１が耳珠に接触している部分を別の角度から示している。図６に示すように、振動体１１１は、突出している耳珠に接触させるため、耳珠に接触させる部位に、後述する凹部１３１が備えられることにより、耳珠を大きく潰さなくても、振動体１１１と耳珠との接触面積を十分に確保することができる。

図２及び図５に示すように、保持部１２０は、支持部１２１と、耳かけ部１２２と、本体部１２３とを備え、振動体１１１がユーザの耳に接触させる位置（耳珠）に振動体１１１を保持する。支持部１２１の端部は振動体１１１に接続される。支持部１２１は中空構造であり、当該中空構造を通して振動体１１１へのリード処理が行われている。また支持部１２１は、振動体１１１の角度が変わらない程度の剛性を有する。支持部１２１の他端は耳かけ部１２２の端部に接続される。

耳かけ部１２２は、ユーザの耳介の外側に当接し、補聴器１３０をユーザの耳に装着する。好適には、耳かけ部１２２はユーザの耳介に沿うフック形状をなし、補聴器１３０がユーザの耳に安定的に装着される。耳かけ部１２２の他端は本体部１２３に接続される。本体部１２３には、マイク部、音量・音質調整インターフェース部、制御部等が内蔵される。

図７は、振動体１１１の側面図である。上述したように振動体１１１は、圧電素子１１５と、パネル１１６とを備える。好適には図７に示すように圧電素子１１５は板状である。

圧電素子１１５はパネル１１６に、接合部材により接合される。接合部材は、圧電素子１１５の主面とパネル１１６の主面との間に設けられる。接合部材は、非加熱型硬化性の接着材、または両面テープが用いられる。圧電素子１１５のうち、パネル１１６との接合面以外はモールド１１７により覆われる。

パネル１１６の主面は、凹部１３１を備える。凹部１３１はパネル１１６の中央部分をくぼませた部位である。ここで耳珠は突出しているため、平面を接触させた場合は、耳珠を大きく押し潰すことにより接触面積を得る必要がある。しかし、図５の補聴器１３０は、凹部１３１を備えており、凹部１３１が耳珠に接触されるため、耳珠を大きく押し潰さずに接触面積を得ることができる。耳珠を大きく押し潰す必要がないため、保持部１２０は簡易な構造でよく、また耳珠が大きく押し潰されないため補聴器１を装着するユーザの快適性も維持することができる。

振動体１１１のパネル１１６は、ユーザの耳に０．１Ｎから３Ｎの力で押圧される。パネル１１６が０．１Ｎから３Ｎの範囲で押圧される場合、パネル１１６による振動が耳に十分伝達される。また押圧が３Ｎ未満の小さい力であれば、補聴器１３０を長時間装着してもユーザの疲労感は少なく、装着時の快適性を維持することができる。

好適にはパネル１１６の凹部１３１のうち、ユーザの耳（例えば耳珠）に接触する部位と接触しない部位とを有する。パネル１１６のうち、ユーザの耳に接触しない部位があることにより、当該部位から気導音を発生させることもできる場合がある。

好適にはパネル１１６の主面は、圧電素子１１５の主面の面積の０．８倍から１０倍の面積を有する。パネル１１６の主面が圧電素子１１５の主面の０．８倍から１０倍の範囲の面積であれば、圧電素子１１５の伸縮または屈曲にあわせて変形でき、かつユーザの耳への接触面積が十分に確保できる。なお、パネル１１６の主面の面積は、圧電素子１１５の主面の面積の例えば０．８倍から５倍がより好適である。

図２及び図５に示した補聴器の他、人体の耳の一部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も測定対象となり得る。

以下、本発明に係る測定装置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８は、本発明の第１実施の形態に係る測定装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る測定装置１０は、電子機器装着部２０と測定部２００とを備える。測定装置１０は、電子機器装着部２０と測定部２００とが一体的に構成されてもよいし、電子機器装着部２０と測定部２００とが分離されて適宜接続される測定システムとして構成されてもよい。電子機器装着部２０は、基台３０に支持された振動測定ヘッド４０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。保持部７０は、電子機器１００として、特許文献１に開示された電話機や図１の携帯電話１０１等を着脱自在に保持する。先ず、振動測定ヘッド４０について説明する。

振動測定ヘッド４０は、耳型部５０と、振動検出部５５とを備える。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。図８の耳型部５０は、人の右耳に対応している。人工外耳道部５２には、中央部に人工外耳道５３が形成されている。人工外耳道５３は、直径５ｍｍから１８ｍｍ、好ましくは人の外耳孔の平均的な直径である７ｍｍ〜８ｍｍの孔径で形成される。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に着脱自在に支持される。

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、硬さ測定装置としては、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。各人種、即ち、例えば黄色人種、白人、黒人等のそれぞれの耳の硬さの統計データに基づいて作製してもよい。

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５ｍｍから５０ｍｍ、好ましくは８ｍｍから３０ｍｍ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。このように人口外耳道５３を備える場合、人間の外耳道内壁からの気導音の発生を再現できるので好ましい。

振動検出部５５は、図９（ａ）に平面図を、図９（ｂ）に正面図をそれぞれ示すように、振動伝達部５６と、複数（ここでは２個）の振動ピックアップ５７ａ、５７ｂとを備える。振動伝達部５６は、人工外耳道５３の孔径とほぼ同径、例えば直径８ｍｍの孔５８ａを有する板状の振動伝達部材５８を備える。

振動伝達部材５８は、振動伝達効率の良好な素材、例えば、鉄、ＳＵＳ、真鍮、アルミニウム、チタン等の金属や合金、あるいはプラスチック等が使用可能であるが、検出感度の点では軽量な素材で構成するのが好ましい。また、振動伝達部材５８は、角形平ワッシャーのような外形が矩形状であってもよいが、耳型部５０の変位量は人工外耳道５３の周辺部で大きいことから、丸形平ワッシャーのようなリング形状が好ましい。なお、リング形状の外形は、例えば、孔５８ａの直径に、６ｍｍから１２ｍｍを加えた、つまり孔５８ａの径方向両側のリングの幅を５ｍｍ程度として形成することができる。また、振動伝達部材５８の厚さは、素材の強度等に応じて適宜設定される。

振動ピックアップ５７ａ、５７ｂは、測定対象の電子機器の測定周波数範囲（例えば、０．１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）においてフラットな出力特性を有し、小型軽量で微細な振動でも正確に計測できるものが好ましい。このような振動ピックアップとしては、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。振動ピックアップ５７ａ、５７ｂは、振動伝達部材５８の一方の面上で、好ましくは振動伝達部材５８の孔５８ａに関して対称な位置に、グリス等、あるいはアロンアルファ（登録商標）のような瞬間接着剤等の接合部材を介して振動伝達部材５８に結合される。

図１０（ａ）に振動測定ヘッド４０を基台３０側から見た平面図を、図１０（ｂ）に図１０（ａ）のｂ−ｂ線断面図をそれぞれ示すように、振動伝達部材５８は、孔５８ａが人工外耳道５３に連通するように、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂが装着された面とは反対側の面が、人工外耳道部５２の耳模型５１側とは反対側の端面に接着される。好ましくは、振動伝達部材５８は、一方の振動ピックアップ５７ａが耳模型５１の耳珠に対応する位置に配置され、他方の振動ピックアップ５７ｂが人口外耳道５３を挟んで逆側に対応する位置に配置されるように、人工外耳道部５２に結合される。振動ピックアップ５７ａ、５７ｂは、測定部２００に接続される。

さらに、振動測定ヘッド４０は、人工外耳道５３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６０を備える。音圧測定部６０は、測定対象の電子機器の振動体を人体の耳に押し当てた際に、振動体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、振動体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１０（ａ）、（ｂ）に示すように、人工外耳道５３の外壁（穴の周壁）から振動検出部５５の振動伝達部材５８の孔５８ａを通して延在するチューブ部材６１と、該チューブ部材６１に保持されたマイクロフォン６２とを備える。

マイクロフォン６２は、例えば、電子機器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からなる。このようなマイクロフォン６２は、例えばリオン社製のコンデンサマイクロフォンＵＣ−５３Ａ等が使用可能である。マイクロフォン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、マイクロフォン６２は、例えば、人工外耳道部５２や基台３０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。マイクロフォン６２は、測定部２００に接続される。なお、図１０（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。

次に、図８の保持部７０について説明する。測定対象の電子機器１００が、図１に示したような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。保持部７０は、このような携帯電話の使用態様を考慮して電子機器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。

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１ｍｍ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、気道音の距離による減衰の度合いもマイクロフォン６２による測定により可能となり、測定装置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道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、測定対象が図２や図５に示したような人体の耳の一部だけに対して振動を伝える電子機器の場合、測定対象は保持部７０に保持されることなく、耳型部５０に直接保持される。この場合、振動測定ヘッド４０は、耳型部５０が、人が直立した状態と同じ状態となるように基台３０に保持されるとよい。

次に、図８の測定部２００について説明する。図１１は、本実施の形態に係る測定装置１０の要部の機能構成を示すブロック図である。測定部２００は、感度調整部３００、信号処理部４００及びＰＣ（パーソナルコンピュータ）５００を備える。

振動ピックアップ５７ａ、５７ｂ及びマイクロフォン６２の出力は、感度調整部３００に供給される。感度調整部３００は、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂの出力の振幅をそれぞれ調整する可変利得増幅回路３０１ａ、３０１ｂと、マイクロフォン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。可変利得増幅回路３０１ａ、３０１ｂ、３０２は、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、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂの感度及びマイクロフォン６２の感度の誤差を補正する。なお、可変利得増幅回路３０１ａ、３０１ｂ、３０２は、入力信号の振幅を例えば±５０ｄＢ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に供給される。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、音響信号出力部４８０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３０１ａ、３０１ｂのそれぞれの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４１１ａ、４１１ｂと、可変利得増幅回路３０２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。なお、Ａ／Ｄ変換回路４１１ａ、４１１ｂ、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。

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４１１ａ、４１１ｂの出力である振動ピックアップ５７ａ、５７ｂによる検出信号の周波数特性をそれぞれ調整するイコライザ（ＥＱ）４２１ａ、４２１ｂと、Ａ／Ｄ変換回路４１２の出力であるマイクロフォン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、イコライザ４２１ａ、４２１ｂの出力を合成する振動出力合成部である合成回路４２３とを備える。イコライザ４２１ａ、４２１ｂ、４２２は、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４２１ａ、４２１ｂ、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。

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、合成回路４２３の出力である振動ピックアップ５７ａ、５７ｂによる合成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、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂの合成出力とマイクロフォン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、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂの合成出力とマイクロフォン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、実際とは異なるタイミング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。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、合成回路４２３の出力である振動ピックアップ５７ａ、５７ｂによる合成検出信号の位相を、可変遅延回路４３１により所定の範囲で調整可能としている。

例えば、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、例えば０．０４μｓ単位で振動ピックアップ５７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（振動伝達成分）と気導音（気導成分）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、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂ及びマイクロフォン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及び信号処理制御部４７０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ピックアップ５７ａ、５７ｂによる合成検出信号と、位相調整部４３０を通過したマイクロフォン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、つまり振動伝達成分と気導成分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及び信号処理制御部４７０に供給される。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、振動伝達成分と気導成分とが合成された体感音圧に相当するパワースペクトルデータが得られる。

さらに、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を経た振動ピックアップ５７ａ、５７ｂによる合成検出信号とマイクロフォン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から振動伝達成分に相当するパワースペクトルデータが得られ、ＦＦＴ４５３から気導成分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１００〜２０００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。記憶部４６０は、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。なお、リアルタイムで解析を要するのでなければ、必ずしもダブルバッファ構成でなくともよい。

音響信号出力部４８０は、ヘッドホン等の外部接続機器が着脱自在に接続可能に構成される。音響信号出力部４８０には、信号処理制御部４７０により、出力合成部４４０に入力される振動ピックアップ５７ａ、５７ｂによる合成検出信号、マイクロフォン６２による検出信号、又はそれらの出力合成部４４０での合成信号のいずれかが選択されて供給される。音響信号出力部４８０は、入力されるデータの周波数特性をイコライザ等により適宜調整した後、アナログの音響信号にＤ／Ａ変換して出力する。

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。信号処理制御部４７０は、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。また、信号処理制御部４７０は、ＰＣ５００からのコマンドに基づいて、位相調整部４３０で位相調整された振動ピックアップ５７ａ、５７ｂによる合成検出信号、マイクロフォン６２による検出信号、出力合成部４４０の合成出力、記憶部４６０に記憶されたＦＦＴ４５１〜４５３による解析データをＰＣ５００に送信する。なお、感度調整部３００及び信号処理部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。また、感度調整部３００は、アナログ処理に限らず、Ａ／Ｄ変換部４１０と周波数特性調整部４２０との間に接続してデジタル処理により感度を調整するように構成してもよい。尚、信号処理制御部４７０や記憶部４６０が行う機能をＰＣ５００に持たせてもよいことはいうまでもない。

ＰＣ５００は、メモリ５０１、試験信号生成部５０２、出力調整部５０３等を有する。メモリ５０１は、測定装置１０による電子機器の評価アプリケーションや試験信号等の各種のデータ等を格納するもので、内蔵メモリであってもよいし、外部メモリであってもよい。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メモリ５０１にダウンロードされる。試験信号は、例えば所要のＷＡＶファイル（音声データ）として記憶され、選択的に読み出される。ＷＡＶファイルは、例えば、記録媒体又はネットワークを介してダウンロードされて記憶される。

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して測定対象を評価する。

試験信号生成部５０２は、好ましくは、所望の単一周波数のサイン波信号（純音）、所定の周波数範囲に亘って周波数が低周波数から高周波数へ又は高周波数から低周波数へ順次変化する純音スイープ信号（純音スイープ）、周波数の異なる複数のサイン波信号からなるマルチサイン波信号（マルチサイン）を選択的に生成して出力可能に構成される。なお、純音スイープにおける所定の周波数範囲は、可聴周波数範囲で適宜設定可能とする。また、純音スイープにおける順次の周波数における振幅は、好ましくは同一とする。マルチサインについても、それぞれのサイン波の振幅は、好ましくは同一とする。

出力調整部５０３は、メモリ５０１又は試験信号生成部５０２から出力される試験信号を、測定対象の電子機器１００の外部入力の信号形式に応じて、例えばアナログ信号に変換する等の所定の信号形式に変換して、ＵＳＢ等のインターフェース用の接続ケーブル５１１を介して電子機器１００の外部入力端子１０５に供給する。なお、試験信号出力部５０２から出力される試験信号は、電子機器１００が携帯電話の場合、３ＧＰＰ２（３ＧＰＰ ＴＳ２６．１３１／１３２）やＶｏＬＴＥ等の規格に則った信号からなっていてもよい。

次に、２つの振動ピックアップ５７ａ、５７ｂの出力のゲイン校正について説明する。図１２（ａ）及び（ｂ）は、人が直立した状態と同じ状態で振動測定ヘッド４０を耳模型５１側から見た正面図及び背面図である。図１２（ａ）及び（ｂ）において、人工外耳道５３を含む周囲の領域を９等分に分割し、人工外耳道５３を除く周囲の領域をＡ１〜Ａ８と便宜上定義する。また、振動ピックアップ５７ａは、振動伝達部材５８の領域Ａ８に配置され、振動ピックアップ５７ｂは、振動伝達部材５８の領域Ａ１に配置されているものとする。

かかる構成において、例えば図２や図５に示したような補聴器のように、耳介の一部分にのみ接触して振動を加えるような振動体を有する電子機器を評価する場合、振動体が、ハッチングを施して示す当て付け領域Ｐ１に当て付けられた場合と、当て付け領域Ｐ２に当て付けられた場合とでは、聴感上の違いはほとんど無い可能性がある。なお、当て付け領域Ｐ１は、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂが設置された領域Ａ８、Ａ１のほぼ中間領域で、領域Ａ３と領域Ａ５とに跨る領域である。また、当て付け領域Ｐ２は、振動ピックアップ５７ａが設置された領域Ａ８と、領域Ａ８に隣接する領域Ａ５とに跨る領域である。

しかしながら、本発明者による実験によると、当て付け領域Ｐ２は、振動ピックアップ５７ａの直上に位置するため、振動ピックアップ５７ａに伝わる振動成分のほうが、振動ピックアップ５７ｂに伝わる振動成分よりも大きくなる傾向があることがわかった。その要因は、耳型部５０や振動伝達部材５８によって振動が完全には平均化されないことによるものと想定される。そのため、１個の振動ピックアップ５７ａ又は５７ｂの出力のみで測定対象を評価しようとすると、当て付け領域によっては測定結果と実際の聴感とにズレが生じて測定対象を正しく評価できない場合が想定される。なお、図１に示したような、振動体が人工外耳道５３の周囲を覆うような使用態様の電子機器の場合は、平均化された振動が伝達されるので、１個の振動ピックアップ５７ａ又は５７ｂで振動を検出しても、実際の聴感とのズレは殆ど生じないと想定される。したがって、１個の振動ピックアップ５７ａ又は５７ｂの出力のみで測定対象を評価しても、評価対象を正しく評価することが可能である。

そこで、本実施の形態に係る測定装置１０は、同一の振動体を、当て付け位置Ｐ１に当て付けて純音スイープ信号で振動させた場合と、当て付け位置Ｐ２に当て付けて純音スイープ信号で振動させた場合とで、合成回路４２３の出力が各周波数でほぼ同じになるように、イコライザ４２１ａ、４２１ｂのゲインが校正される。図１３は、校正後のイコライザ４２１ａ、４２１ｂのゲイン特性を模式的に示す図である。図１３において、横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はゲイン（ｄＢ）を示す。また、Ｇａはイコライザ４２１ａのゲイン特性を示し、Ｇｂはイコライザ４２１ｂのゲイン特性を示す。

これにより、本実施の形態に係る測定装置１０によると、図２、図５に例示したような耳介の一部分にのみ接触して振動を伝える振動体を有する電子機器を、耳模型５１の耳介の任意の部位に接触させて振動させることにより、人体の耳の振動伝達の特徴が重み付けされた振動量を正しく測定でき、測定対象を正しく評価することができる。もちろん、図１に例示したような耳介を覆うように接触させて振動を伝える振動体を有する電子機器についても、同様に、人体の耳の振動伝達の特徴が重み付けされた振動量を正しく測定でき、測定対象を正しく評価することができる。また、２個の振動ピックアップ５７ａ、５７ｂの出力を合成するので、振動検出信号のＳ／Ｎの向上も図れる。

（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態に係る測定装置は、第１実施の形態に係る測定装置１０において、振動検出部５５の構成が異なるものである。すなわち、図１４に示すように、振動検出部５５は、２個の振動伝達部材５８ａ、５８ｂを備える。２個の振動伝達部材５８ａ、５８ｂは、図９（ａ）及び（ｂ）に示したリング形状の振動伝達部材５８を２分割した形状からなる。振動伝達部材５８ａには、円弧状の中央部に振動ピックアップ５７ａが装着される。また、振動伝達部材５８ｂには、円弧状の中央部に振動ピックアップ５７ｂが装着される。振動伝達部材５８ａ、５８ｂは、第１実施の形態の場合と同様に、人工外耳道部５２の耳模型５１側とは反対側の端面に、好ましくは、一方の振動ピックアップ５７ａが耳模型５１の耳珠に対応する位置に、他方の振動ピックアップ５７ｂが対耳珠に対応する位置にそれぞれ配置されるように、結合される。

本実施の形態によれば、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂが、互いに分離された振動伝達部材５８ａ、５８ｂに装着されるので、振動伝達部材５８ａに伝達された振動波が振動伝達部材５８ｂに影響を及ぼすことがない。同様に、振動伝達部材５８ｂに伝達された振動波が振動伝達部材５８ａに影響を及ぼすことがない。したがって、振動ピックアップ５７ａ、５７ｂで検出される振動が相互に干渉することがないので、振動をより高精度で検出することが可能となる。

（第３実施の形態）
図１５は、本発明の第３実施の形態に係る測定装置の電子機器装着部の概略構成を示す図である。図１５に示す電子機器装着部６００は、人体の頭部模型６１０と、測定対象の電子機器１００を保持する保持部６２０とを備える。頭部模型６１０は、例えばＨＡＴＳやＫＥＭＡＲ等からなる。頭部模型６１０の左右の人工耳６３０Ｌ、６３０Ｒは、頭部模型６１０に対して着脱自在である。人工耳６３０Ｌ、６３０Ｒは、それぞれ第１実施の形態又は第２実施の形態で説明した振動測定ヘッドを構成し、同一の測定部に選択的に接続されるか、あるいは別々の測定部に接続される。

保持部６２０は、頭部模型６１０に着脱自在に取り付けられるもので、頭部模型６１０への頭部固定部６２１と、測定対象の電子機器１００を支持する支持部６２２と、頭部固定部６２１及び支持部６２２を連結する多関節アーム部６２３と、を備える。保持部６２０は、多関節アーム部６２３を介して、支持部６２２に支持された電子機器１００の一方の人工耳（図１５では、右側の人工耳）６３０Ｒ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。なお、測定対象が図２や図５に示したような人体の耳の一部だけに対して振動を伝える電子機器の場合、測定対象は支持部６２２に支持されることなく、人工耳６３０Ｌ又は６３０Ｒに直接保持される。その他の測定部等の構成は、第１実施の形態と同様である。

本実施の形態に係る測定装置によると、第１実施の形態の測定装置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６１０に、振動測定ヘッドを構成する人工耳６３０を着脱自在に装着して電子機器を評価するので、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。

以上、本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各部材等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段や部材等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、振動ピックアップは、２つに限らず３つ以上を同一の振動伝達部材上に、或いはそれぞれ独立した振動伝達部材上に設けてもよい。また、複数の振動ピックアップの出力は、合成した後にイコライザにより周波数ごとのゲインを調整するようにしてもよい。また、振動ピックアップは、振動伝達部材を介することなく人工外耳道の周囲に直接装着してもよい。

１０ 測定装置
５０ 耳型部
５１ 耳模型
５２ 人工外耳道部
５３ 人工外耳道
５６ 振動伝達部
５７ａ、５７ｂ 振動ピックアップ
５８、５８ａ、５８ｂ 振動伝達部材
５８ａ 孔
６１ チューブ部材
６２ マイクロフォン
１００ 電子機器
１０１ 携帯電話
１０３ パネル（振動体）
１１０、１３０ 補聴器
１１１ 振動体
４２０ 周波数特性調整部
４２３ 合成回路（振動出力合成部）

Claims (14)

1. 振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により音を聞かせる電子機器を評価するための測定装置であって、
   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複数の振動ピックアップと、を備える測定装置。
2. 前記耳型部は、人工外耳道部と、該人工外耳道部に結合された耳模型と、前記人工外耳道部に結合された振動伝達部とを備え、
   前記人工外耳道部に前記人工外耳道が形成され、前記振動伝達部に前記複数の振動ピックアップが装着されている、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記振動伝達部は、前記人工外耳道に連通する孔を有する振動伝達部材からなる、請求項２に記載の測定装置。
4. 前記孔は、５ｍｍから１８ｍｍの直径を有する、請求項３に記載の測定装置。
5. 前記振動伝達部材は、前記孔の直径に、６ｍｍから１２ｍｍを加えた外径を有するリング形状からなる、請求項４に記載の測定装置。
6. 前記振動伝達部は、前記人工外耳道の周辺部に結合された複数の振動伝達部材を備え、該複数の振動伝達部材の各々に前記振動ピックアップが装着されている、請求項２に記載の測定装置。
7. 前記複数の振動ピックアップは、前記人工外耳道に関して対称に配置された２個の振動ピックアップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記複数の振動ピックアップの出力を合成する振動出力合成部をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記複数の振動ピックアップの各々の出力の周波数特性を調整可能な複数の周波数特性調整部をさらに備え、前記振動出力合成部は前記複数の周波数特性調整部の出力を合成する、請求項８に記載の測定装置。
10. 前記耳型部は、前記人工外耳道を経て伝播される音の音圧を測定するマイクロフォンをさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置。
11. 前記マイクロフォンは、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ている、請求項１０に記載の測定装置。
12. 前記マイクロフォンは、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ている、請求項１０に記載の測定装置。
13. 前記人工外耳道は、８ｍｍから３０ｍｍの長さを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
14. 前記耳型部は、ＩＥＣ６０３１８−７に準拠した素材からなる部位を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の測定装置。

Images