JP2016536022A - イヤホンに適用される心拍数検出方法及び心拍数を検出可能なイヤホン - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、キャビティ110の口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、イヤホンハウジングにおけるキャビティ110の口と密着する位置に孔が設けられ、イヤホンが装着されたとき、キャビティと、孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成され、
マイクロホン120は、イヤホンが装着されたとき、キャビティ110内の圧力変化により発生した信号を採集するために用いられ、
心拍数検出手段140は、マイクロホン120により採集された信号に基づいて心拍数検出を行うために用いられる。
ここで、キャビティ310の口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、イヤホンハウジングにおけるキャビティ310の口と密着する位置に孔が設けられ、イヤホンが装着されたとき、キャビティと、孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成され、
マイクロホン320は、イヤホンが装着されたとき、キャビティ310内の圧力変化により発生した信号を採集して、当該信号をフィルタリング手段130に出力するために用いられる。フィルタリング手段330は、マイクロホン320により採集された信号に対してフィルタリング処理を行い、フィルタリング後の信号を得て、前記心拍数検出手段340に出力するために用いられる。ここで、フィルタリング手段が、マイクロホン320により採集された信号に対してフィルタリングを行うのは、干渉雑音による心拍数検出への影響を除去するためである。心拍数検出手段340は、フィルタリング後の信号に基づいて心拍数検出を行うために用いられる。
マイクロホンにより検出された信号がx(n) = y(n)+d(n)であると仮定し、ここで、y(n)が干渉信号を表し、d(n)が、血液が流れることで発生した圧力変化信号を表し、nがサンプリング時点を表す。
図4は、本発明の実施例におけるイヤホンに適用される心拍数検出方法のフローチャートである。図4に示すように、当該方法は、
イヤホン内にキャビティを設け、マイクロホンをキャビティ内に取付けるステップであって、キャビティの口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、イヤホンハウジングにおけるキャビティの口と密着する位置に孔を設け、イヤホンが装着されると、キャビティと、前記孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成されるようにするステップS410と、
イヤホンを装着して、マイクロホンによって、キャビティ内の圧力変化により発生した信号を採集するステップS420と、
マイクロホンにより採集された信号に基づいて心拍数検出を行うステップであって、即ち、マイクロホンにより採集された信号を心拍数と関連付けられる信号として、この心拍数と関連付けられる信号に基づいて心拍数検出を行うステップS430とを含む。
ここで、キャビティ510の口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、イヤホンハウジングにおけるキャビティ510の口と密着する位置に孔が設けられ、イヤホンが装着されたとき、キャビティと、孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成される。
が誤差信号(主に心拍数信号を含む)に対応する。yL(n)とy1(n)は一定の相関性を有し、適切な伝達関数を設計することで、y1(n)がフィルタリングされて得られた出力信号y2(n)をyL(n)に近づけることが可能である。例えば最小平均二乗誤差準則に従うことが可能であり、誤差信号の平均二乗の所望値が最も小さい場合、出力信号y2(n)によりyL(n)を有効に推定することができる。そうすると、イヤホンスピーカーから発生した信号による心拍数検出への干渉を、第一マイクロホンにより採集された信号から除去することができる。第一マイクロホンからのローパスフィルタリング後の信号から、第二マイクロホンからの適応フィルタリング後の信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号情報
を得て、これを基として、心拍数の検出を行う。心臓の拍動が一定の周期性を有するため、
は一定の周期性を有する信号であり、自己相関法により、当該信号に対応した周期を取得することが可能であり、周期の逆数が即ち心拍数である。
y1(n)及びy(n)は、いずれもイヤホンスピーカーから発生した信号であり、y1(n)が、第二マイクロホンにより採集されたイヤホンスピーカーから発生した信号に対応し、y(n)が、第一マイクロホンにより採集されたイヤホンスピーカーから発生した信号に対応し、両者は、それぞれに対応した振幅が異なるが、同じ振動周波数を有する。y(n)をx(n)から除去するために、適応フィルタ(衝撃応答は、h(n))を選択してy1(n)に対してフィルタリングを行い、y2(n) = y1(n) * h(n)を得て、y2(n)を、x(n)がローパスフィルタリングされた後のイヤホンスピーカーから発生した信号yL(n) にできるだけ近づけるようにする。このように、耳道の収縮により発生した信号を
と表すことが可能となる。
が最小値を取るようなフィルタ係数を用いる。
を算出してから、当該信号の周期性特徴に基づいて、自己相関法、閾値法等により、その周期を検出することが可能であり、その周期の逆数が即ち心拍数である。
イヤホン内にキャビティを設け、第一マイクロホンをキャビティ内に取付けるステップであって、キャビティの口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、イヤホンハウジングにおける前記キャビティの口と密着する位置に孔を設け、イヤホンが装着されると、前記キャビティと、前記孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成されるようにし、イヤホンのイヤホンヘッド部内に更に第二マイクロホンを、例えば図3に示すように、イヤホンヘッド部内におけるスピーカー放音孔に近い位置に設けるステップS910と、
イヤホンを装着して、マイクロホンによって、キャビティ内の圧力変化により発生した信号を採集し、第二マイクロホンによって、イヤホンヘッド部内におけるイヤホンスピーカーから発生した信号を採集するステップS920と、
第二マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、第一マイクロホンにより採集された信号のうちイヤホンスピーカーから発生した信号の第一推定信号を得るステップS930と、
第一マイクロホンにより採集された信号から当該第一推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得るステップS940と、
心拍数と関連付けられる信号に基づいて心拍数検出を行うステップS950と、を含む。
ここで、キャビティ1010の口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、キャビティ1010の口と密着するイヤホンハウジングに孔が設けられ、イヤホンが装着されたとき、キャビティと、孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成される。
が誤差信号(主に心拍数信号を含む)に対応する。yL(n)とy1(n)が一定の相関性を有し、適切な伝達関数を設計することで、y1(n)がフィルタリングされて得られた出力信号y2(n)をyL(n)に近づけることができる。例えば最小平均二乗誤差基準に従うことが可能であり、誤差信号の平均二乗の所望値が最も小さい場合、出力信号y2(n)によりyL(n) を有効に推定することができる。そうすると、外部干渉雑音による心拍数検出への干渉を、第一マイクロホンにより採集された信号から除去し、外部干渉信号の影響を更に除去することができる。第一マイクロホンからのローパスフィルタリング後の信号から、第三マイクロホンからの適応フィルタリング後の信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号情報
を得て、これに基づいて、心拍数の検出を行う。心臓の拍動が一定の周期性を有するため、
は一定の周期性を有する信号であり、自己相関法により、当該信号に対応した周期を取得することが可能であり、周期の逆数が即ち心拍数である。
y1(n)及びy(n)は、いずれも外部干渉信号であり、y1(n)が、第三マイクロホンにより採集された外部干渉信号に対応し、y(n)が、第一マイクロホンにより採集された外部干渉信号に対応し、両者は、それぞれに対応した振幅が異なるが、同じ振動周波数を有する。y(n)をx(n)から除去するために、適応フィルタ(衝撃応答は、h(n))を選択してy1(n)に対してフィルタリングを行い、y2(n) = y1(n) * h(n)を得て、y2(n)を、x(n)がローパスフィルタリングされた後の外部干渉信号yL(n) にできるだけ近づけるようにする。
と表すことが可能となる。フィルタの適応パラメータは、適応アルゴリズムによって取得されるものであり、適応アルゴリズムを実現する様々な方法を用いることができ、例えば、最小平均二乗誤差方法を用いてもよく、その場合、
が最小値を取るようなフィルタ係数を用いる。
を算出してから、当該信号の周期性特徴に基づいて、自己相関法、閾値法等により、その周期を検出することが可能であり、その周期の逆数が即ち心拍数である。
イヤホン内にキャビティを設け、第一マイクロホンをキャビティ内に取付けるステップであって、キャビティの口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着するイヤホンハウジングの部分にあり、イヤホンハウジングにおけるキャビティの口と密着する位置に孔を設け、イヤホンが装着されると、キャビティと、前記孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成されるようにし、イヤホンにおける装着者の皮膚に接触しない位置に更に第三マイクロホンを、例えば図3に示すように、イヤホンにおけるイヤホンヘッド部とイヤホンケーブルとを接続するイヤホン柄に設けるステップS1310と、
イヤホンを装着して、マイクロホンによって、キャビティ内の圧力変化により発生した信号を採集し、第三マイクロホンによって、外部干渉信号を採集するステップS1320と、
第三マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、第一マイクロホンにより採集された信号のうち外部干渉信号の第二推定信号を得るステップS1330と、
第一マイクロホンにより採集された信号から当該第二推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得るステップS1340と、
心拍数と関連付けられる信号に基づいて心拍数検出を行うステップS1350とを含む。
Claims (15)
- イヤホン内にキャビティを設け、第一マイクロホンを前記キャビティ内に取付けるステップであって、前記キャビティの口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、前記イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着する前記イヤホンハウジングの部分にあり、前記イヤホンハウジングにおける前記キャビティの口と密着する位置に孔を設け、前記イヤホンが装着されると、前記キャビティと、前記孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成されるようにするステップと、
前記イヤホンを装着して、前記第一マイクロホンによって、前記キャビティ内の圧力変化により発生した信号を採集するステップと、
前記第一マイクロホンにより採集された信号を心拍数と関連付けられる信号とするステップと、
前記心拍数と関連付けられる信号に基づいて心拍数検出を行うステップと
を含む、イヤホンに適用される心拍数検出方法。 - 前記第一マイクロホンにより採集された信号に対してローパスフィルタリング処理を行うことで、高周波干渉信号をフィルタアウトするステップと、
前記ローパスフィルタリング処理後の信号を前記心拍数と関連付けられる信号とするステップとを更に含み、
前記心拍数と関連付けられる信号に基づいて心拍数検出を行う前記ステップは、前記心拍数と関連付けられる信号の周期を検出する処理と、検出された信号の周期の逆数から心拍数を得る処理とを含む請求項1に記載の方法。 - 前記イヤホンのイヤホンヘッド部内に第二マイクロホンを更に設けるステップと、
前記イヤホンを装着して、前記第二マイクロホンによって、前記イヤホンヘッド部内におけるイヤホンスピーカーから発生した信号を採集するステップと、
前記第二マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち前記イヤホンスピーカーから発生した信号の第一推定信号を得るステップと、
前記第一マイクロホンにより採集された信号から前記第一推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得るステップとを更に含む請求項1に記載の方法。 - 前記第二マイクロホンにより採集された信号に対する前記適応フィルタリング処理を行って、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち前記イヤホンスピーカーから発生した信号の第一推定信号を得るステップは、
前記第二マイクロホンにより採集された信号と、前記心拍数と関連付けられる信号と、予め設定された適応アルゴリズムとにより適応フィルタパラメータを算出する処理と、
前記適応フィルタパラメータにより、前記第二マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリングを行って、前記第一推定信号を得る処理とを含む請求項3に記載の方法。 - 前記イヤホンにおける装着者の皮膚に接触しない位置に第三マイクロホンを更に設けるステップと、
前記イヤホンを装着して、前記第三マイクロホンによって、外部干渉信号を採集するステップと、
前記第三マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち外部干渉信号の第二推定信号を得るステップとを更に含み、
前記第一マイクロホンにより採集された信号を心拍数と関連付けられる信号とする前記ステップは、前記第一マイクロホンにより採集された信号から前記第二推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得る処理を含み、
前記第一マイクロホンにより採集された信号から前記第一推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得る前記ステップは、前記第一マイクロホンにより採集された信号から、前記第一推定信号及び前記第二推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得る処理を含む請求項1又は3に記載の方法。 - 前記第三マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち外部干渉信号の第二推定信号を得る前記ステップは、
前記第三マイクロホンにより採集された信号と、前記心拍数と関連付けられる信号と、予め設定された適応アルゴリズムとにより適応フィルタパラメータを算出する処理と、
前記適応フィルタパラメータにより、前記第三マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリングを行って、前記第二推定信号を得る処理とを含む請求項5に記載の方法。 - 心拍数検出手段と、内部に設けられたキャビティと、前記キャビティ内に取付けられた第一マイクロホンとを含むイヤホンであって、
前記キャビティの口とイヤホンハウジングとが密着する位置は、前記イヤホンが装着されたときに人の耳介と密着する前記イヤホンハウジングの部分にあり、前記イヤホンハウジングにおける前記キャビティの口と密着する位置に孔が設けられ、前記イヤホンが装着されたとき、前記キャビティと、前記孔と密着する耳介とによって密閉空間が構成され、
前記第一マイクロホンは、前記イヤホンが装着されたとき、前記キャビティ内の圧力変化により発生した信号を採集するために用いられ、前記第一マイクロホンにより採集された信号が心拍数と関連付けられる信号とされ、
前記心拍数検出手段は、前記心拍数と関連付けられる信号に基づいて心拍数検出を行うために用いられる、心拍数を検出可能なイヤホン。 - 前記第一マイクロホンにより採集された信号に対してローパスフィルタリング処理を行うことで、高周波干渉信号をフィルタアウトするためのローパスフィルタを更に含み、
ローパスフィルタリング処理後の信号が前記心拍数と関連付けられる信号とされる請求項7に記載のイヤホン。 - 前記心拍数検出手段は、前記心拍数と関連付けられる信号の周期を検出し、検出された信号の周期の逆数から心拍数を得るために用いられる請求項7に記載のイヤホン。
- 第一減算手段と、第一適応フィルタリング手段と、前記イヤホンのイヤホンヘッド部内に設けられた第二マイクロホンとを更に含み、
前記第二マイクロホンは、前記イヤホンが装着されたとき、イヤホンスピーカーから発生した信号を採集して、前記第一適応フィルタリング手段に出力するために用いられ、
前記第一適応フィルタリング手段は、前記心拍数と関連付けられる信号に基づいて、前記第二マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち前記イヤホンスピーカーから発生した信号の第一推定信号を得てから、前記第一減算手段に出力するために用いられ、
前記第一減算手段は、前記第一マイクロホンにより採集された信号から前記第一推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得て、前記心拍数検出手段及び前記第一適応フィルタリング手段に出力するために用いられる、請求項7に記載のイヤホン。 - 前記第二マイクロホンを前記イヤホンスピーカーの振動膜の前方に設けるとともに、前記第二マイクロホンと振動膜との間に隙間を持たせることで、前記第二マイクロホンが前記イヤホンスピーカー発声時の音波伝播経路に位置すると共に、前記第二マイクロホンと前記イヤホンスピーカーとが互いに影響し合わないようにする請求項10に記載のイヤホン。
- 前記第一適応フィルタリング手段は、第一パラメータ可変フィルタと第一パラメータ適応調整手段とを含み、
前記第二マイクロホンは、採集された信号を、前記第一パラメータ可変フィルタ及び前記第一パラメータ適応調整手段に出力するために用いられ、
前記第一減算手段は、前記心拍数と関連付けられる信号を前記第一パラメータ適応調整手段に出力するために用いられ、
前記第一パラメータ適応調整手段は、前記第二マイクロホンにより採集された信号、心拍数と関連付けられる信号、及び、予め設定された適応アルゴリズムにより、前記第一パラメータ可変フィルタのフィルタパラメータを調整するために用いられ、
前記第一パラメータ可変フィルタは、フィルタパラメータにより、前記第二マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリングを行い、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち前記イヤホンスピーカーから発生した信号の第一推定信号を、前記第一減算手段に出力するために用いられる請求項10に記載のイヤホン。 - 第二減算手段と、第二適応フィルタリング手段と、前記イヤホンにおける装着者の皮膚に接触しない位置に設けられた第三マイクロホンとを更に含み、
前記第三マイクロホンは、前記イヤホンが装着されたとき、外部干渉信号を採集して、前記第二適応フィルタリング手段に出力するために用いられ、
前記第二適応フィルタリング手段は、前記心拍数と関連付けられる信号に基づいて、前記第三マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリング処理を行って、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち外部干渉信号の第二推定信号を得てから、前記第二減算手段に出力するために用いられ、
前記第二減算手段は、前記第一マイクロホンにより採集された信号から前記第二推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得て、前記心拍数検出手段及び前記第二適応フィルタリング手段に出力するために用いられるか、若しくは、前記第一マイクロホンにより採集された信号から前記第一推定信号を差し引いて得られた信号から、前記第二推定信号を差し引いて、心拍数と関連付けられる信号を得て、当該心拍数と関連付けられる信号を前記心拍数検出手段、前記第二適応フィルタリング手段及び前記第一適応フィルタリング手段に出力するために用いられる請求項7又は10に記載のイヤホン。 - 前記第三マイクロホンは、前記イヤホンにおけるイヤホンヘッド部とイヤホンケーブルとを接続するイヤホン柄に設けられている請求項13に記載のイヤホン。
- 前記第二適応フィルタリング手段は、第二パラメータ可変フィルタと第二パラメータ適応調整手段とを含み、
前記第三マイクロホンは、採集された信号を前記第二パラメータ可変フィルタ及び前記第二パラメータ適応調整手段に出力するために用いられ、
前記第二減算手段は、前記心拍数と関連付けられる信号を前記第二パラメータ適応調整手段に出力するために用いられ、
前記第二パラメータ適応調整手段は、前記第三マイクロホンにより採集された信号と、前記心拍数と関連付けられる信号と、予め設定された適応アルゴリズムにより前記第二パラメータ可変フィルタのフィルタパラメータとを調整するために用いられ、
前記第二パラメータ可変フィルタは、前記フィルタパラメータにより、前記第三マイクロホンにより採集された信号に対して適応フィルタリングを行い、前記第一マイクロホンにより採集された信号のうち外部干渉信号の第二推定信号を前記第二減算手段に出力するために用いられる請求項13に記載のイヤホン。
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