JP2023001475A - Pneumatic vibration generation device - Google Patents

Pneumatic vibration generation device Download PDF

Info

Publication number
JP2023001475A
JP2023001475A JP2021102232A JP2021102232A JP2023001475A JP 2023001475 A JP2023001475 A JP 2023001475A JP 2021102232 A JP2021102232 A JP 2021102232A JP 2021102232 A JP2021102232 A JP 2021102232A JP 2023001475 A JP2023001475 A JP 2023001475A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pneumatic vibration
signal
amplitude
speaker
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2021102232A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
新 根本
Arata Nemoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SLEEP SYSTEM KENKYUSHO KK
Original Assignee
SLEEP SYSTEM KENKYUSHO KK
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 SLEEP SYSTEM KENKYUSHO KK filed Critical SLEEP SYSTEM KENKYUSHO KK
Priority to JP2021102232A priority Critical patent/JP2023001475A/en
Publication of JP2023001475A publication Critical patent/JP2023001475A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

To provide a pneumatic vibration generation device generating pneumatic vibration having a set frequency and amplitude with simple and low-cost configuration.SOLUTION: A pneumatic vibration generation device comprises: a loudspeaker 10 having a tightly sealed sound emitting surface; a parameter setting unit 20 that sets frequency and amplitude as a parameter to be given to the loudspeaker 10; a loudspeaker control unit 30 that controls the loudspeaker 10 on the basis of the frequency and amplitude set by the parameter setting unit 20 and causes the loudspeaker 10 to generate pneumatic vibration having the set frequency and amplitude; a transmission tube 40 that transmits pneumatic vibration generated from the loudspeaker 10; and a sensor/signal conversion unit 50 that detects pneumatic vibration transmitted through the transmission tube 40 and converts the detected pneumatic vibration into an electric signal, the pneumatic vibration generation device can be used as a calibration device for a biosignal detection device by using as a simulated signal of the biosignal, the electric signal converted by the sensor/signal conversion unit 50.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、設定した周波数及び振幅の空気圧振動を発生させる空気圧振動発生装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pneumatic vibration generator that generates pneumatic vibration with a set frequency and amplitude.

睡眠は健康のバロメータであるといわれ、快適な睡眠をして気分のよい目覚めができれば、目覚めた際に颯爽とした気分となり健康を実感することは、日常において多く経験する。一方、不眠症や不眠傾向にある場合や、深夜労働などのために昼夜の生活が逆転した睡眠を強いられる場合などにおいては、その目覚めの後の気分は芳しくないことが多い。すなわち、意識的であるか無意識的であるかにかかわらず、睡眠の状態がその後の覚醒時の気分や行動に影響を及ぼし、ひいては覚醒後の昼間の活動の質を定めることになる。このように、睡眠は、人間の身体活動及び心的活動に重要な影響を及ぼす要素であり、良好な睡眠をとることができれば身体的及び心的に健康的な日常活動が保証されるといってよい。 Sleep is said to be a barometer of health, and we often experience in our daily life that if we can sleep comfortably and wake up in a good mood, we will wake up feeling refreshed and feeling healthy. On the other hand, in the case of insomnia or tendency to insomnia, or in the case of forced sleep in which the day and night life is reversed due to late-night work, etc., the feeling after waking up is often not good. That is, whether consciously or unconsciously, the state of sleep influences mood and behavior during subsequent wakefulness, which in turn determines the quality of post-awakening daytime activity. Thus, sleep is an important factor affecting human physical and mental activities, and good sleep guarantees healthy physical and mental health in daily activities. you can

本特許出願人は、睡眠に関する研究を重ね、例えば特許文献1乃至特許文献3をはじめとする様々な特許出願を行っている。これらの特許出願において採用している手法は、被験者が横臥する寝台上に薄い硬質シートを敷設し、硬質シート上に設けられた圧力検出チューブにより、心拍や呼吸などの生体信号にともなって発生する空気圧振動を検出し、この振動信号を電気的に処理するものである。 The applicant of the present patent has repeatedly studied sleep and has filed various patent applications including Patent Documents 1 to 3, for example. The method adopted in these patent applications lays a thin hard sheet on the bed on which the subject lies, and a pressure detection tube provided on the hard sheet detects biological signals such as heartbeat and respiration. It detects pneumatic vibrations and electrically processes the vibration signals.

特開2002-58653号公報JP-A-2002-58653 特開2003-126052号公報JP 2003-126052 A 特開2004-154512号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-154512

ところで、上述した空気圧振動を検出するタイプのシステムにおいて、模擬的に任意の周波数及び振幅の空気圧振動を発生することができないと、センサ全般を含めて校正を行うことができない。現状、そのような空気圧振動を発生させる装置は存在していない。したがって、新たなシステムを生産した場合、適切な基準を構築することができないために適正な校正を行うことができないという問題があった。 By the way, in the above-described system for detecting pneumatic vibrations, unless pneumatic vibrations of arbitrary frequency and amplitude can be simulated, it is impossible to calibrate the sensor as a whole. At present, there is no device that generates such pneumatic vibrations. Therefore, when a new system is produced, there is a problem that proper calibration cannot be performed because a proper standard cannot be established.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡便且つ低コストの構成のもとに、設定した周波数及び振幅の空気圧振動を発生させることができる空気圧振動発生装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pneumatic vibration generator capable of generating pneumatic vibration of a set frequency and amplitude with a simple and low-cost configuration. With the goal.

上述した目的を達成する本発明にかかる空気圧振動発生装置は、設定した周波数及び振幅の空気圧振動を発生させる空気圧振動発生装置であって、音放出面を密閉したスピーカと、このスピーカに与えるパラメータとして周波数及び振幅を設定するパラメータ設定手段と、このパラメータ設定手段によって設定された周波数及び振幅に基づいてスピーカを制御し、スピーカから設定された周波数及び振幅の空気圧振動を発生させるスピーカ制御手段と、スピーカから発生された空気圧振動を伝達する伝達チューブと、この伝達チューブを介して伝達された空気圧振動を検出して電気信号に変換するセンサ/信号変換手段とを備え、センサ/信号変換手段によって変換された電気信号を生体信号の模擬信号として利用することにより、生体信号検出装置の校正装置として使用されることを特徴としている。 A pneumatic vibration generator according to the present invention for achieving the above object is a pneumatic vibration generator for generating pneumatic vibration with a set frequency and amplitude, comprising a speaker whose sound emitting surface is sealed, and parameters given to the speaker. parameter setting means for setting frequency and amplitude; speaker control means for controlling a speaker based on the frequency and amplitude set by the parameter setting means to generate pneumatic vibration of the set frequency and amplitude from the speaker; and speaker and a sensor/signal converting means for detecting the pneumatic vibration transmitted through the transmitting tube and converting it into an electric signal, which is converted by the sensor/signal converting means. It is characterized in that it can be used as a calibrating device for a biosignal detection device by using the electrical signal as a simulated biosignal.

このような本発明にかかる空気圧振動発生装置は、設定された周波数及び振幅の空気圧振動をスピーカの内部の密閉空間において発生させ、これを電気信号に変換して生体信号の模擬信号として利用する。 Such a pneumatic vibration generator according to the present invention generates pneumatic vibration with a set frequency and amplitude in the closed space inside the speaker, converts it into an electric signal, and uses it as a simulated biological signal.

本発明においては、簡便且つ低コストの構成のもとに、設定した周波数及び振幅の空気圧振動を発生させることができ、発生した空気圧振動を電気信号に変換して生体信号の模擬信号として利用することにより、生体信号検出装置の校正装置として利用されることができる。 In the present invention, it is possible to generate pneumatic vibration with a set frequency and amplitude based on a simple and low-cost configuration, convert the generated pneumatic vibration into an electrical signal, and use it as a simulated biological signal. Therefore, it can be used as a calibration device for a biosignal detection device.

本発明の実施の形態として示す空気圧振動発生装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of a pneumatic vibration generator shown as an embodiment of the present invention. 校正対象となる生体信号検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the biosignal detection apparatus used as calibration object. 生体信号検出装置の構成を示す図であり、図2において矢視方向からみたときの一部断面図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the biological signal detection device, and is a partial cross-sectional view when viewed from the arrow direction in FIG. 2. FIG. 空気圧振動発生装置による信号波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the signal waveform by a pneumatic vibration generator.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

この実施の形態は、利用者の生体信号に基づいて、睡眠状態を改善するための利用者個人に合った生活改善による睡眠改善案を提供する睡眠改善装置である。 This embodiment is a sleep improvement device that provides a sleep improvement plan based on a user's individual lifestyle improvement for improving the sleep state based on the user's biosignals.

図1に、本発明の実施の形態として示す空気圧振動発生装置の処理をブロックとして表した構成を示している。すなわち、空気圧振動発生装置は、スピーカ10と、スピーカ10に与えるパラメータを設定するパラメータ設定部20と、スピーカ10を制御するスピーカ制御部30と、スピーカ10から発生された空気圧振動を伝達する伝達チューブ40と、伝達チューブ40を介して伝達された空気圧振動を検出して電気信号に変換するセンサ/信号変換部50と、このセンサ/信号変換部50から出力された電気信号を増幅してデジタル信号に変換するアンプ/ADC60と、このアンプ/ADC60から出力されたデジタル信号に基づく表示を行う表示部70とを備える。 FIG. 1 shows a configuration in which processing of a pneumatic vibration generator shown as an embodiment of the present invention is expressed as blocks. That is, the pneumatic vibration generator includes a speaker 10, a parameter setting unit 20 for setting parameters to be given to the speaker 10, a speaker control unit 30 for controlling the speaker 10, and a transmission tube for transmitting the pneumatic vibration generated from the speaker 10. 40, a sensor/signal conversion unit 50 that detects the pneumatic vibration transmitted through the transmission tube 40 and converts it into an electric signal, and a digital signal that amplifies the electric signal output from the sensor/signal conversion unit 50. and a display section 70 for displaying a digital signal output from the amplifier/ADC 60 .

なお、これら各部のうち、少なくとも、パラメータ設定部20、スピーカ制御部30及び表示部70は、例えば、信号処理を行うコンピュータにおけるCPU(Central Processing Unit)やメモリなどのハードウェアを用いて実行可能なプログラムとして実装したり、コンピュータに装着可能な拡張ボードに搭載されたDSP(Digital Processing Unit)などの専用プロセッサを用いて実装したりすることができる。 Among these units, at least the parameter setting unit 20, the speaker control unit 30, and the display unit 70 can be executed using hardware such as a CPU (Central Processing Unit) and memory in a computer that performs signal processing. It can be implemented as a program or implemented using a dedicated processor such as a DSP (Digital Processing Unit) mounted on an expansion board that can be attached to a computer.

スピーカ10は、内部の空間に振動板10aなどを有する通常のスピーカである。スピーカ10は、市販されている任意のスピーカを用いて構成されることができる。スピーカ10の音放出面となる前面側には、アクリル樹脂板10bが設けられている。すなわち、スピーカ10は、このアクリル樹脂板10bによって内部の空間が密閉された構成とされる。スピーカ10は、スピーカ30の制御のもとに、設定された周波数及び振幅の空気圧振動を発生させる。 The speaker 10 is a normal speaker having a diaphragm 10a and the like in its internal space. Speaker 10 can be constructed using any commercially available speaker. An acrylic resin plate 10b is provided on the front side, which is the sound emitting surface of the speaker 10. As shown in FIG. That is, the speaker 10 has a structure in which the internal space is sealed by the acrylic resin plate 10b. The speaker 10 generates pneumatic vibrations of set frequency and amplitude under the control of the speaker 30 .

パラメータ設定部20は、例えばユーザが操作するパーソナルコンピュータなどを用いて構成され、ユーザの操作のもとに、スピーカ10から発生させる空気圧振動のパラメータ、具体的には任意の周波数及び振幅を設定する装置である。なお、人間の呼吸信号は、一般に、0.2~0.5Hzであり、心拍信号は、5±3Hzである。したがって、パラメータ設定部20は、周波数として、この範囲の信号を設定可能であればよい。このパラメータ設定部20によって設定された周波数及び振幅情報は、スピーカ制御部30に供給される。 The parameter setting unit 20 is configured using, for example, a personal computer operated by a user, and sets the parameters of the air pressure vibration generated from the speaker 10, specifically, an arbitrary frequency and amplitude under the user's operation. It is a device. It should be noted that the human respiratory signal is generally 0.2-0.5 Hz, and the heartbeat signal is 5±3 Hz. Therefore, the parameter setting section 20 only needs to be able to set a signal within this range as the frequency. The frequency and amplitude information set by the parameter setting section 20 are supplied to the speaker control section 30 .

スピーカ制御部30は、パラメータ設定部20から供給された周波数及び振幅情報に基づいて、スピーカ10を制御し、スピーカ10から設定された周波数及び振幅の空気圧振動を発生させる。 The speaker control unit 30 controls the speaker 10 based on the frequency and amplitude information supplied from the parameter setting unit 20, and causes the speaker 10 to generate pneumatic vibration with the frequency and amplitude set.

伝達チューブ40は、スピーカ10から発生された空気圧振動を伝達する媒体であり、空気圧振動の圧力変動範囲に対応して内部の圧力が変動するように適度な弾力を有するものを使用する。また、伝達チューブ40としては、圧力変化を適切な応答速度で後段に伝達するために、チューブの中空部の容積を適切に選択する必要がある。伝達チューブ40が適度な弾性と中空部容積とを同時に満足できない場合には、伝達チューブ40の中空部に適切な太さの芯線をチューブ長さ全体にわたって装填し、中空部の容積を適切にとることができる。 The transmission tube 40 is a medium for transmitting the pneumatic vibration generated from the speaker 10, and has appropriate elasticity so that the internal pressure fluctuates according to the pressure fluctuation range of the pneumatic vibration. Also, for the transmission tube 40, it is necessary to appropriately select the volume of the hollow portion of the tube in order to transmit the pressure change to the subsequent stage at an appropriate response speed. If the transmission tube 40 cannot satisfy both the appropriate elasticity and the volume of the hollow portion, the hollow portion of the transmission tube 40 is filled with a core wire having an appropriate thickness over the entire length of the tube to appropriately secure the volume of the hollow portion. be able to.

センサ/信号変換部50は、伝達チューブ40を介して伝達された空気圧振動の微小な圧力の変動を検出するセンサと、空気圧振動を電気信号に変換する信号変換部とを有する。本実施の形態においては、センサ/信号変換部50のセンサとして、低周波用のコンデンサマイクロフォンタイプのものを使用するが、これに限定されるものではなく、適切な分解能とダイナミックレンジとを有するものであればよい。本実施の形態において使用した低周波用のコンデンサマイクロフォンは、一般の音響用マイクロフォンが低周波領域に対して配慮されていないのに引き替え、受圧面の後方にチャンバーを設けることによって低周波領域の特性を大幅に向上させたものであり、伝達チューブ40内の微小圧力変動を検出するのに好適なものである。また、このコンデンサマイクロフォンは、微小な差圧を計測するのに優れており、0.2Paの分解能と約50Paのダイナミックレンジとを有し、通常使用されるセラミックを利用した微差圧センサと比較して数倍の性能を持つものであり、空気圧振動の微小な圧力を検出するのに好適なものであり、微小な振動を高感度に検出することができる。 The sensor/signal conversion unit 50 has a sensor that detects minute pressure fluctuations in the air pressure vibration transmitted through the transmission tube 40, and a signal conversion unit that converts the air pressure vibration into an electrical signal. In this embodiment, the sensor of the sensor/signal converter 50 is of the condenser microphone type for low frequencies, but is not limited to this, and has appropriate resolution and dynamic range. If it is The condenser microphone for low frequencies used in this embodiment does not take into consideration the low frequency range of general acoustic microphones. , and is suitable for detecting minute pressure fluctuations in the transmission tube 40 . In addition, this condenser microphone is excellent for measuring minute differential pressure, and has a resolution of 0.2 Pa and a dynamic range of about 50 Pa, compared to the normally used ceramic differential pressure sensor. It has a performance several times higher than that of conventional sensors, and is suitable for detecting minute pressure in pneumatic vibrations, and can detect minute vibrations with high sensitivity.

アンプ/ADC60は、後の処理工程で処理できるように空気圧振動に基づく電気信号を増幅し、さらに、明らかに異常なレベルの信号を除去するなどして適切な信号整形処理を行う。また、アンプ/ADC60は、増幅したアナログ電気信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器(ADC)も有する。このアンプ/ADC60によって生成されたデジタル信号は、図示しない所定のフィルタ部に供給される。このフィルタ部は、デジタル信号から不要な信号をバンドパスフィルタなどによって除去することにより、人間の心拍信号や呼吸信号に相当する信号を抽出する。このようなアンプ/ADC60から出力されたデジタル信号は、表示部70に供給される。 The amplifier/ADC 60 amplifies the electrical signal based on the pneumatic vibration so that it can be processed in a later processing step, and further performs appropriate signal shaping processing, such as removing signals of apparently abnormal levels. Amplifier/ADC 60 also includes an analog-to-digital converter (ADC) that converts the amplified analog electrical signal to a digital signal. A digital signal generated by this amplifier/ADC 60 is supplied to a predetermined filter section (not shown). This filter section removes unnecessary signals from digital signals using a band-pass filter or the like, thereby extracting signals corresponding to human heartbeat signals and respiratory signals. A digital signal output from the amplifier/ADC 60 is supplied to the display section 70 .

表示部70は、例えばユーザが操作するパーソナルコンピュータなどを用いて構成され、ユーザの操作のもとに、アンプ/ADC60から出力されたデジタル信号に基づく表示を行う。例えば、表示部70は、人間の心拍信号や呼吸信号に相当する信号の時系列波形や、その周波数及び振幅値などを表示する。なお、この表示部70に表示される情報は、例えばハードディスクなどの図示しない記録装置に記録されることができる。 The display unit 70 is configured using, for example, a personal computer operated by a user, and performs display based on the digital signal output from the amplifier/ADC 60 under the user's operation. For example, the display unit 70 displays time-series waveforms of signals corresponding to human heartbeat signals and respiratory signals, their frequencies and amplitude values, and the like. Information displayed on the display unit 70 can be recorded in a recording device (not shown) such as a hard disk.

このような空気圧振動発生装置は、ユーザによって設定された周波数及び振幅の空気圧振動をスピーカ10の内部の密閉空間において発生させ、これを電気信号に変換して生体信号の模擬信号として記録することにより、例えば特許文献1乃至特許文献3に記載されているような人間の生体信号を検出して睡眠に関する情報を取得する生体信号検出装置の校正装置として利用される。 Such a pneumatic vibration generator generates pneumatic vibration with a frequency and amplitude set by the user in a closed space inside the speaker 10, converts it into an electrical signal, and records it as a simulated biological signal. For example, it is used as a calibrating device for a biosignal detection device that detects human biosignals and obtains information about sleep, as described in Patent Documents 1 to 3.

ここで、校正の対象となる生体信号検出装置の例について説明する。 Here, an example of a biological signal detection device to be calibrated will be described.

図2に、生体信号検出装置の処理をブロックとして表した構成を示し、図3に、図2において矢視方向からみたときの一部断面図を示している。すなわち、生体信号検出装置は、寝台121上に横臥している利用者の生体信号を検出する生体信号検出部1と、この生体信号検出部1によって検出された生体信号を増幅する信号増幅部2と、この信号増幅部2によって増幅された生体信号に対してフィルタリング処理を施すフィルタ部3と、このフィルタ部3を通過した生体信号に基づいて各種処理を行う処理部4とを備える。 FIG. 2 shows a block diagram of the processing of the biological signal detection device, and FIG. 3 shows a partial cross-sectional view of FIG. 2 as seen from the arrow direction. That is, the biosignal detection apparatus includes a biosignal detector 1 that detects biosignals of a user lying on a bed 121 and a signal amplifier 2 that amplifies the biosignals detected by the biosignal detector 1. , a filter unit 3 that performs filtering processing on the biological signal amplified by the signal amplifier unit 2, and a processing unit 4 that performs various processes based on the biological signal that has passed through the filter unit 3.

生体信号検出部1は、利用者の微細な生体信号を検出する無侵襲且つ無拘束センサである。具体的には、生体信号検出部1は、圧力検出チューブ1aと、この圧力検出チューブ1aの内部に収容されている空気の微小な圧力変動を検出するセンサである微差圧センサ1bとから構成され、無侵襲且つ無拘束な生体信号の検出手段を構成している。 The biosignal detector 1 is a non-invasive and unrestrained sensor that detects subtle biosignals of a user. Specifically, the biological signal detection unit 1 is composed of a pressure detection tube 1a and a differential pressure sensor 1b which is a sensor for detecting minute pressure fluctuations of the air housed inside the pressure detection tube 1a. and constitutes a non-invasive and non-restrictive biosignal detection means.

圧力検出チューブ1aとしては、生体信号の圧力変動範囲に対応して内部の圧力が変動するように適度な弾力を有するものを使用する。また、圧力検出チューブ1aとしては、圧力変化を適切な応答速度で微差圧センサ1bに伝達するために、チューブの中空部の容積を適切に選択する必要がある。圧力検出チューブ1aが適度な弾性と中空部容積とを同時に満足できない場合には、圧力検出チューブ1aの中空部に適切な太さの芯線をチューブ長さ全体にわたって装填し、中空部の容積を適切にとることができる。すなわち、この圧力検出チューブ1aは、伝達チューブ40に相当する。 As the pressure detection tube 1a, one having appropriate elasticity is used so that the internal pressure fluctuates corresponding to the pressure fluctuation range of the biosignal. Also, for the pressure detection tube 1a, it is necessary to appropriately select the volume of the hollow portion of the tube in order to transmit the pressure change to the differential pressure sensor 1b at an appropriate response speed. If the pressure detection tube 1a cannot satisfy both the appropriate elasticity and the hollow volume at the same time, a core wire having an appropriate thickness is inserted into the hollow portion of the pressure detection tube 1a over the entire length of the tube, and the volume of the hollow portion is adjusted appropriately. can be taken That is, this pressure detection tube 1 a corresponds to the transmission tube 40 .

このような圧力検出チューブ1aは、寝台121上に敷設された硬質シート122上に配置される。生体信号検出装置においては、硬質シート122上に弾性を有するクッションシート123が敷設されており、圧力検出チューブ1aの上に利用者が横臥することになる。なお、圧力検出チューブ1aは、クッションシート123などに組み込んだ構成とすることにより、圧力検出チューブ1aの位置を安定させる構造としてもよい。 Such a pressure detection tube 1 a is arranged on a hard sheet 122 laid on a bed 121 . In the biosignal detection device, an elastic cushion sheet 123 is laid on a hard sheet 122, and a user lies down on the pressure detection tube 1a. The pressure detection tube 1a may be incorporated in the cushion sheet 123 or the like to stabilize the position of the pressure detection tube 1a.

微差圧センサ1bは、微小な圧力の変動を検出するセンサである。本実施の形態においては、微差圧センサ1bとして、上述したセンサ/信号変換部50のセンサと同様に、低周波用のコンデンサマイクロフォンタイプのものを使用するが、これに限定されるものではなく、適切な分解能とダイナミックレンジとを有するものであればよい。 The differential pressure sensor 1b is a sensor that detects minute pressure fluctuations. In the present embodiment, as the differential pressure sensor 1b, a capacitor microphone type for low frequencies is used as the sensor of the sensor/signal conversion unit 50 described above, but it is not limited to this. , with suitable resolution and dynamic range.

本実施の形態においては、一方が利用者の胸部の部位の生体信号を検出し、他方が利用者の臀部の部位を検出するように、2組の圧力検出チューブ1aが設けられており、利用者の就寝の姿勢にかかわらず生体信号を検出するように構成されている。なお、生体信号検出装置においては、胸部の部位又は臀部の部位の一方のみに圧力検出チューブ1aを配置する構成としてもよい。このような生体信号検出部1によって検出された生体信号は、信号増幅部2に供給される。生体信号検出装置は、このような無侵襲且つ無拘束で生体信号を検出する構成とすることにより、日常生活において容易に使用することができ、特に高齢者の使用に極めて好適である。 In this embodiment, two sets of pressure detection tubes 1a are provided so that one detects the biosignal of the user's chest region and the other detects the user's buttock region. It is configured to detect biosignals regardless of the sleeping posture of the person. In addition, in the biological signal detection device, the configuration may be such that the pressure detection tube 1a is arranged only in one of the chest region and the buttock region. A biosignal detected by such a biosignal detector 1 is supplied to the signal amplifier 2 . The biosignal detection device can be easily used in daily life and is particularly suitable for use by elderly people, because it is configured to detect biosignals in a non-invasive and non-restrictive manner.

信号増幅部2は、後の処理工程で処理できるように生体信号検出部1によって検出された信号を増幅し、さらに、明らかに異常なレベルの信号を除去するなどして適切な信号整形処理を行う。この信号増幅部2によって増幅された生体信号は、フィルタ部3に供給される。 A signal amplifier 2 amplifies the signal detected by the biosignal detector 1 so that it can be processed in a later processing step, and further performs appropriate signal shaping processing by, for example, removing clearly abnormal level signals. conduct. The biological signal amplified by this signal amplifying section 2 is supplied to the filter section 3 .

フィルタ部3は、信号増幅部2によって増幅された生体信号から不要な信号をバンドパスフィルタなどによって除去することにより、心拍信号を抽出する。すなわち、生体信号検出部1によって検出された生体信号は、人体から発する様々な振動が混ざり合った信号であり、その中に心拍信号の他、寝返りなどによる体動信号などの様々な信号が含まれている。このうち、心拍信号は、心臓のポンプ機能に基づく圧力の変化(すなわち血圧)が振動となって生体信号に含まれるものである。生体信号検出装置においては、これをフィルタ部3によって抽出することにより、心拍信号として認識する。このフィルタ部3を通過した心拍信号は、処理部4に供給される。なお、心拍信号のサンプル周期は、4ミリ秒としている。 The filter unit 3 extracts a heartbeat signal by removing unnecessary signals from the biological signal amplified by the signal amplifier 2 using a bandpass filter or the like. That is, the biomedical signal detected by the biomedical signal detection unit 1 is a signal in which various vibrations emitted from the human body are mixed. is Of these signals, the heartbeat signal is included in the biological signal as a change in pressure (that is, blood pressure) based on the heart's pumping function becomes vibration. In the biological signal detection device, this is extracted by the filter unit 3 and recognized as a heartbeat signal. The heartbeat signal that has passed through the filter section 3 is supplied to the processing section 4 . Note that the sampling period of the heartbeat signal is 4 milliseconds.

処理部4は、生体信号検出装置の用途に応じた各種処理を行う。例えば、処理部4は、心拍信号に基づいて、いわゆる睡眠ポリソムノグラフ(PSG)による国際睡眠深度判定基準による睡眠段階(覚醒、レム睡眠、浅い睡眠、深い睡眠)を判定する。この処理部4は、例えば、CPUやメモリなどのハードウェアを用いて実行可能なプログラムとして実装したり、コンピュータに装着可能な拡張ボードに搭載されたDSPなどの専用プロセッサを用いて実装したりすることができる。 The processing unit 4 performs various types of processing according to the application of the biological signal detection device. For example, the processing unit 4 determines a sleep stage (wake, REM sleep, light sleep, deep sleep) based on the so-called Polysomnograph (PSG) International Sleep Depth Criteria based on the heartbeat signal. This processing unit 4 is implemented, for example, as an executable program using hardware such as a CPU and memory, or implemented using a dedicated processor such as a DSP mounted on an expansion board that can be attached to the computer. be able to.

つぎに、上述した空気圧振動発生装置の検証結果について説明する。検証方法として、空気圧振動発生装置によって実際に空気圧振動を発生させたときに得られた信号波形と、校正対象である生体信号検出装置によって実際に人体測定を行って得られた信号波形との相互相関を求めた。生体信号検出装置としては、本特許出願人が製造販売するSP38-Mを用いた。 Next, verification results of the pneumatic vibration generator described above will be described. As a verification method, the correlation between the signal waveform obtained when actually generating pneumatic vibration with the pneumatic vibration generator and the signal waveform obtained by actually measuring the human body with the biosignal detection device to be calibrated was examined. A correlation was sought. SP38-M manufactured and sold by the applicant of the present patent was used as a biological signal detection device.

図4に、空気圧振動発生装置による信号波形を示す。この例では、心拍信号及び呼吸信号に相当する周波数及び振幅の設定値と実測値との相互相関係数r及びP値が、それぞれ、r>0.9、P値<0.01となり、高い相互相関を呈した。したがって、この空気圧振動発生装置の有効性が検証された。 FIG. 4 shows signal waveforms from the pneumatic vibration generator. In this example, the cross-correlation coefficients r and P values between the set values and the measured values of the frequency and amplitude corresponding to the heartbeat signal and the respiration signal are r>0.9 and P value<0.01, respectively, which are high. exhibited cross-correlation. Therefore, the effectiveness of this pneumatic vibration generator was verified.

このような空気圧振動発生装置は、既存のスピーカを利用した簡便且つ低コストの構成のもとに、設定した周波数及び振幅の空気圧振動を発生させることができ、この空気圧振動に基づく電気信号を生体信号の模擬信号として利用することにより、生体信号検出装置の校正装置として極めて有効に使用可能である。 Such a pneumatic vibration generator can generate pneumatic vibration with a set frequency and amplitude based on a simple and low-cost configuration using an existing speaker. By using it as a simulated signal, it can be used very effectively as a calibration device for a biological signal detection device.

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention can be modified as appropriate without departing from the gist thereof.

1 生体信号検出部
1a 圧力検出チューブ
1b 微差圧センサ
2 信号増幅部
3 フィルタ部
4 処理部
10 スピーカ
10a 振動板
10b アクリル樹脂板
20 パラメータ設定部
30 スピーカ制御部
40 伝達チューブ
50 センサ/信号変換部
60 アンプ/ADC
70 表示部
Reference Signs List 1 biological signal detector 1a pressure detection tube 1b differential pressure sensor 2 signal amplifier 3 filter 4 processor 10 speaker 10a diaphragm 10b acrylic resin plate 20 parameter setting unit 30 speaker controller 40 transmission tube 50 sensor/signal converter 60 amplifiers/ADCs
70 display

Claims (2)

設定した周波数及び振幅の空気圧振動を発生させる空気圧振動発生装置であって、
音放出面を密閉したスピーカと、
前記スピーカに与えるパラメータとして周波数及び振幅を設定するパラメータ設定手段と、
前記パラメータ設定手段によって設定された周波数及び振幅に基づいて前記スピーカを制御し、前記スピーカから前記設定された周波数及び振幅の空気圧振動を発生させるスピーカ制御手段と、
前記スピーカから発生された空気圧振動を伝達する伝達チューブと、
前記伝達チューブを介して伝達された空気圧振動を検出して電気信号に変換するセンサ/信号変換手段とを備え、
前記センサ/信号変換手段によって変換された前記電気信号を生体信号の模擬信号として利用することにより、生体信号検出装置の校正装置として使用されること
を特徴とする空気圧振動発生装置。
A pneumatic vibration generator that generates pneumatic vibration with a set frequency and amplitude,
a speaker whose sound emitting surface is sealed;
parameter setting means for setting frequency and amplitude as parameters to be given to the speaker;
speaker control means for controlling the speaker based on the frequency and amplitude set by the parameter setting means to generate pneumatic vibration of the set frequency and amplitude from the speaker;
a transmission tube for transmitting pneumatic vibrations generated from the speaker;
a sensor/signal conversion means for detecting the pneumatic vibration transmitted through the transmission tube and converting it into an electric signal;
A pneumatic vibration generator, wherein the electrical signal converted by the sensor/signal conversion means is used as a simulated signal of a biosignal to calibrate a biosignal detector.
前記センサ/信号変換手段は、コンデンサマイクロフォンを有することを特徴とする請求項1に記載の空気圧振動発生装置。 2. The pneumatic vibration generator of claim 1, wherein said sensor/signal conversion means comprises a condenser microphone.
JP2021102232A 2021-06-21 2021-06-21 Pneumatic vibration generation device Pending JP2023001475A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021102232A JP2023001475A (en) 2021-06-21 2021-06-21 Pneumatic vibration generation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021102232A JP2023001475A (en) 2021-06-21 2021-06-21 Pneumatic vibration generation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023001475A true JP2023001475A (en) 2023-01-06

Family

ID=84688788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021102232A Pending JP2023001475A (en) 2021-06-21 2021-06-21 Pneumatic vibration generation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023001475A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Looney et al. The in-the-ear recording concept: User-centered and wearable brain monitoring
US6988993B2 (en) Biophysical sensor
EP2233071A1 (en) Breathing feedback device
US20150150498A1 (en) Sleep study
JP5091366B2 (en) Sound pressure evaluation system, method and program
US10831437B2 (en) Sound signal controlling apparatus, sound signal controlling method, and recording medium
JPWO2005082252A1 (en) Sleep stage determination method
EP1259157B1 (en) Method and apparatus for the non-invasive detection of particular sleep-state conditions by monitoring the peripheral vascular system
JP2009297474A (en) Sleep stage determining device
EP2967365A2 (en) Ear-related devices implementing sensors to acquire physiological characteristics
US11051785B2 (en) Heartbeat detection device and heartbeat detection method
Zanartu et al. Air-borne and tissue-borne sensitivities of bioacoustic sensors used on the skin surface
JPWO2014049979A1 (en) Unpleasant sound pressure evaluation system, unpleasant sound pressure evaluation device, unpleasant sound pressure adjustment device, unpleasant sound pressure evaluation method, and computer program therefor
JP7287612B2 (en) Biometric information acquisition device
JP5526308B2 (en) Sleep quality evaluation device
JPWO2004107978A1 (en) Sleep stage determination method and determination apparatus
JP2011160852A (en) Wakefulness state detector
JP2008080071A (en) Evaluation device for quality of sleep
JPH1128195A (en) Health management monitoring method and its device
JP2023001475A (en) Pneumatic vibration generation device
JP6413073B2 (en) Sleep stage determination device and sleep stage determination method
JP2005224439A (en) Biological signal measuring apparatus
KR101726235B1 (en) Ear-insertion Type Health Monitoring Device with Piezo Sensor
KR20220102231A (en) Electronic stethoscope with electrocardiogram(ECG) device
KR20050081893A (en) Eyeband for sleep and rising hour