JP5486041B2

JP5486041B2 - 測定装置及び測定方法

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Publication number: JP5486041B2
Application number: JP2012114894A
Authority: JP
Inventors: 智裕稲垣
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: JP2013243489A

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伝達により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、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。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、人体の耳、特に耳の軟骨を中心とした各部へ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装置の発明は、振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により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であって、
人体の耳を模した耳模型と、人工外耳道を構成する人工外耳道部とを備える耳型部と、
該耳型部の前記耳模型とは逆側における、前記人工外耳道と交差する面に配置された振動検出部と、
を備える。

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、ＩＥＣ６０９５９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ための音圧測定部をさらに備えてもよい。

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、振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により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模型と、人工外耳道を構成する人工外耳道部とを備える耳型部の前記耳模型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の前記耳模型とは逆側における、前記人工外耳道と交差する面に伝達される振動を振動検出部により検出する。

本発明によれば、人体の耳へ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可能となる。

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。測定対象の電子機器の一例を示す平面図である。図１の測定装置の部分詳細図である。図１の測定装置の要部の機能ブロック図である。図１の測定装置による測定結果の一例を示す図である。図５と同一の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装置の概略構成を示す図である。図７の測定装置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、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、耳型部５０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、ＩＥＣ６０９５９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。

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、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からなる振動検出素子５６を備える。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、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、本実施の形態に係る測定装置１０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、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に保持されたコンデンサマイク等の公知のマイク６２を備える。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。

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（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、振動体（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。

図４は、本実施の形態に係る測定装置１０の要部の機能ブロック図である。振動検出素子５６及びマイク６２は、信号処理部７５に接続される。信号処理部７５は、振動検出素子５６及びマイク６２の出力に基づいて、電子機器１００による人工外耳道部５２を介しての振動量及び人工外耳道５３を介しての音圧をそれぞれ測定する。また、信号処理部７５は、測定した振動量及び音圧に基づいて聴感を測定する。これらの測定結果は、表示部、プリンタ、記憶部等の出力部７６に出力されて、電子機器１００の評価に供される。

図５は、本実施の形態に係る測定装置１０による測定結果の一例を示す図である。図６は、比較のために、図５と同一の測定対象の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。図５及び図６において、横軸は音響周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は測定電圧（ｄＢＶ）を示す。図５において、太線は振動レベルを示し、細線は音圧レベルを示し、破線は聴感レベルを示す。また、図６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振動レベルを示し、細線は人工マストイドを介して測定した振動レベルを示す。

図５及び図６から明らかなように、本実施の形態により測定される振動レベルは、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測定レベルよりも大きい。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振動レベルは、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。

このように、本実施の形態に係る測定装置１０によると、人体の耳への振動伝達の特徴が重み付けされた振動レベルを測定することができるので、電子機器１００を正しく評価することができる。また、振動レベルと同時に人工外耳道５３を介しての音圧も測定でき、これにより人間の耳への振動伝達量に相当する振動レベルと気導音に相当する音圧レベルとが合成された聴感レベルを測定できるので、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、電子機器１００の耳型部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７は、本発明の第２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１１０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、図８（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８（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。

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装置１１０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。

１０測定装置
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
７５信号処理部
７６出力部
１００電子機器
１０１筐体
１０２パネル（振動体）
１１０測定装置
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

Claims

振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により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であって、
人体の耳を模した耳模型と、人工外耳道を構成する人工外耳道部とを備える耳型部と、
該耳型部の前記耳模型とは逆側における、前記人工外耳道と交差する面に配置された振動検出部と、
を備える測定装置。
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に記載の測定装置。
前記人工外耳道は、２０ｍｍから４０ｍｍの長さを有する、請求項１又は２に記載の測定装置。
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３のいずれか一項に記載の測定装置。
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４に記載の測定装置。
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４又は５に記載の測定装置。
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４又は５に記載の測定装置。
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６又は７に記載の測定装置。
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６又は７に記載の測定装置。
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４から９のいずれか一項に記載の測定装置。
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１０に記載の測定装置。
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１０に記載の測定装置。
前記耳型部は、ＩＥＣ６０９５９に準拠した素材からなる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
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１３のいずれか一項に記載の測定装置。
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ための音圧測定部をさらに備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の測定装置。
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１５に記載の測定装置。
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１５に記載の測定装置。
振動体を人体の耳に押し当てて振動伝達により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模型と、人工外耳道を構成する人工外耳道部とを備える耳型部の前記耳模型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の前記耳模型とは逆側における、前記人工外耳道と交差する面に伝達される振動を振動検出部により検出する、測定方法。