JP6352678B2 - 耳型部、人工頭部及びこれらを用いた測定装置ならびに測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、振動体を有する音響装置を人体の耳内部に収容させて、或いは耳に押し当てて振動伝達により音を聞かせる携帯電話機やイヤホン、ヘッドホン等の音響装置を評価するための測定装置等に関するものである。

特許文献１には、携帯電話などの音響装置として、気導音と骨導音とを利用者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。

そして、このような伝達原理により音を伝えるものとして、手にもって、耳に押し付けて音を伝える電話機以外にも、人体の頭部のどこかに引っ掛けて保持されて使用される軟骨伝導イヤホンやヘッドホンが考えられる。

特開２００５−３４８１９３号公報

そして、発明者は、上述した電話機や耳を含む人体の頭部のどこかに保持されて使用される軟骨伝導イヤホンやヘッドホン等の、外耳の軟骨を介しての骨導音を利用者に伝える音響装置を評価するには、振動体の振動によって人体の聴覚神経に近似的に作用する振動量を測定する必要があるとの認識に至った。

本発明は、上述した認識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、振動体を有する音響装置を評価できる測定装置及び測定方法等を提供することを目的とするものである。

本発明の測定装置は、人体の耳を模した耳模型、及び耳模型に接する人工軟骨部を備えた耳型部と、耳型部に配置された振動検出部と、を備えるとともに、基板部をさらに備え、人工軟骨部は基板部に当接している。

本発明によれば、人体の耳への振動伝達の特徴が考慮された振動量を測定でき、振動体を有する音響装置や補聴器等を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断面図である。 測定対象の一例であるイヤホンを示す断面図である。 耳型部の断面図である。 耳模型の上面図である。 耳模型の分解図である。 図１の測定装置の要部の機能ブロック図である。 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。

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を備える。なお、以下の説明において、一例としての軟骨伝導型のイヤホンを音響装置１００として示している。音響装置１００は、図２に示すように、人の耳の穴に埋入させる筐体１０１を有し、当該筺体内部に圧電素子１０２を備え、当該圧電素子１０２により筺体１０１を振動させるものである。さらに人の耳に当接する部位にゴム材１０３からなる保護膜を設けている。ゴム材１０３は、外部からの摩擦や衝撃等を緩和するためのもので必須ではない。従って、振動伝達を阻害しにくいように膜状の物でよい。

次に、本発明の測定装置に係る耳型部５０について説明する。

図１に示すように、耳型部５０は、人工外耳道部５２の周縁部において、基台３０に支持されている。ここで、耳型部５０は、基台３０に対して着脱自在としてもよい。

耳型部５０は、人の耳を模したもので、耳模型５１と、該耳模型５１に結合された或いは一体に形成された人工外耳道部５２と、耳模型５１の内部に埋設された人工軟骨部５４と、人工軟骨部５４に部分的に結合された、或いは一体的に形成された基板部５７とを備える。

耳模型５１は、耳の形状をした部位と、当該耳の形状をした部位を覆う大きさを有し、中央部に孔が形成された部位とからなる。当該孔は、筒状の人工外耳道部５２に形成された音道と接続されて人工外耳道５３を構成する。

耳模型５１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形状と概ね同様の形状からなっていてもよい。耳模型５１は、例えば、ＩＥＣ６０３１８−７に準拠した素材を構成する物質からなっていてもよい。この素材は、例えばショア硬度３０から６０（例えばショア硬度３５やショア硬度５５）のシリコーンゴム等で形成することができる。尚、本実施例では人工軟骨部５４を備えることから、耳模型５１に人工軟骨部５４が埋設された後の硬さを、例えば人工軟骨部５４を有しない従来からあるショア硬度３５やショア硬度５５の素材からなる耳模型の硬さと同じ程度とするために、耳模型５１の素材自体は、例えばショア硬度３５よりも軟らかい素材、例えばショア硬度２０から３０の素材を用いてもよい。尚、耳模型５１には、耳珠や対耳珠、耳輪等が形成されている。

人工外耳道部５２は、耳模型５２に設けられた孔に接続されて、音響装置とは逆側に向かって筒状に延在している。人工外耳道部５２は、たとえば、ショア硬度２０から６０程度の硬さを持ち、耳模型と同じ物質から構成される。例えばシリコーンゴムや天然ゴム等の軟質の物質であってもよい。

人工外耳道部５２は、その壁面の厚みが薄すぎると加工が困難であり、厚すぎると、音響装置１００からの振動伝達による外耳道の音響放射を忠実に模擬できない恐れがある。そこで、たとえば０．３ｍｍから２ｍｍ程度の厚みが好ましい。また、その直径(内径)は、例えば３ｍｍから１５ｍ程度である。人工外耳道部５２は、もちろん耳模型５１と一体的に金型や３Ｄプリンタ等により製造されてもよい。また、材料樹脂を流す際の金型の形状が複雑になる場合、別部材としてそれぞれを製造して、後に互いを接着剤等により接合してもよい。接着剤は、耳模型５１および人工外耳道部５２の素材を勘案して、同じ組成を含む接着剤が好まれる。例えば耳模型５１や人工外耳道部がシリコーンゴムの場合、接着剤もシリコーン系接着剤であることが好ましい。なお、図３において、人工外耳道部５２は断面が矩形の筒状を成しているが、矩形に限られない。

人工外耳道５３の長さ、つまり耳模型５１に設けられた開口から人工外耳道部５２の終端部までの長さは、人の耳の穴の開口から鼓膜までの長さに相当するものであれば好適で、例えば５ｍｍから４０ｍｍの範囲で適宜設定される。例えば人工外耳道５３の長さはほぼ３０ｍｍである。

図４，図５に示すように、耳模型５１の内部には、人工軟骨部５４が埋設されている。人工軟骨部５４は、人の耳の軟骨を模擬したもので、概ね、０（ゼロ）の字状、或いは８の字状である。人工軟骨部５４は、耳模型の形状を維持するとともに、音響装置１００からの振動の伝達をより忠実に再現するのに好適である。人工軟骨部５４は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）天然ゴム、或いは薄く成型したポリ塩化ビニル等のプラスティックや、生体材料である乳酸ポリマー等で作製してもよい。そして上述したように、人工軟骨部５４の素材や厚み等は、人工軟骨部５４を耳模型５１に埋入したのちの複合体として、従来周知のショア硬度３５やショア硬度５５の素材からなる耳模型と同じ程度の曲げ強度を有するように調整される。

また、好ましくは、耳への当てつけ方の異なる色々なタイプの音響装置に対応できるように、図４、図５に示すように、人工軟骨部５４は、耳珠、対耳珠、対耳輪、対耳輪下脚、対耳輪上脚、耳輪、耳輪脚に相当する部位に存在していることが好ましい。

尚、音響装置のうち、特定のタイプを測定することだけを念頭に置いているのであれば、当該タイプに対応した必須の部位だけに人工軟骨部５４があればよい。例えば耳珠だけ、或いは耳珠と対耳珠だけに人工軟骨部５４を存在させることも可能である。３Ｄプリンタにより作製された乳酸ポリマーの軟骨の形状をした型枠の内部で、実際の人体や牛、羊等から採取した軟骨細胞を培養することにより得られた人工軟骨を用いてもよい。

基板部５７は、耳模型５１を支持するための平板状の部材である。例えばＳＵＳやアルミ等の金属材料、或いはポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂等の樹脂材料や乳酸ポリマー等の生体材料からなっていてもよい。

材質により厚みが異なるが、例えば金属製の場合、その厚みが０．５ｍｍから３ｍｍ程度、その他の材料でも、その厚みが１ｍｍから５ｍｍ程度であればよい。基板部５７は、耳模型５１の耳本体全体を覆う程度の面積を有し、耳模型の保持を容易とする。例えば、縦・横共に２．５ｃｍから６ｃｍ程度である。基板部５７は、上述の耳模型５１および人工軟骨部５４と部分的に接合されており、このため、基板部５７には人工軟骨部５４或いは耳模型５１からの振動が伝播される。また、基板部５７には、耳模型５１の孔を形成するために、或いは人工外耳道部５２を挿通させるために、耳模型５１の孔や人工外耳道部５２の外径よりも大きな孔が設けられている。

耳型部５０には、基板部５７の裏側に振動検出部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検出素子５６を備える。図３では、人工外耳道５３の周辺となる基板部５７に、例えばチップ状の振動検出素子５６を複数個配置した場合を例示している。振動検出素子５６は、１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に振動検出素子５６を配置してもよい。振動検出素子５６は、例えば、基板部５７の裏側に、耳模型５１に埋設されて、リード線(図示しない)を耳型５０の外側に引き出すようにしてもよい。尚、接着剤等により基板部５７に貼り付けられる。

基板部５７に配置された振動検出素子５６は、主として、人体の耳の軟骨に生じた振動の伝導の振動を再現することができる。即ち、人工外耳道５３の周辺に配置された場合は、人の外耳道の側面において外耳から内耳に向かう振動の挙動を測定できる。また、人工外耳道５３から離間した部位においては、振動検出素子５６は、人の外耳道から鼓膜を経由しないで内耳へ伝わる振動成分を測定することができる。

また振動検出素子５６は、例えば、小野測器社製の超小型軽量タイプのＮＰ−２１０６や、リオン株式会社製のＰＶ−０８Ａ、ＰＶ−９０Ｂ等、市販のものを適宜選択すればよい。また、株式会社アコー社製のＴＹＰＥ７３０２のように、０．２ｇ程度の振動検出素子５６は軽量であり、好適である。

人工外耳道部５２の終端部(人の鼓膜に相当する位置)には、マイク５８を備える。マイク５８は、人工外耳道５３を通過した気導音を検出する。さらに、耳模型５１の孔や人工外耳道部５２の内壁が振動することにより、人工外耳道５３内で発生する気導放射成分を検出する。

次に、イヤホン等の音響装置１００が保持される保持部７０、保持部７０’について説明する。図３に示すように、音響装置１００が、振動伝達方式のイヤホンの場合、イヤホンの筺体１０１を部分的にあるいは全部、耳の穴に埋入させる。耳型部５０は、人体の耳の形状を模しており、耳介や外耳道を備えていることから、当該耳介や外耳道にイヤホンを埋入させるとよい。即ち耳模型５１の耳の穴が保持部７０として機能する。或いは耳掛け対応の補聴器の場合、耳模型５１の耳介自体が保持部７０’として機能する。

図６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。一または複数の振動検出素子５６を備えた振動検出部５５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（のそれぞれ）の出力に基づいて、音響装置１００が生じさせて人体に伝播した振動量を算出する。ここで、従来周知のタッチパネルや押下キー等からなる操作部７７により、いずれの振動検出素子５６からの入力を検出並びに評価したいかを選択するようにしてもよいし、複数の振動検出素子５６の振動量を平均化するようにしてもよい。また、振動処理部７５は、マイク５８の検出信号を処理する。これにより音響装置１００からの気導音及び振動により耳介内部で発生した気導放射成分の総和を検出し、評価できる。

尚、信号処理部７５の処理内容としては、たとえば測定信号（純音、純音スイープ、マルチサイン波等）の生成ができてもよい。或いは、イコライジング部やダイナミックレンジコンプレッション部を備えていてもよい。或いは検出された信号の位相調整や合成、高速フーリエ変換等の処理も行うとよい。また、低調波ひずみ或いは高調波ひずみを分析できてもよい。また、出力部７６の出力形態に合わせて種々のファイル形式に変換するようにしてもよい。そして、処理された測定結果は、表示部、プリンタ、記憶部等の出力部７６に出力されて、音響装置１００の評価に供される。

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、音響装置１００を正しく評価することができる。

尚、人の軟骨経由の振動伝達に相当する振動レベルが、どの程度の振動検出素子５６による振動検出値に相当する音圧レベルとなるかの相関は、予め測定装置を作製する当初において、従来周知のごとく、実際の多数の被験者による調整法あるいは閾値法等によって、校正することにより得ることができる。

（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をさらに備える。耳模型５０や測定系については上述の実施例と同様でよい。頭部模型１３０は、例えばＨＡＴＳやＫＥＭＡＲ等と同様の素材からなってよいが、上述した耳型部５０や、マイクロフォン５８或いは振動検出部５５等の測定系を収容可能なように、頭部内部に比較的大きな空洞を設けてある。頭部模型１３０の耳型部５０は、頭部模型１３０に対して着脱自在である。即ち、耳型部５０の全部または一部を交換パーツとしてもよい。例えば耳模型５１は樹脂製であるため経年劣化により振動特性に変化が生じることがあり、その防止という目的において交換パーツとすることは有効である。

保持部１５０、１５０’は、ヘッドホンや眼鏡型骨導補聴器等の音響装置１００を保持する部位である。例えば、保持部１５０、１５０’は、例えば頭部１３０自体或いは耳模型５１の耳介がその機能を担う。

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音響装置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、測定対象の音響装置１００として、イヤホン等の音響装置で、圧電振動子１０２が振動して筺体１０１に振動を伝え、当該筺体を介して耳に振動するものを中心に記載したが、人の頭部により保持されたヘッドホンのように耳全体を覆うようにして使用するものやヘッドマウントディスプレイに設けられた音響装置によって耳に振動を伝達するもの、或いは眼鏡のつるの部分に振動素子が埋設され、当該つるが振動することにより振動音を伝達させるものであっても、容易に音響装置を保持する保持部により同様に評価することが可能である。

（第３実施の形態）
次に、本発明の測定装置を用いた一例にかかる測定方法について、以下に説明する。

例えば下記にかかる測定のステップにより種々の判定ができる。（１）振動を発する音響装置１００を所定の姿勢にて測定装置に取り付ける。（２）音響装置を所定のパワーで駆動させる。（３）測定装置にて振動検出部の検出結果を得る。

（第４実施の形態）
次に、本発明の測定装置を用いた他の一例にかかる測定方法について、以下に説明する。

例えば下記にかかる測定のステップにより種々の判定ができる。（１）振動を発する音響装置１００を所定の姿勢にて測定装置に取り付ける。（２）音響装置を所定のパワーで駆動させる。（３）測定装置にてマイクの検出結果を得る。

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 人工軟骨部
５５ 振動検出部
５６ 振動検出素子
５７ 基板部
５８ マイク
７０、７０’ 保持部
１００ 音響装置
１０１ 筐体
１０２ 振動素子
１０３ ゴム材
１１０ 測定装置
１３０ 頭部模型
１５０ 保持部

Claims (13)

1. 振動素子を備え、振動伝達により音を聞かせる音響装置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、及び該耳模型に接する人工軟骨部を備えた耳型部と、
   前記耳型部に配置された振動検出部と、を備えるとともに、
   基板部をさらに備え、前記人工軟骨部は、前記基板部に当接している測定装置。
2. 前記人工軟骨部は、前記耳模型における耳珠に相当する位置に存在する請求項１に記載の測定装置。
3. 前記人工軟骨部は、前記耳模型の内部に埋設されている請求項１に記載の測定装置。
4. 人体の頭部模型をさらに備え、前記耳型部は、前記頭部模型に取り付けられる、請求項１に記載の測定装置。
5. 基台をさらに備え、前記耳型部は、前記基台に取り付けられる、請求項１に記載の測定装置。
6. 前記耳型部は、前記耳模型の一部としての人工外耳道部、或いは前記耳模型に接合された人工外耳道部のいずれかを、含み、
   前記人工外耳道部には、人工外耳道が形成されている、請求項１に記載の測定装置。
7. 前記人工外耳道部の終端部には、マイクが取り付けられる請求項６に記載の測定装置。
8. 前記耳模型は、音響装置を保持可能な保持部を備える、請求項１に記載の測定装置。
9. 前記頭部模型は、音響装置を保持可能な保持部を備える、請求項４に記載の測定装置。
10. 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に記載の測定装置。
11. 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一または複数の振動検出素子を備える、請求項６に記載の測定装置。
12. 前記振動検出部は、前記基板部に配置された一または複数個の振動検出素子を備える、請求項１に記載の測定装置。
13. 振動素子を備え、振動伝達により音を聞かせる音響装置を測定するための方法であって、
    人体の耳を模した耳模型、及び該耳模型に接合された人工軟骨部を備えた耳型部、及び前記人工軟骨部が当接する基板部を備え、前記耳型部に前記音響装置を当接させるステップと、
    前記音響装置から試験音を発生させるステップと、
    前記耳型部に配置された振動検出部により振動を検出するステップと、を経る測定方法。

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