JP6444298B2 - 音響トランスデューサを確認する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ出力システム、特に音響トランスデューサ、例えば電子装置のスピーカの動作可能性を確認する方法及びシステムに関する。

通常動作中の、スピーカのような、音響トランスデューサの常在の（permanent）試験は、いくつかの問題に直面する。特に警告機能を持つ医療装置（例えばポータブル又は固定患者モニタ）において、このような医療装置のオーディオ出力は、組み込まれたスピーカの機能性を試験する間に影響を受けてはならない又は停止されてはならない。オーディオ信号（例えばアラームトーン）は、前記試験により遅延又は破損されないことが、望ましい。通常のオーディオ出力により引き起こされるスピーカ確認の誤った試験結果は、避けられなければならない。更に、医療装置の動作領域により、患者に聞こえるいかなる妨害ノイズも、許容可能ではなく、避けられなければならない。

集積回路（ＬＭ４８１００Ｑ、http://www.ti.com/product/lm48100q）が提案されており、これは、電力増幅器及び対応する試験回路の組み合わせを提供する。前記集積回路は、負荷条件及び検出開回路条件を感知するように構成される。しかしながら、前記試験は、（例えば医療装置から来る）他のオーディオ信号が前記スピーカに存在しない場合にのみ可能である。これは、現在のオーディオ出力を停止し、試験中に可聴ノイズを生成する。

本発明の目的は、オーディオ信号が試験により遅延又は破損されず、妨害ノイズが生成されないことが保証されることができる、スピーカ又は他のタイプの音響トランスデューサ及び対応するオーディオ出力システムの動作可能性を確認する方法及びシステムを提供することである。

この目的は、請求項１に記載のシステムにより、請求項１２に記載の方法により、及び請求項１５に記載のコンピュータプログラムにより達成される。

これに応じて、提案される確認システム及び方法は、試験信号及び通常のオーディオ信号からなる信号ミックスが得られ、フィルタ処理され、試験信号周波数における前記信号の強度を得る周波数分析処理に使用されることができるように、通常のオーディオ信号の上に不可聴試験信号を加えるように構成される。この強度は、前記音響トランスデューサの機能性と、ホスト装置並びに例えばＩ２Ｓインタフェース、デジタルオーディオ経路、デジタル‐アナログコンバータ（ＤＡＣ）及び増幅器等からなるオーディオ出力システムに対する電気接続とに関する情報を取得するのに使用されることができる。これにより、前記通常のオーディオ信号は、影響を受けず、環境は、前記不可聴試験信号により妨害されない。

第１の態様によると、測定回路は、前記音響トランスデューサの信号経路において交流電流を測定するように構成されうる。これは、例えば、分流抵抗器により、前記音響トランスデューサの回路における前記試験信号の容易な測定を可能にする。代わりに、音響出力は、他の手段、例えばマイクロフォン若しくは光学センサにより、又はオーディオ増幅器の供給電流を測定することにより間接的に、測定されることができる。

上記の第１の態様と組み合わせられることができる第２の態様によると、周波数分析器は、フーリエ解析の１つのタイプを適用することにより試験信号周波数におけるデジタル信号の強度を算出するように構成されうる。フーリエ解析は、測定された信号ミックスに含まれる周波数の強度の抽出を可能にし、試験信号周波数における強度は、前記試験信号周波数が通常のオーディオ信号の周波数範囲に入らない限り、容易に算出されることができる。より具体的な例において、前記周波数分析器は、ゲルツェル（Goertzel）アルゴリズムを適用することにより前記試験信号周波数における強度を算出するように構成されうる。一般的なフーリエ変換アルゴリズムは、分析されるべき信号の帯域幅にわたり均一に計算するのに対し、ゲルツェルアルゴリズムは、他の全ての周波数を無視しながら特定の所定の周波数を見るように構成されうる。これにより、多量のソフトウェア又は処理リソースが解放されることができる。

上記の第１又は第２の態様と組み合わせられることができる第３の態様によると、試験信号生成器は、前記音響トランスデューサの動作中に連続的に前記試験信号を加えるように構成されうる。前記試験信号の連続的な又は常在の追加は、前記音響トランスデューサ又は前記オーディオ経路の他の部分の故障が存在することが検出され、場合により前記試験信号の可聴切り替えが避けられるという利点を提供する。

上記の第１乃至第３の態様のいずれかと組み合わせられることができる第４の態様によると、前記測定回路は、前記信号ミックスをフィルタ処理するアナログフィルタを有しうる。このようなフィルタ処理は、小さな信号振幅を持つ試験信号が増幅されることができ、エイリアシング周波数及びオーディオ信号がデジタル領域に変換及び処理される前に抑制されるという利点を提供する。

上記の第１乃至第４の態様のいずれかと組み合わせられることができる第５の態様によると、前記周波数分析器は、前記デジタル信号に対してハイパス及び窓関数を適用するように構成されうる。これは、周波数分析の性能を向上させる。

上記の第１乃至第５の態様のいずれかと組み合わせられることができる第６の態様によると、評価器は、前記強度から前記音響トランスデューサのインピーダンスを算出するように構成されうる。特定の例において、前記評価器は、前記音響トランスデューサが未接続であるか、短絡されているか若しくは正常に動作しているか、又はオーディオシステム、例えばＤＡＣ、増幅器が誤作動を持つかどうかを決定するように、前記算出されたインピーダンスを最小値及び最大値と比較するように構成されうる。これにより、前記音響トランスデューサ及びオーディオ回路の機能性に関する決定は、例えば、前記トランスデューサが未接続であるか、短絡されているか、又は正常に動作しているかを決定するように、前記音響トランスデューサのインピーダンスから単純に算出されることができる。

提案された確認スキームは、少なくとも部分的に、コンピュータ可読媒体に記憶された又はネットワークからダウンロードされるコンピュータプログラムとして実施されてもよく、前記コンピュータプログラムは、コンピュータ装置上で実行される場合に方法請求項１２に記載の算出するステップ及び決定するステップを少なくとも生じるコード手段を有する。

他の有利な実施例は、以下に規定される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになるだろう。本発明は、添付の図面を参照して実施例に基づいて、例として、ここに記載される。

第１の実施例による確認手順のフロー図を示す。 第２の実施例による確認装置又はシステムの概略的なブロック図を示す。 第３の実施例による確認システムの典型的な実施の概観を示す。

本発明の様々な実施例は、オーディオ出力システム、特に医療装置のスピーカの確認又は試験システムに基づいてここに記載される。実施例において、前記スピーカの確認は、前記医療装置に対する前記スピーカの接続及びスピーカ機能性及び前記オーディオシステムの他の部分、例えばＤＡＣ、Ｉ２Ｓインタフェースが、前記医療装置の通常の動作中に常在に観測されるような形で実施される。前記医療装置のオーディオ出力は、無視できるほどの影響を受ける。

図１は、第１の実施例によるスピーカ試験又はオーディオシステム確認手順のフロー図を示す。ステップＳ１１０において、不可聴常在試験信号が、前記医療装置の通常のオーディオ信号の上に加えられる。次いで、ステップＳ１２０において、前記スピーカ経路における交流電流（ＡＣ）が、前記試験信号及び前記通常のオーディオ信号からなる信号ミックスを算出及びフィルタ処理することにより測定される。次いで、ステップＳ１３０において、測定されたアナログ信号が、デジタル信号に変換される。続くステップＳ１４０において、試験信号周波数における前記デジタル信号の強度が、ゲルツェルアルゴリズムを使用することにより算出される。他の全ての信号部分は、このアルゴリズムにより無視される。得られた強度は、次いで、前記スピーカ機能性、及び前記医療装置に対する電気接続及び前記オーディオ出力システムの他の部分の機能性に関して決定するのにステップＳ１５０において使用される。これを達成するために、インピーダンスが、前記得られた強度に基づいて計算され、前記スピーカ及び前記オーディオシステムの機能性に関して決定するように最小及び最大抵抗値（例えば１０Ω及び１５０Ω）と比較される。ステップＳ１５０において前記インピーダンスが上記の最小値より小さいと決定される場合、前記手順は、ステップＳ１６２に分岐し、前記スピーカが短絡されているかもしれないとエラーメッセージ又は警告を示す。そうでなければ、ステップＳ１５０において前記インピーダンスの値が上記最小値と上記最大値との間の範囲内であると決定される場合、前記手順はステップＳ１６４に分岐し、前記スピーカ及び前記オーディオ出力システムの他の部分の通常動作が信号通知される。最後に、ステップＳ１５０において前記インピーダンスの値が上記最大値より大きいと決定される場合、前記手順は、ステップＳ１６６に分岐し、前記スピーカが前記システムから切断されているかもしれない、又は例えば前記増幅器が誤作動しているという警告又は指示が発行される。

このように、前記試験信号の強度（すなわち、試験信号周波数における抽出されたデジタル信号の強度）は、前記スピーカ機能性及び前記医療装置に対する電気接続及び前記オーディオ出力システムの他の部分の機能性に関する情報を得るのに使用される。ゲルツェルアルゴリズムは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）の変形である。ＤＦＴ又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の代わりにゲルツェルアルゴリズムを使用することにより、多量の処理リソースが節約され、他の目的のために解放されることができる。もちろん、ステップＳ１４０における試験信号周波数における前記強度の決定は、ＤＦＴ、ＦＦＴ又は他の周波数分析アルゴリズム又は機構により実行されてもよい。

前記スピーカ確認又は試験システムは、前記スピーカが接続されており、機能していることを確認するように、及び前記オーディオ出力システムの機能性を確認するように、通常動作中に前記スピーカ又はラウドスピーカのインピーダンスを測定することができる。これは、ラウドスピーカが取り付けられていない場合（例えば、インピーダンス＞１２５Ω）又は前記ラウドスピーカの入力が一緒に短絡されている場合（例えば、インピーダンス＜１０Ω）を検出することを可能にする。もちろん、他の最小及び最大インピーダンス値が、前記決定のために使用されることができ、又は他の状況が、前記決定された強度に基づいて信号通知されることができる。

図２は、第２の実施例によるスピーカ試験又はオーディオ確認システム又は装置の概略的なブロック図を示す。

通常動作中に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）により実施されうる試験信号生成器（ＴＳ）１０は、常に試験信号（例えば５０ｍＶ_Pにおける４Ｈｚ又は２５ｋＨｚ正弦波信号）を出力する。前記試験信号の周波数は、不可聴範囲内であるので、人間には聞こえない。更に、前記試験信号の生成は、前記確認システム又はモニタとともにオンにされ、前記確認システム又はモニタがオフにされる場合にオフにされる。これにより、前記試験信号の切り替えによるいかなる妨害も避けられ、常在の試験が可能である。通常のオーディオ信号は、オーディオ出力と共通のオーディオ経路（ＡＰ）２５及びスピーカ（ＳＰ）４０を使用する前記医療装置の一部でありうるオーディオ源（ＡＳ）２０から生成される。オーディオ信号がオーディオ源により生成される場合、前記試験信号は、このオーディオ信号に加えられる。前記試験信号は、規則的なオーディオ動作に対する影響が小さく保たれることができるように小さな振幅を持つ。

更に、測定回路（ＭＣ）３０は、スピーカ経路回路において前記試験信号を測定するように設けられる。これにより、オーディオ源２０とスピーカ４０との間の共通のオーディオ経路２５、例えば、デジタル‐アナログコンバータ、及び電力増幅器等は、試験されることができる。

測定回路３０により測定される、前記試験信号及び場合によりオーディオ信号を有する信号ミックスは、アナログフィルタ（Ｆ）５０を通過される。これにより、エイリアシング周波数及び実際のオーディオ信号は、可能な限り抑制されることができ、前記試験信号は、アナログ・デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）６０においてデジタル化され、試験信号周波数における信号強度を得るように周波数分析器（ＦＡ）７０により処理される前に増幅されることができ、前記信号強度は、スピーカ４０及び共通のオーディオ経路２５の機能性に関して決定するように構成される決定回路又は機能（Ｄ）８０に供給される。少なくとも周波数分析器７０及び決定機能８０は、マイクロプロセッサにより、例えば、ソフトウェアルーチンとして、実施されうる。周波数分析器７０は、アナログ・デジタルコンバータ６０からのデジタルデータをハイパス及び窓関数でフィルタ処理し、ゲルツェルアルゴリズムを実行する。ゲルツェルアルゴリズムは、他の全ての周波数を無視して前記試験信号周波数における前記強度を決定するように構成される。得られた強度に基づいて、スピーカ４０の信号パワー及びインピーダンスは、算出されることができる。決定機能８０が、前記インピーダンスが許容可能な範囲の外であることを決定する場合、他のアクションは、例えば前記マイクロプロセッサにより、前記オーディオシステムの誤作動を示すように初期化されることができる。

測定回路３０は、入力端子に接続された分流抵抗器（例えば１Ω抵抗器）に対する電圧を測定するように構成される差動増幅器を使用することにより実施されてもよい。ローパスフィルタ５０は、いわゆるサレンキー（Sullen-Key）構造として実施されてもよい。これにより、エイリアシング周波数及び実際のオーディオ信号は、抑制されることができ、前記試験信号は、増幅されることができる。

測定回路３０の前記分流抵抗器は、スピーカ４０の経路内に配置されることができる。

図４は、ファームウェア（ＦＷ）、ハードウェア（ＨＷ）及びソフトウェア（ＳＷ）の組み合わせに基づいて提案されたスピーカ及びオーディオ出力試験システムの実施の一例を示し、ファームウェアは、ハードウェア装置内の固定又は半固定データを示す。これは、マイクロコード及びプロセッサ実施における他のデータ、並びに前記プロセッサ上で実行するＲＯＭ又はフラッシュメモリに記憶されたローレベルマシンコードに対する読取専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又はプログラム可能論理アレイ（ＰＬＡ）構造を含みうる。これは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内のマイクロコード及び他のデータ、又は内部ヒューズとしてＲＯＭ又はフラッシュメモリのいずれかに記憶される構成データをもいうるプログラム可能論理装置をも含みうる。図４からわかるように、前記試験信号の生成及び前記オーディオ信号に対する追加に関する図１のステップＳ１１０は、ソフトウェアルーチンとして実行されうる。同じことは、ゲルツェルアルゴリズムから得られる前記強度の解釈及び他のアクション又はアクションなしの初期化に関するステップＳ１５０、Ｓ１６２、Ｓ１６４及びＳ１６６にも当てはまり、測定間隔（例えば５秒）が、連続する解釈及び初期化の間にセットされることができる。前記オーディオ信号及び前記試験信号の測定に関するステップＳ１２０並びに前記試験信号のフィルタ処理及び増幅に関する追加のステップＳ１２２は、ハードウェア回路（例えば、差動増幅器）として実施されてもよい。最終的に、ゲルツェルアルゴリズムの処理及びデジタル領域に関する処理全体は、ファームウェアとして実施されてもよい。より具体的には、これは、ステップＳ１３０（アナログ・デジタル変換）並びに部分的なステップＳ１４０−１（ハイパスフィルタ処理）、ステップＳ１４０−２（デジタルフィルタを持つ窓フィルタ処理）及びステップＳ１４０−３（ゲルツェルアルゴリズムの適用）に関する。

要約すると、オーディオシステム、特に音響トランスデューサを確認する方法及びシステムが記載されており、不可聴試験信号が、電子装置の通常のオーディオ信号上に追加される。前記試験信号及び前記通常のオーディオ信号からなる信号ミックスは、算出され、前記試験信号周波数における前記デジタル信号の強度を算出するようにフーリエ変換の１つのタイプ、例えばゲルツェルアルゴリズムにより処理されるデジタル信号に変換される。前記算出された強度は、前記音響トランスデューサの機能性及び前記電気装置に対する電気接続に関する情報並びに共通オーディオ出力経路の機能性に関する情報を取得するのに使用される。

本発明は、図面及び先行する記載において詳細に図示及び説明されているが、このような図示及び説明は、例示的又は典型的であり、限定的ではないとみなされるべきである。本発明は、オーディオ出力システム確認、特に医療装置に対するスピーカ確認の実施例に限定されない。提案された試験又は確認スキームは、いかなる音響トランスデューサに対しても使用されることができる。分流抵抗器においてＡＣ電流を測定する代わりに、音響出力が、他の手段、例えばマイクロフォンにより測定されることができ、又は光学センサが、スピーカ及びオーディオシステム機能性の同じ情報を得るのに使用されることができる。更に、上記の実施例は、ゲルツェルアルゴリズムに集中している。しかしながら、同様のシステムは、ＤＦＴ、ＦＦＴ又は他の周波数分析スキームに基づくことができるいかなるデジタル周波数分析器を用いて構築されることもできる。

本開示を読むことにより、他の修正例は、当業者に明らかである。このような修正例は、当技術分野において既知であり、ここにすでに記載されたフィーチャの代わりに又は加えて使用されうる他のフィーチャを含んでもよい。

開示された実施例に対する変形例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、当業者により理解され、達成されることができる。請求項において、単語"有する"は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞"１つの"（"a"又は"an"）は、複数の要素又はステップを除外しない。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

請求項内の参照符号は、その範囲を限定すると解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 医療装置の音響トランスデューサの動作可能性を確認するシステムにおいて、
   ａ）不可聴試験信号を生成し、前記音響トランスデューサ及び共通のオーディオ経路のオーディオ信号に前記試験信号を追加する試験信号生成器と、
   ｂ）前記音響トランスデューサの信号から前記試験信号及び前記オーディオ信号からなる信号ミックスを算出及びフィルタ処理する測定回路であって、前記フィルタ処理が、前記試験信号を増幅し、前記オーディオ信号を抑制する、当該測定回路と、
   ｃ）前記信号ミックスをデジタル信号に変換するコンバータと、
   ｄ）前記試験信号の周波数における前記デジタル信号の強度を算出する周波数分析器と、
   ｅ）前記算出された強度に基づいて前記音響トランスデューサの機能性を決定する評価器と、
   を有し、
   前記試験信号の生成は、前記医療装置がオンにされる場合にオンにされ、前記医療装置がオフにされる場合にオフにされる、
   システム。
2. 前記測定回路が、前記音響トランスデューサの信号経路において交流電流を測定する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記周波数分析器が、フーリエ解析の１つのタイプを適用することにより前記強度を算出する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記周波数分析器が、ゲルツェルアルゴリズムを提供することにより前記強度を算出する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記試験信号生成器が、前記音響トランスデューサの動作中に連続的に前記試験信号を前記オーディオ信号に追加する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記測定回路が、前記信号ミックスをフィルタ処理するアナログフィルタを有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記周波数分析器が、前記デジタル信号にハイパス及び窓関数を適用する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記評価器が、前記強度から前記音響トランスデューサのインピーダンスを算出する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記評価器が、前記音響トランスデューサが未接続であるか、短絡されているか又は正常に動作しているかを決定するように、前記算出されたインピーダンスを最小値及び最大値と比較する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記音響トランスデューサが、前記医療装置のスピーカである、請求項１に記載のシステム。
11. 前記測定回路が、前記音響トランスデューサの回路経路に配置された分流抵抗器を有する、請求項１に記載のシステム。
12. 医療装置の音響トランスデューサの動作可能性及び共通のオーディオ出力システムに属するコンポーネントの機能性を確認する方法において、
    ａ）不可聴試験信号を生成し、前記音響トランスデューサのオーディオ信号に前記試験信号を追加するステップと、
    ｂ）前記音響トランスデューサを有する経路において交流電流信号を測定し、前記試験信号を増幅し、前記オーディオ信号を抑制するように前記測定された信号をフィルタ処理するステップと、
    ｃ）前記フィルタ処理された信号をデジタル信号に変換するステップと、
    ｄ）前記試験信号の周波数における前記デジタル信号の強度を算出するステップと、
    ｅ）前記算出された強度に基づいて前記音響トランスデューサの機能性を決定するステップと、
    を有し、
    前記試験信号の生成は、前記医療装置がオンにされる場合にオンにされ、前記医療装置がオフにされる場合にオフにされる、
    方法。
13. 前記交流電流信号が、前記音響トランスデューサの入力電流である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記強度から前記音響トランスデューサのインピーダンスを計算し、前記インピーダンスを所定の範囲と比較することにより前記機能性を決定する、請求項１２に記載の方法。
15. コンピュータ装置上で実行される場合に少なくとも請求項１２に記載の前記算出するステップ及び前記決定するステップを実行するコード手段を有するコンピュータプログラム。

Images