JP7452844B2

JP7452844B2 - 音響信号処理装置

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Publication number: JP7452844B2
Application number: JP2020057724A
Authority: JP
Inventors: 潔立石; 卓央吉田; 俊一里見
Original assignee: AIR WATER BIODESIGN INC.
Current assignee: AIR WATER BIODESIGN INC.
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP2021153889A

Description

本発明は、音響信号処理装置に関する。

音を電気信号に変換してから処理する装置の一つに、電子聴診器などのモニタリング装置がある。このモニタリング装置に求められる処理の一つに、ノイズの除去がある。例えば特許文献１には、人体からの音響に基づいた信号を取得するとともに、外部騒音に基づいた信号を取得し、これら２つの信号を適用予測型能動騒音制御のアルゴリズムで処理することが記載されている。また特許文献２には、生体に対向するマイクの信号を、カバーの内面に取り付けられたマイクの信号で処理することにより、ノイズを除去することが記載されている。さらに特許文献３には、電子聴診器において、イヤースピーカー近傍に設けたマイクロホンで周囲雑音を集音し、この周囲雑音と逆位相の信号を加算することが記載されている。

特開２００３－１０２７２５号公報特開２００８－１４２１１２号公報特開平０８－０８４７２８号公報

音を電気信号に変換してから処理する場合、上記したようにノイズを信号処理によって除去することが望まれている。除去すべきノイズには様々な種類がある。一例として、音を電気信号に変換する装置を人が保持する場合、その人の筋音であり、また、衣服などと筐体が擦れた音がノイズになる場合もある。これらのノイズは、特許文献３に記載の技術では除去できない。このため、新規な方法で音響信号からノイズを除去することが望まれている。

本発明が解決しようとする課題としては、音響信号からノイズを除去することが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象である生体に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理部と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理部と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算部と、
を備え、
前記第１信号処理部は第１帯域フィルタを有しており、
前記第２信号処理部は第２帯域フィルタを有しており、
前記第１帯域フィルタの高周波側の第１カットオフ周波数は、前記第２帯域フィルタの高周波側の第２カットオフ周波数よりも高い音響信号処理装置である。

請求項１５に記載の発明は、
弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
コンピュータに、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理機能と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理機能と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算機能と、
を持たせ、
前記第１信号処理機能に第１帯域フィルタ機能を持たせるとともに、前記第２信号処理機能に第２帯域フィルタ機能に持たせ、
前記第１帯域フィルタ機能の高周波側の第１カットオフ周波数を、前記第２帯域フィルタ機能の高周波側の第２カットオフ周波数よりも高くするプログラムである。

第１実施形態に係る音響信号処理装置の機能構成を示す図である。音響信号生成部の変形例を説明するための図である。第１帯域フィルタ及び第２帯域フィルタの周波数特性を示す図である。（Ａ）は音響信号生成部の裏面から第１音波センサ及び第２音波センサに伝搬する信号の強度の周波数依存性を示す図である。（Ｂ）は、第１信号処理部及び第２信号処理部を設けたことの効果を説明するための図である。第１帯域フィルタ及び第２帯域フィルタの構成の一例を示す図である。第１帯域フィルタ及び第２帯域フィルタそれぞれのタップ係数の一例を示す図である。出力部の構成の一例を示す図である。第２実施形態に係る音響信号処理部の構成を示す図である。第３帯域フィルタ及び第４帯域フィルタの特性を説明するための図である。第３帯域フィルタ及び第４帯域フィルタによる効果を説明するための図である。第３実施形態に係る音響信号処理部の構成を示す図である。第１増幅部の増幅率及び第２増幅部の増幅率を決定する方法を説明するための図である。第１増幅部の増幅率及び第２増幅部の増幅率を決定するときの処理の流れを示すフローチャートである。第４実施形態に係る音響信号処理部の構成を示す図である。第３増幅率制御部が行う処理の一例を示すフローチャートである。第５実施形態に係る音響信号処理部の構成を示す図である。第６実施形態に係る音響信号処理部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る音響信号処理装置１０の機能構成を示す図である。音響信号処理装置１０は、例えば電子聴診器や測定対象（例えば生体の身体）に取り付けられる装置であり、音響信号処理部１００を有している。音響信号処理部１００は音響信号生成部２００が生成した音響信号を処理し、処理後の音響信号を出力する。この音響信号は、例えば心音や呼吸音を示している。

［音響信号生成部２００の構成］
音響信号生成部２００は、第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０を有している。第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０は、いずれも筐体２４０に収容されている。本実施形態において、第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０は、加速度センサである。第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０として一軸の加速度センサを用いる場合、第１音波センサ２１０の軸方向は第２音波センサ２２０の軸方向と平行であるのが好ましい。言い換えると、第１音波センサ２１０の向きは、第２音波センサ２２０の向きと１８０°異なっている。ここでの「平行」において、組み立て時に生じる誤差は許容される。

第１音波センサ２１０の入力面すなわち振動が入力される面は、測定対象、例えば人や動物などの生体に対向している。そして第１音波センサ２１０は、測定対象を伝搬する音波を検出し、この検出結果を示す信号（以下、第１音響信号と記載）を音響信号処理部１００に出力する。測定対象が生体である場合、第１音響信号は、生体に生じている呼吸音や心音を含んでいる。一方、第１音波センサ２１０には、筐体２４０を伝搬する振動も伝わる。このため、第１音響信号は、測定対象を伝搬する音波の他に、筐体２４０を伝搬する振動も含んでいる。この振動には様々なものが含まれる。一例として、音響信号生成部２００の筐体２４０が人の手に把持されている状態で使用される場合、この振動は、音響信号生成部２００を把持している人の筋音を含んでいる。また音響信号生成部２００が身体に取り付けられる場合、この振動は、筐体２４０に衣服が擦れる音を含んでいる。

第２音波センサ２２０は筐体２４０に、固定部材を介して固定されている。第２音波センサ２２０は、筐体２４０を伝搬する振動を検出し、この検出結果を示す信号（以下、第２音響信号と記載）を音響信号処理部１００に出力する。例えば、第２音波センサ２２０の入力面は、筐体２４０の内面に向いている。音響信号処理部１００は、筐体２４０を伝搬する振動に起因したノイズを第１音響信号から除去するために、第２音響信号を用いる。

なお、第２音波センサ２２０の入力面は、直接、もしくは接着層又は粘着層を介して、筐体２４０の内面に対向しているのが好ましい。また、本図に示す例において、第２音波センサ２２０は、筐体２４０の裏面側、言い換えると筐体２４０のうち検査対象とは逆側の面に対向している。

第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０は、例えば振動センサであり、互いに同一の製品であるのが好ましい。一例として、第２音波センサ２２０は、第１音波センサ２１０と同一の会社の同一の型番である。第１音波センサ２１０と第２音波センサ２２０は同一のロットであるのが好ましいが、これに限定されない。

筐体２４０は、測定対象に対向する面に開口を有している。そして平面視（例えば図１の下から上を見る方向）において、第１音波センサ２１０の入力面はこの開口の内側に位置している。本図に示す例において、第１音波センサ２１０の入力面は筐体２４０と面一またはこれより少し前後している。ただし筐体２４０の開口をダイヤフラム２５０（図2参照）で塞ぎ、このダイヤフラム２５０に第１音波センサ２１０の入力面を固定してもよい。そして第１音波センサ２１０（又はダイヤフラム）は測定対象に押し付けられる。これにより、第１音波センサ２１０は、測定対象を伝搬する振動を検出して第１音響信号を生成することができる。

上記したように、第２音響信号は、筐体２４０を伝搬する振動に起因したノイズを第１音響信号から除去するための信号である。ここで測定対象に起因した振動が第２音波センサ２２０に伝わると、音響信号処理部１００が行う処理において、ノイズのみではなく必要な信号まで減ってしまうため、好ましくない。これに対して本実施形態では、第１音波センサ２１０は弾性部材２３０を介して筐体２４０の内面に固定されている。これにより、測定対象から第１音波センサ２１０に伝搬する振動が、筐体２４０を介して第２音波センサ２２０に伝わることを抑制できる。弾性部材２３０は、例えばゴムなどの弾性を有する樹脂を用いて形成されている。弾性部材２３０のばね定数は、生体の表面（例えば皮膚）のばね定数以下であるのが好ましい。

本図に示す例において、第１音波センサ２１０及び弾性部材２３０は、第２音波センサ２２０と同一側の面に固定されている。ただし、第１音波センサ２１０及び弾性部材２３０の固定方法は本図に示す例に限定されない。

本図に示す例において、音響信号処理装置１０は音響信号生成部２００も含んでいる。この場合、音響信号処理部１００は音響信号生成部２００の筐体２４０の中に収容されていてもよい。

［音響信号処理部１００の構成］
音響信号処理部１００は、第１信号処理部１１０、第２信号処理部１２０、及び演算部１３０を有している。第１信号処理部１１０は、第１音波センサ２１０が生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する。第２信号処理部１２０は、第２音波センサ２２０が生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する。演算部１３０は、処理後第１音響信号のノイズを減らすために、処理後第１音響信号と処理後第２音響信号の差を算出する。音響信号処理装置１０は、この差を示す信号（以下、差分信号と記載）、又はこの差に所定の処理を加えた信号を、音響信号生成部２００の検出結果として出力する。

ここで、第１信号処理部１１０は第１帯域フィルタ１１２を有しており、第２信号処理部１２０は第２帯域フィルタ１２２を有している。第１帯域フィルタ１１２の高周波側の第１カットオフ周波数は、第２帯域フィルタ１２２の高周波側の第２カットオフ周波数よりも高い。このようにすると、他の図を用いて詳細を後述するように、差分信号に含まれるノイズを少なくすることができる。なお、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２は一つの回路基板に設けられていてもよい。

なお、本図に示す例において、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２はデジタルフィルタである。このため、第１信号処理部１１０は、第１帯域フィルタ１１２より前に第１ＡＤ（Analog-Digital）変換部１１１を有しており、第２信号処理部１２０は、第２帯域フィルタ１２２より前に第２ＡＤ変換部１２１を有している。なお、第１ＡＤ変換部１１１及び第２ＡＤ変換部１２１は一つの回路基板に設けられていてもよい。また、第１ＡＤ変換部１１１及び第２ＡＤ変換部１２１は、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２と同一の回路基板に設けられていてもよいし、異なる回路基板に設けられていてもよい。

なお、本図に示す例において、音響信号処理部１００は出力部１４０を有している。１４０は、差分信号、又は差分信号を処理した信号を出力する。出力部１４０の詳細については他の図を用いて後述する。

図２は、音響信号生成部２００の変形例を説明するための図である。本図において、音響信号生成部２００の弾性部材２３０は、筐体２４０の側面に固定されている。言い換えると、第１音波センサ２１０は、弾性部材２３０を介して、第２音波センサ２２０とは異なる面に固定されている。このように、第１音波センサ２１０及び弾性部材２３０を筐体２４０に固定する構造は様々である。図1の第１実施形態では、第１音波センサ２１０の検出面は直接、測定対象である生体に接触する構成を記述したが、図２の変形例では、ダイヤフラム２５０を介して生体に接触する構成を示す。ダイヤフラム２５０の側面は筐体２３０に固定され、密閉構造を有している点が、図1と異なっている。

図３は、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２の周波数特性を示す図である。本図に示す例において、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２はいずれもローパスフィルタである。そして第１帯域フィルタ１１２の高域側のカットオフ周波数（以下、第１カットオフ周波数ｆ_Ｃ１と記載）は、第２帯域フィルタ１２２の高域側のカットオフ周波数（以下、第２カットオフ周波数ｆ_Ｃ２と記載）よりも高い。例えば音響信号処理装置１０が電子聴診器の場合、第１カットオフ周波数ｆ_Ｃ１は７００Ｈｚ以上２ｋＨｚ以下であり、第２カットオフ周波数ｆ_Ｃ２は１５０Ｈｚ以上６００Ｈｚ以下である。

図４（Ａ）は音響信号生成部２００の裏面から第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０に伝搬する信号の強度の周波数依存性を示す図である。上記したように、筐体２４０と第１音波センサ２１０の間には弾性部材２３０が設けられている。弾性部材２３０は、上記したように、高周波の振動を減衰するが、低周波の振動を伝える。このため、筐体２４０を伝わる振動（ノイズ）のうち、高周波の振動は、第１音波センサ２１０に伝わりにくいが、低周波の振動は第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０の双方に伝わる。

図４（Ｂ）は、第１信号処理部１１０及び第２信号処理部１２０を設けたことの効果を説明するための図である。図４（Ａ）に示したように、筐体２４０を伝わる振動（ノイズ）のうち、低周波の振動は第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０の双方に伝わるが、高周波の振動は、第１音波センサ２１０に伝わりにくい。
このため、音響信号生成部２００の裏面に振動が伝搬した場合に、第１音響信号から第２音響信号を単純に減算すると、本図４（Ｂ）の点線（比較例）で示したように、第１音響信号に含まれる低周波のノイズは減るが、高周波のノイズは逆に大きくなってしまう。
換言すれば、弾性部材２３０の伝達特性によりせっかく低減した高域ノイズを、単純な減算では、その効果を薄めるばかりでなく、減算によって、かえってノイズを増加させてしまいかねない。

一方、図４（Ｂ）において、減算前に、第２音響信号の帯域を、第１音響信号の帯域に比較して帯域制限した構成（図4（B）実線と、図3参照）により、高域において、図4（A）で示した、弾性部材によるノイズ低減効果を維持できており好ましい。また、図4（B）の低域においては、両者（点線と実線）の特性に差はなく、減算により、両者ともノイズを効果的に低減できていて好ましい。
したがって、本案は、弾性部材の伝達特性による機械的特性と、第２音響信号の帯域制限による信号処理特性と、の構成上の特徴から、ノイズの高域と、ノイズの低域と、の両者を同時に低減できる効果を有している。

図５は、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２の構成の一例を示す図である。本図に示す例において、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２はいずれもＦＩＲ（Finite Impulse Response）型のデジタルフィルタである。そして、第１帯域フィルタ１１２のタップ数は及び第２帯域フィルタ１２２のタップ数は互いに等しい。これにより、第１帯域フィルタ１１２の群遅延と第２帯域フィルタ１２２の群遅延を一致させることができる。また、両フィルタの通過帯域リップルを低減させることが可能なタップ係数を選定することが望ましい。

図６は、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２それぞれのタップ係数の一例を示す図である。第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２のいずれにおいても、タップ位置が変わるとタップ係数は異なっている。そして少なくとも一つのタップにおいて、第１帯域フィルタ１１２のタップ係数は第２帯域フィルタ１２２のタップ係数と異なっている。このようにすると、第１帯域フィルタ１１２のカットオフ周波数と第２帯域フィルタ１２２のカットオフ周波数を異ならせることができる。本図に示す例においては、すべてのタップにおいて、第１帯域フィルタ１１２のタップ係数は第２帯域フィルタ１２２のタップ係数と異なっている。なお、第１帯域フィルタ１１２及び第２帯域フィルタ１２２のいずれにおいても、タップ係数は固定されている。

図７は、出力部１４０の構成の一例を示す図である。本図に示す例において、出力部１４０はイコライザ群１４１、選択部１４２、ＤＡコンバータ１４３、アンプ１４４、端子１４５ａ、端子１４５ｂ、及び通信部１４６を有している。

イコライザ群１４１は複数のイコライザを有している。これらのイコライザは、互いに並列に配置されており、かつ、互いに特性が異なる。より詳細には、あるイコライザと、他のイコライザは、強調する周波数が互いに異なる。一例として音響信号処理装置１０が電子聴診器の場合、イコライザ群１４１は第１イコライザ１４１ａ、第２イコライザ１４１ｂ、及び第３イコライザ１４１ｃを有している。第１イコライザ１４１ａは、心音を強調するために、低域成分（例えば少なくとも２０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の領域）を強調する。言い換えると、第１イコライザ１４１ａは、機械式の聴診器におけるベルモードに相当する。第２イコライザ１４１ｂは、呼吸音や心雑音を強調するために、中域成分（例えば少なくとも１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下を含む領域）を強調する。第２イコライザ１４１ｂは、機械式の聴診器におけるダイヤフラムモードに相当する。第３イコライザ１４１ｃは、呼吸音の副雑音（例えば断続性ラ音）を強調するために、中高域成分（例えば少なくとも１００Ｈｚ以上1ｋＨｚ以下を含む領域）を強調する。

選択部１４２はイコライザ群１４１の後ろに位置しており、イコライザ群１４１に含まれるイコライザの一つを選択してＤＡコンバータ１４３に接続する。ＤＡコンバータ１４３は、選択部１４２によって選択されたイコライザの出力をアナログ信号に変換する。アンプ１４４は、ＤＡコンバータ１４３が出力したアナログ信号を増幅して端子１４５ａから出力する。

また、通信部１４６は、演算部１３０の出力成分データを規定の通信フォーマットに従い変換して、端子１４５ｂから出力する。

以上、本実施形態によれば、第２音波センサ２２０は筐体２４０を伝搬する振動を検出する。そして音響信号処理部１００は、第１音波センサ２１０が出力する第１音響信号に含まれるノイズを、第２音波センサ２２０が出力する第２音響信号を用いて除去する。ここで、第１音波センサ２１０と筐体２４０の間に弾性部材２３０を設けることにより、測定対象（例えば生体）に起因した振動が第２音波センサ２２０に伝搬することが抑制できる。

一方、弾性部材２３０を設けたため、第１音響信号を第２音響信号で処理すると、低域のノイズは除去されるが、高域のノイズは強調されてしまう。これに対して本実施形態では、第１音響信号を第１帯域フィルタ１１２で処理し、第２音響信号を第２帯域フィルタ１２２で処理している。第１帯域フィルタ１１２の高域側のカットオフ周波数（第１カットオフ周波数ｆ_Ｃ１）は、第２帯域フィルタ１２２の高域側のカットオフ周波数（第２カットオフ周波数ｆ_Ｃ２）よりも高い。これにより、音響信号処理部１００は、弾性部材２３０により低減された高域ノイズの抑圧特性を維持したまま、第１音響信号に含まれる低域側のノイズも除去できるので、結果的に、高域ノイズと低域ノイズの両者を同時に低減可能となる。

［第２実施形態］
図８は、本実施形態に係る音響信号処理部１００の構成を示す図であり、第１実施形態における図１の一部に相当している。本実施形態に係る音響信号処理部１００は、以下の点を除いて、第１実施形態に係る音響信号処理部１００と同様である。なお、本実施形態において、音響信号生成部２００は第１実施形態と同様の構成を有している。

まず、第１信号処理部１１０は、第１ＡＤ変換部１１１及び第１帯域フィルタ１１２より前に、第１増幅部１１３及び第３帯域フィルタ１１４を有している。また第２信号処理部１２０は、第２ＡＤ変換部１２１及び第２帯域フィルタ１２２より前に、第２増幅部１２３及び第４帯域フィルタ１２４を有している。

第１増幅部１１３は第１音波センサ２１０から出力された第１音響信号を増幅する。第３帯域フィルタ１１４は、低域側のカットオフ周波数（以下、第３カットオフ周波数と記載）及び高域側のカットオフ周波数（以下、第４カットオフ周波数と記載）を有しており、第１音響信号の帯域を制限する。そして第１音響信号は、第３帯域フィルタ１１４によって帯域が制限された後に、第１ＡＤ変換部１１１に入力される。

第２増幅部１２３は第２音波センサ２２０から出力された第２音響信号を増幅する。第４帯域フィルタ１２４は第３帯域フィルタ１１４と同一の特性を有している。言い換えると、第４帯域フィルタ１２４の低域側のカットオフ周波数（第５カットオフ周波数）は、第３帯域フィルタ１１４の低域側のカットオフ周波数（第３カットオフ周波数）と同一の値（ただし誤差がある場合もある）である。また、第４帯域フィルタ１２４の高域側のカットオフ周波数（第６カットオフ周波数）は、第３帯域フィルタ１１４の高域側のカットオフ周波数（第４カットオフ周波数）と同一の値（ただし誤差がある場合もある）である。そして第２音響信号は、第４帯域フィルタ１２４によって帯域が制限された後に、第２ＡＤ変換部１２１に入力される。

図９は、第３帯域フィルタ１１４及び第４帯域フィルタ１２４の特性を説明するための図である。上記したように、第４帯域フィルタ１２４は第３帯域フィルタ１１４と同一の特性を有している。これら２つのフィルタにおいて、低域側の第３カットオフ周波数ｆ_ＣＬは、第２帯域フィルタ１２２の高域側の第２カットオフ周波数ｆ_Ｃ２よりも低い。また高域側の第４カットオフ周波数ｆ_ＣＨは、第１帯域フィルタ１１２の高域側の第１カットオフ周波数ｆ_Ｃ１よりも高い。

図１０は、第３帯域フィルタ１１４及び第４帯域フィルタ１２４による効果を説明するための図である。本図は、測定対象から第１音波センサ２１０及び第２音波センサ２２０までの振動の伝達特性の一例を示している。第２音波センサ２２０が検出する振動は、主に第１音波センサ２１０及び弾性部材２３０を介して第２音波センサ２２０に伝わる。

第２音波センサ２２０の出力（第２音響信号）を用いて第１音波センサ２１０の出力（第１音響信号）に含まれるノイズを除去するためには、測定対象からの振動が第２音響信号に含まれないようにするのが好ましい。これに対して本図に示す例では、測定対象からの振動のうち低周波の成分は、第２音波センサ２２０に伝わってしまう。この場合、演算部１３０が処理した後の処理後信号のうち低周波の成分のＳＮ（Signal-Noise）比が低下してしまう。

これに対して本実施形態では、第４帯域フィルタ１２４は、低域側の第３カットオフ周波数ｆ_ＣＬを有している。このため、第２信号処理部１２０は、第２音響信号から、測定対象から伝わる低周波の振動に起因した信号を除去することができる。また、第３帯域フィルタ１１４の特性は第４帯域フィルタ１２４の特性と等しい。したがって、第４帯域フィルタ１２４と第３帯域フィルタ１１４の追加によって、減算処理時の群遅延特性に、差は生じないので、処理後信号における低周波領域のＳＮ比を改善できる。

［第３実施形態］
図１１は、本実施形態に係る音響信号処理部１００の構成を示す図であり、第１実施形態における図１の一部に相当している。本実施形態に係る音響信号処理部１００は、以下の点を除いて、第１又は第２実施形態に係る音響信号処理部１００と同様である。なお、本実施形態において、音響信号生成部２００は第１実施形態と同様の構成を有している。

まず第１信号処理部１１０は、第１帯域フィルタ１１２より後ろに、第１増幅部１１５、第１平均値算出部１１６、及び第１増幅率制御部１１７を備えている。第１増幅部１１５は、第１帯域フィルタ１１２が出力した処理後第１音響信号を増幅する。第１平均値算出部１１６は、処理後第１音響信号の大きさの平均値を算出する。そして第１増幅率制御部１１７は、第１平均値算出部１１６の出力（すなわち処理後第１音響信号の平均強度）と第１基準値の比を用いて、第１増幅部１１５の増幅率を制御する。

また第２信号処理部１２０は、第２帯域フィルタ１２２より後ろに、第２増幅部１２５、第２平均値算出部１２６、及び第２増幅率制御部１２７を有している。第２増幅部１２５は、第２帯域フィルタ１２２が出力した処理後第２音響信号を増幅する。第２平均値算出部１２６は、処理後第２音響信号の大きさの平均値を算出する。そして第２増幅率制御部１２７は、第２平均値算出部１２６の出力（すなわち処理後第２音響信号の平均強度）と第２基準値の比を用いて、第２増幅部１２５の増幅率を制御する。

ここで第１増幅部１１５の増幅率及び第２増幅部１２５の増幅率は、音響信号処理装置１０が測定対象を測定していないときに変更され、音響信号処理装置１０が測定対象を測定している間は変化しない。

図１２は、第１増幅部１１５の増幅率及び第２増幅部１２５の増幅率を決定する方法を説明するための図である。まず、第１増幅部１１５の増幅率を決定するとき、第１音波センサ２１０の入力面に、所定の振幅を有する第１調整音波が入力される。第１調整音波の周波数ｆ_ａｄｊ１は、第１音波センサ２１０が検出すべき振動の周波数域に含まれている。具体的には、第１調整音波の周波数ｆ_ａｄｊ１は、第１帯域フィルタ１１２の第１カットオフ周波数ｆ_Ｃ１より低く、かつ第２帯域フィルタ１２２の第２カットオフ周波数ｆ_Ｃ２より高い。すなわち第１調整音波は、第２帯域フィルタ１２２により抑圧されるが、第１帯域フィルタ１１２を通過する。そして第１増幅率制御部１１７は、第１音波センサ２１０に第１調整音波が入力された時の第１増幅部１１５の出力が基準の大きさである第１基準値となるように、第１増幅部１１５の増幅率を決定する。

一方、第２増幅部１２５の増幅率を決定するとき、筐体２４０に第２調整音波が入力される。第２調整音波の周波数ｆ_ａｄｊ２は、ノイズとして想定される振動の周波数に対応している。具体的には、第２調整音波の周波数ｆ_ａｄｊ２は、第２帯域フィルタ１２２の第２カットオフ周波数ｆ_Ｃ２より低い。すなわち第２調整音波は、第２帯域フィルタ１２２を通過する。そして第２増幅率制御部１２７は、第２音波センサ２２０に第２調整音波が入力された時の第２増幅部１２５の出力が基準の大きさである第２基準値となるように、第２増幅部１２５の増幅率を決定する。

図１３は、調整後の第１増幅部１１５の増幅率及び調整後の第２増幅部１２５の増幅率を決定するときの処理の流れを示すフローチャートである。まず、第１音波センサ２１０の入力面に第１調整音波を入力する（ステップＳ１０）。この状態で、第１信号処理部１１０の第１平均値算出部１１６は、第１帯域フィルタ１１２が出力する処理後第１音響信号としてのデジタル信号を規定数サンプリングし（ステップＳ２０）、サンプリングした処理後第１音響信号を絶対値化、すなわち負の値については正の値に変換した後、その絶対値化後の値の平均値（以下、第１平均値と記載）を算出する（ステップＳ３０）。

そして第１増幅率制御部１１７は、第１基準値を第１平均値で割った値、又はこの値に所定値を乗じた値を、調整後の第１増幅部１１５の増幅率として設定する（ステップＳ４０）。

その後、第１調整音波の入力を停止し、その代わりに筐体２４０に第２調整音波を加える（ステップＳ５０）。この状態で、第２信号処理部１２０の第２平均値算出部１２６は、第２帯域フィルタ１２２が出力する処理後第２音響信号としてのデジタル信号を規定数サンプリングし（ステップＳ６０）、サンプリングした処理後第２音響信号を絶対値化、すなわち負の値については正の値に変換した後、その絶対値化後の値の平均値（以下、第２平均値と記載）を算出する（ステップＳ７０）。

そして第２増幅率制御部１２７は、第２基準値を第２平均値で割った値、又はこの値に所定値を乗じた値を、調整後の第２増幅部１２５の増幅率として設定する（ステップＳ８０）。

以上、本実施形態によれば、第１信号処理部１１０は第１増幅部１１５及び第１増幅率制御部１１７を有している。そして第１増幅率制御部１１７は、所定の振幅を有する第１調整音波が第１音波センサ２１０に入力された時の第１増幅部１１５の出力振幅が基準の振幅値となるように、調整後の第１増幅部１１５の増幅率を決定する。このため、第１信号処理部１１０の出力振幅は適切な値になる。

また、第２信号処理部１２０は第２増幅部１２５及び第２増幅率制御部１２７を有している。そして第２増幅率制御部１２７は、所定の振幅を有する第２調整音波が筐体２４０に入力された時の第２増幅部１２５の出力振幅が基準の振幅値となるように、調整後の第２増幅部１２５の増幅率を決定する。このため、第２信号処理部１２０の出力振幅は適切な値になる。また、第１信号処理部１１０の出力振幅も同時に適切な値になっているため、第1音波センサ２１０と、第２音波センサ２２０の検出感度が製品ばらつき等により、互いに異なる場合であっても、演算部１３０によるノイズ除去効果を高くできる。

［第４実施形態］
図１４は、本実施形態に係る音響信号処理部１００の構成を示す図であり、第１実施形態における図１の一部に相当している。本実施形態に係る音響信号処理部１００は、第３増幅率制御部１５０を有している点を除いて、第３実施形態に係る音響信号処理部１００と同様である。なお、本実施形態において、音響信号生成部２００は第１実施形態と同様の構成を有している。

第３増幅率制御部１５０は、演算部１３０の出力を用いて第１増幅部１１５及び第２増幅部１２５の少なくとも一方の増幅率を微調制御する。例えば第３増幅率制御部１５０が第１増幅部１１５の出力を制御する場合、第１音波センサ２１０の入力をゼロとし、第１調整音波の入力を遮断することにより、本来の信号成分をゼロとする。同時に、筐体２４０に第２調整音波を入力することにより、第２音波センサ２２０にノイズに相当する信号成分を入力する。第３増幅率制御部１５０は、このときの演算部１３０の残留ノイズ出力が基準値以下となるように、第１増幅部１１５の増幅率を微調制御する。

同様に、第３増幅率制御部１５０が第２増幅部１２５の出力を微調制御する場合は、第１音波センサ２１０の入力をゼロとし、第１調整音波の入力を遮断することにより、本来の信号成分をゼロとする。同時に、筐体２４０に第２調整音波を入力することにより、第２音波センサ２２０にノイズに相当する信号成分を入力する。第３増幅率制御部１５０は、このときの演算部１３０の残留ノイズ出力が基準値以下となるように第２増幅部１２５の増幅率を微調制御する。

図１５は、第３増幅率制御部１５０が行う処理の一例を示すフローチャートである。このフローにおいて、第３増幅率制御部１５０は第２増幅部１２５の増幅率を制御している。

まず、本来の信号成分である第1調整音波を遮断し、筐体２４０に第２調整音波のみをノイズ信号成分として入力する（ステップＳ１１０）。この状態で、第３増幅率制御部１５０は、演算部１３０の残留ノイズ出力を規定数サンプリングし（ステップＳ１２０）、サンプリングした出力の絶対値の平均値（以下、第３平均値と記載）を算出する（ステップＳ１３０）。

そして第３増幅率制御部１５０は、第３平均値が基準値を超える場合（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、第２増幅部１２５の増幅率を、第３平均値が小さくなる方向に探索し再調整する（ステップＳ１５０）。例えば、第２増幅部１２５の増幅率を現在の値に対して、わずかに（規定の変化量）高く設定し、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０の処理を再度実施する。そして、Ｓ１５０にて第３平均値が前回値より上昇した場合、探索の方向を逆転し、増幅率を現在の値に対して、わずかに（規定の変化量）低く設定し、一連の探索動作を繰り返す。Ｓ１５０にて第３平均値が前回値より低下した場合、探索の方向は維持し、増幅率を現在の値に対して、わずかに（規定の変化量）高く設定し、一連の探索動作を繰り返す。Ｓ１４０にて、第３平均値が基準値以下場合、現在の第２増幅部１２５の増幅率は適切であり、残留ノイズは規定値以下に維持可能となり微調整を完了する。

一方、第３平均値が基準値以下の場合（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、現在の第２増幅部１２５の増幅率は適切であり、残留ノイズは規定値以下に維持可能となり微調整を完了し、
第３増幅率制御部１５０は処理を終了する。

以上、本実施形態によれば、音響信号処理部１００は第３増幅率制御部１５０を有している。第３増幅率制御部１５０は、演算部１３０の出力を用いて第１増幅部１１５の増幅率及び第２増幅部１２５の増幅率の少なくとも一方を微調制御する。このため、演算部１３０の出力から、筐体２４０を伝搬する振動に起因したノイズをさらに減らすことができる。

［第５実施形態］
図１６は、本実施形態に係る音響信号処理部１００の構成を示す図であり、第１実施形態における図１の一部に相当している。本実施形態に係る音響信号処理部１００は、アナログ信号の状態で第１音波センサ２１０の出力と第２音波センサ２２０の出力の差を算出している。

具体的には、音響信号処理部１００の第１信号処理部１１０は、第１ハイパス増幅部３１１及び第１ローパスフィルタ３１２を有しており、第２信号処理部１２０は、第２ハイパス増幅部３２１、第２ローパスフィルタ３２２、及び可変増幅部３２３を有している。

第１ハイパス増幅部３１１は、第１音波センサ２１０の出力を増幅するとともに、低周波域の信号をカットする。第１ハイパス増幅部３１１のカットオフ周波数は、第２実施形態に示した第３カットオフ周波数（第３帯域フィルタ１１４の低域側のカットオフ周波数ｆｃL）と同様である。

第１ローパスフィルタ３１２は、第１ハイパス増幅部３１１の出力から、高周波域の信号をカットする。第１ローパスフィルタ３１２のカットオフ周波数は、第２実施形態に示した第１カットオフ周波数（第１帯域フィルタ１１２の高域側のカットオフ周波数ｆｃ１）と同様である。

第２ハイパス増幅部３２１は、第２音波センサ２２０の出力を増幅するとともに、低周波域の信号をカットする。第２ハイパス増幅部３２１のカットオフ周波数は、第１ハイパス増幅部３１１のカットオフ周波数ｆｃＬと同一である。

第２ローパスフィルタ３２２は、第２ハイパス増幅部３２１の出力から、高周波域の信号をカットする。第２ローパスフィルタ３２２のカットオフ周波数は、第２実施形態に示した第２カットオフ周波数（第２帯域フィルタ１２２のカットオフ周波数ｆｃ２）と同一である。

第１信号処理部１１０は、さらに演算回路３３０、ＡＤ変換部３３１、及びデジタルフィルタ３３２を備えている。

可変増幅部３２３は、第２ローパスフィルタ３２２の出力を増幅及び減衰する。可変増幅部３２３の増幅率（又は減衰率）は、例えば第４実施形態の第３増幅率制御部１５０と同様に、演算回路３３０の出力を用いて制御される。

演算回路３３０はアナログ回路であり、第１ローパスフィルタ３１２の出力及び可変増幅部３２３の出力の差を算出し、例えば差動増幅回路で構成される。なお、可変増幅部３２３の増幅率（又は減衰率）は、例えば第４実施形態の第３増幅率制御部１５０と同様に、演算回路３３０の出力を用いて制御される。

ＡＤ変換部３３１は、演算回路３３０の出力をデジタル信号に変換する。デジタルフィルタ３３２は、ＡＤ変換部３３１が出力したデジタル信号を処理する。ここで行われる処理は、電源ノイズ等の高域成分を除去である。そして出力部１４０は、デジタルフィルタ３３２の出力を処理する。出力部１４０の構成は、例えば図７に示した通りである。

本実施形態によっても、第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第６実施形態］
図１７は、本実施形態に係る音響信号処理部１００の構成を示す図であり、第１実施形態における図１の一部に相当している。本実施形態に係る音響信号処理部１００は、第３帯域フィルタ１１４及び第４帯域フィルタ１２４の機能をデジタルフィルタで実現している点を除いて、第２実施形態に係る音響信号処理部１００と同様の構成である。

詳細には、音響信号処理部１００の第１信号処理部１１０は、第１ＡＤ変換部１１１、デジタルフィルタ３４１、及びデジタルフィルタ３４２を有しており、第２信号処理部１２０は、第２ＡＤ変換部１２１、デジタルフィルタ３４３、及びデジタルフィルタ３４４を有している。第１ＡＤ変換部１１１及び第２ＡＤ変換部１２１は第２実施形態と同様である。

デジタルフィルタ３４１はハイパスフィルタである。デジタルフィルタ３４１のカットオフ周波数は、第２実施形態に示した第３カットオフ周波数（第３帯域フィルタ１１４の低域側のカットオフ周波数ｆｃＬ）と同様である。そしてデジタルフィルタ３４２は、第２実施形態における第１帯域フィルタ１１２と同様の構成である。このため、デジタルフィルタ３４２のカットオフ周波数は、第１実施形態に示した第１帯域フィルタ１１２の高周波側の第１カットオフ周波数ｆｃ１と同様である。

また、デジタルフィルタ３４３はハイパスフィルタであり、デジタルフィルタ３４４はローパスフィルタである。デジタルフィルタ３４３のカットオフ周波数は、デジタルフィルタ３４１のカットオフ周波数ｆｃＬと同様である。一方、デジタルフィルタ３４４は、第２実施形態における第２帯域フィルタ１２２と同様の構成である。このため、デジタルフィルタ３４４のカットオフ周波数は、第２帯域フィルタ１２２の高周波側の第２カットオフ周波数ｆｃ２と同様であり、デジタルフィルタ３４２のカットオフ周波数ｆｃ１よりも低い。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０音響信号処理装置１０
１００音響信号処理部
１１０第１信号処理部
１１２第１帯域フィルタ
１１４第３帯域フィルタ
１１６第１平均値算出部
１２０第２信号処理部
１２２第２帯域フィルタ
１２４第４帯域フィルタ
１２６第２平均値算出部
１３０演算部
１４０出力部
１４１イコライザ群
１４２選択部
１４６通信部
２００音響信号生成部
２１０第１音波センサ
２２０第２音波センサ
２３０弾性部材
２４０筐体
３１２第１ローパスフィルタ
３２２第２ローパスフィルタ
３３０演算回路

Claims

弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象である生体に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理部と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理部と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算部と、
を備え、
前記第１信号処理部は第１帯域フィルタを有しており、
前記第２信号処理部は第２帯域フィルタを有しており、
前記第１帯域フィルタの高周波側の第１カットオフ周波数は、前記第２帯域フィルタの高周波側の第２カットオフ周波数よりも高く、
前記第２音波センサは、直接、もしくは接着層又は粘着層を介して、前記筐体の内面に対向している音響信号処理装置。
弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象である生体に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理部と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理部と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算部と、
を備え、
前記第１信号処理部は第１帯域フィルタを有しており、
前記第２信号処理部は第２帯域フィルタを有しており、
前記第１帯域フィルタの高周波側の第１カットオフ周波数は、前記第２帯域フィルタの高周波側の第２カットオフ周波数よりも高く、
前記第１信号処理部は、
前記処理後第１音響信号を増幅する第１増幅部と、
前記第１帯域フィルタが出力した前記処理後第１音響信号の第１周波数における強度と第１基準値を用いて前記第１増幅部の増幅率を制御する第１増幅率制御部と
を有しており、
前記第１周波数は前記第２カットオフ周波数より高く、かつ前記第１カットオフ周波数より低い音響信号処理装置。
弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象である生体に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理部と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理部と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算部と、
を備え、
前記第１信号処理部は第１帯域フィルタを有しており、
前記第２信号処理部は第２帯域フィルタを有しており、
前記第１帯域フィルタの高周波側の第１カットオフ周波数は、前記第２帯域フィルタの高周波側の第２カットオフ周波数よりも高く、
前記第２信号処理部は、
前記処理後第２音響信号を増幅する第２増幅部と、
前記第２帯域フィルタが出力した前記処理後第２音響信号の第２周波数における強度と第２基準値を用いて前記第２増幅部の増幅率を制御する第２増幅率制御部と
を有しており、
前記第２周波数は前記第２カットオフ周波数よりも低い音響信号処理装置。
請求項１に記載の音響信号処理装置において、
前記第１信号処理部は、前記処理後第１音響信号を増幅する第１増幅部を有しており、
前記第２信号処理部は、前記処理後第２音響信号を増幅する第２増幅部を有しており、
さらに、前記演算部の出力を用いて前記第１増幅部及び前記第２増幅部の少なくとも一方の増幅率を制御する第３増幅率制御部を備える音響信号処理装置。
請求項１～４のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記筐体、前記第１音波センサ、前記第２音波センサ、及び前記弾性体は電子聴診器の少なくとも一部である、音響信号処理装置。
請求項１～５のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記演算部により、前記筐体を把持している人の筋音の少なくとも一部が除去される音響信号処理装置。
請求項１～６のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記第１帯域フィルタ及び前記第２帯域フィルタは、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）型のデジタルフィルタであり、
前記第１帯域フィルタ及び前記第２帯域フィルタのタップ数は互いに等しく、かつ、少なくとも一つのタップにおいて、前記第１帯域フィルタのタップ係数は前記第２帯域フィルタのタップ係数と異なる音響信号処理装置。
請求項１～７のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記第１帯域フィルタ及び前記第２帯域フィルタはローパスフィルタであり、
前記第１信号処理部は、前記第１帯域フィルタよりも前に第３帯域フィルタを有しており、
前記第２信号処理部は、前記第２帯域フィルタよりも前に第４帯域フィルタを有しており、
前記第３帯域フィルタ及び前記第４帯域フィルタは、低周波数側及び高周波数側のそれぞれに、互いに同一のカットオフ周波数を有しており、
前記第３帯域フィルタ及び前記第４帯域フィルタの低周波数側の第３カットオフ周波数は、前記第２カットオフ周波数よりも低く、
前記第３帯域フィルタ及び前記第４帯域フィルタの高周波数の第４カットオフ周波数は、前記第１カットオフ周波数よりも高い、音響信号処理装置。
請求項１～８のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記第１帯域フィルタは低周波側の第３カットオフ周波数を有しており、
前記第２帯域フィルタは低周波側の第４カットオフ周波数を有しており、
前記第３カットオフ周波数と前記第４カットオフ周波数は同一の値である音響信号処理装置。
請求項１～９のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記演算部より後に設けられ、互いに並列に配置されていて互いに伝達特性が異なる複数のイコライザと、
前記複数のイコライザの一つを選択する選択部と、
を備える音響信号処理装置。
請求項１～１０のいずれか一項に記載の音響信号処理装置において、
前記筐体、前記第１音波センサ、前記第２音波センサ、及び前記弾性体を有している音響信号処理装置。
弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
コンピュータに、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理機能と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理機能と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算機能と、
を持たせ、
前記第１信号処理機能に第１帯域フィルタ機能を持たせるとともに、前記第２信号処理機能に第２帯域フィルタ機能に持たせ、
前記第１帯域フィルタ機能の高周波側の第１カットオフ周波数を、前記第２帯域フィルタ機能の高周波側の第２カットオフ周波数よりも高くし、
前記第１信号処理機能は、
前記処理後第１音響信号を増幅する第１増幅機能と、
前記第１帯域フィルタ機能が出力した前記処理後第１音響信号の第１周波数における強度と第１基準値を用いて前記第１増幅機能の増幅率を制御する第１増幅率制御機能と
を有しており、
前記第１周波数は前記第２カットオフ周波数より高く、かつ前記第１カットオフ周波数より低い、プログラム。
弾性体を介して筐体に固定されていて測定対象に対向する第１音波センサ、及び、前記筐体に固定されている第２音波センサと共に使用され、
コンピュータに、
前記第１音波センサが生成した第１音響信号を処理することにより処理後第１音響信号を生成する第１信号処理機能と、
前記第２音波センサが生成した第２音響信号を処理することにより処理後第２音響信号を生成する第２信号処理機能と、
前記処理後第１音響信号と前記処理後第２音響信号の差を算出する演算機能と、
を持たせ、
前記第１信号処理機能に第１帯域フィルタ機能を持たせるとともに、前記第２信号処理機能に第２帯域フィルタ機能に持たせ、
前記第１帯域フィルタ機能の高周波側の第１カットオフ周波数を、前記第２帯域フィルタ機能の高周波側の第２カットオフ周波数よりも高くし、
前記第２信号処理機能は、
前記処理後第２音響信号を増幅する第２増幅機能と、
前記第２帯域フィルタ機能が出力した前記処理後第２音響信号の第２周波数における強度と第２基準値を用いて前記第２増幅機能の増幅率を制御する第２増幅率制御機能と
を有しており、
前記第２周波数は前記第２カットオフ周波数よりも低い、プログラム。