JPWO2019240118A1 - 音取得装置 - Google Patents

Abstract

時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減可能な音取得装置を提供することが一例として挙げられる。音取得装置（１０）は、振動検出部（１２０）および支持部材（１４０）を備える。振動検出部（１２０）は、一以上のセンサ素子（１２２）を含み、複数の検出軸（１２３）を有する。支持部材（１４０）は、振動検出部（１２０）を支持する。複数の検出軸（１２３）は、互いに非平行であり、対象部（９０）に対向する第１面（１０１）に対して斜めである。

Description

本発明は、音取得装置に関する。

電子聴診器等、対象からの音を電気的に取得する装置においては、対象以外からのノイズ音の低減が求められる。

特許文献１には、環境雑音を含む生体音を取得するマイクロホンと、環境雑音を取得するマイクロホンとをチェストピース内に設け、それらのマイクロホンからの信号を処理して環境雑音を低減させた生体音信号を得ることが記載されている。

特開２０１６−６７８５７号公報

しかし、特許文献１の技術では、環境雑音の低減のために高次なアルゴリズム処理が必要であった。その結果、処理に時間と電力を要していた。

本発明が解決しようとする課題としては、時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減可能な音取得装置を提供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、
一以上のセンサ素子を含み、複数の検出軸を有する振動検出部と、
前記振動検出部を支持する支持部材とを備え、
前記複数の検出軸は、互いに非平行であり、対象部に対向する第１面に対して斜めである音取得装置である。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態に係る音取得装置の構成を模式的に例示する図である。 対象部からの音の検出について説明するための図である。 外部音の検出について説明するための図である。 実施例１に係る音取得装置の機能構成を例示するブロック図である。 実施例１に係る音取得装置の構造を例示する図である。 音取得装置の支持部材および振動検出部近傍を拡大して例示する断面図である。 センサ素子の動作を説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、θと振動検出部の指向性との関係を例示する図である。 実施例２に係る処理部の処理方法を説明するための模式図である。 実施例３に係る音取得装置の構造を例示する断面図である。 音取得装置の構造と吸収成分の検出感度との関係について説明するための図である。 音取得装置の支持部材および圧力センサの変形例を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、実施例４に係る複数の検出軸を例示する図である。

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。

以下に示す説明において、音取得装置１０の処理部１１０は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。音取得装置１０の処理部１１０は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するフラッシュメモリなどの記憶デバイス、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

図１は、実施形態に係る音取得装置１０の構成を模式的に例示する図である。本実施形態に係る音取得装置１０は、振動検出部１２０および支持部材１４０を備える。振動検出部１２０は、一以上のセンサ素子１２２を含み、複数の検出軸１２３を有する。支持部材１４０は、振動検出部１２０を支持する。複数の検出軸１２３は、互いに非平行であり、対象部９０に対向する第１面１０１に対して斜めである。以下に詳しく説明する。

本実施形態に係る音取得装置１０は、第１面１０１を対象部９０に押し当てることにより、対象部９０からの音を選択的に取得しようとする装置である。対象部９０からの音は第１面１０１を介して支持部材１４０に伝達され、振動検出部１２０で検出される。一方、音取得装置１０の筐体１３０には対象部９０以外の外部からの音が伝わる。この外部音もまた、ノイズとして振動検出部１２０で検出されうる。外部音としてはたとえば、設備動作音、話し声、足音等の周辺環境音、および、操作音、利用者の生体音等の利用者由来音がある。周辺環境音は主に空気中を伝搬して筐体１３０に至る。一方、利用者由来音は、筐体１３０を握ったりこすったりすることにより、直接筐体１３０の表面で生じる。

ここで、振動検出部１２０には複数のセンサ素子１２２としてセンサ素子１２２ａおよびセンサ素子１２２ｂが含まれる。そして、センサ素子１２２ａの検出軸１２３ａとセンサ素子１２２ｂの検出軸１２３ｂとが互いに非平行であり、かつ第１面１０１に対して斜めとなるように構成されている。こうすることで、以下に説明する様に、対象部９０からの対象音と外部音とが機械的に切り分けられ、簡単な信号処理でノイズの低減が可能となる。

図２は、対象部９０からの音の検出について説明するための図であり、図３は、外部音の検出について説明するための図である。

対象部９０からの対象音の振動方向は、図２中、白矢印で示すように第１面１０１に対して垂直である。そして、第１面１０１に対して垂直な方向の振動は、本図中ａ，ｂの波形で示すように、検出軸１２３ａの検出信号と検出軸１２３ｂの検出信号とにおいて、同位相で現れる。

一方、外部音の一部は、筐体１３０に吸収され、図３中黒矢印で示すように筐体１３０を伝搬し、支持部材１４０の外周から内側に向かって伝わる。その結果、筐体１３０に吸収された外部音は、本図中白矢印で示すように、支持部材１４０において第１面１０１に平行な方向の振動となる。そして、第１面１０１に対して水平な方向の振動は、本図中ａ，ｂの波形で示すように、検出軸１２３ａの検出信号と検出軸１２３ｂの検出信号とにおいて、逆位相で現れる。

以上より、たとえば検出軸１２３ａの検出信号と検出軸１２３ｂの検出信号とを足し合わせることにより、対象音の成分は増幅され、外部音の成分は減衰される。すなわち、対象音成分を外部音成分で割って得られるＳ／Ｎ比が、向上する。

以上、本実施形態によれば、複数の検出軸１２３が、互いに非平行であり、対象部９０に対向する第１面１０１に対して斜めである。したがって、検出信号の簡単な処理により、時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減できる。

（実施例１）
図４は、実施例１に係る音取得装置１０の機能構成を例示するブロック図である。本実施例に係る音取得装置１０は、実施形態に係る音取得装置１０と同様の構成を有する。

本実施例に係る音取得装置１０は振動検出部１２０からの出力を処理することにより、音データを生成する処理部１１０をさらに備える。

また、音取得装置１０はたとえば電子聴診器であり、処理部１１０で生成された音データに基づいた音を、出力する出力部１９２をさらに備える。

ただし、音取得装置１０は振動検出部１２０で取得された信号を音取得装置１０の外部に有線または無線で出力する装置であっても良い。また、音取得装置１０の処理部１１０で、または音取得装置１０の外部で生成された音データは、音として出力されるに限らず、解析に用いられたり、波形としてディスプレイに表示されたりしても良い。音取得装置１０では、取得した音を一度電気信号に変換し、たとえばさらにＡＤ変換することでデータ化し、記録することが可能である。

たとえばこのように取得したデータに特定の演算処理を施すことで、生体や構造物に関する高精度な診断の可能性が見いだせる。ここで、解析においては取得したデータが全てであり、そのデータが正しいデータであるか否かは判断が困難である。そのため、ノイズを含んだデータの解析では、診断精度が損なわれる虞もある。したがって、電気的な処理によってノイズを低減しておく必要性が特に高いといえる。

対象部９０は特に限定されないが、橋、建物、トンネル等の構造物や、機械、生体等の一部であり得る。

図５は、実施例１に係る音取得装置１０の構造を例示する図である。本図において、グリップ部１００は断面を示している。また、図６は、音取得装置１０の支持部材１４０および振動検出部１２０近傍を拡大して例示する断面図である。本図において、検出軸１２３ａおよび検出軸１２３ｂが破線で示されている。

音取得装置１０は、グリップ部１００、イヤホン部１９０、およびケーブル１８０を含む。音取得装置１０が電子聴診器である場合、グリップ部１００はチェストピースである。イヤホン部１９０には出力部１９２が設けられている。出力部１９２はスピーカーである。そして、ケーブル１８０は、グリップ部１００とイヤホン部１９０とを物理的、および電気的に接続している。ただし、音取得装置１０はケーブル１８０を含まず、グリップ部１００と出力部１９２とが無線通信によって接続されていても良い。

音取得装置１０の利用者は、イヤホン部１９０を装着し、グリップ部１００を握って第１面１０１を対象部９０に押し当てる。するとグリップ部１００では、振動検出部１２０で音が振動として検出され、振動検出部１２０の出力が処理部１１０で処理されて音データが生成される。音データはケーブル１８０を介してイヤホン部１９０に入力され、出力部１９２から音データに基づく音が出力される。こうして、利用者は、対象部９０からの音を聞くことができる。

グリップ部１００の外殻は主に筐体１３０で構成されている。筐体１３０には対象部９０からの対象音を取り込むための開口が設けられている。この開口はダイヤフラム１５０で覆われている。また、筐体１３０にはスイッチ１１２を配置するための開口が設けられている。

筐体１３０とダイヤフラム１５０で構成されたグリップ部１００の内部空間には、振動検出部１２０、支持部材１４０、電池１１１、および回路基板１１３が配置されている。回路基板１１３はセンサ素子１２２の駆動や信号処理が可能な回路を含む。回路基板１１３は電池１１１から供給される電力によって駆動され、処理部１１０として機能する。スイッチ１１２は処理部１１０等の動作を制御する。

電池１１１、スイッチ１１２、および回路基板１１３は筐体１３０に固定されている。また、回路基板１１３には各センサ素子１２２が、センサ素子１２２の振動を妨げない状態で電気的に接続されている。そして、回路基板１１３には各センサ素子１２２の出力信号が入力される。また、回路基板１１３からの出力信号がイヤホン部１９０に入力される。回路基板１１３からの出力信号は、音データ、または音データに基づく音信号を含む。

処理部１１０はたとえばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）またはセントラルプロセッシングユニット（ＣＰＵ）により実現される。ＤＳＰを用いることで、高速な処理が可能である。処理部１１０は、たとえば、後述する対を構成する二つの検出軸１２３についての検出信号を足し合わせることにより、音データを生成する。このように処理部１１０は、簡単な処理で音データを生成することができる。したがって、対象部９０における音の取得から、短い遅延時間で出力部１９２における出力を行える。特に音取得装置１０が電子聴診器である場合、遅延が大きいことは使用に際して違和感の一因となるため、短い遅延時間の実現は重要である。また、処理が簡単であることは、信号の誤処理の抑制にも寄与する。さらに、処理が簡単であることからＤＳＰのエネルギー消費を低く抑えることができ、装置の低消費電力化にも寄与する。

なお、処理部１１０ではさらに、デジタルアナログ変換、アナログデジタル変換、フィルタリング、増幅等の処理が適宜行われてもよい。たとえば処理部１１０は、聴診周波数帯域を切り替え可能なフィルタ機能や、センサ素子１２２の個体性能バラツキを補正する補正機能を有してもよい。

スイッチ１１２は、音取得装置１０の起動のための電源スイッチや、音取得装置１０の聴診周波数モード切替のスイッチ等である。

イヤホン部１９０には、必要に応じてデジタルアナログ変換回路、フィルタ、増幅器等がさらに含まれても良い。イヤホン部１９０に入力された、回路基板１１３からの出力信号に基づいて、出力部１９２から音が出力される。

筐体１３０は、金属または樹脂である。筐体１３０が金属である場合、剛性が高く、遮音性が高いためノイズ低減に好適である。一方、対象部９０が生体の一部である場合、筐体１３０は特に樹脂であることが好ましい。生体に対して用いる場合、静電気の発生を避ける必要があるが、筐体１３０が樹脂であれば元々静電気が発生しにくい。したがって静電気への対策を特に要しない。また、本実施例によれば、処理部１１０によりノイズの低減が可能であるため、筐体１３０に特別高い剛性や遮音性を要しない。よって、樹脂の筐体１３０を好適に用いることができる。

ダイヤフラム１５０はキャップ状であり、筐体１３０に対して固定されて、筐体１３０の対象音を取り込むための開口を覆っている。第１面１０１は音取得装置１０の外面の一部であり、本実施例において第１面１０１はダイヤフラム１５０の対象部９０に対向する面である。

音の取得時には、ダイヤフラム１５０を対象部９０に接触または接近させる。ダイヤフラム１５０は、音取得装置１０の外部に露出しており、対象音に起因する振動を支持部材１４０および振動検出部１２０に伝達するための振動体である。対象部９０が生体の一部である場合、ダイヤフラム１５０は生体適合性を有する材料からなることが好ましい。生体適合性を有する材料としては、たとえばシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）が挙げられる。なお、ダイヤフラム１５０は保護膜等を含む多層構造を有していても良い。

なお、第１面１０１を対象部９０に押し当てるとは、第１面１０１を対象部９０に接触または接近させることをいう。たとえば、音の取得時に第１面１０１と対象部９０との間には服などが介在していても良い。ただし、音の取得時に、ダイヤフラム１５０は対象音が支持部材１４０へ伝達されるように、支持部材１４０に向けて押しつけられる。また、ダイヤフラム１５０は、支持部材１４０と一体であってもよい。

支持部材１４０は、振動検出部１２０を支持する部材である。図６の例において、振動検出部１２０は、複数のセンサ素子１２２を含む。また、支持部材１４０には、複数のセンサ素子１２２のそれぞれを支持する支持面１４５が設けられている。そして複数の支持面１４５は、第１面１０１に対して斜めであり、互いに異なる方向を向いている。ここで、支持面１４５に支持されるセンサ素子１２２の検出軸１２３は支持面１４５に垂直または平行でありえる。図６は、検出軸１２３が支持面１４５に垂直な例を示している。

さらに詳しくは、支持部材１４０はベース部１４２とベース部１４２から第１面１０１側とは反対側に突出した凸部１４４を有する。そして、凸部１４４の側面に支持面１４５が設けられている。また、ベース部１４２の外周部は、利用者が触れるグリップ部１００の筐体１３０に物理的に接続されている。支持部材１４０はたとえば樹脂部材である。

図６の例において、ベース部１４２の外縁部のダイヤフラム１５０側の面には、凹部が設けられている。そして、筐体１３０の支持部材１４０と接続される部分にはその凹部に嵌め込まれる凸部が設けられている。この凹部と凸部の接合により、筐体１３０と支持部材１４０が接続される。このような構造により、筐体１３０からの横振動が支持部材１４０に伝わる。なお、筐体１３０に凹部が設けられ、支持部材１４０にその凹部に嵌め込まれる凸部が設けられても良い。また、支持部材１４０と筐体１３０とはネジで接続されてもよいし、支持部材１４０と筐体１３０は一体化された部材であっても良い。

図６の例において、ベース部１４２は厚さが非一様な円板状である。ベース部１４２には、センサ素子１２２の一部を配置する凹部が設けられている。また、凸部１４４は直角二等辺三角形を底面とする三角柱の一側面がベース部１４２と接合した形状により構成されている。そして、この三角柱の互いに直交する二側面が、第１面１０１とは反対側に向いて支持面１４５として機能する。また、支持部材１４０は面対称の構造を有する。ここで、対称面は第１面１０１に垂直であり、センサ素子１２２ａとセンサ素子１２２ｂとの間を通る。また、センサ素子１２２ａおよびセンサ素子１２２ｂもこの対称面に対して対称に配置される。

本図の例において、音取得装置１０は、ダイヤフラム１５０と支持部材１４０との間に、ダイヤフラム１５０への対象部９０からの圧力を検知する圧力センサ１５２をさらに備える。そして、処理部１１０は圧力センサ１５２の出力を用いて音データの生成タイミングを制御する。

本図の例において、支持部材１４０のダイヤフラム１５０側の面は圧力センサ１５２に密着し、圧力センサ１５２の支持部材１４０とは反対側の面はダイヤフラム１５０に密着している。そして、支持部材１４０と圧力センサ１５２との間には全体に圧力センサ１５２が設けられており、支持部材１４０とダイヤフラム１５０とは直接は接していない。

圧力センサ１５２はたとえば接触センサである。圧力センサ１５２によりダイヤフラム１５０の対象部９０への間接、または直接の接触を検知することができる。圧力センサ１５２が予め定められた基準以上の圧力を検知しているとき、処理部１１０は、グリップ部１００が対象部９０に押し当てられていると判断することができる。基準を示す情報は、音取得装置１０の回路基板１１３に設けられた記憶部１１５に保持されており、処理部１１０がそれを読み出して用いることができる。なお、圧力センサ１５２は圧力値を示す信号を出力する代わりに、圧力の有無を示す信号を出力してもよい。その場合、処理部１１０は、圧力センサ１５２から圧力有りの信号が出力されているとき、グリップ部１００が対象部９０に押し当てられていると判断することができる。

たとえば処理部１１０は、グリップ部１００が対象部９０に押し当てられている間、音データを生成し、グリップ部１００が対象部９０に押し当てられていない間、音データの生成を停止する。こうすることで、電池１１１の電力の消耗を抑制することができる。なお、グリップ部１００が対象部９０から離された後も、予め定められた時間（たとえば数秒間）、音データの生成を継続するようにしてもよい。

支持部材１４０についてさらに詳しく説明する。各センサ素子１２２は、支持部材１４０に対して固定されている一方、筐体１３０には直接固定されていない。したがって、支持部材１４０の振動がセンサ素子１２２によって検出される。

上記した通り、第１面１０１が対象部９０に押し当てられることにより、ダイヤフラム１５０が支持部材１４０のダイヤフラム１５０側の面に向かって押しつけられ、対象部９０からの音（振動）は支持部材１４０に伝達される。実施形態で説明した通り、対象部９０からの対象音は支持部材１４０において、第１面１０１に垂直な方向の振動である。

一方、ベース部１４２の外周部は、利用者が触れるグリップ部１００の筐体１３０に物理的に接続されている。したがって、筐体１３０からの音（振動）は、支持部材１４０において第１面１０１に平行な方向の振動である。音取得装置１０では筐体１３０および支持部材１４０を通じて外部音が取得されるため、外部音取得用のマイクや音取り込み穴を別途設ける必要がない。ひいては、グリップ部１００の密閉性が保たれ耐久性が高まるとともに、グリップ部１００の清掃が容易であり清潔さが保たれる。

センサ素子１２２は、たとえば加速度センサである。すなわち、センサ素子１２２全体が揺さぶられた場合に、その揺れが振動として検出される。センサ素子１２２の検出軸１２３は、センサ素子１２２で原理上主に検出される軸であり、最も感度が大きい軸である。検出軸１２３は各センサ素子１２２において、予め定められている。

図７は、センサ素子１２２の動作を説明するための図である。本図では、センサ素子１２２の断面模式図と、センサ素子１２２の移動に対する出力波形の関係を示している。センサ素子１２２の内部には振動板１２４が設けられている。振動板１２４の一端または両端はセンサ素子１２２の筐体に対して固定されており、センサ素子１２２の振動に応じて振動板１２４が軸方向に撓む。この撓み量がたとえば静電容量や圧電等により電気信号に変換される。その結果、センサ素子１２２からは、センサ素子１２２の振動（加速度）に応じた信号が出力される。なお、センサ素子１２２の出力の極性は、検出軸１２３を基準とした加速度の方向に対応している。本図の例において、検出軸１２３は振動板１２４の撓み方向に平行である。

各センサ素子１２２は、内部の構造によって、一または二以上の検出軸１２３を有することができる。各センサ素子１２２が一の検出軸１２３を有する場合、振動検出部１２０は複数のセンサ素子１２２を用いて実現される。この場合特に、複数の検出軸１２３の方向を自由に設定して音取得装置１０を構成することができる。図５および図６は、このように各センサ素子１２２が一の検出軸１２３を有する例を示している。

一方、二以上の検出軸１２３を有するセンサ素子１２２を用いる場合、振動検出部１２０は一つのセンサ素子１２２により構成されてもよい。この場合、センサ素子１２２はたとえば２軸センサ、または３軸センサであり、検出軸１２３は互いに直交する。そして、複数の検出軸１２３がいずれも第１面１０１に対して斜めとなるように、支持部材１４０がセンサ素子１２２を支持すればよい。

振動検出部１２０の複数の検出軸１２３と、処理部１１０の処理について、以下に詳しく説明する。上記した通り、複数の検出軸１２３は、互いに非平行であり、第１面１０１に対して斜めである。すなわち検出軸１２３は第１面１０１の法線に対して斜めである。

ここで、複数の検出軸１２３は、第１面１０１への投影が互いに平行である二つの検出軸１２３からなる対を含むことが好ましい。また、対を構成する二つの検出軸１２３の、第１面１０１に対する角度は互いに等しいことが好ましい。このような対では、第１面１０１に平行な方向の振動成分が逆位相かつ同じ強さの振動成分としてセンサ素子１２２に作用する。したがって、二つの検出軸１２３についての検出信号を足し合わせるだけで、第１面１０１に平行な方向の振動成分、すなわち、外部音の成分を効果的に低減できる。

なお、対を構成する二つの検出軸１２３の方向、すなわち検出の極性は、第１面１０１への投影において、互いに逆向きである。また、対を構成する二つの検出軸１２３の第１面１０１への投影は、同一直線上にあることが好ましいが、必ずしも同一直線上に無くても良い。

複数の検出軸１２３が一以上の対からなる場合、振動検出部１２０は偶数個の検出軸１２３を有する。

図６は、検出軸１２３ａと検出軸１２３ｂとが、対を構成する二つの検出軸１２３であり、第１面１０１に対する角度が互いに等しい例を示している。

対を構成する二つの検出軸１２３の成す角θは特に限定されないが、対象音に対する感度と指向性とのバランスの観点から、６０°以上１２０°以下であることが好ましく、７５°以上１０５°以下であることがより好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましい。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、θと振動検出部１２０の指向性との関係を例示する図である。図８（ａ）の例では図８（ｂ）の例よりもθが大きい。これらの図で示すように、θが大きいほど、より指向性が高い。すなわち、限られた角度範囲からの音を取得できる。このように、振動検出部１２０の指向性はセンサ素子１２２自体の指向性と、θの設定によって調整できる。一方、θが小さいほど、対象部９０からの対象音、すなわち第１面１０１に垂直な振動成分を、高い感度で取得することができる。

なお、処理部１１０は、対を構成する二つの検出軸１２３についての検出信号を足し合わせるほか、必要な処理をさらに行ってもよい。たとえば、処理部１１０は、センサ素子１２２の感度や周波数特性等の特性ばらつきを補正する処理を行うことができる。また、センサ素子１２２間の距離および周波数に応じた位相ずれ、すなわち時間的なずれを補正する処理を行うことができる。ただし、これらの処理も動的な信号処理ではなく、固定パラメータを利用した処理であり、処理は過度に複雑化することはない。

複数のセンサ素子１２２の距離は短いことが好ましい。検出信号の加算によるノイズキャンセルでは、複数の１２２の検出信号間の位相差を小さくすることで、得られる音データにおける残留誤差を小さくすることができるからである。たとえば、生体音など比較的周波数が低い成分（たとえば３ｋＨｚ以下）に対する効果を想定すると、センサ素子１２２ａの中心とセンサ素子１２２ｂの中心との距離は１０ｍｍ以下であることが好ましい。

以上、本実施例によれば、実施形態と同様、複数の検出軸１２３が、互いに非平行であり、対象部９０に対向する第１面１０１に対して斜めである。したがって、検出信号の簡単な処理により、時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減できる。

（実施例２）
図９は、実施例２に係る処理部１１０の処理方法を説明するための模式図である。本実施例に係る音取得装置１０は、処理部１１０が行う処理内容を除いて実施例１に係る音取得装置１０と同じである。

本実施例において、処理部１１０は、第１の伝達関数Ｇ_１、第２の伝達関数Ｇ_２、および振動検出部１２０からの出力を用いて音データを生成する。第１の伝達関数Ｇ_１は、音取得装置１０の外部の音Ｓ_Ｎを入力とし、振動検出部１２０における第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｐＮを出力としたときの伝達関数である。そして、第２の伝達関数Ｇ_２は、音取得装置１０の外部の音Ｓ_Ｎを入力とし、振動検出部１２０における第１面１０１に垂直な方向の音成分Ｓ_ｖＮを出力としたときの伝達関数である。

なお、第１面１０１に平行な方向の音成分とは、振動検出部１２０において第１面１０１に平行な振動成分として検出される音であり、すなわち、第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との逆位相成分として検出される音である。また、第１面１０１に垂直な方向の音成分とは、振動検出部１２０において第１面１０１に垂直な振動成分として検出される音であり、すなわち、第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との同位相成分として検出される音である。

音取得装置１０の外部から振動検出部１２０へ伝わる外部音８０の成分としては、筐体１３０へ吸収され支持部材１４０を介して振動検出部１２０へ伝わる吸収成分８１と、筐体１３０を透過して直接振動検出部１２０へ伝わる透過成分８２とがある。

吸収成分８１は、実施形態および実施例１で説明した通り、支持部材１４０において第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｐ１となり、検出軸１２３ａの検出信号と検出軸１２３ｂの検出信号を足し合わせることにより打ち消される。一方、透過成分８２は、第１面１０１に垂直な方向の音成分Ｓ_ｖ２と第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｐ２との足し合わせである。振動検出部１２０に至った透過成分８２のうち、第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｐ２は検出軸１２３ａの検出信号と検出軸１２３ｂの検出信号を足し合わせにより、音成分Ｓ_ｐ１と同様に打ち消される。一方、第１面１０１に垂直な方向の音成分Ｓ_ｖ２は、単なる信号の足し合わせでは除去することができない。

ここで、吸収成分８１と透過成分８２の音源は、いずれも外部音８０で共通である。そして、吸収成分８１は「音源」×「筐体１３０の振動の伝達関数」で表され、透過成分８２は「音源」×「筐体１３０の透過の伝達関数」で表される。したがって、「筐体１３０の振動の伝達関数」が既知であれば、逆算して「音源」を特定することができる。さらに、特定した「音源」に対し、「筐体１３０の透過の伝達関数」を掛け合わされることで、透過成分８２を特定することができる。以下に、さらに詳しく説明する。

上記した各伝達関数の定義から、Ｓ_ｐＮ＝Ｓ_Ｎ×Ｇ_１およびＳ_ｖＮ＝Ｓ_Ｎ×Ｇ_２が成り立つ。したがって、Ｓ_ｖＮ＝（Ｇ_２／Ｇ_１）×Ｓ_ｐＮの関係が得られる。なお上記した通り、吸収成分８１はＳ_ｐＮにしか含まれないことから、Ｓ_ｐＮ＝Ｓ_ｐ１＋Ｓ_ｐ２およびＳ_ｖＮ＝Ｓ_ｖ２である。

対象部９０からの音の取得において、振動検出部１２０では、第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｐと、第１面１０１に垂直な方向の音成分Ｓ_ｖとが別々に検出できる。すなわち、音成分Ｓ_ｐは第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との逆位相成分から得られ、音成分Ｓ_ｖは第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との同位相成分から得られる。より具体的には、音成分Ｓ_ｐは第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号の差として得られ、音成分Ｓ_ｖは第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との和として得られる。

ここで、対象音Ｓ_ｏは音成分Ｓ_ｖにしか含まれないことから、Ｓ_ｐ＝Ｓ_ｐＮおよびＳ_ｖ＝Ｓ_ｖＮ＋Ｓ_ｏである。よって、Ｓｏ＝Ｓ_ｖ−Ｓ_ｖＮ＝Ｓ_ｖ−（Ｇ_２／Ｇ_１）×Ｓ_ｐが成り立つ。

以上の通り、伝達関数Ｇ_１および伝達関数Ｇ_２が既知であれば、取得された音成分Ｓ_ｖおよび音成分Ｓ_ｐを用いて、対象音Ｓ_ｏを抽出することができる。具体的には、音成分Ｓ_ｖから、音成分Ｓ_ｐにＧ_２／Ｇ_１を乗じた成分を差し引くことにより、透過成分８２によるノイズを低減した音データを生成することができる。

伝達関数Ｇ_１および伝達関数Ｇ_２はそれぞれ筐体１３０の材質や形状に依存する。伝達関数Ｇ_１および伝達関数Ｇ_２は以下の様にして予め得ることができる。まず、音取得装置１０の外部、具体的にはグリップ部１００の筐体１３０の外部に音源を配置する。そして、その音源から既知の音を発生させ、振動検出部１２０で検出する。このとき、第１面１０１を静止した剛体に押し当てるなどすることにより、第１面１０１からは音の入力が無い状態とする。また、振動検出部１２０の検出結果としては、上記したように、第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｐと、第１面１０１に平行な方向の音成分Ｓ_ｖとをそれぞれ導出する。

音源からの既知の音と音成分Ｓ_ｐとの関係から伝達関数Ｇ_１が得られる。また、音源からの既知の音と音成分Ｓ_ｖとの関係から伝達関数Ｇ_２が得られる。得られた伝達関数Ｇ_１および伝達関数Ｇ_２は記憶部１１５に保持させておき、処理部１１０がそれらを読み出して処理に用いることができる。

上記した本実施例に係る処理部１１０の処理は、以下の様に表現することもできる。複数の検出軸１２３は、第１の検出軸１２３ａと第２の検出軸１２３ｂを含む。そして、処理部１１０は、第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との逆位相成分を用いて、第１の検出軸１２３ａの検出信号と第２の検出軸１２３ｂの検出信号との同位相成分を処理することにより、音データを生成する。

以上、本実施例によれば、実施形態と同様、複数の検出軸１２３が、互いに非平行であり、対象部９０に対向する第１面１０１に対して斜めである。したがって、検出信号の簡単な処理により、時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減できる。

くわえて、本実施例によれば、処理部１１０が、第１の伝達関数Ｇ_１、第２の伝達関数Ｇ_２、および振動検出部１２０からの出力を用いて音データを生成する。したがって、筐体１３０を透過した音成分によるノイズを低減でき、よりノイズ成分の少ない音データを生成することができる。

（実施例３）
図１０は、実施例３に係る音取得装置１０の構造を例示する断面図である。本図は、実施例１の図６に対応する。本実施例に係る音取得装置１０は、支持部材１４０の筐体１３０に対する複数の連結部を通る平面１４６が、複数のセンサ素子１２２の中心の近傍を通る点を除いて実施例１および実施例２の少なくともいずれかに係る音取得装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。

本実施例において、支持部材１４０のベース部１４２のダイヤフラム１５０とは反対側の面には、第１面１０１に垂直な方向から見て中心部に凹部が設けられている。そして凸部１４４は、凹部の底から立ち上がっている。また、ベース部１４２の凹部の外側において、支持部材１４０は筐体１３０に接続されている。その結果、支持部材１４０の筐体１３０に対する複数の連結部を通る平面１４６が、複数のセンサ素子１２２の中心（本図中の点線の交点）の近傍を通ることとなる。そうすることで、二つの検出軸１２３のなす角θに左右されず、ノイズ低減効果の損失を最小限に抑えることができる。

図１１は、音取得装置１０の構造と吸収成分８１の検出感度との関係について説明するための図である。本図では、音取得装置１０の筐体１３０、支持部材１４０、センサ素子１２２ａおよびセンサ素子１２２ｂの関係を示している。ノイズの吸収成分８１は、筐体１３０と支持部材１４０との連結部から伝達され、振動検出部１２０に向けて伝搬するが、その伝搬は放射状である。このとき、吸収成分８１はセンサ素子１２２ａとセンサ素子１２２ｂの各感度軸（検出軸１２３）方向にベクトル分解され、センサ素子１２２の各感度軸で検出される。その結果、検出レベルに差異が生じる。

より詳しくは、以下に説明するαとβとの差が、センサ素子１２２ａとセンサ素子１２２ｂの吸収成分８１に対する検出感度の差となって現れる。αは直線１２５と直線１２７とのなす角であり、βは直線１２６と直線１２７との成す角である。ここで、直線１２５は、センサ素子１２２ａの中心およびセンサ素子１２２ｂの中心を通り第１面１０１に垂直な断面において、連結部と、その連結部から最も遠いセンサ素子１２２であるセンサ素子１２２ａの中心とを結ぶ直線である。なお、本実施例において、以下、「センサ素子１２２ａの中心およびセンサ素子１２２ｂの中心を通り第１面１０１に垂直な断面」を単に「第１面１０１に垂直な断面」と呼ぶ。直線１２６は、第１面１０１に垂直な断面において、連結部とその連結部から最も近いセンサ素子１２２であるセンサ素子１２２ｂの中心とを結ぶ直線である。そして、直線１２７は、第１面１０１に垂直な断面において、センサ素子１２２ａの中心とセンサ素子１２２ｂの中心とを結ぶ直線である。なお、本図の例において、連結部は、第１面１０１に垂直な断面において、支持部材１４０と筐体１３０とが嵌め合うための凸部の中心である。

ここで、第１面１０１に垂直な断面において、支持部材１４０の両端の連結部間の距離をＡ、平面１４６と直線１２７との距離をＨ、センサ素子１２２ａの中心とセンサ素子１２２ｂの中心との距離をＬとする。すると、α＝ｔａｎ^-1（Ｈ／（Ａ／２＋Ｌ／２））×１８０／πが成り立ち、β＝ｔａｎ^-1（Ｈ／（Ａ／２−Ｌ／２））×１８０／πが成り立つ。

αおよびβの関係について、特に限定されないが、上記の観点から｜α−β｜＜１が成り立つことが好ましい。

図１２は、音取得装置１０の支持部材１４０および圧力センサ１５２の変形例を示す図である。図１０では、支持部材１４０のダイヤフラム１５０に対向する面とダイヤフラム１５０との間の全体に圧力センサ１５２が設けられている例を示したが、本図の例において、圧力センサ１５２は支持部材１４０のダイヤフラム１５０に対向する面とダイヤフラム１５０との間の一部の領域にのみ設けられている。そして、支持部材１４０はダイヤフラム１５０側の面の一部の領域において、ダイヤフラム１５０と直接密着している。なお、実施例１で説明した図６の構造において、この様な圧力センサ１５２の配置を採用してもよい。

以上、本実施例によれば、実施形態と同様、複数の検出軸１２３が、互いに非平行であり、対象部９０に対向する第１面１０１に対して斜めである。したがって、検出信号の簡単な処理により、時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減できる。

くわえて、本実施例によれば、支持部材１４０の筐体１３０に対する複数の固定端を通る平面１４６が、複数のセンサ素子１２２の中心の近傍を通る。したがって、処理部１１０の処理によって、より効果的にノイズを低減できる。

（実施例４）
図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、実施例４に係る複数の検出軸１２３を例示する図である。これらの図は、複数の検出軸１２３を第１面１０１に垂直な方向から見た状態を示している。本実施例に係る音取得装置１０は、複数の検出軸１２３が複数の対を含む点を除いて実施例１から実施例３の少なくともいずれかに係る音取得装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。

本実施例において、複数の対のそれぞれは、実施例１で説明した様に第１面１０１への投影が互いに平行である二つの検出軸１２３からなる対である。

図１３（ａ）は、複数の検出軸１２３が２つの対からなる例を示している。本図の例において、振動検出部１２０は向きが９０°ずつ異なる４つの検出軸１２３を有する。本図の例の場合、凸部１４４はたとえば四角錐形状であり得る。

図１３（ｂ）は、複数の検出軸１２３が３つの対からなる例を示している。本図の例において、振動検出部１２０は向きが６０°ずつ異なる６つの検出軸１２３を有する。本図の例の場合、凸部１４４はたとえば六角錐形状であり得る。

図１３（ｃ）は、複数の検出軸１２３が４つの対からなる例を示している。本図の例において、振動検出部１２０は向きが４５°ずつ異なる８つの検出軸１２３を有する。本図の例の場合、凸部１４４はたとえば八角錐形状であり得る。

本実施例において、処理部１１０は、各対について、実施例１または実施例２で説明した処理を行い、対ごとのデータを得る。そして、得られた複数の対のデータを足し合わせることで、音データを得る。こうすることで、対ごとにノイズを低減させたデータが得られ、さらにそれらの足し合わせにより対象音を増大させることができる。結果的に、Ｓ／Ｎ比をより向上させた音データが得られる。

なお、複数の検出軸１２３の位置関係は図１３（ａ）〜図１３（ｃ）の例に限定されない。また、複数の検出軸１２３は、５つ以上の対を含んでも良い。

以上、本実施例によれば、実施形態と同様、複数の検出軸１２３が、互いに非平行であり、対象部９０に対向する第１面１０１に対して斜めである。したがって、検出信号の簡単な処理により、時間遅延およびエネルギー消費を抑えつつ、ノイズを低減できる。

くわえて、本実施例によれば、複数の検出軸１２３が複数の対を含む。したがって、４つ以上の検出軸１２３の検出結果に基づきＳ／Ｎ比をさらに向上させた音データが得られる。

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。

この出願は、２０１８年６月１５日に出願された日本出願特願２０１８−１１４２１３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

請求項１に記載の発明は、
一以上のセンサ素子を含み、複数の検出軸を有する振動検出部と、
前記振動検出部を支持する支持部材と、
前記振動検出部からの出力を処理することにより、音データを生成する処理部とを備え、
前記複数の検出軸は、互いに非平行であり、対象部に対向する第１面に対して斜めであり、
前記複数の検出軸は、第１の検出軸と第２の検出軸を含み、
前記処理部は、前記第１の検出軸の検出信号と前記第２の検出軸の検出信号との逆位相成分を用いて、前記第１の検出軸の検出信号と前記第２の検出軸の検出信号との同位相成分を処理することにより、前記音データを生成する音取得装置である。

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。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 一以上のセンサ素子を含み、複数の検出軸を有する振動検出部と、
前記振動検出部を支持する支持部材とを備え、
前記複数の検出軸は、互いに非平行であり、対象部に対向する第１面に対して斜めである音取得装置。
２． １．に記載の音取得装置において、
前記振動検出部からの出力を処理することにより、音データを生成する処理部をさらに備える音取得装置。
３． ２．に記載の音取得装置において、
前記複数の検出軸は、前記第１面への投影が互いに平行である二つの前記検出軸からなる対を含む音取得装置。
４． ３．に記載の音取得装置において、
前記対を構成する前記二つの検出軸の、前記第１面に対する角度は互いに等しい音取得装置。
５． ４．に記載の音取得装置において、
前記処理部は、前記対を構成する前記二つの検出軸についての検出信号を足し合わせることにより、前記音データを生成する音取得装置。
６． ３．〜５．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
前記対を構成する前記二つの検出軸の成す角は、６０°以上１２０°以下である音取得装置。
７． ３．〜６．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
前記複数の検出軸は、複数の前記対を含む音取得装置。
８． ２．〜７．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
前記振動検出部は、複数の前記センサ素子を含み、
前記支持部材には、前記複数のセンサ素子のそれぞれを支持する支持面が設けられており、
前記複数の支持面は、前記第１面に対して斜めであり、互いに異なる方向を向いている音取得装置。
９． ８．に記載の音取得装置において、
前記支持部材はベース部と前記ベース部から前記第１面側とは反対側に突出した凸部を有し、
前記凸部の側面に前記支持面が設けられている音取得装置。
１０． ９．に記載の音取得装置において、
前記ベース部の外周部は、利用者が触れるグリップ部の筐体に物理的に接続されている音取得装置。
１１． １０．に記載の音取得装置において、
前記処理部は、第１の伝達関数、第２の伝達関数、および前記振動検出部からの出力を用いて前記音データを生成し、
前記第１の伝達関数は、当該音取得装置の外部の音を入力とし、前記振動検出部における前記第１面に平行な方向の音成分を出力としたときの伝達関数であり、
前記第２の伝達関数は、当該音取得装置の外部の音を入力とし、前記振動検出部における前記第１面に垂直な方向の音成分を出力としたときの伝達関数である音取得装置。
１２． １０．に記載の音取得装置において、
前記複数の検出軸は、第１の検出軸と第２の検出軸を含み、
前記処理部は、前記第１の検出軸の検出信号と前記第２の検出軸の検出信号との逆位相成分を用いて、前記第１の検出軸の検出信号と前記第２の検出軸の検出信号との同位相成分を処理することにより、前記音データを生成する音取得装置。
１３． ８．〜１２．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
前記センサ素子は、加速度センサである音取得装置。
１４． ２．〜１３．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
前記対象部に接触または接近させるダイヤフラムをさらに備え、
前記第１面は、前記ダイヤフラムの前記対象部に対向する面である音取得装置。
１５． １４．に記載の音取得装置において、
前記ダイヤフラムと前記支持部材との間に、前記ダイヤフラムへの前記対象部からの圧力を検知する圧力センサをさらに備え、
前記処理部は前記圧力センサの出力を用いて前記音データの生成タイミングを制御する音取得装置。
１６． ２．〜１５．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
当該音取得装置は、電子聴診器であり、
前記音データに基づいた音を出力する出力部をさらに備える音取得装置。
１７． １．〜１６．のいずれか一つに記載の音取得装置において、
前記対象部は生体の一部である音取得装置。

Claims (17)

1. 一以上のセンサ素子を含み、複数の検出軸を有する振動検出部と、
   前記振動検出部を支持する支持部材とを備え、
   前記複数の検出軸は、互いに非平行であり、対象部に対向する第１面に対して斜めである音取得装置。
2. 請求項１に記載の音取得装置において、
   前記振動検出部からの出力を処理することにより、音データを生成する処理部をさらに備える音取得装置。
3. 請求項２に記載の音取得装置において、
   前記複数の検出軸は、前記第１面への投影が互いに平行である二つの前記検出軸からなる対を含む音取得装置。
4. 請求項３に記載の音取得装置において、
   前記対を構成する前記二つの検出軸の、前記第１面に対する角度は互いに等しい音取得装置。
5. 請求項４に記載の音取得装置において、
   前記処理部は、前記対を構成する前記二つの検出軸についての検出信号を足し合わせることにより、前記音データを生成する音取得装置。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の音取得装置において、
   前記対を構成する前記二つの検出軸の成す角は、６０°以上１２０°以下である音取得装置。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載の音取得装置において、
   前記複数の検出軸は、複数の前記対を含む音取得装置。
8. 請求項２〜７のいずれか一項に記載の音取得装置において、
   前記振動検出部は、複数の前記センサ素子を含み、
   前記支持部材には、前記複数のセンサ素子のそれぞれを支持する支持面が設けられており、
   前記複数の支持面は、前記第１面に対して斜めであり、互いに異なる方向を向いている音取得装置。
9. 請求項８に記載の音取得装置において、
   前記支持部材はベース部と前記ベース部から前記第１面側とは反対側に突出した凸部を有し、
   前記凸部の側面に前記支持面が設けられている音取得装置。
10. 請求項９に記載の音取得装置において、
    前記ベース部の外周部は、利用者が触れるグリップ部の筐体に物理的に接続されている音取得装置。
11. 請求項１０に記載の音取得装置において、
    前記処理部は、第１の伝達関数、第２の伝達関数、および前記振動検出部からの出力を用いて前記音データを生成し、
    前記第１の伝達関数は、当該音取得装置の外部の音を入力とし、前記振動検出部における前記第１面に平行な方向の音成分を出力としたときの伝達関数であり、
    前記第２の伝達関数は、当該音取得装置の外部の音を入力とし、前記振動検出部における前記第１面に垂直な方向の音成分を出力としたときの伝達関数である音取得装置。
12. 請求項１０に記載の音取得装置において、
    前記複数の検出軸は、第１の検出軸と第２の検出軸を含み、
    前記処理部は、前記第１の検出軸の検出信号と前記第２の検出軸の検出信号との逆位相成分を用いて、前記第１の検出軸の検出信号と前記第２の検出軸の検出信号との同位相成分を処理することにより、前記音データを生成する音取得装置。
13. 請求項８〜１２のいずれか一項に記載の音取得装置において、
    前記センサ素子は、加速度センサである音取得装置。
14. 請求項２〜１３のいずれか一項に記載の音取得装置において、
    前記対象部に接触または接近させるダイヤフラムをさらに備え、
    前記第１面は、前記ダイヤフラムの前記対象部に対向する面である音取得装置。
15. 請求項１４に記載の音取得装置において、
    前記ダイヤフラムと前記支持部材との間に、前記ダイヤフラムへの前記対象部からの圧力を検知する圧力センサをさらに備え、
    前記処理部は前記圧力センサの出力を用いて前記音データの生成タイミングを制御する音取得装置。
16. 請求項２〜１５のいずれか一項に記載の音取得装置において、
    当該音取得装置は、電子聴診器であり、
    前記音データに基づいた音を出力する出力部をさらに備える音取得装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の音取得装置において、
    前記対象部は生体の一部である音取得装置。

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