JP6234039B2 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

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、振動体の振動に基づく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。また、本出願人は、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圧電素子により屈曲振動させ、これ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。

特開２００５−３４８１９３号公報

ところで、パネルを圧電素子により屈曲振動させるには、圧電素子の一面全体を両面テープや接着剤等の接着部材によりパネルに貼付されることが想定される。また、この際、圧電素子とパネルとの間に緩衝部材を介在させることも想定される。このように、圧電素子をパネルに取り付けた場合、圧電素子や緩衝部材のパネルへの接着状態が変化すると、パネルの振動性能が変化することになる。そのため、例えば、長期間にわたり継続して圧電素子を駆動させた場合、圧電素子の接着状態が変化して本来出るべき振動性能が出なくなることが想定される。このような振動性能は、パネルに耳を当てた時に伝わる振動音を聞かないと評価できないため、人が何時間も継続して振動音を試聴して、その微妙な変化を評価するのは難しい。

したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を容易かつ正確に評価できる測定装置及び測定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る測定装置は、筐体に保持された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、
前記振動体を振動させる試験信号を出力する試験信号出力部と、
前記振動体の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部の出力に基づいて前記振動体の振動を分析する測定部と、を備え、
前記測定部は、前記試験信号出力部から前記試験信号を所定の周波数範囲に亘って指定回数繰り返し出力させて前記振動体を振動させ、前記試験信号の順次の繰り返しにおいて前記振動検出部の出力に基づいて前記振動の周波数特性の変動を分析する。

本発明によれば、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、振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器を容易かつ正確に評価できる測定装置及び測定方法を提供することができる。

一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の振動ピックアップ装置の構成を示す図である。 図１の振動測定ヘッドの部分詳細図である。 図１の測定部の要部の機能ブロック図である。 図５の測定部によるエージングテストの設定画面の一例を示す図である。 エージングテストによる周波数特性の一表示例を示す図である。 エージングテストによる監視周波数での出力変動の一表示例を示す図である。 図５の測定部による問題再現テストの設定画面の一例を示す図である。 問題再現テストにおける試験音の出力タイミングと再生開始タイミングとの時間差を説明するための図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、一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、振動体を有する測定対象の電子機器１００を評価するためのもので、電子機器装着部２０と、該電子機器装着部２０及び電子機器１００に接続される測定部２００とを備える。電子機器装着部２０は、基台３０に支持された振動測定ヘッド４０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の裏面に圧電素子が貼付されて、圧電素子の駆動によりパネル１０２が振動体として振動するものとする。先ず、振動測定ヘッド４０について説明する。

振動測定ヘッド４０は、耳型部５０と、振動ピックアップ装置５５とを備える。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。図１の耳型部５０は、人の右耳に対応しているが、左耳でもよい。人工外耳道部５２には、中央部に人工外耳道５３が形成されている。人工外耳道５３は、人の外耳孔の平均的な直径である５ｍｍ〜１０ｍｍの孔径で形成される。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に着脱自在に支持される。或いは、耳型部５０に人口外耳道部５２が接着されていてもよい。或いは、耳型部５０と人口外耳道部５２とが一の金型により一体的に製造されてもよい。

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、ＩＥＣ６０３１８−７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５ｍｍから５０ｍｍ、好ましくは８ｍｍから３０ｍｍ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。

振動ピックアップ装置５５は、図３（ａ）に平面図を、図３（ｂ）に正面図をそれぞれ示すように、人工外耳道５３の孔径とほぼ同径、例えば直径７．５ｍｍの孔５６ａを有する板状の振動伝達部材５６と、該振動伝達部材５６の一方の面の一部に結合された振動検出部を構成する一つの振動ピックアップ５７と、を備える。本実施の形態において、振動伝達部材５６は、孔５６ａが人工外耳道５３に連通するように、他方の面が人工外耳道部５２の耳模型５１側とは反対側の端面に接着される。また、振動ピックアップ５７は、例えば、接着剤やグリス等を介して振動伝達部材５６の一方の面に結合される。振動ピックアップ５７は、測定部２００に接続される。

ここで、振動伝達部材５６は、振動伝達効率の良好な素材、例えば、鉄、ＳＵＳ、真鍮、アルミニウム、チタン等の金属や合金、あるいはプラスチック等が使用可能であるが、検出感度の点では軽量な素材で構成するのが好ましい。また、振動伝達部材５６は、角形平ワッシャーのような外形が矩形状であってもよいが、耳型部５０の変位量は人工外耳道５３の周辺部で大きいことから、本実施の形態では丸形平ワッシャーのようなリング形状としている。なお、リング形状の外形は、例えば、孔５６ａの直径１０ｍｍから３０ｍｍ程度に、リングの幅である６ｍｍから２０ｍｍを２倍にして加えた外径として形成することができる。また、振動伝達部材５６の厚さは、素材の強度等に応じて適宜設定される。上述の振動伝達部材５６としては、例えば、０．１ｍｍの厚みのＳＵＳ板を用いて、内径２５ｍｍ、幅５ｍｍ、即ち外径３５ｍｍとしてもよい。

振動ピックアップ５７は、公知の小型の振動ピックアップが使用可能である。本実施の形態では、振動ピックアップ５７として圧電式加速度ピックアップを用い、該圧電式加速度ピックアップをグリス等、あるいはアロンアルファ（登録商標）のような瞬間接着剤等の接合部材を介して振動伝達部材５６に結合している。

さらに、振動測定ヘッド４０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マイクロフォン装置６０を備える。マイクロフォン装置６０は、図４（ａ）に基台３０側から見た平面図を、図４（ｂ）に図４（ａ）のｂ−ｂ線断面図をそれぞれ示すように、人工外耳道５３の外壁（穴の周壁）から振動ピックアップ装置５５の振動伝達部材５６の孔５６ａを通して延在するチューブ部材６１と、該チューブ部材６１に保持された音圧測定部を構成するマイクロフォン６２とを備える。

マイクロフォン６２は、例えば、電子機器１００の測定周波数範囲においてフラットな出力特性を有し、自己雑音レベルの低い計測用コンデンサマイクからなる。マイクロフォン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、マイクロフォン６２は、例えば、人工外耳道５３の外壁に固定された状態で配置してもよい。或いは人工外耳道部５２や基台３０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。マイクロフォン６２は、測定部２００に接続される。なお、図４（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。

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１ｍｍ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ロフォン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、振動体の一例であるパネル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、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。なお、振動体は、もちろんパネルのような耳を幅広く覆うものに限られず、耳型部５０の一部、例えば耳珠の部位だけに対して振動を伝達させるような突起や角部を有する電子機器であっても本発明の測定対象となり得る。

次に、図５を参照して、図１の測定部２００の構成について説明する。図５は、図１の測定装置の要部の機能ブロック図である。測定部２００は、感度調整部３００、信号処理部４００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）５００及びプリンタ６００を備える。

振動ピックアップ５７及びマイクロフォン６２の出力は、感度調整部３００に供給される。感度調整部３００は、振動ピックアップ５７の出力の振幅を調整する可変利得増幅回路３０１と、マイクロフォン６２の出力の振幅を調整する可変利得増幅回路３０２とを備える。可変利得増幅回路３０１，３０２は、それぞれの回路に対応するアナログの入力信号の振幅を、手動又は自動により所要の振幅に独立して調整する。これにより、振動ピックアップ５７の感度及びマイクロフォン６２の感度の誤差を補正する。なお、可変利得増幅回路３０１，３０２は、入力信号の振幅を例えば±５０ｄＢの範囲で調整可能に構成される。

感度調整部３００の出力は、信号処理部４００に供給される。信号処理部４００は、Ａ／Ｄ変換部４１０、周波数特性調整部４２０、位相調整部４３０、出力合成部４４０、周波数解析部４５０、記憶部４６０、音響信号出力部４８０及び信号処理制御部４７０を備える。Ａ／Ｄ変換部４１０は、可変利得増幅回路３０１の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４１１と、可変利得増幅回路３０２の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）４１２とを備える。なお、Ａ／Ｄ変換回路４１１，４１２は、例えば１６ビット以上、ダイナミックレンジ換算で９６ｄＢ以上に対応できる。またＡ／Ｄ変換回路４１１，４１２は、ダイナミックレンジが変更可能に構成することができる。

Ａ／Ｄ変換部４１０の出力は、周波数特性調整部４２０に供給される。周波数特性調整部４２０は、Ａ／Ｄ変換回路４１１の出力である振動ピックアップ５７による検出信号の周波数特性を調整するイコライザ（ＥＱ）４２１と、Ａ／Ｄ変換回路４１２の出力であるマイクロフォン６２による検出信号の周波数特性を調整するイコライザ（ＥＱ）４２２とを備える。イコライザ４２１，４２２は、それぞれの入力信号の周波数特性を、手動又は自動により人体の聴感に近い周波数特性に独立して調整する。なお、イコライザ４２１，４２２は、例えば複数バンドのグラフィカルイコライザ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等から構成される。

周波数特性調整部４２０の出力は、位相調整部４３０に供給される。位相調整部４３０は、イコライザ４２１の出力である振動ピックアップ５７による検出信号の位相を調整する可変遅延回路４３１を備える。すなわち、耳型部５０の材質を伝わる音速と人体の肉や骨を伝わる音速とは全く同じではないので、振動ピックアップ５７の出力とマイクロフォン６２の出力との位相関係が、特に高い周波数で人体の耳とのずれが大きくなることが想定される。

このように、振動ピックアップ５７の出力とマイクロフォン６２の出力との位相関係が大きくずれると、後述する出力合成部４４０での両出力の合成時に、実際とは異なるタイミングにおいて振幅のピークやディップが現れたり、合成出力が増減したりする場合がある。そのため、本実施の形態では、測定対象の電子機器１００の測定周波数範囲に応じて、イコライザ４２１の出力である振動ピックアップ５７による検出信号の位相を、可変遅延回路４３１により所定の範囲で調整可能する。

例えば、電子機器１００の測定周波数範囲が１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの場合、可変遅延回路４３１により±１０ｍｓ（±１００Ｈｚ相当）程度の範囲で、少なくとも０．１ｍｓ（１０ｋＨｚ相当）より小さい単位、例えば０．０４μｓ単位で振動ピックアップ５７による検出信号の位相を調整する。なお、人体の耳の場合でも、骨導音（振動伝達成分）と気導音（気導成分）との位相ずれは生じるので、可変遅延回路４３１による位相調整は、振動ピックアップ５７及びマイクロフォン６２の両者の検出信号の位相を合わせるという意味ではなく、両者の位相を耳による実際の聴感に合わせるという意味である。

位相調整部４３０の出力は、出力合成部４４０に供給される。出力合成部４４０は、可変遅延回路４３１により位相調整された振動ピックアップ５７による検出信号と、位相調整部４３０を通過したマイクロフォン６２による検出信号とを合成する。これにより、測定対象の電子機器１００の振動によって伝わる振動量と音圧、つまり振動伝達成分と気導成分とが合成された体感音圧を人体に近似させて得ることが可能となる。

出力合成部４４０の合成出力は、周波数解析部４５０に供給される。周波数解析部４５０は、出力合成部４４０からの合成出力を周波数解析するＦＦＴ（高速フーリエ変換）４５１を備える。これにより、ＦＦＴ４５１から、振動伝達成分と気導成分とが合成された体感音圧に相当するパワースペクトルデータが得られる。

さらに、周波数解析部４５０は、出力合成部４４０で合成される前の信号、すなわち、位相調整部４３０を経た振動ピックアップ５７による検出信号とマイクロフォン６２による検出信号とをそれぞれ周波数解析するＦＦＴ４５２，４５３を備える。これにより、ＦＦＴ４５２から振動伝達成分に相当するパワースペクトルデータが得られ、ＦＦＴ４５３から気導成分に相当するパワースペクトルデータが得られる。

なお、ＦＦＴ４５１〜４５３は、電子機器１００の測定周波数範囲に応じて周波数成分（パワースペクトル）の解析ポイントが設定される。例えば、電子機器１００の測定周波数範囲が１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの場合は、測定周波数範囲の対数グラフにおける間隔を１００〜２０００等分した各ポイントの周波数成分を解析するように設定される。

ＦＦＴ４５１〜４５３の出力は、記憶部４６０に記憶される。記憶部４６０は、ＦＦＴ４５１〜４５３による解析データ（パワースペクトルデータ）をそれぞれ複数保持できるダブルバッファ以上の容量を有する。記憶部４６０は、後述するＰＣ５００からのデータ送信要求タイミングで、常に最新データを送信できるように構成することができる。尚、リアルタイムで解析を要するのでなければ、必ずしもダブルバッファ構成でなくともよい。

音響信号出力部４８０は、ヘッドホン等の外部接続機器が着脱自在に接続可能に構成される。音響信号出力部４８０には、信号処理制御部４７０により、出力合成部４４０に入力される振動ピックアップ５７による検出信号、マイクロフォン６２による検出信号、又はそれらの出力合成部４４０での合成信号のいずれかが選択されて供給される。音響信号出力部４８０は、入力されるデータの周波数特性をイコライザ等により適宜調整した後、アナログの音響信号にＤ／Ａ変換して出力する。

更に、信号処理部４００は、試験信号出力部４９５を備える。試験信号出力部４９５は、信号処理制御部４７０の制御のもとに、電子機器１００のパネル１０２を振動させて電子機器１００を評価するための試験信号を出力する。試験信号出力部４９５は、試験信号生成部４９６、試験信号記憶部４９７及び出力調整部４９８を備える。試験信号生成部４９５は、好ましくは、所望の単一周波数のサイン波信号（純音）、所定の周波数範囲に亘って周波数が低周波数から高周波数へ又は高周波数から低周波数へ順次変化する純音スイープ信号（純音スイープ）、周波数の異なる複数のサイン波信号からなるマルチサイン波信号（マルチサイン）を選択的に生成して出力可能に構成される。なお、純音スイープにおける所定の周波数範囲は、可聴周波数範囲で適宜設定可能とする。また、純音スイープにおける順次の周波数における振幅は、好ましくは同一とする。マルチサインについても、それぞれのサイン波の振幅は、好ましくは同一とする。

試験信号記憶部４９７は、少なくとも所要のＷＡＶファイル（音声データ）を記憶し、選択的に読み出し可能に構成される。試験信号記憶部４９７に記憶されるＷＡＶファイルは、例えば、記録媒体又はネットワークを介してダウンロードされて記憶される。出力調整部４９８は、試験信号生成部４９６又は試験信号記憶部４９７から出力される試験信号を、測定対象の電子機器１００の外部入力の信号形式に応じて、例えばアナログ信号に変換する等の所定の信号形式に変換して、ＵＳＢ等のインターフェース用の接続ケーブル５１１を介して電子機器１００の外部入力端子１０５に供給する。なお、試験信号出力部４９５から出力される試験信号は、電子機器１００が携帯電話の場合、３ＧＰＰ２（３ＧＰＰ ＴＳ２６．１３１／１３２）やＶｏＬＴＥ等の規格に則った信号からなっていてもよい。

信号処理制御部４７０は、例えば、ＵＳＢ，ＲＳ−２３２Ｃ，ＳＣＳＩ、ＰＣカード等のインターフェース用の接続ケーブル５１０を介してＰＣ５００に接続される。信号処理制御部４７０は、ＰＣ５００からのコマンドに基づいて、信号処理部４００の各部の動作を制御する。なお、感度調整部３００及び信号処理部４００は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によって構成したりすることができる。

ＰＣ５００は、測定装置１０による電子機器１００の評価アプリケーションや各種のデータ等を格納するメモリ５０１等を有する。メモリ５０１は、内蔵メモリであってもよいし、外部メモリであってもよい。評価アプリケーションは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやネットワーク等を介してメモリ５０１にダウンロードされる。ＰＣ５００は、例えば、評価アプリケーションに基づくアプリケーション画面を表示部５２０に表示する。また、該アプリケーション画面を介して入力される情報に基づいて信号処理部４００にコマンドを送信する。また、ＰＣ５００は、信号処理部４００からのコマンド応答やデータを受信し、受信したデータに基づいて所定の処理を施して、アプリケーション画面に測定結果を表示する。また、必要に応じて測定結果をプリンタ６００に出力して印刷する。

測定装置１０は、電子機器１００の評価アプリケーションとして、エージングテスト機能及び問題再現機能を有する。エージングテスト機能は、純音スイープの試験信号を提示して、その応答を測定するプロセスを指定回数連続して繰り返し（リピートし）、その間に測定された周波数特性の変動を分析する。

問題再現機能は、特定の試験信号を提示して、その応答を測定し、試験信号（提示音）と測定音との相互相関係数と設定した相互相関係数閾値との比較に基づいて問題の現象を再現した測定データをＰＣ５００のメモリ５０１に保存する。つまり、相互相関関数により提示音と測定音との２つの信号の類似性を確認し、設定した相関係数閾値を下回った測定データを問題の現象を再現したデータとしてＰＣ５００のメモリ５０１に保存する。

以下、エージングテスト機能及び問題再現機能について、更に詳細に説明する。

＜エージングテスト機能＞
エージングテストでは、周波数特性全体の変動と指定した特定周波数での変動とが測定される。図６は、エージングテストにおいて、表示部５２０に表示されるエージングテスト設定画面の一例を示す図である。エージングテスト設定画面７００は、測定装置１０の評価アプリケーションのメニューから起動される。エージングテスト設定画面７００は、試験音振幅設定部７０１、リピート回数設定部７０２、監視周波数設定部７０３、テスト開始アイコン７０４、テスト中止アイコン７０５を有する。試験音（試験信号）は、純音スイープが設定される。

試験音振幅設定部７０１には、試験音の所望の振幅（ｄＢ）が入力される。リピート回数設定部７０２には、純音スイープの最大リピート回数（例えば、１００００回）以下で、所望のリピート回数が入力される。監視周波数設定部７０３は、周波数単位で音圧変動を測定するために用意されている。この監視周波数入力部７０３には、例えば１００Ｈｚ〜１０ＫＨｚの間で任意の周波数が入力される。図６では、３つの監視周波数が入力可能となっている。

測定装置１０は、試験音振幅設定部７０１、リピート回数設定部７０２、監視周波数設定部７０３への入力が完了し、テスト開始アイコン７０４が操作されると、エージングテストが開始される。以下、測定装置１０によるエージングテストの動作例について説明する。

先ず、ＰＣ５００は、図６のエージングテスト設定画面７００のテスト開始アイコン７０４が操作されると、信号処理部４００に対してエージングテストの測定開始コマンドを送信する。信号処理部４００は、エージングテストの測定開始コマンドを受信すると、信号処理制御部４７０の制御のもとに、試験信号出力部４９５の試験信号生成部４９６により純音スイープを繰り返し生成する。この生成された純音スイープは、出力調整部４９８及び接続ケーブル５１１を介して、保持部７０に保持された測定対象の電子機器１００の外部入力端子１０５に供給される。これにより、電子機器１００のパネル１０２の裏面に貼付された圧電素子が駆動されてパネル１０２が振動し、電子機器１００のエージングテストが開始される。

エージングテストが開始すると、信号処理部４００は、振動ピックアップ５７及びマイクロフォン６２の出力を、感度調整部３００で感度調整した後、Ａ／Ｄ変換部４１０でデジタル信号に変換し、さらに、周波数特性調整部４２０で周波数特性を調整した後、位相調整部４３０で位相を調整して出力合成部４４０で合成する。その後、信号処理部４００は、出力合成部４４０での合成信号、つまり振動伝達成分と気導成分との合成信号を周波数解析部４５０のＦＦＴ４５１で周波数解析して、その結果をＰＣ５００のメモリ５０１に保存する。

測定部２００は、上記の処理を１回の純音スイープについて実行し、当該処理を設定された純音スイープのリピート回数が満了、もしくはテスト中止アイコン７０５が操作されるまで繰り返す。設定されたリピート回数が満了、もしくはテスト中止が操作されると、ＰＣ５００は、初回の測定における周波数特性と、各周波数での音圧レベルの合計値を示すオーバーオール音圧の変動が最も大きかった回の周波数特性との比較グラフを表示部５２０に表示する。尚、各周波数における初回の音圧レベルとＮ（Ｎは１から測定された回数のうちのいずれか）回目の測定時の音圧レベルとの差の絶対値を合算し、Ｎ回のうちで、当該合算した値が最も大きかった場合を、上記したオーバーオール音圧の変動が最も大きかった回として、当該大きかった回と初回との比較を示すグラフを表示部５２０に表示してもよい。

図７は、表示部５２０に表示される周波数特性の比較グラフの一例を示すものである。図７において、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢＳＰＬ）をそれぞれ示し、グラフの破線は初回の周波数特性を、実線はオーバーオール音圧値の変動が最も大きかった回の周波数特性をそれぞれ示す。

また、測定部２００は、設定された監視周波数における出力変動グラフを、試験者による入力操作に応じて表示部５２０に選択的に表示する。図８は、表示部５２０に表示される監視周波数における出力変動グラフの一例を示すものである。図８において、横軸はリピート回数を、縦軸は音圧（ｄＢＳＰＬ）をそれぞれ示す。なお、各監視周波数における測定結果は、純音スイープにおける順次の周波数のうち最も設定周波数に近い周波数での測定結果が適用される。上記の電子機器１００のエージングテストの結果は、必要に応じてプリンタ６００から出力される。

以上のエージングテストにより、電子機器１００のパネル１０２に貼付された圧電素子を連続駆動して接着状態に負荷を与えたときの音の微妙な変化を評価することが可能となる。

＜問題再現機能＞
問題再現テストでは、相互相関関数により提示音（試験音）と測定音との２つの信号の類似性を確認して、クリップ音や一時的な音切れ、無線通信による断音、意図しない音のエンコード・デコード変換などの問題の発生の有無が検出される。図９は、問題再現テストにおいて、表示部５２０に表示される問題再現設定画面の一例を示す図である。問題再現設定画面８００は、上述したエージングテスト設定画面７００と同様に、測定装置１０の評価アプリケーションのメニューから起動される。

問題再現設定画面８００は、試験音種類設定部８０１、周波数設定部８０２、試験音振幅設定部８０３、試験音時間長設定部８０４、リピート回数設定部８０５、相関係数閾値設定部８０６、テスト開始アイコン８０７、テスト中止アイコン８０８を有する。試験音種類設定部８０１は、提示する試験音を、純音／純音スイープ／マルチサイン／任意のＷＡＶファイルから選択して設定する。なお、ＷＡＶファイルは、試験信号出力部４９５の試験信号記憶部４９７から読み込んで出力するため、試験音種類設定部８０１には、試験信号記憶部４９７へのＷＡＶファイルの保存先を示すパス名も表示される。

周波数設定部８０２には、試験音種類設定部８０１において純音が設定された場合に、その周波数が入力される。試験音振幅設定部８０３には、試験音の所望の振幅（ｄＢ）が入力される。試験音時間長設定部８０４には、提示する試験音の再生時間が入力される。問題再現テストは、試験音と測定音との相互相関を演算するので長い測定時間は相応しくない。したがって、ＷＡＶファイルの場合でも、好ましくは１０秒までとする。リピート回数設定部８０５には、最大リピート回数（例えば、１００００回）以下で、問題再現まで繰り返す所望のリピート回数が入力される。

相関係数閾値設定部８０６には、試験音と測定音との相関係数の閾値が入力される。相関係数は、電子機器１００の無線通信の有無や、音響処理の仕様等によって正常範囲が変化するので、例えば０．０〜１．０の範囲内で任意に設定可能とする。相関係数は、例えば、強い相関がある場合は０．７〜１．０、中程度の相関がある場合は０．４〜０．７、相関がほとんど無い場合は０．０〜０．４の範囲で任意に設定される。

測定装置１０は、試験音種類設定部８０１、周波数設定部８０２、試験音振幅設定部８０３、試験音時間長設定部８０４、リピート回数設定部８０５、相関係数閾値設定部８０６への入力が完了し、テスト開始アイコン８０７が操作されると、問題再現の測定が開始される。以下、測定装置１０による問題再現機能の動作例について説明する。

先ず、ＰＣ５００は、図９の問題再現設定画面８００のテスト開始アイコン８０７が操作されると、信号処理部４００に対して問題再現テストの開始コマンドを送信する。信号処理部４００は、問題再現テストの開始コマンドを受信すると、信号処理制御部４７０の制御のもとに、試験信号出力部４９５から設定された試験音（試験信号）を出力する。例えば、試験音種類設定部８０１においてＷＡＶファイルが設定された場合、信号処理部４００は、試験信号記憶部４９７から設定されたＷＡＶファイルを読み込んで出力調整部４９８を経て出力する。また、純音、純音スイープ又はマルチサインが設定された場合、信号処理部４００は、試験信号生成部４９６から設定された試験音を生成して出力調整部４９８を経て出力する。試験信号出力部４９５から出力される試験音は、信号処理制御部４７０を経てＰＣ５００にも供給される。

測定部２００から出力される試験音は、ループバックを使う場合は図５に示したように、接続ケーブル５１１を介して測定対象の電子機器１００の外部入力端子１０５に入力される。これに対し、無線通信による場合は、測定対象の電子機器１００と通信する対向機の外部入力端子に接続ケーブル５１１を介して入力される。したがって、無線通信の有無によって、提示された試験音が測定対象の電子機器１００で再生されるまでの時間に差が生じる。

信号処理部４００は、エージングテストの場合と同様にして、振動ピックアップ５７及びマイクロフォン６２の出力を出力合成部４４０で合成する。その後、信号処理部４００は、出力合成部４４０での合成信号、つまり振動伝達成分と気導成分との合成信号を周波数解析部４５０のＦＦＴ４５１で周波数解析して、その結果をＰＣ５００に供給する。ＰＣ５００は、信号処理部４００からの測定音の周波数解析結果と、ＰＣ５００において処理される提示音（試験音）の周波数解析結果とに基づいて、振動伝達成分及び気導成分の合成波形と提示された試験音の波形との相互相関関数を演算して相関係数を求め、その算出された相関係数と設定された相関係数閾値とを比較する。

ここで、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、測定部２００からの試験音の出力タイミング（図１０（ａ））と、測定対象の電子機器１００による試験音の再生開始タイミング（図１０（ｂ））とには時間差τがある。しかも、その時間差τは、ループバックや無線通信等の条件によって変動する。そのため、ＰＣ５００は、ノイズレベルを超えるレベルの測定音が入力された時点から試験音と測定音との相関係数を演算する。なお、測定音の先頭に所定のパイロット信号を挿入し、ＰＣ５００においては、パイロット信号の検出に同期して相関係数の演算を開始してもよい。また、ＰＣ５００において、相関係数を求める際の分析長は、例えばＷＡＶファイルの場合、その長さが１０秒であっても、１０秒全てではなく、短い時間（例えば０．５秒）に区切って相関係数を演算して閾値と比較するのが望ましい。試験音が純音スイープの場合は、スイープ波形全体で相関を演算するのが好ましい。

ＰＣ５００は、算出された相関係数が設定された相関係数閾値以上の場合、問題無しとして、設定されたリピート回数が終了するまで、試験音の提示から相関係数を算出して閾値と比較するまでの一連の処理を繰り返す。また、ＰＣ５００は、リピート回数が終了するまでに、算出された相関関数が閾値を下回った場合は、表示部５２０に「問題再現」のメッセージを表示して、そのときの波形データ（周波数解析結果）をＰＣ５００のメモリ５０１に保存する。メモリ５０１に保存された波形データは、必要に応じてプリンタ６００から出力される。問題が発生しない場合、すなわち算出された相関係数が閾値以上の場合は、波形データは保存されない。

以上の問題再現機能を用い、各種の試験音を提示して提示音と測定音との相関を演算することにより、電子機器１００のクリップ音はもとより、一時的な音切れを検出することが可能になる。更に、試験音を対向機から無線通信により電子機器１００に提示することにより、無線通信による断音、意図しない音のエンコード・デコード変換などの問題の発生の有無をも検出することが可能となり、音に関する様々な不具合を検出することが可能となる。

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、振動伝達によって音を伝えるBlueTooth（登録商標）によるヘッドセット、スピーカ等の他の圧電レシーバや補聴器等も同様に評価することが可能である。更に、試験信号出力部４９５は、ＰＣ５００に内蔵させて、ＰＣ５００から測定対象の電子機器１００や、電子機器１００の対向機に試験信号を供給するようにしてもよい。

また、電子機器装着部２０の振動測定ヘッド４０や電子機器１００を保持する保持部７０は、上述した構成に限らず、電子機器１００を着脱自在に保持して、少なくとも振動体の振動成分が測定できる構成であればよい。また、振動体の直接的な振動を測定する等、振動体の測定する特性によっては、耳型部５０及びマイクロフォン装置６０を省略することも可能である。更に、振動測定ヘッド４０の構成に応じて、ＦＦＴ４５２、４５３を省略し、あるいは、ＦＦＴ４５１、４５３を省略して、ＦＦＴ４５２による振動伝達成分の周波数特性に基づいて、エージングテストや問題再現テストを行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、測定部２００に、信号処理部４００と分離してＰＣ５００を設けるようにしたが、ＰＣ５００によって実行する評価アプリケーションの機能を信号処理部４００に搭載して、ＰＣ５００を省略してもよい。更に、測定部２００は、独立型ですべての機能を集約した構成に限らず、一または複数のＰＣや外部サーバーに分かれて配置されている場合のように、ネットワークシステムやクラウドを活用した構成であってもよいことはいうまでもない。

１０ 測定装置
３０ 基台
４０ 振動測定ヘッド
５０ 耳型部
５５ 振動ピックアップ装置
５７ 振動ピックアップ
６０ マイクロフォン装置
６２ マイクロフォン
７０ 保持部
１００ 電子機器
１０１ 筐体
１０２ パネル（振動体）
２００ 測定部
３００ 感度調整部
４００ 信号処理部
４１０ Ａ／Ｄ変換部
４２０ 周波数特性調整部
４３０ 位相調整部
４４０ 出力合成部
４５０ 周波数解析部
４６０ 記憶部
４７０ 信号処理制御部
４８０ 音響信号出力部
５００ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
５０１ メモリ
６００ プリンタ

Claims (7)

1. 筐体に保持された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、
   前記振動体を振動させる試験信号を出力する試験信号出力部と、
   前記振動体の振動を検出する振動検出部と、
   前記振動検出部の出力に基づいて前記振動体の振動を分析する測定部と、を備え、
   前記測定部は、前記試験信号出力部から前記試験信号を所定の周波数範囲に亘って指定回数繰り返し出力させて前記振動体を振動させ、前記試験信号の順次の繰り返しにおいて前記振動検出部の出力に基づいて前記振動の周波数特性の変動を分析する、測定装置。
2. 前記振動体を振動させた際に前記電子機器から発生される音の音圧を測定するための音圧測定部を更に備え、
   前記測定部は、前記音圧測定部の出力と前記振動検出部の出力との合成出力に基づいて記振動の周波数特性の変動を分析する、
   請求項１に記載の測定装置。
3. 表示部を更に備え、
   前記測定部は、前記振動体の前記試験信号による初回の前記周波数特性と、当該初回の周波数特性に対してオーバーオール音圧の変動が最も大きい回の前記周波数特性とを前記表示部に表示する、
   請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記測定部は、前記所定の周波数範囲での指定監視周波数に対応する周波数成分の音圧を前記指定回数に亘って前記表示部に選択的に表示する、
   請求項３に記載の測定装置。
5. 前記試験信号出力部から出力される前記試験信号は、所定の周波数範囲に亘って周波数が順次変化する純音スイープ信号である、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置。
6. 筐体に保持された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、
   試験信号出力部から所定の周波数範囲に亘って試験信号を指定回数繰り返し出力させて前記振動体を振動させるステップと、
   前記試験信号の順次の繰り返しにおいて前記振動体の振動を振動検出部により検出するステップと、
   前記振動検出部の出力に基づいて前記振動の周波数特性の変動を測定部において分析するステップと、
   を含む測定方法。
7. 前記試験信号出力部から出力される前記試験信号は、所定の周波数範囲に亘って周波数が順次変化する純音スイープ信号である、
   請求項６に記載の測定方法。

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