(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時系列的に変化する外部圧力に対応する空気圧信号を生起させる手段と、
この外部圧力下における人間の内耳内圧力を模擬する空気圧信号を生起させる手段と、
外部圧力から内耳内圧力を差し引く手段と、
差し引いた値（差圧値）を評価指標に変換して出力する評価手段と、
を備える空気圧変化不快度計であって；
上記内耳内圧力を模擬する空気圧信号を生起させる手段が、現外部圧力から現内耳内圧力を差し引きその差を積分する積分手段を含み、
その積分の時定数として、外部圧力が内耳内圧力より高い場合には長い時定数を、外部圧力が内耳内圧力よりも低い場合には短い時定数を選択することを特徴とする空気圧変化不快度計。
【請求項２】
上記評価手段が、上記差圧値を絶対値化する手段と、該絶対値を一次遅れ動作する手段と、該手段で一次遅れ動作した値を対数変換する手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の空気圧変化不快度計。
【請求項３】
上記積分手段の時定数を通常より短くする手段を含むことを特徴とする請求項１記載の空気圧変化不快度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧の変動に起因する人間の耳の不快感の度合を測定する空気圧変化不快度計に関する。特には、人間の耳の構造をより忠実に模擬できる機構を有するとともに、不快度を数量的に評価でき記録性にも優れた空気圧変化不快度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上昇・下降中の飛行機や超高層ビルのエレベーター内では、短時間内での気圧変動が生じるため、人間の耳に不快感や痛みを感じることがある。これは、耳の中の内耳の気圧が、急激な外部圧力の変動に追随できないで、鼓膜の内外で気圧差が起きるためである。この現象を本明細書中では“耳つん”と呼ぶ。
【０００３】
高速で走行する鉄道車両内においても耳つんを感じることがある。特に、列車が高速でトンネルを通過する際に、列車内の気圧変動で乗客が耳つんを感じることが多い。この種の気圧変動は列車の速度の２乗に比例するため、列車が高速になると耳つんは生じやすく、我が国では東海道新幹線の開業（１９６４年）にあたって問題化した。そして、新幹線では車内を気密化することによって、トンネル走行時の空気圧変化が車内空気圧に極力変動を起さないようにした。しかしながら、最近における在来線のスピードアップに伴い、気密化対策の施されていない在来線での耳つんが大いに問題とされ始めた。
【０００４】
耳つんの評価方法としては、大学生アルバイトなどの人間のモニター要員を車内に乗せてアンケートを採る方法や、空気圧変化とその変化速度をモニターする方法、人間の耳を模擬した装置（空気圧変化不快度計）により鼓膜の内外の圧力差をシミュレーションする方法がある。
人間モニター法は、モニター要員の人数を多く必要とし費用がかかるとともに評価が感覚的なものとなる。
【０００５】
空気圧変化とその変化速度をモニターする方法では、現実の人間の不快度との相関が把握しにくいことがある。特に、鉄道車両のトンネル走行時に生じる圧力変動は、列車の走行速度、対向列車とのすれ違い、トンネル長、断面積及び出入口の形状など、多くの要因の影響を受けて複雑な様相を示すため、評価しずらい。
【０００６】
空気圧変化不快度計を用いるものとしては、特公昭４１−９８７７号に開示されているものがある。この空気圧変化不快度計は、ダイヤフラムの壁を有する空気圧室を細長い管で外界と接続して空気圧室内の圧力変動に外部圧力変動からの時間遅れを与えるようにし、該空気圧室と外界との気圧差をダイヤフラム壁の変形を指標として測定する。空気圧室を人間の内耳と模擬し、ダイヤフラム壁を鼓膜に模擬したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特公昭４１−９８７７号には、以下の問題点があった。
▲１▼  人間の耳の場合、気圧が上がる場合と気圧が下がる場合で、不快度に差がある。というのは、気圧が下がる場合は、内耳内の方が圧力が高いので、内耳から外気への空気の排出が起るが、この場合は空気が出やすく、比較的速やかに内耳内圧力が外部圧力と一致しやすい（両者の差圧が小さい）。一方、気圧が上がる場合は、内耳内に空気が入りにくいため、内耳内圧力の外部圧力に対する追従が遅れて、鼓膜にかかる差圧が大きくなりやすい。特公昭４１−９８７７号の不快度計では、このような昇降圧に差が生じる特性を模擬することができない。
▲２▼  差圧の表示が機械的であるため、記録に不便である。
【０００８】
本発明は、人間の耳の構造をより忠実に模擬できる機構を有するとともに、不快度を数量的に評価でき記録性にも優れた空気圧変化不快度計を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の空気圧変化不快度計は、  時系列的に変化する外部圧力に対応する空気圧信号を生起させる手段と、  この外部圧力下における人間の内耳内圧力を模擬する空気圧信号を生起させる手段と、  外部圧力から内耳内圧力を差し引く手段と、  差し引いた値（差圧値）を評価指標に変換して出力する評価手段と、  を備える空気圧変化不快度計であって；  上記内耳内圧力を模擬する空気圧信号を生起させる手段が、現外部圧力から現内耳内圧力を差し引きその差を積分する積分手段を含み、  その積分の時定数として、外部圧力が内耳内圧力より高い場合には長い時定数を、外部圧力が内耳内圧力よりも低い場合には短い時定数を選択することを特徴とする。
【００１０】
人間の耳の特性である内耳内圧力の降圧はスムーズであるが昇圧は遅いという特性を、外部圧力が内耳内圧力より上昇する場合には長い時定数、外部圧力が内耳内圧力より下降する場合には短い時定数となる積分回路により模擬し、この模擬した内耳内圧力と外部圧力との差圧を鼓膜に作用する圧力として求めることとした。したがって、より正確に人間の鼓膜にかかる差圧をシミュレーションしやすくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、上記評価手段が、上記差圧値を絶対値化する手段と、該絶対値を一次遅れ動作する手段と、該手段で一次遅れ動作した値を対数変換する手段と、を含むことが好ましい。すなわち、外部圧力と内耳内圧力との差圧の絶対値を求めた後、瞬間的な変動を不快と表示しないように人間が感じるまでの時定数を持った一次遅れ動特性回路を通し、さらに人間の感覚特性である対数変換を行って人間の不快度として表示するのである。
また、本発明においては、上記積分手段の時定数を通常より短くする手段を含むことが好ましい。積分回路の時定数を通常より短くすることにより、内耳圧力を外部圧力に急速に平衡させ、人が不快感を解消する動作を模擬することができる。
【００１２】
図１は、本発明の１実施例に係る空気圧変化不快度計の構成を示すブロック図である。まず圧力センサ１で外部圧力（車内の空気圧等）を検知して、空気圧信号を発生させる。あるいは、別途記録しておいた空気圧データを空気圧信号としてもよい。そして、空気圧信号を入力アンプ３に通して増幅する。続いて、入力アンプ３の出側の引算回路７によって、外部圧力から内耳内圧力を差し引く演算を行う。
【００１３】
次に、引算回路７の出側の積分回路５によって、外部圧力と内耳内圧力の差を積分して内耳内圧力を模擬する。このとき、上述のように、昇圧時と降圧時とでは積分の時定数に差を付ける。外部圧力に関する空気圧信号は、入力アンプ３の出側から引算回路７のプラス側に印加され積分回路５により模擬した内耳内圧力は引算回路のマイナス側に印加される。
【００１４】
次に、引算回路７の出力は絶対値回路９に入力され、絶対値に変換される。次に、絶対値回路９の出力は一次遅れ動特性回路１１に入力され、瞬間的な変動をなまらせる。次に、一次遅れ動特性回路１１の出力は対数変換回路１３に入力され、人間の感覚に近付けるように対数変換を行う。最後に、対数変換回路１３の出力は表示装置１５に入力されて、人間の理解できる態様により表示される。
【００１５】
図２は、図１の空気圧変化不快度計の各部の出力信号を時系列的に示すタイミングチャートである。
最上段の（Ａ）入力は外部圧力変動を示す。図において、比較的長い時間にわたる高圧２１、比較的長い時間にわたる低圧２３、きわめて短時間の高圧２５が示されている。
【００１６】
２段目の（Ｂ）積分回路出力では、図１の不快度計の積分回路５の出力が示されている。この出力は人間の内耳内圧力を模擬するものであって、外部圧力の変動が遅れて内耳内圧力の変動となる。さらに、昇圧時（外部圧力＞内耳内圧力）の際は、積分の時定数が大きくて内耳内圧力が追随しにくく、降圧時（外部圧力＜内耳内圧力）の際は積分の時定数が小さくて内耳内圧力が追随しやすいという特性をもっている。
【００１７】
一番左の上向きの山３１は、（Ａ）の外部圧力変動の高圧２１に対応した内耳内圧力変動を示す。山３１の左側スロープの上昇が緩やかで外部圧力への追随が遅れているのに対して、山３１の右側スロープの下降は速やかである。
【００１８】
山３１の右側にある下向きの山３３は、外圧（Ａ）の低圧２３に対応した内耳内圧力変動を示すものである。この山３３の左側スロープの下降は速やかで、右側スロープの上昇は緩やかである。これも上述の時定数の差に対応している。
山３３の右側の小突起３５は、外圧（Ａ）の短時間の高圧２５に対応したものである。高圧２５がきわめて短時間であるため、内耳内圧力の変動はきわめて僅かである。
【００１９】
３段目の（Ｃ）引算回路出力は、（Ａ）の外部圧力から（Ｂ）の積分回路出力を差し引いたものである。この（Ｃ）引算回路出力は、外部圧力と内耳内圧力との差圧、すなわち鼓膜にかかる差圧に対応する。一番左側の上向きの山５１は、（Ａ）の外部圧力の高圧２１に対応するものである。高圧２１の発生により、ピーク時に差圧の山５１が立ち上がり、その後、内耳内圧力が徐々に外部圧力に近づく（（Ｂ））のに対応して差圧の山５１は下がっていく。そして、（Ａ）の高圧２１が終った時点で、今度は、内耳内圧力の方が外部圧力よりも高くなって、その差圧がマイナス側に山５２となって表れる。（Ｃ）の中央から右にかけての山５３、５４、５５も同様のものである。
【００２０】
４段目の（Ｄ）絶対値回路出力は、（Ｃ）の引算回路出力を単に絶対値にしただけのものである。
【００２１】
下から２段目の（Ｅ）一次遅れ動特性回路出力は、図１の一次遅れ動特性回路１１の出力を示したものである。（Ｅ）の線（山）は、（Ｄ）の線の鋭い角が取れた形である。きわめて短時間の事象は人間の感覚に表れにくいので、このような処理をして人間の感覚により近づけている。
【００２２】
一番下の（Ｆ）対数変換回路出力は、（Ｅ）を対数変換したものである。人間の耳の感覚は、物理量を対数変換して把握する特性があるので、このような変換を加えている。
この（Ｆ）の信号をコンピュータで記録・処理することにより、外部圧力変動が人間にいかなる不快感を与えるかを定量的に評価できる。
【００２３】
なお、一般の日本人の場合、昇圧時の積分時定数は４０〜１２０秒、降圧時の積分時定数は２０〜６０秒が妥当な範囲である。
この空気圧変化不快度計は、コンピュータによる数値計算手法でも実施が可能である。
【００２４】
図３は、外部圧力が継続的に変化する場合の空気圧変化不快度計の各部の出力信号を時系列的に示すタイミングチャートである。
最上段の（Ａ）入力は外部圧力変動を示す。図において、継続的な高圧６１が示されている。
２段目の（Ｂ）積分回路出力では、（Ａ）の継続的な高圧６１に対応する積分回路の出力６３が示されている。
３段目の（Ｃ）引算回路出力は、（Ａ）の外部圧力から（Ｂ）の積分回路出力を差し引いたものである。左側の上向きの山６５は、（Ａ）の外部圧力の高圧６１の立ち上がりに対応するものである。（Ａ）の高圧６１が終った時点で、今度は、内耳内圧力の方が外部圧力よりも高くなって、その差圧がマイナス側に山６７となって表れる。
【００２５】
４段目の（Ｄ）絶対値回路出力は、（Ｃ）の引算回路出力を単に絶対値にしただけのものである。
下から２段目の（Ｅ）一次遅れ動特性回路出力は、図１の一次遅れ動特性回路１１の出力を示したものである。
一番下の（Ｆ）対数変換回路出力は、（Ｅ）を対数変換したものである。
この（Ｆ）の信号をコンピュータで記録・処理することにより、外部圧力変動が人間にいかなる不快感を与えるかを定量的に評価できる。
【００２６】
図４は、空気圧変化不快度計の積分回路の時定数を通常より短くするスイッチ（時定数短縮スイッチ）を動作させた場合の各部の出力信号を時系列的に示すタイミングチャートである。
最上段の（Ａ）入力は外部圧力変動を示す。図において、高圧７１が示されている。高圧７１に重なる２本の縦線は、時定数短縮スイッチ（図１の１６）を作動させている時間を示す。
２段目の（Ｂ）積分回路出力では、（Ａ）の高圧７１に対応する積分回路の出力７３が示されている。時定数短縮スイッチの作動により回路出力は急速に立ち上がっている。
３段目の（Ｃ）引算回路出力は、（Ａ）の外部圧力から（Ｂ）の積分回路出力を差し引いたものである。左側の上向きの山７５は、（Ａ）の外部圧力の高圧７１の立ち上がりに対応するものである。時定数短縮スイッチの作動により回路出力は急速に下降している。このように積分回路の時定数を通常より短くすることにより、内耳圧力を外部圧力に急速に平衡させ、人が不快感を解消する動作を模擬することができる。（Ａ）の高圧７１が終った時点で、今度は、内耳内圧力の方が外部圧力よりも高くなって、その差圧がマイナス側に山７７となって表れる。
なお、前記スイッチの作動条件や時定数をプログラム的に任意に制御することも可能である。
【００２７】
４段目の（Ｄ）絶対値回路出力は、（Ｃ）の引算回路出力を単に絶対値にしただけのものである。
下から２段目の（Ｅ）一次遅れ動特性回路出力は、一次遅れ動特性回路の出力を示したものである。
一番下の（Ｆ）対数変換回路出力は、（Ｅ）を対数変換したものである。
この（Ｆ）の信号をコンピュータで記録・処理することにより、外部圧力変動が人間にいかなる不快感を与えるかを定量的に評価できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の空気圧変化不快度計は、人間の耳の構造をより忠実に模擬できる機構を有するので、気圧昇降時の不快度の差を評価できる。また、人間が感じる空気圧変化による不快感を数量的に表示することが可能となり、不快感を数量的に評価できる。さらには、電気的な出力による記録も可能となり、その出力をコンピュータ等で処理して、リアルタイムで不快感を評価することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る空気圧変化不快度計の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の空気圧変化不快度計の各部の出力信号を時系列的に示すタイミングチャートである。
【図３】外部圧力が継続的に変化する場合の空気圧変化不快度計の各部の出力信号を時系列的に示すタイミングチャートである。
【図４】空気圧変化不快度計の積分回路の時定数を通常より短くする時定数短縮スイッチを動作させた場合の各部の出力信号を時系列的に示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  圧力センサ                    ３  入力アンプ
５  積分回路                      ７  引算回路
９  絶対値回路                  １１  一次遅れ動特性回路１１
１３  対数変換回路                １５  表示装置
１６  時定数短縮スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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