(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の音または振動が発生したことを検知する音振動検知装置と、心電、筋電、脈波、心拍などの生体信号を検出する生体信号検出装置と、前記生体信号の変動を分析する変動分析装置を備え、前記音振動検知装置により検知された音または振動が発生した時の生体信号の変化を分析する変動分析装置とを備え、前記変動分析装置は、音を聞くまたは振動を受ける前後の人体の生体信号をパワースペクトル解析して、前記パワースペクトルの傾きが１／ｆ特性に接近する度合で音または振動が生体に与えた影響の定量化を行う音振動評価装置。
【請求項２】
所定の音または振動が発生したことを検知する音振動検知装置と、心電、筋電、脈波、心拍などの生体信号を検出する生体信号検出装置と、前記生体信号の変動を分析する変動分析装置を備え、前記音振動検知装置により検知された音または振動が発生した時の生体信号の変化を分析する変動分析装置とを備え、前記変動分析装置は、音を聞くまたは振動を受ける前後の人体の生体信号のゆらぎの大きさを分析して、前記ゆらぎの大きさの度合で音または振動が生体に与えた影響の定量化を行う音振動評価装置。
【請求項３】
所定の音または振動が発生したことを検知する音振動検知装置と、心電、筋電、脈波、心拍などの生体信号を検出する生体信号検出装置と、前記生体信号の変動をパワースペクトル解析する変動分析装置と、前記音または振動と前記生体信号の相互相関を分析する相関分析装置を備え、前記相関分析装置の解析結果が所定値未満であれば、前記パワースペクトルの傾きが１／ｆ特性に接近する度合いで振動または音の評価を行うが、前記所定値以上であれば不快な音または振動として評価する音振動評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、騒音や振動などを受けた場合に人体が感じる官能評価を生体信号の変動分析により行う音振動評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の音振動評価には、音楽のような心地良い音の評価と、騒音のような不快な音の評価があるが、ここでは不快な音の評価として最もよく用いられている騒音レベルによる評価手法を用いて説明する。
【０００３】
騒音レベルによる評価は、図１１に示すように騒音を発生する機械１の音をマイクロホン２で受けて電気信号に変換し、その電気信号を騒音計３によって所定の重み付けを行って数値化し、定量的に評価するものである。
【０００４】
上記構成において、騒音計３によって測定した騒音レベルにより、機械１から発生される騒音の不快感を評価するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、騒音の物理的な量を計測することによって、人体が受ける刺激量に対応づけしようとしているが、間接的であり必ずしもよく対応しているとはいえなかった。すなわち、騒音レベルの測定は、実験的に多くのデータから一般的な評価指標を求めるものであり、測定する時の人や環境の条件によって、評価に差が生じるという課題があった。また、近年の家庭電化機器のように、静音化技術の進歩によって、４０ｄＢ（Ａ）以下の低騒音レベルになってくると、騒音レベルだけでは評価できず、音質面からの評価が必要となってきていた。しかし、音質評価は、「うるさい」、「やかましい」、「つかれる」などの項目に対する評価を、アンケート方式で調査して統計的に傾向をつかむ方法で行われており、間接的であり、試験を行う側の誘導尋問的な影響を受けることが多く、中立的な評価を行うことが難しかった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するもので、音や振動が発生したかどうかを検知して、その時の生体信号の変化から音や振動が生体に与えた影響を定量化することを第１の目的としている。そして、生体信号の変化を１／ｆ特性と比較することによってその音や振動が生体に与えた影響を定量化することを第２の目的としている。また、生体信号のゆらぎの大きさを比較することによって、その音や振動が生体に与えた影響を定量化することを第３の目的としている。さらに、音や振動と生体信号の相関解析による分析結果と、生体信号の変動分析の２つの結果から音や振動が生体に与えた影響を定量化することを第４の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記第１の目的を達成するための第１の手段は、所定の音または振動が発生したことを検知する音振動検知装置と、心電、筋電、脈波、心拍などの生体信号を検出する生体信号検出装置と、前記生体信号の変動を分析する変動分析装置を備え、前記音振動検知装置により検知された音または振動が発生した時の生体信号の変化を変動分析装置により分析し、その分析結果から発生した音または振動が生体に与えた影響を定量化する構成とした。そして、音を聞くまたは振動を受ける前後の人体の生体信号をパワースペクトル解析する変動分析装置と、前記パワースペクトルの傾きが１／ｆ特性に接近する度合で音または振動が生体に与えた影響を定量化する構成とした。さらに、第２の目的を達成するために、音を聞くまたは振動を受ける前後の人体の生体信号のゆらぎの大きさを分析する変動分析装置と、前記ゆらぎの大きさの度合で音または振動が生体に与えた影響を定量化する構成とした。また、第３の目的を達成するために、所定の音または振動が発生したことを検知する音振動検知装置と、心電、筋電、脈波、心拍などの生体信号を検出する生体信号検出装置と、前記生体信号の変動をパワースペクトル解析する変動分析装置と、前記音または振動と前記生体信号の相互相関を分析する相関分析装置を備え、前記相関分析装置の解析結果が所定値未満であれば、前記パワースペクトルの傾きが１／ｆ特性に接近する度合いで振動または音の評価を行うが、前記所定値以上であれば不快な音または振動として評価する構成とした。
【０００８】
【作用】
本発明は上記構成によって、第１の手段によれば、音振動検知装置によって、音や振動が発生した時の生体信号と音や振動が発生していないときの生体信号の変化を区別して測定することができ、音や振動によって生体信号がどのように変化したかを評価することで音や振動が生体に与えた影響を定量化することができるのである。そして、生体信号のパワースペクトル解析した結果を、１／ｆ特性と比較して変化した度合から評価することで音や振動が生体に与えた影響を定量化することができるのである。また、第２の手段によれば、生体信号のゆらぎの大きさを分析した結果を比較して評価することで、音や振動が生体に与えた影響を定量化することができるのである。さらに、第３の手段によれば、音や振動と生体信号の相関解析による分析結果と、生体信号の変動分析結果から音や振動が生体に与えた影響を定量化することができるのである。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例の音振動評価装置を、図１から図３を参照して説明する。
【００１０】
図１に示すように、機械の音を受音するマイクロホン４と、マイクロホン４からの信号が所定レベル以上になったことを検知する音振動検知装置５と、人体の心拍を測定する生体信号検出装置としての圧電センサーを用いた心拍計６と、前記心拍計６の信号をパワースペクトル解析する変動分析装置７を備えた構成とした。ここで、８、９は、それぞれマイクロホンと心拍計の信号増幅器である。また、図２に変動分析装置で行われる信号処理のフローチャートを示す。
【００１１】
上記構成によれば、音振動検知装置によって、音が発生した時の生体信号と音が発生していないときの生体信号の変化を区別して測定することができ、音によって生体信号がどのように変化したかを評価することで音の評価を行うことができるのである。図２に示すフローチャートを用いてその信号処理方法を示す。
【００１２】
まず、音が発生したかどうかを示す「フラグ」に初期値「０」を、変動分析として行うパワースペクトルの傾きの係数「ａ」と「ｂ」に初期値「１」をそれぞれ代入する。そして、生体信号を心拍計から逐次入力する。「ａ」、「ｂ」は１／ｆａまたは１／ｆｂとなる式の係数である。次に、音の信号が所定値以上になったかどうかを判定する音振動検知装置からの信号を逐次入力する。そして、音振動検知装置からの信号があれば、「フラグ」に「１」を代入する。そして、所定の測定時間だけ生体信号を測定して、変動分析を行う。ここでは、生体信号のパワースペクトル解析を行い、その結果の１Ｈｚ成分以下のパワー成分から回帰解析によってその周波数特性の傾きを求める。この傾きは、「フラグ＝０」の場合は、音が所定値以上に大きくならなかった場合であり、「ａ」に代入される。もし、「フラグ＝１」の場合は、音が所定値以上になった場合であり、「ｂ」に代入される。ここで、「ａ」と「ｂ」を次式により比較することで、１／ｆ特性にどれだけ近いかを判定する。
【００１３】
例えば、図３に示すような特性が得られたとすると、
｜１−ａ｜＜｜１−ｂ｜の場合は、生体信号の変動が１／ｆから遠ざかっていると考えられるので、発生している音は不快音であると判定する。
また、
｜１−ａ｜＞｜１−ｂ｜の場合は、生体信号の変動が１／ｆに近づいているので、発生している音は心地好い音であると判定する。
【００１４】
このような計測を繰り返すことで音の評価がその時々の条件に対応して評価することができる。生体信号としては、自分で容易にコントロールできない心拍や心電、筋電、脈波などを用いることで、評価データを人為的に作ることは困難であり、正しい音の評価を定量的に行うことができる。このように、生体への影響の度合いを「ａ」や「ｂ」のような係数で定量化することができる。また、音が発生した時と音が発生していないときの生体信号で比較することができるので、音の有無が生体に及ぼす刺激を的確に指標化することができる。さらに、図３に示すようなグラフで表現することでも、音が生体に及ぼす刺激の大小関係を見ることができる。
【００１５】
次に、第２の実施例について図４から図７を用いて説明する。上記第１の実施例と同一構造で、かつ同一作用をする部分には同一符号を付して詳細な説明は略し、異なる部分を中心に説明する。
【００１６】
変動分析装置７において、生体信号を計測したデータから図４に示す信号の各周期を測定する。この信号の周期をそれぞれの時刻毎にＴｉ、Ｔｉ＋１として測定し、図５に示すような特性図を描く。すなわち、ＴｉをＸ軸に、Ｔｉ＋１をＹ軸に描き、つぎの周期の時には、前のＴｉ＋１がＴｉとなり、新しい周期がＴｉ＋１となるように、順次ＸＹ座標軸上にプロットしていく。そして、その軌跡が描く軌道の最小面積Ｓを、Ｘ軸の最小幅とＹの最小幅を乗算することによって求める。このＳが音を聞くことによって変化する度合を評価値とする。
【００１７】
生体信号のゆらぎの大きさは、ストレスなどがたまってくると小さくなり、健康状態ほど大きなゆらぎとなると考えられているので、この評価値は、大きくなるほどストレスのない快適な状態に体が近づいていることを示すものである。ここで、ＴがＴの変動分ΔＴに比べ、非常に大きい時はΔＴの変動がわかりにくくなるので、Ｔの平均値Ｔａｖｅを求め、Ｔ−ＴａｖｅをＴ’として、Ｔ’ｉとＴ’ｉ＋１とで分析する方法をとることする。この評価値Ｓの時間変化を図６のように測定することで、その時刻に発生している音が快適な音か、不快な音かを判定するものである。そのフローチャートを図７に示す。
【００１８】
このように、生体信号のゆらぎの大きさで音や振動が生体に与えた影響について、定量的に、かつ検査員などの誘導に左右されず高精度に評価を行うことができる。また、音が発生した時と音が発生していないときの生体信号で比較することができるので、音の有無が生体に及ぼす影響を的確に定量化することができる。さらに、図５に示すようなグラフで表現することでも、音が生体に及ぼす刺激の大小関係を視覚的に見ることができる。
【００１９】
次に、第３の実施例について図８から図１０を用いて説明する。上記第１の実施例と同一構造で、かつ同一作用をする部分には同一符号を付して詳細な説明は略し、異なる部分を中心に説明する。
【００２０】
図８に示すように、機械の音を受音するマイクロホン４と、人体の心拍を測定する生体信号検出装置としての圧電センサーを用いた心拍計６と、前記マイクロホン４の信号と前記心拍計６の信号を相互相関解析する相関分析装置９と、前記生体信号の変動を分析する変動分析装置１０と、前記相関分析装置９の結果と前記変動分析装置１０の結果から、音の評価を行う音振動評価装置１１を備えた構成とした。ここで、８、９は、それぞれマイクロホンと心拍計の信号増幅器である。また、図９に信号処理のフローチャートを示す。
【００２１】
上記構成によれば、騒音の周期が生体信号の変動に近い場合において、その影響を考慮して音を評価することができるものである。すなわち、図１０に示すような信号の場合、心拍と騒音の周期が非常に近似しており、生体信号としての心拍は、バイオフィードバックとして騒音の周期に影響を受け、騒音の周期に合わせるように変動する場合がある。この場合、生体信号のパワースペクトルは周期性が強い特長となり、右下がりの強い勾配となり１／ｆから遠ざかるようになる。よって、心拍の信号と、音の信号を同時に測定し、その相関解析を行う。その結果、相関係数が０．８未満の低い値となったときは、パワースペクトル解析を行って、前記実施例のように評価するが、０．８以上の高い相関値となった場合は、不快音として評価することとした。
【００２２】
このように、パワースペクトルによる勾配の評価だけでは、音の評価が困難な場合でも、騒音信号と生体信号の相互相関をとることで、生体信号が騒音に影響されている度合を分析することによって、音が生体に与えた影響を的確にかつ定量的に行うことができるのである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、生体信号の変動分析から発生している音が生体に及ぼす影響を定量化することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施例を示す音振動評価装置のブロック図
【図２】  同装置の信号処理を示すフローチャート
【図３】  生体信号のパワースペクトル図
【図４】  本発明の第２の実施例を示す生体信号波形図
【図５】  同装置で分析した特性図
【図６】  同装置で分析した特性図
【図７】  同装置のフローチャート
【図８】  本発明の第３の実施例を示す音振動評価装置のブロック図
【図９】  同装置のフローチャート
【図１０】  生体信号と騒音信号波形を示す特性図
【図１１】  従来の睡眠時呼吸情報測定装置のブロック図
【符号の説明】
４  マイクロホン
５  音振動検知装置
６  心拍計（生体信号検知装置）
８  変動分析装置
９  相互相関分析装置
１０  変動分析装置
１１  音振動評価装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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