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小型体導音センサの構造と感度特性 *◎清水奨太，平原達也（富山県立大・工），大谷真（東北大・通研）

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はじめに体導音

気導音

我々が普段聞いている音の多くは空気を伝搬す

体導音センサ①る気導音である。一方で、空気ではなく肉や骨を伝搬する「音」、すなわち肉導音や骨導音も存在②している。これらを“体導音”と呼ぶことにする。
体導音とは、体の内外にある音源によって引き起こされた振動が体内や体表を伝搬し、体表面に設置したセンサで検出される「音」と定義する。

③

図 1 に示すように体導音には、①心音や血流音のように生理機能に起因し、体内に音源があるもの、②歩行音や衣擦れ音、皮膚を掻く音のように運動や動作に起因し、体表に音源があるもの、③外来音や音声のように体外に音源がある気導音が体を伝わってくるものがある。生理機能に起因する
体導音は、医者が聴診器を用いて聴取しているものであり、これまで様々な研究が成されている[1-2]。また運動や動作に起因する体導音は、気導音として検出されるものもあり、これまでにも研究が行なわれている[3]。周囲の気導音に起因する体導音はあまり調べられていないが、録音された自分の声の音色が話すときに聴こえている声と違うのは、自らが発話している場合にはその体導音と気導音を聴いているからだと言われている。
これまで体導音を検出するためには、マイクロホン、加速度ピックアップや心音センサ、電子聴

Fig. 1: 体導音の分類
mmH のアクリル筒内に設置し、ウレタンエラストマを充填したもので、図 2 に示す構造を持つ。
ECM には WM-62PC (Panasonic) を用いた。
ECM のダイヤフラムを露出させるために、専用の切削治具を作成し、旋盤を用いて ECM のアルミニウムケースの上面を削った。市販の ECM ユニットにはケース上面とダイヤフラムでコンデンサを形成しているものと、図 2 に示すように、内側電極とダイヤフラムでコンデンサを形成しているものがある。前者はケース上面を削るとマイクロホンとして機能しなくなる。

感度特性
3.1 ダイヤフラムを露出した ECM の気導感度3診器などが利用されている[1-3]。これらは体表に防音室内で測定した、ダイヤフラムを露出した長時間固定することが難しく、周囲の気導音が混ECM の気導感度を図 3 に示す。図 3 に示すように、入してしまう。そこで、非可聴つぶやき声約半数の ECM では、低域の感度が低下していた。

(Non-audible murmur: NAM) を検出する目的で開これは加工の段階でダイヤフラムに何らかの損発された NAM マイクロホンが体導音センサとし傷が生じたためと考えられる。次に、低域の感度て利用され始めている[4-5]。この NAM マイクロが高い ECM (I 群: 赤) と低域の感度が低い ECM

ホンは体表に長時間装着でき、周囲の気導音の影(Ⅱ群: 青) の 2 群に分け、それらを体導音センサ

響を受けず、高感度で体導音を検出できる[6]。にした場合の感度の差異を調べた。

本報告では、我々が試作した 10 個の NAM マイ20

リング

クロホンをベースとした小型体導音センサの構5造と感度特性について述べる。

2ダイヤフラム
FET
ウレタン
エラストマ

体導音センサの構造
本 セ ン サ は ダ イ ヤ フ ラ ム を 露 出 し た ECM(Electret Condenser Microphone) を 20 mmφ × 5金属板

Signal

GND

絶縁物
内側電極
外側ケース

Fig. 2: 体導音センサの構造*Structure and sensitivities of compact body-conducted sound sensors, by SHIMIZU Shota, HIRAHARA Tatsuya,(Toyama Pref. Univ.), and OTANI Makoto, (RIEC, Tohoku Univ.).

日本音響学会講演論文集- 637 -2008年9月

Sensitivity [dB ref. 1V / Pa]

Sensitivity [dB ref. 1 V / Pa]

-30
: Ⅰ群
: Ⅱ群

-40-50-60-700.1

0: Ⅰ群
: Ⅱ群

-20-40-60-80-1000.1

0.4 14
10 20
Frequency [kHz]Fig. 4: 体導音センサの感度

0.4 1.0
4.0 10 20
Frequency [kHz]Fig. 3: ECM の気導感度3.2 体導音センサの感度
Body - sensitivity [dB]-50

骨導受話器 (Rion: BR-41) を励振源として、75mmφ × 50 mmH の円柱状のウレタンエラストマを介して、加速度ピックアップ (小野測器: NR-3211)と比較することによって、体導音センサの感度を測定した[7]。図 4 に今回作成した体導音センサの感度特性を示す。感度特性は気導感度における低-60-70-80-70域の差がなく、4 kHz 以上では個体差が大きい。
また、全体に山谷が多く存在しているが、これは測定系の共振が原因と考えられる。また、図 4 に@ 1kHz-60-50
Air - sensitivity [dB]-40Fig. 5: ECM の気導感度と体導音センサの感度の比較，0 dB = 1 V / Pa.

示されるように、作成した体導音センサの 1 つだ
けは他のものより極端に感度が低かったが、現時参考文献点ではその理由は不明である。
1 kHz において、ECM の気導感度と体導音セン[1] 江 他，“ワイヤレス電子聴診システムと異サの感度を比較した結果を図 5 に示す。縦軸は体常心音解析法の開発,” 日本機械学会論文集，

導音センサの感度、横軸は ECM の気導感度であ140-147，(2005.11).

る。赤はⅠ群、青はⅡ群の ECM である。ECM の[2] 山内 他，“収録環境に頑強な異常肺音検出

気導感度と体導音センサとしての感度の間には、方法の検討,” 音講論集，767-770，(2007．

有意な相関がないことがわかった。つまり、体導9).

音センサに用いる ECM は事前に気導感度で選別[3] 井上 他，“マイクロホンによる膝関節音の測定,” J.UOEH，8(3)，307-316，1986.

する必要はない。
また、今回作成した体導音センサの感度は中島[4] 下ノ村 他，“NAM (Non-Audible Murmur) マが作成したウレタンエラストマ型 NAM マイクロイクロホンを用いた脈拍・呼吸情報の低負担ホンの感度より約 10 dB 低い[8]。今後、体導音セ収集,” 信学技報 HCS2004-39，13-16，2005.

ンサの構造等を改善することにより、感度の向上[5] 野間 他，“E－Nightingale プロジェクト:ヒヤリ・ハット防止を目的とした看護業務のためが見込まれる。

4の知識共有システム,” システム制御情報学

まとめ
体導音を定義し、体導音センサを試作した。また ECM の気導感度と体導音センサに組み込んだ会誌，501(1)，17-21，2006.
[6] 中島 他，“ウレタンエラストマー二重包埋構造型 NAM マイクロホン,”音講論集，
21-22，

場合の感度を比較した。その結果、両者には有意な相関がないことがわかった。

(2006.9).
[7] 清水 他，“非可聴つぶやき声の音響的特徴とNAM マイクの応答特性,” 信学技報

謝辞
本研究は総務省 SCOPE により実施した。

SP2007-38，85-90，2007.
[8] 清水 他，“数種類の NAM マイクロホンの周波数特性,” 音講論集，663-664，(2007.9).

日本音響学会講演論文集- 638 -2008年9月