フレキシブルオーディオスポット

~ある場所にのみ音を伝える音響装置~

情報理工学部 メディア情報学科

教授 西浦 敬信

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研究内容

空間の1点だけで音を再生可能なオーディオスポットの構築およびその制御領域を自由に制御するシステムを開発した。本システムにより、空間のある1点だけで音を再生し、それ以外の領域には全く音が聞こえない音空間の構築が可能となった。特に超指向性を実現可能なパラメトリックスピーカを複数台活用し、異なる超音波信号を放射することで、交点となる空間の1点でのみパラメトリック効果を再現し、狙った空間にだけ可聴音を再現することに成功した。さらに、放射板を凹面状に加工することで、可聴音の再現領域の大きさを制御することにも成功した。本技術は屋内(例えば美術館のガイダンス音声や自動車のカーナビ音声用スピーカ)としての活用はもちろん屋外(例えば、デジタルサイネージ用スピーカなど)での活用も期待できる。

フレキシブルオーディオスポット

パラメトリックスピーカを利用したオーディオスポット、および極小領域オーディオスポットは、限られた狭い領域への音再生には最適であるが、ユーザの人数,用途に合わせてその領域を柔軟に制御することが困難であった。そこで本研究室では、任意の領域に音を再生できるデバイスを提案した。

フレキシブルオーディオスポット応用例

曲率を制御することで利用者数、利用用途に合わせたオーディオスポットを構築できる。また分離放射の技術を融合することで、耳元一点ではなく受聴者周辺で再生されるオーディオスポットを構築できる。

ダンススタジオを音によって分割 ⇒ 一つの空間を別々の団体が共有
マウンド上にオーディオスポットを形成 ⇒ 動きのあるピッチャーに指示を伝達
田畑を荒らす動物に威嚇音を放射 ⇒ 農業における獣害問題の改善

研究概要

スポットライトのように特定の領域に再生される音
周囲への静穏化が可能⇒騒音対策に

パラメトリックスピーカーの利用

オーディオスポットを実現するために「パラメトリックスピーカーの利用」

・超音波の直進性を利用して超指向性を実現

・特定の領域だけに音を伝播可能

直線状に音波が伝播するため騒音問題に発展

【パラメトリックスピーカの原理】

■超音波を可聴音によって変調
  • ■振幅変調波は空気の非線形性で元の可聴音に復調
  • ■ 振幅変調により可聴音成分を有する側帯波が発生
  • ■ キャリア波と側帯波の差音が可聴音として復調
    (キャリア波と側帯波の干渉によるうなりが復調)
  • ■ 超音波が存在する領域のみで復調するため
  • 再生される可聴音も鋭い指向性を有する


極小領域オーディオスポット

音を点で再生する技術が必要

振幅変調波を分離して放射 ⇒ 耳元一点でのみ可聴音を復調

  • ・ 振幅変調波のキャリア波と側帯波が可聴音の復調に必要である点に着目
  • ・ それぞれの成分を異なるパラメトリックスピーカから放射し交わる一点で可聴音を復調

極小領域オーディオスポットの応用例


本技術は空間上の一点に再生領域を構築するため、騒音対策や再生エリアの切り分けなどに積極的に応用できる。例えば美術館では、イヤホンを持ち歩くことなく展示物の正面にのみ音声を再生することが可能になる。また、オーディオスポットを複数構築することで大人用、子供用、英語案内などを分離して同時に再生することもできる。さらに、車の座席ごとに異なる音を再生、密接するデジタルサイネージの音を空間的に分離して再生することも可能に成り得る。

従来のオーディオスポット(極小オーディオスポット)では困難であった、ユーザー人数、用途にあった領域を柔軟に制御することを可能にした“フレキシブルオーディオスポット”を提案

曲面型パラメトリックスピーカ

● パラメトリックスピーカの放射面を曲面形状に湾曲

・ 超音波素子を曲面状に配置

● 素子を密に配置するために凹面型を採用

⇔ 凸面型の場合,波面が合成されずに隙間が生じる

● 曲率(r)を制御することで多彩な放射特性を実現可能

極小領域オーディオスポットとの統合

● 極小領域オーディオスポットの範囲を制御可能

● 耳元一点の受聴領域を頭部全体に拡大 ⇒ 聞き取りやすさの向上

曲率と放射方向の自動制御化

● 曲率をコンピュータ制御可能な曲面型パラメトリックスピーカを開発

● 更に電動雲台を用いることで放射方向を自動制御

⇒ 利用者の人数や利用範囲を基に再生エリアを自動制御

セールスポイント

音の広告など新しい分野への応用が期待できるこれまで困難であった音の選択的放射も可能。

特許情報

特開2015-065540

研究キーワード

スピーカシステム ・超音波 ・音のスポットライト 

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