テレビを見る人だけに音を届けるスピーカー

音の届く方向の制御

勉強に集中したいのに、家族が見ているテレビの音が気になるという経験はありませんか？　テレビの前で見ている人だけに音が聞こえるようにできれば便利です。実は、いくつかのスピーカーを使って音と音を重ね合わせることで、音の聞こえる範囲を制御することができます。
通常の音は、発生源から同心円状に広がります。複数のスピーカーを一列に並べて一斉に鳴らすと、全ての同心円は同じ大きさなので、正面方向で波面がそろい、その方向に大きな音がまっすぐ伝わります。次に、列の端からタイミングを少しずつずらして音を鳴らすと、最初に鳴らした同心円が大きく、遅れて鳴らした同心円は遅れた分だけ広がりが小さいので、斜めの方向で波面がそろい、その方向に大きな音がまっすぐ伝わります。このように、指定した方向に直線状の音のビームを出せるのです。ただし、直線の長さは調整できず、まっすぐ延々と音が伝わってしまいます。

音の届く距離の制御

ある大きさの円弧を想定し、円弧上の各点に関する接線を上記の直線状の音のビームで描くと、いくつもの接線が円弧に沿って密に並ぶため、円弧に沿って大きな音が伝わります。つまり、円弧状の音のビームを作れるのです。おおむね円弧の範囲に音を封じ込められますが、円弧の外側に接線を描くという原理上、そちら側には大きな音漏れが生じます。そこで、2本の円弧を対向するように描き、円弧同士の交点を聴取点として利用します。つまり、交点では円弧同士が重なり合って音量が倍増するので、テレビを観たい人はこの場所にいれば、音がよく聞こえるのです。一方、円弧の外側同士が重なりにくいように配置すれば、音漏れ同士は強め合いませんから、相対的に音漏れの影響が緩和される仕組みです。

実用化に向けて

このようにスピーカーをいくつも並べた装置のことを「スピーカアレイ」と呼びます。届けたい場所に音が届けられるスピーカーが実用化されれば、同じ部屋にいるそれぞれの人がヘッドホンなしにテレビや音楽を楽しめるようになるかもしれません。

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先生情報 / 大学情報

工学院大学先進工学部機械理工学科准教授貝塚勉先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

機械力学、制御工学、音響学

先生が目指すSDGs

メッセージ

私は音響工学を専門に研究しています。音は日常生活から切っても切り離せないものです。目ならまぶたを閉じてしまえば物を見えなくできますが、耳には蓋（ふた）がついていないので、音を完全にシャットアウトすることはできません。寝ていても、大きな音がすれば目が覚めてしまうこともあります。
このように日常と密接な音の研究は、とても面白くやりがいのある分野です。あなたもぜひ、興味のアンテナを広げて、自分にとって面白いと思えるものを追究してください。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

工学院大学に関心を持ったあなたは

工学院大学は、2017年に創立130周年を迎えた、伝統のある大学です。2019年4月から、専門性を高めた知識を得られるように、先進工学部の「応用物理学科」と「機械理工学科」では各学科を2専攻に分け、きめ細かな学修ができる体制に変わりました。
応用物理学科には応用物理の分野を究める「応用物理学専攻」と宇宙関連分野を学ぶ「宇宙理工学専攻」を、また機械理工学科には従来の機械の知識を学びながらグローバルな視点を養う「機械理工学専攻」とパイロットライセンスの取得をめざす「航空理工学専攻」を設置しました。