建築環境・設備

音響材料

新しい音響材料で、まだ見ぬ"音の空間"を仮想世界でつくり出す


奥園健先生

神戸大学 工学部 建築学科(大学院工学研究科 建築学専攻)

出会いの一冊

Sound Materials: A Compendium of Sound Absorbing Materials for Architecture and Design

Tyler Adams‎(Frame Pub)

一言で言うと音響材料の百科事典です。豊富な写真が掲載されていて、「音環境を調整する材料」がどのようなもので、どんな場所で使われているのかを視覚的に楽しく学べます。

この本を読んだあとは、身近な空間でこれが音響材料かなと探してみると、きっと楽しくなるはずです。そして、その場所を「ここは心地よい」「ここはちょっと落ち着かない」といった音環境の観点から感じてみてください。音響材料がどのように使われていると心地よい空間になるのか音環境のデザインに関心を持つきっかけになれば嬉しいです。パラパラとページをめくるだけでもワクワクする一冊です。

こんな研究で世界を変えよう!

新しい音響材料で、まだ見ぬ"音の空間"を仮想世界でつくり出す

「音の心地よさ」を生み出す音響材料

建物の音環境―たとえばコンサートホールで感じる音の豊かさや、教室での声の聞き取りやすさ―は、壁や天井などの材料の組み合わせでつくり出されています。こうした「音の心地よさ」をデザインするために欠かせないのが音響材料です。適切に使うことで空間の用途にあった音環境を整えることができ、それは私たちの認知能力や健康、ウェルビーイングにも大きく関わっています。

私はこの音響材料の中でも「音響メタマテリアル」と呼ばれる材料の開発に取り組んでいます。これは、素材そのものの性質ではなく、素材の形を工夫することで必要な音響特性を生み出す材料です。主に音の波長よりも小さな共鳴を含む単位構造を周期的に配置した構造を持ちます。さらに環境配慮型素材を用いることで持続可能で環境にやさしい音響材料となり、音環境と地球環境の両方を見据えたサステナブルな音環境設計が可能になります。

独自のシミュレーション技術で、VR内に音環境を再現

では、この新しい材料でどのような音響特性が実現でき、さらにどのように心地よい音の空間をデザインできるのか。

この問いに答えるため、私はまず、様々な音響特性を実現するための素材の形に関するレシピ作りを行っています。さらに、独自に開発した空間音響シミュレーション技術を用い、仮想空間でのプロトタイピング(音環境の試作)によって、その可能性を探っています。この技術は、波動音響解析による物理シミュレーションおよび立体音響技術を組み合わせて、仮想空間内に現実に近い音環境を再現することを目指したものです。

この写真は、私たちの研究室で開発した「物理シミュレーションに基づく空間音響シミュレーション技術」を用いて作成したVRコンテンツの一例です。会議室での会議のシーンを想定し、内装条件によって空間の音響がどのように変化するかを、実際に聞き比べることができます。

例えば、音響材料のある場合とない場合の違いや、音響材料をどこに・どのくらい配置するかによって、声の聞き取りやすさがどう変わるのかを体験できます。さらに、男性・女性の声、日本語・英語の音声など話し手や言語の違いによって、聞き手にはどのように聞こえるのかも体験できます。このプロジェクトでは、さまざまな空間を対象に、様々な音響特性を持つ音響メタマテリアルをどこに・どれだけ配置したら、どのような音環境をつくれるのかを、仮想空間上で探ることを目指しています。
この写真は、私たちの研究室で開発した「物理シミュレーションに基づく空間音響シミュレーション技術」を用いて作成したVRコンテンツの一例です。会議室での会議のシーンを想定し、内装条件によって空間の音響がどのように変化するかを、実際に聞き比べることができます。

例えば、音響材料のある場合とない場合の違いや、音響材料をどこに・どのくらい配置するかによって、声の聞き取りやすさがどう変わるのかを体験できます。さらに、男性・女性の声、日本語・英語の音声など話し手や言語の違いによって、聞き手にはどのように聞こえるのかも体験できます。このプロジェクトでは、さまざまな空間を対象に、様々な音響特性を持つ音響メタマテリアルをどこに・どれだけ配置したら、どのような音環境をつくれるのかを、仮想空間上で探ることを目指しています。
先生の研究報告(論文など)を見てみよう

「音響メタマテリアル吸音体による建築の音環境設計技術のバーチャルプロトタイピング」
詳しくはこちら

この写真は、私たちの研究室で使用している3Dプリンタの1台です。研究室には合計で4台の3Dプリンタがあり、学生たちは日々、自分のアイディアをすぐに形にして試作・検証に取り組んでいます。3Dプリンタを導入したことで、「設計→試作→評価」のサイクルを高速に回すことができるようになり、たくさんのチャレンジを重ねながら、材料開発を進めています。
この写真は、私たちの研究室で使用している3Dプリンタの1台です。研究室には合計で4台の3Dプリンタがあり、学生たちは日々、自分のアイディアをすぐに形にして試作・検証に取り組んでいます。3Dプリンタを導入したことで、「設計→試作→評価」のサイクルを高速に回すことができるようになり、たくさんのチャレンジを重ねながら、材料開発を進めています。
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「音響メタマテリアル吸音体による建築の音環境設計技術のバーチャルプロトタイピング」

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この写真に写っているのは、私たちの研究室で3Dプリンタを使って作った、音波を吸音する「音響メタマテリアル」と学生たちが課題として取り組んで作成した「動物のかたちをしたクッキー型」です。下の3つが音響メタマテリアルで、左から「音響メタサーフェス」、「メタポーラス材」、「ソニックブラックホール」と呼ばれています。上の3つが3Dプリンタを使用した材料開発に慣れてもらうために作ったクッキー型です。一番左のクッキー型は学生のオリジナルで神戸大学のマスコットキャラクターである神大うりぼーのクッキー型です。真ん中と右のクッキー型は3DCADの書籍で練習問題として登場する猫と犬のクッキー型です。将来的には動物の形をした音響メタマテリアルの開発にも挑戦したいと考えており、研究においても遊び心を大事にしています。
この写真に写っているのは、私たちの研究室で3Dプリンタを使って作った、音波を吸音する「音響メタマテリアル」と学生たちが課題として取り組んで作成した「動物のかたちをしたクッキー型」です。下の3つが音響メタマテリアルで、左から「音響メタサーフェス」、「メタポーラス材」、「ソニックブラックホール」と呼ばれています。上の3つが3Dプリンタを使用した材料開発に慣れてもらうために作ったクッキー型です。一番左のクッキー型は学生のオリジナルで神戸大学のマスコットキャラクターである神大うりぼーのクッキー型です。真ん中と右のクッキー型は3DCADの書籍で練習問題として登場する猫と犬のクッキー型です。将来的には動物の形をした音響メタマテリアルの開発にも挑戦したいと考えており、研究においても遊び心を大事にしています。
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第1巻の冒頭にある言葉「痛みを伴わない教訓には意義がない。人は何かの犠牲なしに何も得ることはできないのだから」。この一節は、私が人生や研究でつらい経験をしたときに、「この経験には意味があった」と自分の気持ちをポジティブに切り替える支えとなってきました。最終巻にもこの言葉に続くメッセージが描かれており、読むたびに自分の心を鍛え、励ましてくれます。ぜひ読んでみてください。

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