JP6908686B2 - 音響の包括的な知覚のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、聴覚と接触の感覚との両方を使用して音楽及び音響コンテンツを聴取するための装置に関する。本発明の解決策である触覚型クッションは、触覚と共に、ヘッドセット聴取に匹敵したレベルの没入型の聴取経験を提供する。

聴覚に加えて、音響の知覚は、接触の感覚にも基づいている。接触の感覚は、主に、バックグラウンドにおいて機能する意識下の感覚であり、これにより、身体の状態に関する不可欠な情報（例えば、痛覚）が付与され、且つ、運動動作が制御される（皮膚の感覚は、保持している物体の把持状況が良好である際に、これを当該人物に通知する）。聴取している際には、空気を通じて耳まで到来する音響に対して、即ち、空気伝播音響に対して、注意が注がれる。但し、音響は、ほとんど常に、例えば、座席内において、衣服内において、又は直接的に皮膚上において、などのように聴取者の近傍において、ある程度の機械的な振動をも生成する。この音響、即ち、触覚として感じ取られる構造伝播音響は、聴取経験を相対的に親密且つ深いものとする。振動は、特に、低周波数の音響に伴って感じ取られる。低音の周波数よりも多少高い音響も知覚可能である。皮膚の接触の感覚は、通常、５０〜３００ヘルツの周波数範囲において最も高感度であり、且つ、皮膚のいくつかの部分においては、振動は、最大で、ほとんど１０００Ｈｚまで知覚可能である。又、接触の感覚を通じて―触覚により―、聴覚障害者は、例えば、発話などの音響情報を知覚することができる。

現時点の技術を有する既存の音響再生システムの場合には、その通常の聴取は、所定の距離において（ラウドスピーカ）、又は装置の近傍において（ヘッドセット）、可能である。現時点における従来技術は、所定の距離における聴取と耳の接触を通じた聴取との両方のためのラウドスピーカを提供してはいない。例えば、枕の内部において使用されるものなどのクローズアップ聴取のために使用される小さなラウドスピーカが存在している。但し、この種の空気伝播音響放射に基づいた従来技術の解決策には、ａ）音響が、ラウドスピーカ要素に直接隣接した状態において最も鋭く、ｂ）音響が、ラウドスピーカ要素の場所に対して空間的に局所化されており、且つ、ｃ）適切な低音再生が存在していない、という制限が存在している。

例えば、座席又はヘッドセット内のパワフルな低周波数ラウドスピーカ（サブウーファー）又は特定の機械的バイブレータを使用することにより、触覚を聴取経験に追加できることが周知である。

従って、従来技術の解決策によれば、聴取経験を補完する皮膚の感覚は、通常、聴取装置自体とは別個の解決策によって生成されている。

以下の四つの公開特許文献は、従来技術を表している。特許文献１は、内部にラウドスピーカを有する枕を提示している。又、ラウドスピーカに加えて、枕は、詰め物をも含む。ラウドスピーカは、ユーザが自身の頭部を枕上において休止させた際にユーザの首と接触する部品を含む。特許文献２においては、ラウドスピーカは、ポリマー発泡体の防水層によって取り囲まれている。防水であることに加えて、層は、音響生成振動を改善している。特許文献３においては、詰め物は、圧電基板を電気的に絶縁するためのものである。特許文献４は、壁面取付型ラウドスピーカ用のプレートを提示している。基板は、セラミック材料の発泡体を含み、且つ、基板は、部分的に裏打ちされている。

特開２００４−０５７２６１号公報 米国特許出願公開第２０１３／０２２８３９２号明細書 米国特許出願公開第２０１２／００３９０５７号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０１５７４７号明細書

本発明の目的の一つは、一つ又は複数の音響の供給源が、クッション又はなんらかのその他の詰め物が施された製品の内部に配置された際の優れた音響再生及び触覚であり、このクッション又は詰め物が施された製品は、その正常な使用状態において、ユーザとの直接的な接触状態となるべく意図されている。換言すれば、音響供給源、又はその一部分は、詰め物を通じて、ユーザと間接的に接触し、音響供給源によって生成された音響の第一部分は、空気を通じて到来する音響であり、且つ、その他の部分は、接触の感覚を通じて触覚的に経験される音響である。本発明の一実施形態においては、クッション又は詰め物は、特に、低い音響が高品質を有すると共にユーザが自身の頭部、首、及び／又は身体のその他の部分によってクッションの振動を感じ取るように、音響が高品質となるための特定の種類を有する必要がある。この用途においては、詰め物は、ラッピングと呼称される。

本発明の目的は、従来技術の音響再生システムにおいて存在している制限及び欠点を回避することにあり、様々な状況において音楽を聴取することが可能であり、且つ、触覚によってもたらされる没入型の経験を楽しむこともできる。特に、音響供給源に対して非常に近接した状態において、且つ、場合によっては、直接的な耳の接触をも伴う状態においても、良好な聴取経験を有することができる。この理由は、本発明が、破壊的なパワフルな低音音響を周囲に拡散することなしに、バランスの良い聴取経験を可能にしているからである。又、聴覚が、周囲からの任意の音響に対する受容性を有する状態において留まっていることも有益である。

従来技術は、例えば、乗用車又はホームシアター用の座席振動エフェクトバイブレータ及び別個の低音ラウドスピーカ（サブウーファー）を提供している。発明された装置は、小規模において、エフェクト振動と低音再生との両方を生成している。又、触覚の追加は、すべての人々にとって快適であると共にいくつかの特別なグループにとっては必須である抱き締められた感覚を必然的にもたらす。又、触覚を通じて伝達される低い音響は、マッサージのようなくつろぎの経験をも生成する。

本発明は、振動する装置（基板）と、そのラッピングと、を含む。これらの目的は、ユーザが表面接触を介して聴取するのみならず感じ取るために、良好な効率及びバランスを伴って音響及び振動を伝達することにある。

基板は、基板を振動させる、好ましくは、機械的アクチュエータである、音響供給源を有する。アクチュエータは、十分に広い動作周波数範囲を有する任意の機械的バイブレータ又は変形生成部品であってもよい。基板は、クローズアップ聴取の際に、ラウドスピーカのみによって許容されるものよりも大きなエリア内において可聴状態となるように音響供給源を分散させるべく、十分な剛性を有していなければならない。更には、基板が、機械的に十分に減衰される（エネルギの散逸又は損失を有する）ことが有益である。基板内の機械的な損失は、ａ）周波数応答を歪ませる鋭い共振が存在しておらず、且つ、ｂ）アクチュエータによって生成される振動が定在波のみから構成されるのではなく、空間位相差を有する伝搬波からも構成される、という有益な特徴を可能にする。

詰め物は、
−基板よりも幅広であり、これにより、音響を更に分散させると共にクローズアップ聴取の際に空間の感覚を追加しなければならず、
−機械的に多損失であり、これにより、基板の機械的損失又は減衰を追加しなければならず、
−音響的に多損失であり、これにより、頭部と基板との間の音響的共振を減衰させなければならず、
−表面において十分に曲がりやすく、且つ、音響的に十分な透過性を有していなければならない。

詰め物のこれらの好ましい特性は、耳との直接的な表面接触状態において、知覚される音響品質を劣化させ得る機械的又は音響的共振の形成の回避を支援する。更には、これらの基板及び詰め物の好ましい特性は、装置と頭部との間の振動音響インピーダンス整合の状態の実現を支援し、且つ、従って、触覚型クッションから耳までの音響エネルギ伝達の良好な全体効率を可能にする。

以下、添付図面を参照し、本発明について更に詳細に説明する。

本発明に従って構築された触覚型クッションである。 本発明の一実施形態の実装形態である。 本発明の一代替実施形態の実装形態である。 使用中の装置であり、モノラルの音響コンテンツを聴取している。 ステレオの音響コンテンツの聴取と、その使用法と、である。 曲がりやすい構造を有する実施形態である。 材料、メッシュ、又はメンブレインを使用した装置の延長を伴う実施形態である。

図１〜図７には、本発明のいくつかの好適な実施形態が提示されている。提示されている実施形態は、例として機能するものであり、且つ、特定の実施形態について記述したテキストが別の実施形態を参照し得る場合にも、それは、通常、一つの可能な選択肢を参照しているに過ぎない。異なる実施形態の特徴は、組み合わせることが可能であり、且つ、従って、新しい実施形態を生成することができる。

図１は、封入された慣性質量アクチュエータに基づいた触覚型クッション（１）の一実施形態である。装置（２００）は、アクチュエータ（４００）と、基板（３００）と、から構成されている。アクチュエータ（４００）は、曲がりやすく吊り下げられた慣性質量（４１０）と基板（３００）との間において振動力を生成し、これにより、基板（３００）を振動させる。振動は、ラッピングの表面上において感じ取られ得ると共に聴取され得る機械的振動をラッピング（１００）上において直接的に生成することにより、且つ、ラッピング（１００）を通じて空気を介して到来する音響として、音響を放出する。

基板（３００）の振動は、機械的エネルギを二つの方法で放出する。第一に、振動は、ラッピング（１００）を振動させ、これにより、振動エネルギをラッピングの表面まで導く。第二に、振動は、ラッピング（１００）を通じて、空気を介して到来する音響を放出する。これらのメカニズムのそれぞれは、協働することにより、接触の感覚によって感じ取られる表面上における振動と、耳によって聴取可能である空気を通じて到来する音響と、を結果的にもたらす。従って、振動エネルギは、構造伝播音響と空気伝播音響とのバランスされた組合せとして、聴取者に対して伝達される。

アクチュエータ（４００）を実装する一つの方法は、そのコーンが基板（３００）に対して機械的に装着されたラウドスピーカ要素を使用することにより、ラウドスピーカ要素の質量の残りの部分が慣性質量（４１０）として機能するようにするというものである。又、基板（３００）は、外部振動力が基板（３００）に対して機械的に導かれる解決策と、内部の機械的変形を基板（３００）に対して生成する解決策と、を含むその他の種類のアクチュエータによって振動するようにすることもできる。

基板（３００）上には、アクチュエータ（４００）から、基板のエッジに向かって進行し、且つ、部分的に、エッジから反射して戻る、屈曲波場の形成が存在している。反射は、知覚される音響及び触覚周波数応答に対して悪影響を及ぼし得る鋭い機械的な共振を生成し得る。反射は、２０〜１０００Ｈｚという周波数帯域において、周波数応答に対する別個の共振ピークを生成し得る。これらの望ましくない共振を回避するべく、多損失特性を装置（２００）及びラッピング（１００）に対して含めることが有用である。

機械的損失は、例えば、直接的に基板（３００）用の多損失材料の選択により、或いは、異なる構造により、生成することができる。構造は、基板（３００）内における局所的な剛性及び減衰の集中であってもよく、或いは、例えば、最低振動モードが変形を有するエネルギを散逸させる複合部品であってもよい。例えば、アクチュエータ（４００）と基板（３００）との間の接触の変形を局所化された減衰構成として利用することができる。

多損失構造の一つのタイプは、基板（３００）に装着されたラッピング（１００）の多損失減衰特徴を利用するというものである。ラッピングは、天然の繊維、人工の繊維、又はこれらの両方を含んでもよい。ラッピングは、例えば、綿、ビスコース、又は発泡プラスチックを含んでもよい。

ラッピング（１００）は、二つ以上の音響的に異なる層から構成されてもよい。好適な一実施形態は、多孔性であるが、かなり高密度であり、且つ、容積及び重量を有する内部層（１１０）と、小さな流れ抵抗値を有し、且つ、空気伝播音響を良好に伝達する外部層（１２０）と、を使用している。又、層化構造は、異なる流れ抵抗値及び密度を有する多孔性材料の漸進的な分布であってもよい。好ましい構成は、インピーダンス整合を提供し、この場合に、基板（３００）の（複素）放射インピーダンスは、詰め物（１００）の内部において徐々に変化しており、且つ、自由場内の空気の特性音響インピーダンスである４００ Pa s/m という値に近い。大きな流れ抵抗値を有する高密度の多孔性層の例は、高密度の発泡プラスチック又はフェルトである。音響を良好に伝達すると共に小さな流れ抵抗値を有する層の例は、コットンウール、ウール、又は軽量ファブリックである。

図２は、装置の一実施形態を提示している。装置（２００）は、音響的に開放状態にあるアクチュエータ（４２０）と、損失を追加するべくその間に弾性層（３３０）を有する二つの層基板（３１０及び３２０）から構成された多損失構造（３５０）と、から構成されている。弾性層は、例えば、両面テープ、糊付けされたメンブレイン、又は粘性と弾性とを兼ね備えた接着剤であってもよい。基板は、例えば、木材、プラスチック、又は金属から構成されている。弾性層は、同一の材料の二つの基板又は異なる材料から製造された二つの基板を互いに接着することができる。アクリル基板、金属ラミネート、又は合板が、使用可能な基板材料の例である。基板（３１０及び３２０）は、平坦な又は湾曲したプレーン表面を含む任意の形状を有してもよく、且つ、波形のプロファイル及び／又は異方性の剛性特性を有してもよい。

又、図１において提示されている封入されたアクチュエータ（４００）の代替肢として、図２において提示されている音響的に開放型のアクチュエータ（４２０）を使用することもできる。又、この結果、アクチュエータの慣性質量（４１０）の運動により、空気を通じて、局所的に相対的に大きな音響が放出される。ラッピングは、空気を通じて到来する直接的な音響を弱音化するが、この実施形態においても、ラッピングは、利用することが可能であり、且つ、触覚型クッションの他方の面を更にラウドスピーカ様のものにすることが可能であり、即ち、遠く離れたところで相対的に良好に可聴状態となり得る面とすることができる。

図３は、装置（２００）の一代替実施形態を提示しており、この場合に、多損失の構造（３５０）は、一つの穿孔された基板を含んでいる。穿孔（３４０）は、以下の有用な特徴を生成する。
−これらは、ラッピングの音響損失と共に、有用な減衰を構造に対してもたらす。
−これらは、特にクローズアップ聴取に伴って、アクチュエータ（４１０）の近傍における音響の鋭い局所化を低減し、その理由は、これらが、音響短絡回路により、基板の中央における相対的にパワフルな音響放出を弱音化するからである。

基板上の小さな穿孔（好適な孔直径は、４ mm 未満である）は、空気の粘性に起因して、且つ、詰め物（１００）の流れ抵抗に起因して、減衰を生成する。これよりも大きな穿孔も、同様に使用することができる。相対的に大きな孔は、必要に応じて、周波数応答及び音響の局所化を調節するための方法を提供する。穿孔は、基板（３００）内において、又は慣性質量（４１０）内において、或いは、これらの両方内において、使用することができる。穿孔の一つの使用法は、多孔性材料の振る舞いに近い非常に小さな孔を使用したマイクロ穿孔である。

ソフトな詰め物内における穿孔の別の使用法は、圧縮に起因した材料の適応型の振る舞いを許容するというものである。例えば、ユーザの頭部が触覚型の枕の上部に位置している際に、詰め物の圧縮は、穿孔の一部分が部分的に閉鎖された状態になることをもたらす。更には、穿孔は、さもなければ緊密であり且つ高密度であるラッピング材料に対して音響的透過性を追加するべく（流れ抵抗を低減するべく）、使用することもできる。

更には、穿孔の別の代替使用法は、延長された長さ寸法を有する装置を貫通した孔又はパイプであってもよいであろう。例えば、１０〜４０ mm の範囲の長さを有する孔は、音響又は触覚周波数応答の振幅及び／又は位相の調節用のパイプ共振器（又は、Helmholtz共振器）として機能する。

小さな孔を利用した穿孔の使用に加えて、穿孔要素は、（バイオリンの共鳴板上のｆ字の孔のような）複雑な形状を有することもできる。この穿孔構成は、例えば、機械振動モード形状を調節するべく、或いは、基板からの音響放射の空間特性を調節するべく、使用されてもよい。

図４は、触覚型クッションの一つの使用法を提示しており、この場合には、聴取者の頭部（５）は、クッション（１）上において休止しており、且つ、ラッピングの表面の振動を感じ取っている。音響品質は、良好であり、その理由は、耳が、柔軟であると共に呼吸可能である（小さな流れ抵抗値を有する）詰め物（１２０）上において休止しており、且つ、耳にとって、この状況が、自由場における音響の検知に近いからである。又、知覚される音響は、アクチュエータにおいて局所化されてはおらず、音響は、基板の様々な部分において均一に聴取することができると共に感じ取ることができる。組み合わせられたこれらの態様は、自然に感じられる経験を可能にする。

又、図４において提示されている使用法は、他方の耳又は両方の耳が、実際的になんらの音響の知覚品質をも失うことなしに、クッション（１）の表面との接触状態となるように、実行することができる。

図５の実施形態においては、同一の基板（３００）が、組み合わせられた少なくとも二つのアクチュエータ（４００）を有しており、この結果、ステレオ音響又はマルチチャネル音響のコンテンツを有する空間の感覚の形成が可能である。

図６の実施形態は、アクチュエータのそれぞれごとに、その独自の基板（３００及び３０１）を使用しており、これにより、この実施形態は、例えば、ヘッドレストに対して折り曲げることができる。

図７の実施形態においては、基板（３００）及び基板（３０１）は、サスペンション部品（３７０）からの支持要素として使用されると共に基板の音響エリアを拡張する相対的に大きなファブリック、メッシュ、又はメンブレイン（３６０）に対して装着されている。

Claims (9)

1. 音響の包括的な知覚のための装置であって、振動及び音響が、詰め物（１００）の内部に配置された機械装置（２００）によって生成され、
   （ａ）前記機械装置（２００）は、機械的振動を生成することにより、該詰め物の外側表面上において感じ取られ得ると共に聴取され得る音響を詰め物（１００）に対して直接的に放射し、
   （ｂ）前記機械装置（２００）は、該詰め物（１００）を通じて空気伝播音響を放射し、且つ、
   （ｃ）前記機械装置（２００）は、少なくとも一つの基板（３００）を具備し、且つ、該基板（３００）の振動は、少なくとも一つの振動する機械的アクチュエータ（４００）を使用して生成される、
   装置において、
   前記機械装置（２００）は、二つ以上の音響的に異なる層からなる前記詰め物（１００）の内部において包み込まれ、該二つ以上の音響的に異なる層は、音響的且つ機械的共振を回避するべく、大きな流れ抵抗値を有する、音響的に相対的に高密度且つ多損失の内部層（１１０）と、小さな流れ抵抗値を有する、音響的に相対的に低密度且つ低多孔性の外部層（１２０）と、を具備し、
   前記機械装置（２００）は、均一な前記内部層（１１０）で全体的に囲まれており、前記内部層（１１０）は、均一な前記外部層（１２０）で全体的に囲まれている、
   ことを特徴とする、装置。
2. 前記基板（３００）は、２０Ｈｚ〜１０００Ｈｚという周波数範囲において音響及び触覚周波数応答を調節するための多損失構造（３５０）を具現している、請求項１に記載の装置。
3. 該多損失構造（３５０）は、互いに弾性的に接着された少なくとも二つのプレートを具備する、請求項２に記載の装置。
4. 該多損失構造（３５０）は、少なくとも一つの穿孔された基板を具備する、請求項２に記載の装置。
5. 該装置は、穿孔された慣性質量（４１０）と穿孔されたカバー（４２０）との各コンポーネントのうちの少なくとも一つを有するアクチュエータ（４００）を具備する、請求項１に記載の装置。
6. 前記基板（３００）は、共振器として機能すると共に１０〜４０ mm の長さを有する孔を具現している、請求項１に記載の装置。
7. 前記基板（３００）上には、前記機械的アクチュエータ（４００）から、前記基板（３００）のエッジに向かって進行し、且つ、部分的に、前記エッジから反射して戻る、屈曲波場の形成が存在している、請求項１に記載の装置。
8. 前記機械的アクチュエータ（４００）は、前記機械装置（２００）の該基板（３００）に機械的に接続されたラウドスピーカコーン要素を使用して実装されている、請求項１に記載の装置。
9. 包括的な方法によって触覚及び聴覚を通じて知覚されるように、記録された又は合成されたオーディオ信号を変換する請求項１に記載の装置に対してオーディオ源を接続することにより、聴取経験を提供する方法。

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