芝浦工業大学(東京都港区／学長 村上雅人)工学部機械機能工学科の細矢直基教授は、人工筋肉を高速で振動させて音を出すスピーカーを開発しました。人が聞くことの出来る音域ではほぼ無指向で、スピーカーを中心とした全方位に音を届けることが可能です。(特許出願済み(特願2019-132812号))

図解

■音響試験に求められる点音源

コンサートホールなどの室内音響の特性把握には、点音源を用いた音響試験で残響時間を計測することが理想です。それには筐体に複数の磁石とコイルからなる重いスピーカーが取り付けられた、正多面体スピーカーが用いられています。しかしスピーカーが音場に対して相対的に大きい場合には、点音源と見なせません。

■ゆっくり動かす人工筋肉を、速く動かして音を出す

そこで細矢教授らの研究チームは、軽量かつ柔軟でありながら大きな変位を生み出す、誘電エラストマーアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator、以下「DEA」)を半球形や球形にして振動させることで、全方位に音を届けるスピーカーの開発に成功しました。これによって音場やスピーカーのサイズによらず、点音源を実現できます。

DEAは高分子誘電膜を柔軟電極で挟み込んだキャパシタ構造で、電極間の電位差により電極同士が静電気力によって互いに引き合うことで変形します。人工筋肉や発電デバイス(エナジーハーベスティング)、ソフトロボットなどへの応用が期待され、注目を集めています。誘電エラストマーはポアソン比が0.5に近く、体積変化がほとんどありません。

アクリルゴムで製作した 球形スピーカー

シリコーンゴムで製作した半球形スピーカー

風船スピーカーの揺れ方

▼図3のアニメーションはこちらから

https://bit.ly/31b1rRg

これらのスピーカーはともに可聴域上限付近の16kHzまでほぼ無指向性の音響放射特性です。今後、様々な人々にとって聞き取りやすい音を提供できるスピーカーの実現に向け、開発を加速していきます。

＜論文情報＞

・球形スピーカー

Naoki Hosoya, Hiroaki Masuda(増田 紘明　機械機能工学科 2016年3月卒業), Shingo Maeda(前田 真吾　機械機能工学科 准教授),

“Balloon dielectric elastomer actuator speaker”, Applied Acoustics, Volume 148 (2019), Pages 238-245, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2018.12.032

・半球形スピーカー

Naoki Hosoya, Shun Baba(馬場 駿　機械工学専攻2015年3月修了), Shingo Maeda(上記論文と同じ),

“Hemispherical breathing mode speaker using a dielectric elastomer actuator”, The Journal of the Acoustical Society of America 138, EL424 (2015), https://doi.org/10.1121/1.4934550

※ 所属、職位などは当時

芝浦工業大学Webサイト： https://www.shibaura-it.ac.jp