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超音波スピーカの音場設計に向けた波動音響―流体並列連成計算に基づく非線形音響解析

基于波动声学-流体并行耦合计算的非线性声学分析超声扬声器声场设计

基本信息

批准号：
22K19779
负责人：
武居周
金额：
$ 3.99万
依托单位：
University of Miyazaki
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、世界的に見て未だ実現していない大空間の非線形音響解析の実現と、それを応用する超音波スピーカの高精度な安全評価と、高品質な再生音の設計手法の確立に挑戦することである。超音波スピーカは、搬送波に超音波を用いるため指向性が非常に高く、観光案内等目的の場所のみに音声を再生できるものであり、近年、3次元音響の基盤技術としても用いられている。反面、大振幅の超音波に人体が長時間暴露した際、超音波の振動エネルギーによる人体内の発熱（熱的作用）と、振動によるキャビテーションの発生（非熱的作用）で健康被害が懸念される。また、復調時に音声波形が歪むことにより、音質が低下する。そのため、再生音の音質評価とあわせて人体の超音波暴露量に対する安全評価を実施することは高臨場感と安全性の両立において必須であるものの、現時点ではこれらが未だ確立されておらず、再生音と超音波人体暴露量双方の高精度な予測技術の開発が求められる。そこで、こで本課題では、代表者がこれまでに高度なバランシング領域分割(BDD)前処理を導入する等して、大空間の高速計算を実現した並列音響解析コード（図1）と、同じ計算アルゴリズムを適用した並列流体解析コードを分離反復型の連成アルゴリズムにより接続することで、Westervelt方程式を解くことなく非線形音響現象を再現できるようにする。更に、これに要素数を削減できる高性能要素 (PUFEMに基づく関数要素)を導入することで、部屋スケールの計算が可能な非線形音響解析手法を実現する。そして、この手法と音場の測定実験を組合せ、前人未到の、超音波スピーカの安全性と再生音質の両方を担保する設計の方法論を確立する。今年度は、開発に必要となる事項について整理し、開発の準備を進めた。具体的な検討内容は、来年度の作業項目、研究チームのミーティング予定、学会等での発表予定についてである。

The purpose of this study is to see and use non-linear sound analysis in large spaces in the world. The design method of ultrasonic high-precision safety assessment and high-quality regenerated sound has been established. Places where ultrasonic wave can be used, transport wave, ultrasonic wave, directivity, extremely high level, viewing room, etc.のみに音声できるものであり, in recent years, the basic technology of 3D audio has been used by いられている. On the other hand, large-amplitude ultrasonic waves can cause long-term exposure to the human body, and ultrasonic vibrations can cause heat in the human body. (The effect of heat) によるキャビテーションの発生 (The effect of non-heat) でHealth damage がsuspense される. When it is polyphonic, the sound waveform is distorted and the sound quality is low. Sound quality evaluation of そのため、Regenerated sound 価とあわせてUltrasound exposure of human body に対すSafety reviewであるものの, the current point of ではこれらが不だ Established されておらず, high-precision なpredictive technology for both regenerative sound and ultrasonic human exposure, の开発がめられる.そこで, こででは, representative of がこれまでに高なバランシング domain segmentation (BDD) pre-processingをIntroduction of するして、High-speed calculation of large space を実presentしたParallel sound analysis コード（図1）と、Same calculation アルゴリズムをApplicable parallel fluid analysis コードをseparation repeated type の成アルゴリズムによりconnection続することで、The Westervelt equation is solved and the non-linear acoustic phenomenon is reproduced. The number of elements has been updated and reduced, and the high-performance elements (PUFEM based on the number of elements) have been introduced, and the non-linear sound analysis method has been introduced, and the calculation method of the department house has been improved.そして, このtechniques and sound field のmeasurement実験をcombinationせ, no one has come before, ultrasonic safety and sound reproduction quality の両方をguarantee するdesignのmethodologyをestablishmentする. This year, we have sorted out the necessary matters for the start of the year and made preparations for the start of the year. The specific discussion content, homework projects for the coming year, research projects, and academic lists are all scheduled.