Master’s Research
林毅
HAYASHI Takeshi
交差音響管共鳴特性による音像定位の実現
Realizing Acoustic Localization Images according to Controling Cross Columns Cavity Resonances
本研究は様々な手法によって創られる電気信号という形態の音響に対し、音の発生に物理的な根拠を与えるための音響管構造体を設計し、それが持つ音響特性に合わせた音源を作成することで楽器のボデーからの放射音のように周波数に依存した音像定位の生成を試みる検討である。 実体性のある音源では、その発生過程に必ず物理現象を伴っている。楽器を考えれば弦やリードやボデーと言った構造系の振動とボデー本体内部の音響系、すなわち空気の振動があり、両者間でエネルギーのやりとりがなされ最終的な音響を空間へ放出している。したがって、弦やリードは起振源であり、その楽器の持つ音像定位と音色はこれらの振動だけでは決まらず、構造系のボデー振動とその内部空間の共鳴が加わり最終的な音色が特徴付けられている。さらに、近年のIRCAMの音響合成における物理モデリングの考え方、これに大きな影響を与えた認知心理学分野でのW.Gaverの述べた聴覚知覚の物質志向性の指摘からも音源の物理プロセスを本研究における起点とする。 一般的にスピーカからの再生は完成された音響を再現することを目的としている。一方、電気信号での音響創造の過程に於いて、スピーカは電気音響信号と共に起振源にすぎないと捉え直し、音響管構造体による共振と共鳴による物理現象による放射音の音像定位を検討した。この構造体は複数の音響管を交差結合させ、複数の共鳴と空間的な配置による音像定位を実現するもので、「Risveglio」（リズベリオ＝覚醒）と命名する。 音響工学の分野では単管の共鳴は解析されているが、2つ以上の音響管が交差する例については系統的な解析は無い。本稿では、はじめに交差する音響管の共鳴特性を固有値問題としてFEMと実験により解析を実施する。管端末の境界条件等は重要な設計要因であり、今後の様々な複合音響管による構造検討の設計原理を得た。 起振源の音源生成方法の考え方は、自然現象を、テクノロジーを通して別の形態で知覚させることである。ヴァイオリンの擦弦振動に着目し、構成スペクトルをFFTによって抽出し、時系列配置することで新たな旋律を生成する手法を開発した。 音響管構造体「Risveglio」は床面積2m×2mの空間に設置する条件で設計され、音源と構造体がアコースティック楽器のように強く結びつき一発音体として周辺空間の音響特性へも影響を及ぼしながら独自の広がりを持った音響空間を創造する電気音響信号の新しい楽器と言える。
In this research, I designed a sound-tube structure to give a physical basis to sound produced through electric signals and created sound sources that match the sound characteristics of this structure. In this study, I attempted to generate a sound image localization that depends on frequency, such as the sound emitted from the body of an instrument. In a sound source with a substantial nature, a physical phenomenon always accompanies the sound generation process. In the case of musical instruments, there are vibrations of structural systems such as strings, reeds and the body of the instruments as well as acoustic systems inside the body – that is, air vibrations. Energy is exchanged between these two components to emit final sound to space. Therefore, the strings or reeds are the sound source, but the 3D sound localization and timbre of the musical instrument is not determined by these vibrations alone; the final timbre is characterized by adding the bodily vibration of the structural system and the resonance of its internal space. The starting point for my research lies in the physical modeling of sound synthesis advocated by IRCAM in recent years and the material orientation of auditory perception described by W. Gaver in the field of cognitive psychology that greatly influenced this modeling. Generally, sound played through a speaker is intended to reproduce a completed sound. In contrast to this, I reinterpret the speaker as no more than a vibration source alongside the electrical signal in the process of producing sound electrically, and focused on the 3D sound localization of the sound emitted by the physical phenomenon of the acoustic tube structure’s resonance. This structure, named ‘Risveglio’, connects multiple acoustic tubes to achieve 3D sound localization through multiple resonances and spatial arrangements. Single-tube resonance is frequently analyzed in the field of acoustic engineering, but there has been no systematic analysis of an example where two or more acoustic tubes intersect. In this paper, the resonance characteristics of the intersecting acoustic tubes are analyzed as eigenvalue problems through FEM and experiments. I found that the boundaries of the tube ends and the coupling of the loudspeakers – sources of vibration – were important design factors contributing to the independence of tube resonance and the effective resonator length. Received design principles of the sound engineering state that its goal is to use technology to make a listener perceive natural phenomena in another form. Focusing on the bowed vibration of a violin, I developed a method to extract the constituent spectrum using FFT and rearrange it to generate a new melody. The acoustic tube structure “Risveglio” was designed to be installed in a space with a floor area of 2m × 2m, while the sound source and the structure were strongly connected as in an acoustic instrument, affecting the acoustic characteristics of the surrounding space as a single sound-producing body. I believe that this represents a new kind of electric-acoustic signal producing musical instrument that creates an acoustic space with its own expanse.
