情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

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振動スピーカとソフトマテリアルによる音響・触感インタフェース
中島 武三志1,a)

概要：聴覚障がい者でも楽しめる音楽／サウンド・アートの手段として，触覚提示技術が用いられている．
本研究では，ユーザからの入力に対し既存の生楽器や音楽インタフェースでは得られない特徴的な触感と音響を同時に提示する手段として，振動スピーカとソフトマテリアルに着目した音響・触感インタフェースを試作した．さらに，試作したインタフェースの音響特性を調査し，音響と触感を両立する使用方法についての検討を行った．その結果，試作インタフェースは触覚提示装置としては必要十分な特性を持っていることが分かった．一方，試作インタフェースは不均一な音響特性を持っており，現状では一般的なスピーカと互いに相補的な音響装置として使用することが望ましいことが判明した．

1. はじめにる音響は無関係であるのが一般的である．音楽情報の入力
インタフェース自体が出力インタフェースとして音響と聴覚障がい者でも楽しめる音楽／サウンド・アートの手関連する触感をユーザにフィードバックできれば，既存の段として，触覚提示技術が用いられている．2018 年に日生楽器のように触覚からも音響を受容できるだけでなく，本フィルハーモニー交響楽団らによって開催された “耳でユーザからの入力に対し特徴的な触感と音響を提示する独聴かない音楽会”’[1] では，振動と光によって音の特徴をか創的なインタフェースの創出が期待できる．さらには，聴らだで感じられる装置 [2][3] が用いられ，音楽を聴覚以外覚障がいの有無に関わらず触感でも楽しめるアート／エンで体感できるイベントとして話題となった．他にも，作品タテイメント表現や音楽インタフェース等の分野への貢献に触れることによって音響が生成，受容されるサウンド・にもつながる．

アートも多く発表されている．Edwina Portocarrero らに

本研究では，ユーザからの入力に対し既存の生楽器や音よる “ListenTree”[4] は，木の根に振動スピーカが取り付け楽インタフェースでは得られない特徴的な触感と音響を同られており，木の幹に頭を接触させることで微かな音を聴時に提示する手段として，振動スピーカとソフトマテリアくことができるサウンド・インスタレーションである．中ルに着目する．振動スピーカは窓や壁面などの平面に取り島は，音響のみならず作品に触れることによって生じる聴付け，平面を直接振動させて音響を生成するスピーカであ覚／触覚／視覚の相互作用や，素材の持つ象徴性などを特る．用いる素材によって音響特性は異なるが，任意の物体徴とするサウンド・アートを “ハプソニック・アート” とを音源として音響を再生することができる．また，取り付呼び，作品の特徴による分類を行っている [5]．このようにけられた物体が直接振動するため，触れることで直接音響触覚を通じて音楽／サウンド・アート等に用いられる音響を受容することも可能である．振動スピーカは，主に音響を受容できれば，より多くの人が多様なスタイルで作品をの再現性の観点から硬い素材に取り付けられることが一般楽しむことが可能となる．

的であり，柔らかく変形可能な素材に取り付けられること音楽を演奏するための道具である楽器においても，本来は想定されていない．しかし，柔らかく変形可能な素材は，はそれ自身が発音体として振動し，演奏者自身が聴覚の音楽情報の入力インタフェースとしては多くの実用例があ

みならず触覚を通して音響を受容できる．しかし，コンり [6][7]，触感自体がユーザへの感性的魅力となりうる．

ピュータを介した音楽演奏などに用いられる入力インタ

したがって，本研究では振動スピーカをソフトマテリア

フェースにおいては，実際に音響が出力されるスピーカはルに取り付け，ユーザが指で押す行為を入力として受け取別に分かれており，インタフェース自体の触感と生成されることが可能な音響・触感インタフェースを試作する．そして，本稿では試作したインタフェースの音響特性を測定

1a)

東京工芸大学
m.nakajima@int.t-kougei.ac.jp© 2024 Information Processing Society of Japan

した結果を報告し，音響と触感を両立する使用方法につい1127

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IPSJ Interaction 2024て考察する．

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いる [11]．

以降，関連研究について概観した上で本研究の位置づけ

柔らかな素材はすでに音楽演奏インタフェースに用いらを示す．次にソフトマテリアルと振動スピーカを用いたイ

れており，音楽情報の入力における有用性の観点から議論

ンタフェースの試作について報告する．続いて，試作インがなされているが，本研究は柔らかな素材が出力インタ

タフェースの音響特性を測定する実験について述べる．そフェースとして音響と関連する触感をユーザにフィードの後，測定結果を踏まえて本インタフェースの特性に適しバックすることを目指す点が特徴である．また，体験時にた使用例を考察し，今後の課題について論じる．

おける素材の質感と生成される音響の感覚間協応 [12] につ

2. 関連研究
本研究と関連する研究として，振動素子を介して音響をいても，明らかにすることを目指している．

3. インタフェースの試作提示するアート／エンタテインメント作品と，柔らかな素本章では，ソフトマテリアルと振動スピーカを用いて試材を用いた音楽演奏インタフェースが挙げられる．ここで作したインタフェースの詳細について報告する．はじめは上記の 2 つの観点から先行研究を整理し，本研究の位置に，インタフェースの概要について述べ，制作の流れにつづけを示す．

いて報告する．

2.1 振動素子による音響提示

3.1 インタフェースの概要

振動素子を用いて音響信号を触覚や骨伝導によって受容試作したインタフェースはソフトマテリアル部分がドーできる装置は，様々なアート／エンタテインメント作品にム状となっており，ユーザが手で触れやすい形状とした（図用いられている．振動スピーカによって生成された音響を1）．ドーム内部は空洞になっており，振動スピーカ（4 Ω

触覚や骨伝導で受容する仕組みを用いたアート作品とし25W, FTVOGUE）をドーム内側天井部に両面テープで固て，1978 年に制作されたローリー・アンダーソンによる定した（図 2）．振動スピーカからの出力によってドームが“ハンドフォン・テーブル”[8] が挙げられる．この作品は木振動し，音と振動をユーザに提示する仕組みとなっている．

製の机と椅子からなり，体験者は椅子に座ってテーブルに肘をつき，両手で耳の付近を手で覆うような姿勢を取ることで，テーブルに仕組まれた音響装置から生成される音響を骨伝導で聴取することができる．聴覚障がい者の音楽体
験を向上させることを目的とした事例としては，先に挙げた音を光と振動に変換して体感できるデバイス “SOUNDHUG”[2]，“Ontenna”[3] の他にも，ジュネーブの芸術歴史博物館で展示された椅子型インスタレーション作品の事
例 [9] などがある．
これまでの事例の多くは，体験者に音響を提示する装置に硬い素材が用いられているが，本研究では柔らかく変形可能な素材を用いることで，体験者からの入力操作を可能としつつ，体験者が装置に触れる際に生じる感性的，アート的魅力を併せ持つインタフェースを目指している．

図 1

大小のドームインタフェース

2.2 柔らかな素材を持つ音楽演奏インタフェース
柔らかな素材を持つ音楽演奏インタフェースの例として，

3.2 台座の制作

Wicaksono らによる FabricKeyboard が挙げられる．このドームの台座は 3D プリンタで制作した．底面と振動スインタフェースには布地をが用いられており，布を押したピーカの間にはユーザの押す行為を検出するための圧力セり，引っ張ったり，ひねったりするジェスチャーだけでなンサが取り付けられており，ドームが下方に押し下げられく，布に対して手をかざしたり振ったりするなど，多くのることで振動スピーカを介して圧力センサに力がかかる仕入力に対応している点が特徴である [10]．他にも，Troiano組みとなっている．また，底面には各種ケーブルを通すたらは，変形可能な素材でできた音楽演奏用インタフェース

めの穴が空いており，ドーム内部にはリング LED を内蔵を用意し，複数の演奏家に使用させるワークショップを実し，光での演出も可能とした．圧力センサからの入力およ施したところ，演奏家は変形による入力情報を特に音のびリング LED の制御には Arduino Uno R3 を使用した．

フィルタリングや変調に使用していることなどを報告してArduino Uno 側で圧力センサの値をリアルタイムに取得© 2024 Information Processing Society of Japan1128

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図 2

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ドーム内部の構造

図 3

シリコーン型（2 種類）

し，0-127 の値に変換し MIDI データとして PC 側へ出力すなりうるが，木や樹脂のような硬い素材と比較して音響特る仕様とした．MIDI ファームフェアには Moco for LUFA性に劣ることが予想される．そのため，再生する音源の適を使用した．リング LED の色・明るさ制御は MIDI 信号性や一般的なスピーカの併用などについて考察することを介して行い，MIDI コントロールチェンジのメイン・ボを目的として，試作したインタフェースの音響特性を測定

リューム，エクスプレッション，パンがそれぞれ LED のした．

明度，彩度，色相に対応する仕様とした．

試作インタフェースのドーム部分は，直径 10cm・硬度0（小，軟），直径 10cm・硬度 7（小，硬），直径 14cm・硬度 0（大，軟）の 3 種類を用意した．なお，ここでの硬度3.3 ドーム部分の制作
ドームは直径 10 cm と 14 cm の 2 種類のサイズを制作した．素材の厚みは約 1.5 cm とした．ドーム形状を保持は使用した軟質ウレタン樹脂の商品名に記載された値であり，厳密に測定されたものとは異なる．

し強度を確保するため，ドーム内側に別途 PET 素材の薄実験用システムの構成は図 4 のとおりである．音源の再いドーム板を貼り合わせた．ドーム素材には軟質ウレタン

生用 PC は Mac Mini（M1, 2020），オーディオインターフェ

樹脂「人肌のゲルイスには M4（MOTU），マイクには PVR2（PEAVEY），透明硬度 0」および「人肌のゲル透明 硬度 7」（株式会社エクシール）を使用した．ドーム

音響測定ソフトには REW，振動スピーカのアンプには板は真空成型機（Mayku FormBox）を用いて制作し，原型

FX202A/FX-36A PRO（FX-AUDIO-）を使用した．音響は 3D プリンタ（Raise3D Pro3, Raise3D 社）で制作した．

測定は，図 5 のような形で実施した．試作したインタフェー

ドームの制作は以下の流れで行った．はじめに，ドームスを小型の防音ボックスに入れ，マイクスタンドに設置しを作成するためのシリコーン型を作成した（図 3）．シリたマイク先端をドーム天頂に向けて実験を行った．騒音計

コーン型作成のための原型となるドームは，3D プリンタ（シンワ測定，品番：78588）を用いて防音ボックス内の音で制作した．シリコーン型制作の準備として，平面に粘土圧レベルを測定したところ，無音時で約 37 dB（A 特性）を平らに広げ，その上に型取り用ブロック（GSI クレオスであった．

社）で枠を作成した．続いて，枠の内部に原型を配置し，本インタフェースはユーザが手や耳をインタフェースに硬化剤を混ぜたシリコーンを流し入れた．硬化後，枠を外近接させたり，手を触れながら音響を聴取することが想定して裏返し，再度枠を作り，硬化したシリコーンとドームされるため，測定は以下の 3 つの条件で行った．

裏側に離型剤を塗布した後にシリコーンを流し入れた．上• マイク先端とドーム天頂との距離が約 1cm

記の手順でドーム表裏のシリコーン型を作成した．

• マイク先端とドーム天頂との距離が約 20cm

シリコーン型の完成後，「人肌のゲル」の主剤と硬化剤を既定の割合で混合し，シリコーン型に流し入れた．硬化後，• 実験者がドームに手を添えた状態でマイク先端とドーム天頂との距離が約 20cm

ドームをシリコーン型から取り出し，表面のタック（ベタ測定に際し，まず騒音計を用いて本システムにおける音つき）を抑えるためにベビーパウダー（ジョンソン&ジョ

圧レベルの校正を行った．また，オーディオインターフェンソン社）を薄く塗布した．

イスの周波数特性を測定し，校正を行った．その後，音響

4. 実験方法
ソフトマテリアルはその触感がユーザへの感性的魅力に© 2024 Information Processing Society of Japan

測定ソフトを用いて試作インタフェースからスイープ信号を再生し，マイクで収音した信号を元に各ドームおよび測定条件ごとに音響特性を求めた．

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1 kHz 以降，周波数が高くなるにつれて音圧レベルが小さくなる傾向が読み取れた．

図 4

実験用システム構成
図 6

3 種類のドームの音響特性（マイク近接時）

マイク近接時において，ドーム（小，硬）は，ドーム（小，軟）とドーム（大，軟）と比較して全体的に音圧レベルが低かった．また，ドーム（大，軟）は 70, 400 Hz 付近，ドーム（小，硬）では 100 Hz 付近で音圧レベルの低下がみられた．

図 7

3 種類のドームの音響特性（マイクを離した時）マイクを離した時において，どのドームにおいても 600Hz 付近で音圧レベルの低下がみられた．ドーム（小，軟）とドーム（大，軟）においては 1 kHz 付近で音圧レベル
図 5

実験風景の写真が上がっており，1 kHz 以降はどのドーム形状においても音圧レベルが低下した．ドーム（大，軟）においては他の5. 実験結果

ドーム形状と比較して 300 Hz 付近の音圧レベルの増大が見られた．

本章では，試作インタフェースの音響特性を計測した結果を報告する．具体的には，3 種類のドームに対し，マイクを近接させた状態（約 1cm），マイクを離した状態（約20cm），手を添えてマイクを離した状態（約 20cm）の 3 種類の測定条件で，合計 9 つのデータを測定した．

5.1 各ドームにおける音響特性の違い
図 6, 7, 8 は，各ドームにおける音響特性をマイク近接時，マイクを離した時，手を添えた時の 3 種類の測定条件ごとにまとめたグラフである．グラフの横軸は周波数（Hz），縦図 8

3 種類のドームの音響特性（手を添えた時）

軸は音圧レベル（dB）である．全体的な傾向として，100 -1000 Hz 付近の帯域において音圧レベルは大きくなり，約© 2024 Information Processing Society of Japan

手を添えた時においては，マイクを離した時と類似した

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傾向を示しており，どのドーム形状においても 600 Hz 付近で音圧レベルの低下がみられた．ドーム（小，軟）とドーム（大，軟）においては 1 kHz 付近で音圧レベルが上がっており，1 kHz 以降はどのドーム形状においても音圧レベルが低下した．

5.2 各測定条件における音響特性の違い
図 9, 10, 11 は，マイク近接時，マイクを離した時，手を添えた時の音響特性をドーム形状ごとにまとめたグラフ

図 11ドーム（大・軟）の音響特性である．グラフの横軸は周波数（Hz），縦軸は音圧レベル（dB）である．

6. 考察
本章では，試作したインタフェースの音響特性の計測結果を踏まえ，使用する音源の適性や想定される使用例等について考察する．

6.1 試作インタフェースの音響特性
現状の試作インタフェースは，どのドームにおいても 100- 1000 Hz 付近の音圧レベルが比較的大きくなり，1 kHz 以降の高周波数帯域が低下するなど，全体的に不均一な音響
図 9ドーム（小・軟）の音響特性ドーム（小・軟）においては，マイク近接時と比較してマイクを離した時と手を添えた時の方が不均一な周波数特性であり，特に 600 Hz 付近での著しい音圧レベル低下がみられた．また，マイクを離した時と比較して手を添えた時の方が，80 Hz 付近での音圧レベルがわずかに大きくなった．

特性を持っていた．したがって，現状ではドームの硬度や大きさに関わらず，原音を忠実に再現するには不十分な特性である．形状やサイズ等の工夫によって音響特性がいくらか改善される余地はあるものの，特に 100 Hz 以下の低音域および 1 kHz 以上の高音域については一般的なスピーカを併用して補う必要があると言える．すなわち，現状のインタフェースはあくまでも音響を触感として提示することに特化したインタフェースとして，一般的なスピーカと互いに相補的な音響装置として使用することが望ましい．
一方，指先によって知覚される振動の感度は 100-300 Hz周辺にピークがある [13] と言われており，本インタフェー
スの音響特性とある程度一致する．また，触れることによる音響特性の悪化は確認できず，80 Hz 付近の低音域においては改善された．これらの点から，本インタフェースは触覚提示装置としては必要十分な特性を持っていると捉えることができる．

図 10

ドーム（小・硬）の音響特性

6.2 使用する音源の適性ドーム（小・硬）においては，マイク近接時／手を添え続いて，使用に適する音源や使用例について考察する．

た時と比較してマイクを離した時の方が比較的フラットな本インタフェースの音響特性，および指先の振動に対する特性となった．特にマイクを離した時と比較して手を添え感度を踏まえると，主に中低音域の提示に適している．具た時の方が，80 Hz 付近での音圧レベルが大きくなった．

体的な楽器を例に挙げると，ベース，ギターの伴奏，バスドーム（大・軟）においては，ドーム（小・軟）と類似ドラム，スネアドラムの胴鳴りなどが考えられる．逆に，した傾向を示しており，マイク近接時と比較してマイクを1 kHz を超える帯域においては，本インタフェースの音響

離した時と手を添えた時の方が不均一な周波数特性であ特性，およびヒトの振動に対する感度の観点から再生にはり，特に 600 Hz 付近での著しい音圧レベル低下がみられ適していない．特に，倍音を多く含むシンバルや金管楽器た．また，マイクを離した時と比較して手を添えた時の方のような音色においては倍音成分が十分に再生されないたが，80 Hz 付近での音圧レベルが大きくなった．

め，既存のスピーカー等を併用する必要がある．

© 2024 Information Processing Society of Japan1131

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本インタフェースのドーム部分を押し込む操作を用いてインタラクティブに音響を変化させる場合，先行研究 [11]にあるとおり，変形による入力情報を特に音のフィルタリングや変調に使用するのが適していると考えられる．本イ
ンタフェースは押し込む強さに応じてドーム部分が柔らかく沈み込む特徴を持つため，音の立ち上がりから最大音量になるまでの時間が短い（アタックの強い）音色は不向きであり，いわゆるパッド系持続音のコントロールに向いている．

6.3 今後の課題
今後の課題としては，本インタフェースと一般的なスピーカを併用した際の音響特性の測定や，本インタフェー
スと一般的なスピーカを併用した際の音像定位について明らかにすることが挙げられる．また，ドーム素材として使用したソフトマテリアルの硬度によって，ユーザに与える印象は大きく異なると予想される．使用する素材の質感と，生成される音響との親和性などに関する感性評価を行うことで，使用する音色に適した硬度の選定が可能になる．他にも，指先の振動に対する感度の観点より，本研究で用いた手段では約 1 kHz 付近より高い周波数帯域の音響を触覚で提示することが困難である．高周波数帯域の音響を聴覚以外のモダリティに対して提示する手段についてもさらなる調査と検討が必要である．

7. おわりに本研究では，ユーザからの入力に対し既存の生楽器や音楽インタフェースでは得られない特徴的な触感と音響を提示する手段として，振動スピーカとソフトマテリアルに着目したインタフェースを試作した．さらに，再生する音源の適性や想定される使用例等について考察することを目的として，試作したインタフェースの音響特性を測定した．

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https://japanphil.or.jp/concert/20180422（2023.12.12 閲覧）.
[2]
SOUND HUG,
https://pixiedusttech.com/technologies/
sound-hug/ （2023.12.12 閲覧）.
[3]
Ontenna,
https://ontenna.jp （2023.12.12 閲覧）.
[4]Portocarrero, E., Dublon, G., Paradiso, J. andBove Jr, V. M.: Listentree: audio-haptic display in thenatural environment, in Proceedings of the 33rd Annual
ACM Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, pp. 395–398 (2015).
[5]
中島武三志：ハプソニック・アート：触感を伝えるサウンド・アート, 日本バーチャルリアリティ学会論文誌,
Vol. 28, No. 2, pp. 71–79 (2023).
[6]
ROLI Seaboard RISE 2,
https://roli.com/products/seaboard/rise2（2023.12.12 閲覧）.
[7]
The Cell Music Gear,https://yoshihito-nakanishi.com/projects/
thecellmusicgear/ （2023.12.12 閲覧）.
[8]
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https://www.moma.org/momaorg/shared/pdfs/docs/
press_archives/5652/releases/MOMA_1978_0088_81.pdf （2023.12.12 閲覧）.
[9]Sierra, M. C., Brunskog, J. and Marozeau, J.: An audiotactile artinstallation for hearing impaired people, in 2nd
Nordic Sound and Music Conference (2021).
[10] Wicaksono, I. and Paradiso, J. A.: Fabrickeyboard: multimodal textile sensate media as an expressive and deformable musical interface., in NIME, Vol. 17, pp. 348–353 (2017).
[11] Troiano, G. M., Pedersen, E. W. and Hornbæk, K.: Deformable Interfaces for Performing Music, in Proceedingsof the 33rd Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems, CHI ’15, pp. 377–386, NewYork, NY, USA (2015), Association for Computing Machinery.
[12] Spence, C.: Crossmodal correspondences: A tutorial review, Attention, Perception, & Psychophysics, Vol. 73,
pp. 971–995 (2011).
[13] 田中由浩：振動に関わる皮膚特性, 触知覚, 運動特性, バ
イオメカニズム学会誌, Vol. 41, No. 1, pp. 21–26 (2017).

その結果，試作インタフェースは，100 - 1000 Hz 付近の音圧レベルが大きくなり，1 kHz 以降の高周波数帯域が低下する不均一な音響特性を持っており，現状では一般的なスピーカと互いに相補的な音響装置として使用することが望ましいことが判明した．一方，本インタフェースは触覚提示装置としては必要十分な特性を持っていることが分かった．
今後の課題としては，本インタフェースと一般的なスピーカを併用した際の音響特性の測定や音像定位，本インタフェースの感性評価などが挙げられる．
謝辞

本研究は JSPS 科研費若手研究 23K12069 の助成を受けた．
参考文献
[1]

耳で聴かない音楽会 落合陽一×日本フィル プロジェク
ト VOL.1,© 2024 Information Processing Society of Japan1132