空中超⾳波フェーズドアレイが⽣み出す⾳響流の挙動予測モデルを構築

概要

空中超⾳波フェーズドアレイが⽣み出す⾳響流は、触覚提⽰、匂いの輸送、⾳響浮揚といった超⾳波技術 の性能を左右する重要な要素です。本研究では、粒⼦画像流速計測と三次元⾳場・流体数値解析を統合 し、フェーズドアレイにおける⾳響流の挙動予測モデルを初めて構築し、その性能を実証しました。
　空中超⾳波フェーズドアレイは、超⾳波を空中の特定の場所に集めたり⽅向を制御する装置で、⾮接触での触覚提⽰、匂いの輸送、⾳響浮揚などへの応⽤が検討されています。しかしながら、強⼒な超⾳波に伴って発⽣する⾳響流（⾳のエネルギーによって液体や気体などの媒質に⽣じる流れ）は、触覚の印象や物体の⾮接触操作の安定性に⼤きな影響を与えるにもかかわらず、その挙動を設計段階で予測・モデル化するための知⾒は⼗分に確⽴されていませんでした。
　本研究では、粒⼦画像流速計測（PIV）を⽤いて⾳響流の流れを可視化し、数値解析と統合することで、焦点距離やビーム形状、⼊⼒電圧などの条件を系統的に変化させながら、⾳場（⾳波が存在する空間）の制御パラメータが⾳響流の空間分布や流速に与える影響を明らかにするモデルを構築しました。
　このモデルを⽤いて、超⾳波フェーズドアレイによって⽣じる⾳響流の流速が、既存の「熱粘性モデル」と「⼤気減衰モデル」が⽰す範囲内に安定して収まることを実証しました。このことは、これまで予測が困難だった⾳響流の分布や強さを、物理モデルに基づいて事前に⾒積もれることを意味します。
　本成果により、⾳場設計による⾳響流の制御が可能になるとともに、超⾳波触覚、匂い提⽰、⾳響浮揚といった⾳波駆動型ユーザーインターフェースを、より精密かつ安全に設計するための重要な指針を得ることができます。

PDF資料

プレスリリース

研究代表者

筑波⼤学 図書館情報メディア系
伏⾒ ⿓樹　助教

掲載論文

【題名】

Experimental and Numerical Study of Acoustic Streaming in Mid-Air Phased Arrays.
（空中フェーズドアレイによる⾳響流の実験的検証と数値解析）

【掲載誌】

npj Acoustics

【DOI】

10.1038/s44384-025-00040-7

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図書館情報メディア系