技術概要：張力式振動生成機構

東京工業大学で発明した張力式振動生成機構により、従来の振動生成機構では実現が困難だった、小型かつ強力な低周波振動を身体広範囲に伝達することが可能となりました。

振動が体に伝わる仕組み

張力式振動生成機構

入力信号である音波形（電圧の変化）に応じてDCモーター軸が正転・逆転し、ボビンに固定された糸を併進運動させます。糸は筐体の外に繰り出されて身体に接触し、モーター軸の回転に応じて皮膚を変形させることで、振動を装着者に出力します。ポイントは回転運動を併進運動に変換している点です。ページ下部に従来振動子との比較を掲載します。

Hapbeat vs 巨大スピーカー

音楽信号入力：Hapbeat 振動出力の比較

正弦波入力（10~1000 Hz）：Hapbeat 振動出力の比較

Hapbeat vs 巨大スピーカー

Hapbeat（原理試作）と Haptuator の伝達振動測定

Hapbeat が体にどの程度振動を伝えているのかを Haptuator（従来振動子の代表）と比較した実験です。図中の四角が伝達振動の大きさを表します。図より Haptuator に比べて Hapbeat は広範囲かつ均一に振動を伝えていること、30 Hz でも大きな振動を伝えていることが分かります。

ネックレス型Hapbeatの伝達振動測定

服を着た状態でネックレス型Hapbeatを装着した際に身体への伝達振動を測定した結果です。赤い円の大きさが伝達振動の大きさを表します。図より、帯から広範囲に振動が伝わっていることが分かります。

従来の振動生成機構（リニアバイブレーター）

従来の振動生成機構は基本的に「おもり」を動かした反力で振動を生成します。そのため、振動の大きさは「おもりの質量」と「振幅（おもりが動ける距離）」に依存します。特に低周波振動については振幅が重要であり、小型な振動子では原理的に大きな振動を出すことができません。

（小さなスピーカーではサブウーファーで体感できるような十分な低音が出せないのと同じ原理です）

振動測定結果

測定条件：20 Hz 正弦波・消費電力 1 W

測定結果

測定結果から直動型振動子は 20 Hz より低い帯域では Hapbeat に比べ十分な振動を出力出来ていないことが分かります。

音楽鑑賞体験の向上と触覚ナビゲーションの両立

Hapbeat の応用例として触覚ナビゲーションを提案しました。従来の方法と違うのは、Hapbeat と音楽との相性の良さを最大限活かし、音楽の振動を楽しみながら目的地やターゲットまでの方向・距離・高さを表現したことです。ぜひ以下の動画をご覧ください。

音楽を楽しみながら目的地へナビゲーション（方向・距離）

VRシューティングゲームのターゲットの位置を伝達（方向・高さ）

特許

振動提示装置及び振動提示装置の使用方法 [JP] [US]

学術論文

学位論文

山崎勇祐, 個々人のバーチャルサウンドスケープを体感音響で豊かにする張力式振動提示装置（東京工業大学, 2023 年 3 月）

原著論文

1. Yusuke Yamazaki and S. Hasegawa, “Navigation Method Enhancing Music Listening Experience by Stimulating Both Neck Sides With Modulated Musical Vibration,” in IEEE Transactions on Haptics, doi: 10.1109/TOH.2023.3266194.

2. Y. Yamazaki, H. Mitake and S. Hasegawa, “Implementation of Tension-Based CompactNecklace-Type Haptic Device Achieving Widespread Transmission of Low-Frequency Vibra-tions,” in IEEE Transactions on Haptics, vol. 15, no. 3, pp. 535-546, 1 July-Sept. 2022, doi: 10.1109/TOH.2022.3176673.

国際会議発表

1. Yusuke Yamazaki and Shoichi Hasegawa. “Providing 3D Guidance and Improving the Music-Listening Experience in Virtual Reality Shooting Games Using Musical Vibrotactile Feedback,”IEEE VR 2023, the 30th IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces, 2023.

2. Yamazaki, Y., Mitake, H., Hasegawa, S. (2016). Tension-Based Wearable Vibroacoustic Device forMusic Appreciation. In: Bello, F., Kajimoto, H., Visell, Y. (eds) Haptics: Perception, Devices,Control, and Applications. EuroHaptics 2016. Lecture Notes in Computer Science(), vol 9775.Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-42324-1 27

国際会議デモ・ポスター

1. Yusuke Yamazaki, Shoichi Hasegawa, Hironori Mitake, and Akihiko Shirai. 2019. Neck straphaptics: an algorithm for non-visible VR information using haptic perception on the neck. InACM SIGGRAPH 2019 Posters (SIGGRAPH ’19). Association for Computing Machinery, NewYork, NY, USA, Article 60, 1 – 2. https://doi.org/10.1145/3306214.33385628-3-319-42324-1 27

2. Yusuke Yamazaki, Hironori Mitake, Ryuto Oda, Hsueh-Han Wu, Shoichi Hasegawa, Mi-natsu Takekoshi, Yuji Tsukamoto, and Testuaki Baba. 2017. Hapbeat: single DOF widerange wearable haptic display. In ACM SIGGRAPH 2017 Emerging Technologies (SIG-GRAPH ’17). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, Article 12, 1 – 2.https://doi.org/10.1145/3084822.3084843

3. Yamazaki, Y., Mitake, H., Takekoshi, M., Tsukamoto, Y., Baba, T., Hasegawa, S. (2018). Hapbeat: Tension-Based Wearable Vibroacoustic Device. In: Hasegawa, S., Konyo, M., Kyung, KU.,Nojima, T., Kajimoto, H. (eds) Haptic Interaction. AsiaHaptics 2016. Lecture Notes in ElectricalEngineering, vol 432. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-10-4157-0 65

国内研究会・学会

1. 山崎勇祐, 長谷川晶一. “首両側面への音楽振動提示による音楽鑑賞体験の向上を伴うナビゲーション手法の提案.” 日本バーチャルリアリティ学会大会論文集 (CD-ROM) 27th (2022): ROM-BUNNO.11C – 2.

2. 山崎勇祐, et al. “Hapbeat: 張力に基づいた装着型体感音響装置.” インタラクション 2017 論文集 3-409 – 72 (2017): 918 – 920.

3. 山崎勇祐, 長谷川晶一. “装着型振動提示装置の提案.” 日本バーチャルリアリティ学会大会論文集 (CD-ROM) 20th (2015): ROMBUNNO.11C – 2.

招待講演

1. Yamazaki, Y., Mitake, H., Akihiko, S., & Hasegawa, S. (2019). Widespread the hapbeat: Tensionbased necklace type haptic display. In 26th International Display Workshops, IDW 2019 (pp.1656-1659). (Proceedings of the International Display Workshops; Vol. 3). International DisplayWorkshops.