vol.17

 Academy Users Report

 Giới thiệu người dùng Vol. 17
Ban Cơ học chính xác, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Phòng thí nghiệm Hệ thống âm thanh của Đại học Chuo

Nhanh chóng tạo ra âm thanh thoải mái theo các tình huống, cũng như phát triển hệ thiết kế âm thanh thông minh/ Kết hợp với UC-win/Road để xây dựng môi trường thử nghiệm VR đưa đánh giá chất lượng âm thanh và thiết kế âm thanh thoải mái

Ban Cơ học chính xác, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, "Phòng thí nghiệm Hệ thống âm thanh" của Đại học Chuo
URL: https://toi-lab.com/
Địa điểm: Bunkyo-ku, Tokyo
Nội dung nghiên cứu và phát triển: nghiên cứu cải tiến chất lượng âm thanh và thiết kế âm thanh thoải mái trong nhiều lĩnh vực bao gồm ô tô, thiết bị điện gia dụng và dụng cụ chính xác

"Phòng thí nghiệm của chúng tôi thực hiện nghiên cứu thiết kế" âm thanh "cho nhiều thứ khác nhau. (Là một phần của nhiệm vụ) chúng tôi thay đổi cảnh lái xe ô tô bằng VR (mô phỏng lái xe (DS)) để xem phản ứng của con người với âm thanh được nghe thấy ở đó. "

Cách đây 20 năm, mọi người suy nghĩ nhằm mục đích giảm tiếng ồn, vì "âm thanh" được coi là "một điều tồi tệ và ồn ào". Tuy nhiên, Giáo sư Takeshi Toi, Khoa Cơ học Chính xác, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Chuo đã dựa trên quan điểm rằng nếu việc giảm âm lượng cũng có thể xóa đi những âm thanh tốt, mất đi sự cảm thụ âm thanh khi nó vận hành (giống như phần hương vị). Với ý tưởng này, ông đã phát triển phương pháp nghiên cứu ban đầu của mình để "cải thiện chất lượng âm thanh", nó như một từ khóa nhằm mục đích sử dụng tốt nhất âm thanh. Dựa trên kinh nghiệm của bản thân khi gia nhập một công ty máy móc điện trong một thời gian sau khi tốt nghiệp đại học, giáo sư đã tích cực áp dụng nghiên cứu chung với các công ty bên ngoài, điều không phổ biến vào thời điểm đó. Khi làm như vậy, một kế hoạch đã được thực hiện để khám phá các giải pháp cho các hiện tượng xã hội khác nhau và các vấn đề liên quan đến âm thanh.

Trong tình huống như vậy, ông đã chú ý đến khả năng mô phỏng DS từ sớm trong các nghiên cứu liên quan đến ô tô. Giáo sư nhìn lại rằng ông đã từng sử dụng đánh giá dựa trên thông tin sinh học thu được bằng cách kết hợp thính giác với thị giác khi hoạt động lái xe để cải thiện chất lượng âm thanh và thiết kế ra âm thanh thoải mái.

Thông qua các hoạt động của mình trong "Phòng thí nghiệm hệ thống âm thanh" nơi Giáo sư Toi giảng dạy, Ủy ban kỹ thuật đánh giá chất lượng âm thanh được thành lập tại Hiệp hội kỹ sư ô tô Nhật Bản, ủy ban yêu cầu xây dựng một trình giả lập tái tạo các tình huống lái xe thực tế trong việc nghiên cứu mối quan hệ giữa cảm giác tăng tốc của ô tô và âm thanh, hoặc đánh giá chất lượng âm thanh trong khi lái xe dựa trên thông tin sinh trắc học. Để đáp ứng các nhu cầu như vậy, "UC-win/Road", thực tế ảo 3 chiều (3D) VR do FORUM8 sản xuất đã được giới thiệu như một công cụ để tạo ra các môi trường thử nghiệm đa dạng.



Với cơ sở nghiên cứu tại Trung tâm thành phố, có những lợi thế như sự hợp tác giữa học viện công nghiệp và chính phủ

Đại học Chuo được thành lập với tên Igirisu Horitsu Gakko (Trường Luật Anh ngữ) vào năm 1885. Với tinh thần sáng lập là "Bồi dưỡng khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn", trường đại học theo nghĩa đen là hiện thân của giáo dục thực tiễn để tận dụng triệt để trí thông minh cho xã hội.

Đại học được tổ chức bởi 6 khoa gồm Luật, Kinh tế, Thương mại, Khoa học và Kỹ thuật, Hành chính và Nghiên cứu chính sách; 7 trường đại học trực thuộc gồm Luật, Kinh tế, Thương mại, Khoa học và kỹ thuật, Hành chính, Nghiên cứu chính sách và Chính sách cộng đồng; và 2 trường đại học chuyên nghiệp về Luật và Quản lý chiến lược. Trường có 690 giáo viên toàn thời gian đang giảng dạy cho khoảng 26.000 sinh viên bao gồm các trường đại học và sau đại học (tính đến tháng 5 năm 2018). Trường có cơ sở giáo dục và nghiên cứu tại 4 cơ sở bao gồm Tama, Korakuen, Ichigaya và Ichigaya Tamachi Campuses; và có Nhà tưởng niệm Surugadai.

Trong số đó, Khoa Khoa học và Kỹ thuật được tổ chức bởi 10 Ban gồm Toán, Vật lý, Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường, Cơ học Chính xác, Điện, Điện tử và Truyền thông, Hóa học Ứng dụng, Kỹ thuật Hệ thống và Công nghiệp, Kỹ thuật Hệ thống và Thông tin, Khoa học Sinh học, và Khoa học và Kỹ thuật tích hợp cho xã hội bền vững. Khoa nằm trong khuôn viên Korakuen cùng với Trường đại học Khoa học và Kỹ thuật trực thuộc. Giáo sư Toi nói về những lợi thế của việc thành lập các cơ sở được trang bị các cơ sở nghiên cứu ở trung tâm thành phố, lấy ví dụ về một nghiên cứu chung với các công ty, lập kế hoạch và thúc đẩy các dự án hợp tác giữa chính phủ và học viện đã đề cập trước đây.

Có hơn 700 sinh viên trước và sau đại học thuộc khoa "Khoa Cơ khí chính xác và Khoa Kỹ thuật chính xác" đang nghiên cứu hệ máy móc chính xác tiên tiến. Có 14 phòng thí nghiệm, trong đó bao gồm "Phòng thí nghiệm hệ thống âm thanh (Phòng thí nghiệm Toi)" được thành lập.


Giáo sư Takeshi Toi, Phòng thí nghiệm hệ thống âm thanh (Toi), Ban Cơ học chính xác, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Chuo
Click to enlarge the image. Click to enlarge the image.
Từ Website của phòng thí nghiệm Toi


Ý tưởng cải thiện chất lượng âm thanh và khái niệm về thiết kế âm thanh thoải mái
"Ngày xưa, tiếng ồn rất lớn. Ngày nay, tiếng ồn đã trở nên nhỏ hơn nhiều so với ngày xưa ngay cả trong môi trường công sở."

Có thể nói rằng đây là kết quả từ sự làm việc chăm chỉ để giảm tiếng ồn. Tuy nhiên, ngược lại, "những tiếng động nhỏ" hiện đang trở nên rõ ràng hơn. Có tốt không khi giảm âm lượng cho đến khi không nghe thấy âm thanh? Nếu vậy, không có thông tin âm thanh nào được ghi nhận, thậm chí là tạo ra những cảm giác kỳ lạ. Sau đó, giáo sư Toi đã tự hỏi liệu ý tưởng cải thiện chất lượng âm thanh có cần thiết. Đây chính là động lực để ông bắt đầu nghiên cứu về lĩnh vực liên quan.

"Ban đầu, chúng tôi đã thiết kế âm thanh thoải mái cho từng sản phẩm". Sau đó, nó đã được chuyển đổi thành ý tưởng như "hãy tạo ra âm thanh phù hợp tùy thuộc vào những gì cần thiết trong môi trường sống hoặc theo múi giờ hoặc mục đích." Giáo sư Toi đã theo đuổi lập trường giả định rằng mỗi nguồn âm thanh là một nhạc cụ và phối hợp chúng để mọi người sống ở đó không bị mệt mỏi hoặc có thể cảm thấy chúng là môi trường âm thanh thoải mái (thiết kế âm thanh thông minh).

Nói cách khác, cách tiếp cận truyền thống là sản xuất một thứ gì đó, và nếu âm thanh phát ra không tốt, nó sẽ được coi là âm thanh khó chịu và được xử lý để giảm tiếng ồn. Ngược lại, ông định vị sản xuất âm thanh để cải thiện sự thoải mái, gọi đó là "thiết kế âm thanh thoải mái". Ở giai đoạn đầu tiên của sản xuất ô tô hoặc thiết bị gia dụng, âm thanh được xác định xem liệu điều này có đóng góp cho chức năng của chính sản phẩm hay không, ví dụ, hỏi "bạn có thoải mái khi sử dụng nếu chúng ta tạo ra âm thanh như thế này không?" Để làm được như vậy, chúng ta cần phải đánh giá âm thanh hiện tại. Sau đó mới quyết định có thiết lập âm thanh mới hay không. Một phương pháp đã được hình thành để xem xét toàn bộ mọi thứ trong suốt quá trình từ đánh giá đến phản hồi của thiết kế, ví dụ: "Âm thanh sẽ được thay đổi như thế nào bằng cách thay đổi ở đâu theo cách nào?", Hoặc "Thiết kế nên được thay đổi như thế nào để tạo ra âm thanh này? ".

Click to enlarge the image. Click to enlarge the image. Click to enlarge the image.
Các trường hợp nghiên cứu trên âm thanh tại phòng thí nghiệm


Sử dụng CNTT đa dạng, nghiên cứu độc đáo được phát triển trên diện rộng

Khi giáo sư thành lập phòng thí nghiệm cách đây hơn 20 năm, thuật ngữ "âm thanh thoải mái" hầu như không được sử dụng. Do đó, giáo sư cần phải giải thích định nghĩa của nó ngay cả khi ông đang trình bày trong các cuộc họp về học thuật. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, khái niệm "cải thiện chất lượng âm thanh" và "thiết kế âm thanh thoải mái" đã thâm nhập rộng rãi đến mức chúng thường được sử dụng.

Mặt khác, có khoảng 10 sinh viên đại học, 10 sinh viên khác đã tốt nghiệp, và một số nhà nghiên cứu có chung mục đích đã đăng ký tham gia "Phòng thí nghiệm hệ thống âm thanh". Các nghiên cứu chung với các công ty được phòng thí nghiệm bắt đầu sớm và nghiên cứu tích cực, hơn 10 chủ đề đang tiến triển cùng lúc trong một năm. Mỗi chủ đề là một dự án trong 2 đến 3 năm. Cho đến nay tổng cộng có 200 chủ đề đã được xử lý và khoảng 10 chủ đề đang được xử lý.

Một trong những cơ sở quan trọng cho các nghiên cứu này là một phòng cách âm. Phòng thí nghiệm có nhiều phòng được sử dụng theo mục đích. Bao gồm hai phòng không cách âm, trong đó có một phòng hình bán nguyệt có khả năng chứa các phương tiện thực tế và có cấu trúc lớn, đây là nơi có quy mô lớn nhất cho một trường đại học ở Tokyo. Phòng thí nghiệm cũng sử dụng CNTT (công nghệ thông tin và truyền thông) trên phạm vi rộng. Chẳng hạn, họ sử dụng phần mềm để phân tích dao động, phân tích âm thanh và các loại mô phỏng số khác nhau; cảm biến để đo thông tin sinh học, gia tốc và áp suất âm thanh; thiết bị đo lường để đo dao động hoặc âm học, và các loại mô phỏng.
Đặc biệt, bằng cách kết hợp và hợp nhất nhiều chương trình phần mềm theo cách riêng của họ, phòng thí nghiệm đang cố gắng rút ra các đánh giá từ các quan điểm đã bị bỏ qua cho đến nay, hoặc phản hồi cho những giải pháp dựa trên các đánh giá này.

"Trên thực tế, không có quá nhiều yếu tố để xử lý âm thanh trong hệ thống cơ học."

Nói về thế giới âm thanh, những gì thường được biết đến bao gồm âm học kiến trúc cũng như âm điện để xóa hoặc tạo âm thanh (kiểm soát tiếng ồn chủ động và kiểm soát âm thanh chủ động, v.v.). Dựa trên cơ học chính xác, Phòng thí nghiệm bắt đầu với một nghiên cứu về tiếng ồn xảy ra từ máy móc, phản ánh sự đặc biệt của nó. Trong việc mở rộng các đối tượng của mình một cách ổn định, Phòng thí nghiệm đã đề cập đến các vấn đề về âm thanh trong các lĩnh vực xe cộ, ngoại ô, không gian sống, và chăm sóc y tế và phúc lợi.


Click to enlarge the image.
Giải thích thiết kế âm thanh cho môi trường sống


Giới thiệu UC-win/Road cho các nghiên cứu về phương tiện, phát triển trong tương lai và những thách thức của nghiên cứu

Trong những năm gần đây, Phòng thí nghiệm hệ thống âm thanh có xu hướng thực hiện nhiều loại nghiên cứu về âm thanh liên quan đến ô tô sử dụng mô phỏng lái xe DS thông qua nghiên cứu chung, v.v. Giáo sư Toi tiết lộ rằng ấn tượng thẳng thắn đầu tiên của ông về UC-win / Road là "có khả năng tạo ra hình ảnh chuyển động độc đáo, với mức giá tương đối phải chăng so với các chương trình phần mềm khác mà chúng tôi đang có ".

Cách đây vài năm, ông đã nảy ra một ý tưởng nghiên cứu như sau: "Có ổn không khi ghế lái, ghế hành khách và ghế sau có cùng môi trường âm thanh, hoặc có cần phải có môi trường âm thanh khác nhau cho mỗi hàng ghế không?" Khi cố gắng xây dựng môi trường thử nghiệm để đánh giá âm thanh cho từng loại như "chỉ có âm thanh", "âm thanh và thị giác" và "âm thanh, tầm nhìn và hoạt động lái xe" trong phòng thí nghiệm, giáo sư thấy thật khó để xử lý nếu không sử dụng công cụ như UC-win/Road trong phần liên quan đến tầm nhìn và hoạt động lái xe. Đặc biệt, khi cố gắng thêm một số điều kiện lái xe, màn hình và âm thanh sẽ được yêu cầu thay đổi vì nó liên quan đến khả năng tăng tốc và giảm tốc của xe. Điều này khiến họ cân nhắc việc giới thiệu UC-win/Road để đáp ứng nhu cầu như vậy.

Như đã đề cập lúc đầu, khi nghe nhóm nghiên cứu đánh giá âm thanh trong khi lái xe sử dụng thông tin sinh học, điều mà họ muốn là thể hiện điều kiện lái xe thực tế hơn, giáo sư đã giới thiệu UC-win / Road cho ủy ban kỹ thuật đánh giá chất lượng âm thanh (Hiệp hội Kỹ sư ô tô Nhật Bản) nơi ông đã tham gia từ khi thành lập, kết quả đã được thông qua.

Click to enlarge the image. Click to enlarge the image. Click to enlarge the image.
Môi trường thử nghiệm để đánh giá âm thanh báo động phù hợp được tạo ra từ UC-win/Road
(mô phỏng được thực hiện bằng cách chuyển đổi ngày và đêm, nắng và mưa)

Ví dụ, đối với cảnh một người lái xe ra khỏi đường phụ, UC-win/Road được sử dụng để tạo môi trường xem thời điểm nào nên phát ra âm thanh báo động để người lái xe nhận biết cảnh báo an toàn. Giáo sư nói rằng ông nhận ra sự tiện lợi của phần mềm ở chỗ có thể dễ dàng chuyển đổi giữa ngày và đêm hoặc thời tiết giữa nắng và mưa. Hơn nữa, phần mềm còn tạo ra nhiều môi trường khác nhau, điều khác biệt so với trước đây. Ngoài ra, do môi trường lái xe giả lập được tạo có thể thay đổi theo gia tốc (nhanh và chậm) hoặc dựa trên hoạt động lái xe, v.v. nên các kịch bản/ sự kiện khác nhau đều thể hiện được sự đồng nhất tuyệt vời. Hơn nữa, giáo sư đánh giá rằng phần mềm có thể là một công cụ rất mạnh vì tất cả các bản ghi được lưu giữ. Đặc biệt, khi có sự thay đổi trong môi trường âm thanh đi kèm với hệ thống vận hành, UC-win/Road rất dễ sử dụng và hữu ích để xây dựng thiết kế âm thanh thông minh thoải mái và tiện dụng.

Mặt khác, ông kỳ vọng từ quan điểm của một chuyên gia âm thanh, phần mềm có thể nâng cao mức độ tự do cho âm thanh như kiểm soát chất lượng âm thanh. Hiện tại, một trong những thách thức lớn là giám sát thông tin của con người. Ví dụ, nếu cảm xúc có thể được theo dõi, môi trường âm thanh và môi trường dao động thích hợp sẽ được tạo ra dựa trên điều này. Ông nói rằng những gì họ nên làm từ bây giờ liên quan đến lĩnh vực ô tô là xây dựng môi trường phản ánh các giác quan dựa trên sự giám sát như vậy.

Click to enlarge the image.
Các thành viên phòng thí nghiệm quanh DS khi áp dụng môi trường thử nghiệm của UC-win/Road trong phòng cách âm
(Viết bởi Takashi Ikeno)
(Up&Coming '18 Ấn phẩm hè)



Trước
  
Mục lục

Trang sau


FORUM8