超音波の正体<超音波ってなんだろう?>
[超音波ハンドブック]

超音波は音の一種

一般に音とは、空気の振動をいいます。物が振動すると、その周りの空気も同じように振動します。その振動が広がり、音として伝わるのです。
人間は、のどにある声帯を震わせることで空気を振動させ、音を出しています。声帯で発生した音は、のどで反響し、声として発声されます。人間は、300Hzから4kHzの周波数を声として発し、聞くことの出来る音(可聴音)はそれより幅広く、20Hzから20kHzの周波数といわれます。
超音波とは、一般に20kHzを超える「人間の耳に聞こえない音」とされています。もう一つの定義として、「聞くことを目的としない音」があります。本書では、主に前者の定義「人間の耳に聞こえない音」として説明を展開しています。

超音波の特性

超音波は、媒体により伝わります。つまり気体、液体、固体などの媒体中を伝搬しますが、真空中では伝わりません。また、光が透明な媒体を伝わる(光は真空中でも伝わる)のに対し、超音波は光の通らない媒体中でも伝わります。媒体により伝わりやすさが違い、気体<液体<固体の順で伝搬効率が高くなり、音速も速くなる傾向があります。空気中の音速は約340m/秒ですが、水中では約1,500m/秒になります。
また、超音波は減衰します。周波数が高いほど減衰率が高くなるため、超音波は可聴音より短い距離しか届きません。これは媒体によっても変化します。
音は均質な媒体中では直進しますが、音速が異なる物体との境界面で反射します。この性質を、魚群探知機や医療診断装置で応用しています。
超音波は可聴音に比べ指向性が鋭く、周波数が高いほど鋭くなります。例えば医療診断装置に使う場合など、ピンポイントでの計測が可能になり、細かなところまで見ることができるようになります。

人間が聞き取れる音の範囲

図1-1 は人間が聞き取れる音の範囲です。横軸が周波数、縦軸が音圧で、Pa(パスカル)という単位を使います。天気予報でhPa(ヘクトパスカル)が使われますが、大気圧は101,325Pa(1,013hPa)です。右に示した縦軸はdB(デシベル)という単位で、空中では0.00002Pa=20μPaが0dBと決められています。超音波の応用は水中が多いのですが、水中では基準が1μPaと定められています。

人間が聞き取れる音の範囲(聴野)

◎転載文献:「エンジニアのための人間工学」(横溝克己、小松原明哲/日本出版サービス/1991)

超音波の定義
・20kHzを超える音 ・聞くことを目的としない音(聞こえる音でも聞くこと以外に利用すると超音波です。)

超音波の特徴(可聴音と比較)
・指向性が鋭い ・波長が短い ・減衰が大きい


マーク1海上実験で酔わない方法:1 魚探振動子設計者
魚群探知機の設計者は性能評価で海上実験を行います。なれない海の上でいかに酔わないようにするかが設計者たちのもう一つの課題です。ある時、漁師さん曰く、「船に乗る前に酒を飲めば酔わないよ!」…酒で酔ってたら実験にならないのでは…。
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