音波

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音波(おんぱ)とは、狭義には人間や動物の可聴周波数である空中を伝播する弾性波をさす。広義では、気体、液体、固体を問わず、弾性体を伝播するあらゆる弾性波の総称を指す。狭義の音波をヒトなどの生物が聴覚器官によって捉えるととして認識する。

人間の可聴周波数より高い周波数の弾性波を超音波、低い周波数の弾性波を超低周波音と呼ぶ。

本項では主に物理学的な側面を説明する。

概念・用語[編集]

縦波と横波
気体・液体中での音波は、媒質にずれ弾性が存在しないため疎密波として伝播する縦波である。固体中では疎密波のほかに横波であるせん断波(ねじれ波)も生じる。
音速
音波の速度は音速である。音速は媒質の密度と圧力によって変化するため、空中での音速であるマッハ速度も、主に高度の違いや温度、湿度などの気象条件によって大きく変化する。
音場
音波が伝播している音場という[1]。音場の記述には通常、音圧と粒子速度(媒質粒子が振動する速度)が選択される。
波動方程式
音波の挙動は波動方程式で表される。この支配方程式は通常、音圧p を変数として表される[2][3]
\frac{\partial^2 p}{\partial t^2} = c^2\frac{\partial^2 p}{\partial x^2}
ここでc は音速である。

音波の利用例[編集]

  • 医療分野では、産科や内科での胎児診断や内臓検査に医療用超音波センサーを使うことで、患者の体内を簡易に画像化出来る。また結石などを開腹手術をせずに音波による衝撃波で破砕することで体外への排出を容易にできる。
  • 軍事用途や漁業においては、ソナーと呼ばれる水中音波を使って水中の敵潜水艦や魚群を探知している。
  • 超音波センサーはあらゆる物流関連の現場で物体の有無を容易に捕らえることが出来るために利用されている。製造業や保守関連の産業では超音波を使った探傷検査が行なわれている。またSAWフィルタ(表面弾性波フィルタ)と呼ばれる電子部品もある。
  • イルカを含む鯨類の一部は、メロン器官やメロン体と呼ばれる頭部の組織を音波レンズとして利用することで、指向性を持った水中超音波の送受信に利用している。このように音波を使って周囲を知る方法は反響定位やエコーロケーション(Echolocation)と呼ばれている。一方、マッコウクジラなどは超低周波水中音波を遠く離れた仲間との会話や歌に使用している。
  • コウモリは、自ら超音波を放ちながら反射音によって周囲の状況を捉えることで、暗闇でも飛行することが出来る。
  • 噴霧された溶融粒子に粒径に応じた固有振動数の周波数の音波を当てる事で粒径一定に揃える事が出来る。
  • 音波浮遊炉では浮遊状態での材料の保持に使用される。電磁浮遊炉では浮遊できない酸化物等の非導電性材料の浮遊が可能となる。

参考文献[編集]

  1. ^ 吉川茂; 藤田肇 『基礎音響学』 講談社サイエンティフィク、2002年、81頁。ISBN 4-06-153972-8 
  2. ^ 吉川茂; 藤田肇 『基礎音響学』 講談社サイエンティフィク、2002年、152頁。ISBN 4-06-153972-8 
  3. ^ 大野進一; 山崎徹 『機械音響工学』 森北出版、2010年、6頁。ISBN 978-4-627-66751-8 

関連項目[編集]