＿サルでも分かる超音波講座＿

■超音波


人間の耳で聞き取れる音域（可聴周波数）は約20Hz〜20kHzとされる。これより高い宗派の音を超音波といい、低い周波数の音を超低音という。実際は人の耳では20kHzすら聞こえないのだが。現在では音の効果がさまざまな形に応用されて、超音波とは聞くことを目的としない音、聞いていると認識できない音と定義されている。僕は主に医療に応用する分野と、この耳に聞こえないものが生体に与える効果はどんなものかを研究している。最近の技術はめざましく、かなり高い周波数の発振が可能となり、超音波の応用範囲は今後ますます広くなっていくだろう。この超音波の応用分解は二つに大別され、一つは音波の伝幡によって得られる情報を応用するもの（静的応用）であり、他の一つは音の振動によって生じる力を応用するもの（動的応用）である。前者の応用例として超音波診断装置・超音波顕微鏡等があり、後者の応用例として超音波洗浄機・超音波溶着機・等が挙げられる。
よくコウモリやイルカが超音波の反射を利用して生活しているとされる。例えばイルカは超高性能ソナーのようなものを持っていて、水中の情報を超音波で判断しているという説もある。コウモリは暗闇でも障害物との距離を鼻や口から出す超音波で測りながら器用に飛び回るのだ。知ってた？

医用では生体内に超音波を発射すると臓器・組織から反射が返ってくる性質を利用している。これをエコーという。ヤマビコを思い出してくれ。「やっほー」と叫ぶと「あほー」と返ってくる。。。。訳はない。やはり「やっほー」と返ってくるだろう。コレが音の反射。近場の山と遠距離にある山とではその距離の違いによってヤマビコの返ってくる時間に差が出てくる。生体中を超音波が進む時、反射する波と通過する波がある。この反射と透過の度合いは反射する境界での媒体のインピーダンスの差で決まる。ある媒体のインピーダンスは超音波の周波数とは関係なく決まっている。異なる媒体が接している境界、つまり差がある境界で超音波は反射するのだ。生体の場合ほとんどの部分の差が小さいのだ。その境界では超音波の一部は反射して残りは透過する。又、差が特に大きい場合もある。その境界では超音波はほとんど反射してしまう。超音波が媒体を伝わっていくとき、波は次第に弱くなってゆく。これが減衰だ。超音波は距離にしたがって減衰していくのだ。また周波数が高いほど減衰の度合いも大きくなってゆく。波には縦波と横波があるが、横波は波の伝わる方向とゆれの方向が直角で、声などは波の伝わる方向と振動の方向が同じ。これらを疎密波と呼ぶのだが、波の表記方法は大きく分けて二つある。横軸を距離にとる方法と、横軸を時間にとる方法。図で説明したいが面倒なので省く。
いかなる波も媒質を伝わって振動する。、例えばある一瞬をカメラで撮ったと考えるとこの時と密の間の長さが波長：λである。つまり、よく「波長が合う」などと耳にするが、元はそういうこと。そして場所を固定すれば、波はそこを通り過ぎていくのだが、説明はまた後ほど。

又、時間の経過に合わせて変異する波がある。この場所での密と密の間の時間が周期：Ｔだ。音の縦波は（疎密波）であるが、一般的に表記する形は、見れば誰でも知っているんじゃないだろうか。よく嘘発見器などで出てくるアレである。周波数とは、波の振動（周期）が１秒間に何回繰り返されるかを示した数字。単位は「Ｈｚ」で表す。電器ガマを使ってる主婦なら知ってるかもしれない（ナジョ

周波数（Ｆ）＝１/T[Hz]


■音速


カミナリを知らない人はおそらく存在しないものとして説明する。
よく光ってから音がするまで少し時間があるだろう。それは音が空気中を伝わってくるのに、時間がかかるためである。この時間は空気の音速で決定され、例えば空気中と水中では音が伝わる速度が違う。海底地震などが離れた深海で逸早く観測されるなど、よく聞く話だ。だが、物質中の音速は周波数に関係なく一定になっている。音波は移動するのではなく伝わっていくのだ。音波の伝わる速さを音速といい、Ｃ[m/s]で表している。ある媒体の音速は一定であるから、周波数が高くなるほど波長は短くなってゆく。音速はその媒体と弾性率：Ｋと媒質の密度：ρによって決められる。

音速（Ｃ）＝√k/ρ　　　　（インピーダンス）ｚ＝ρ・Ｃ　　　Ｃ＝λ/T 　　　Ｃ＝λ・Ｔ


ちなみに生体の音速はほとんどが１５００[m/s]付近に集中している。
続いて発生の原理。声帯に空気があたって振動すると音が出る。ごく薄い圧電素子に電圧を加えるとひずんで振動する。逆に音の振動を加えると圧電素子がひずんで電圧が発生する。超音波診断装置のプローブは電圧を音に、音を電圧に利用している。
音源が点の場合、放射状に広がっていくのだが面から発射すると音波は拡がらずに伝わることもある。しかし、現実的な面音源はある距離から拡がって伝わるのだ。近距離の音場から遠距離の音場になる境のこと。



面白味なくなってきたので、ここまで。参考文献書かないと著作権侵害になるかな？（汁
またいつか暇になればサル分か講座の続きを書くとするか。ふぅ