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超音波について
超音波の発生原理を教えてください。また、振動数との関係、共振の発生など。また伝わる距離とか・・・。いいかげんな質問の仕方かもしれませんが、何にも知らないので、簡単な本の紹介でもかまいません。お願いします。
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先にお答えになっている皆さんのおっしゃるとおり、超音波といっても、通常の音波と性質に大きな差異はありません。指向性については、波長と密接な関係がありますが、一般的に波長が短くなるほど指向性が鋭くなる傾向があります。ただし、これは音源の形態に大きく依存する面がありますので一概には言えません。自動車のバックソナー（ソナーとはソニック+スキャナーの造語です）に使用されているようなものでは、さらに指向性を鋭くするためにホーン（メガホンのようなもの）をつけている（ホーンの形状も波長に大きく依存しますが、超音波の場合は波長が短いので、ごく小さなものでも効果があります）場合がほとんどです。 超音波の発生方法ですが、一般的に用いられているのはピエゾ素子などの圧電素子（電圧を加えると伸縮する物質に電極をつけたもので、逆に圧力を加えると電圧が発生する）に必要な周波数の電圧を掛けて発生させるのが一般的です。音のエネルギー（音に限った話ではないが）速度と振幅の積で決まりますので、周波数の高い超音波では振幅（振動板の移動距離）は極ちいさくても、その速度が速いのでエネルギーは大きく（たとえば低い音が大きなバケツでゆっくり水を運ぶのに対し、超音波はとても小さなバケツで素早く何度も水を運ぶのにたとえられます）取れます。したがって、通常のスピーカーのような磁力の作用による方法よりも、効率よく変換できるからです。 このような傾向は、音以外の波についても共通することが多く、音・超音波、という捕らえ方よりも、波・波動と考えた方が、より面白いように思えます。タイトルはちょっと忘れましたが、講談社刊行のブルーバックスシリーズ（大きな書店ならブルーバックスのコーナーがあるほど有名な科学全般にわかりやすく、面白く書かれたシリーズです。専門書ではありませんが、より深く知るための入り口としては良い本だと思います）にあったような気がします。時間がおありなら、書店で探してみてはいかがでしょう。
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- brogie
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補足です。 ＞指向性があるということは、どういうことなのですか？・・・。 ＞えーっと、まっすぐ進むということですか？ごめんなさい。 大体、そのように考えてよいと思います。 テレビの八木アンテナは指向性がありますので、放送局のある方へ向けなくてはなりません。少しずれるとTVの映りが良くありませんね。 ＞自動車のバックにセンサーに使っているとのことですが、 ＞とても小さなものまで検出するんですね。 ＞バンパー全体から発振してるのですか？ ＞もうちょっと教えてください。 最近の自動車には超音波センサーがついているものもあります。バンパーのところに直径２cm位の穴があります、それが超音波センサーです。左右2個ついています。オプションでつけることもできますが、1個10万円かかると言われました。カーショップで購入すると１万円以下でできます。バックギアに入れたときに作動するように、バックライトのコードにつけるとよいでしょう。センサー自体はバンパーの中央につけるだけでよいようです。センサーから50cm、40cm、30cmの距離で音の間隔を変えてありますから、どれくらいの距離かと言うことが分かります。しゃがんでいる幼児も分かりますので、孫を巻き込むこともありません。
お礼
ありがとうございます。超音波はこんなに身近なところに使われているのですね。実験室の洗浄機器とか破砕機器といったイメージしかありませんでした。 ２度にわたるご回答感謝します。
- brogie
- ベストアンサー率33% (131/392)
超音波には幾つかの性質があります。波長が短いために、指向性があります。そのために、センサーなどに使われています。小生も自動車のバックのときに、このセンサーをつけています。５０cm後ろにある指の大きさ程度のポールも認識してくれます。 また、妊娠中のお母さんのお腹の中の赤ん坊も超音波で見ることができます。 また、高いエネルギーを持っていますので、超音波洗浄などに使用されています。腕時計のバンドやめがねの洗浄に威力を発揮します。 その他、自動ドアや交通取締りなどにも使われているようです。例をあげれば限がありません。 参考まで。
補足
指向性があるということは、どういうことなのですか？・・・。えーっと、まっすぐ進むということですか？ごめんなさい。自動車のバックにセンサーに使っているとのことですが、とても小さなものまで検出するんですね。バンパー全体から発振してるのですか？もうちょっと教えてください。
- siegmund
- ベストアンサー率64% (701/1090)
こういう類のことでしたら，まずは図書館に行くなどして百科事典などご覧になることを おすすめします． 専門家が心血を注いで書き，執筆者以外の専門家のチェックも入った 信頼できる情報が得られますよ． ○ 聞こえる聞こえないは，音の大きさや高さに対する耳の性能で決まります． ○ 人間に耳に聞こえない低い周波数の音波は「超低周波音波」(infrasonic wave) といいます． 超音波(unltrasonic wave)は人間に耳に聞こえない高いい周波数の音波をいいます． 超低周波音波のことを超音波とはいいません．
お礼
そうですね。百科事典みてみます。
一定間隔で聞こえたり聞こえなかったりするのは、これは共鳴現象の話でしょうか？(^_^; 共鳴とは、ある音に対して、制止している物体が突然反応し、特に何もしていないのに勝手に音を出し始める現象のことをいいます。 このとき、共鳴した物体は必ずしも超音波を発するとは限らず、人間の耳に聞こえることもしばしあるんです。 また、超音波の中でも周波数が可聴域に近かった場合、何かの拍子に周波数が変動し（物にぶつかるなどして）、聞こえたりすることもありえるんじゃないかと思います。 低周波とは、「周波数」という概念を持つもの全てに適用される言葉です。光にも周波数がありますので、「この光はあの光と比べ、比較的に低周波である」という言い方をすることができます。（一般には音波にしか使いませんが） 超音波の場合、低周波は厳密には「超低周音波」と呼びます。これは周波数が低すぎて聞こえない音です。 それに対し音が高すぎて聞こえない音を「超高周音波」といいます。 （ただし理科の授業中などには、単に「低周波」「高周波」と言って通じる場合が多いですけど）
お礼
お答えいただきましてありがとうございます。大変参考になりました。
超音波というのは何も特殊な物ではなく、単なる音です。 ですので、一般の楽器からも出ていますから、たとえばギターの音にも超音波は含まれています。 「人間の遺伝的限界によって認識できない音を超音波とする」と定義されているだけで、やっぱり音は音なんです。 振動数は、一般には２０ｋＨｚ以上、２０Ｈｚ以下と言われていますが、これは個人差があるので一概には言い切れません。中には２５ｋＨｚの音を聞いてしまう人もいます。 そういう人は、テレビが常に出している「ピーン」というノイズがうるさくて仕方ないそうですよ。
補足
早速ありがとうございます。超音波は何も特別ではなく音であるというお答えでとてもすっきりしました。ありがとうございます。すると超音波には一定間隔で（発信源からの距離）強くなったり、弱くなったりするとのことですが、人の聞いてる音は聞こえなくなったらそれ以上聞こえないですよね。この辺の聞こえてる音と聞こえない音（超音波）との性質の違いはなんですか？低周波っていうのは広義の超音波ですか？
お礼
うーん。なんだか知りたかったことが満載されているようなご回答ですね。でも私の頭がついて行ってないという・・・。じっくり読みます。また本の紹介もしていただきありがとうございます。