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Measurement of sound pressure sensitivity of high-frequency microphone using multiple harmonics in intense ultrasonic beams

Research Project

Project/Area Number 18K04010
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

Kamakura Tomoo  電気通信大学, 産学官連携センター, 客員教授 (50109279)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords超音波 / 非線形音響 / 高調波 / セルラーポリプロピレン / 音圧校正 / マイクロホン / KZK方程式 / 圧電性 / 非線形高調波 / セルラポリプロピレン / 高周波 / Cellular polypropylene / 集束音波 / 高調波ひずみ / 高周波マイクロホン
Outline of Final Research Achievements

Intense ultrasonic beams suffer progressive waveform distortion due to the nonlinearity of the air, causing numerous harmonics to be generated in the beam.
Since these harmonic pressures can be theoretically predicted with sufficient accuracy by the Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov model, it is possible to obtain the pressure sensitivity of a microphone at high frequencies. To generate intense ultrasonic waves, a planar aperture source of 118 mm in diameter and with resonant frequencies of 40 and 63 kHz was used. A specialized microphone developed and tested for receiving high-frequency ultrasonic waves was fabricated from a single cellular polypropylene CPP) sheet. Using at least the first nine harmonics, i.e., those in the range of 40 to 567 kHz, it was demonstrated in this study that the frequency response of the CPP microphone has a sensitivity of -70 to -80 dB re 1 V/Pa at frequencies below 400 kHz.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

必然的に発生する超音波の非線形性という物理現象を積極的に利用して,特に数十kHz以上の高周波受信に特化した広帯域マイクロホンに適用可能な新しい音圧校正法を提案した。それと同時に,新圧電フィルムを用いて,高周波超音波の受音可能マイクロホンを試作した。そのマイクロホンの感度を得るために,提案の校正法を適用し,具体的な感度特性を紹介した。近年の非接触超音波検査法,すなわち超音波トランスデューサを検査体に直接触れず,また音響カプラントを塗布することなく,内部構造を観測する技術の補助装置として,あるいは新技術として,本研究成果を利用する予定である。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Measurement of sound pressure sensitivity of high-frequency microphone using multiple harmonics in intense ultrasonic beams2022

    • Author(s)
      Tomoo Kamakura, Hideo Hayashi, Yoshinobu Yasuno, and Hideyuki Nomura
    • Journal Title

      Acoustical Science and Technology (Accepted for publication)

      Volume: -

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Wave aspects of airborne ultrasound2020

    • Author(s)
      鎌倉友男
    • Journal Title

      THE JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 76 Issue: 5 Pages: 279-284

    • DOI

      10.20697/jasj.76.5_279

    • NAID

      130007933439

    • ISSN
      0369-4232, 2432-2040
    • Year and Date
      2020-05-01
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Doppler shift equation and measurement errors affected by spatial variation of the speed of sound in sea water2018

    • Author(s)
      初期値Tanaka, Hideyuki Nomura, and Tomoo.Kamakura
    • Journal Title

      Utrasonics

      Volume: 93 Pages: 65-73

    • DOI

      10.1016/j.ultras.2018.12.002

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 空中超音波トランスデューサの第1および第2共振を用いた高周波音源2021

    • Author(s)
      鎌倉友男、酒井新一
    • Organizer
      超音波研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 1/8インチカートリッジ型セルラポリプロピレンマイクロホン2020

    • Author(s)
      鎌倉友男,林 栄男,安達日出夫
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ドップラーシフトを利用したリモート水温計の提案2019

    • Author(s)
      田中正吉,野村英之,鎌倉友男
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] いまさらパラメトリックアレイ,されどパラメトリックアレイ2019

    • Author(s)
      鎌倉友男,酒井新一
    • Organizer
      日本音響学会 秋季研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] カートリッジ型セルラポリプロピレンマイクロホンの実現2018

    • Author(s)
      鎌倉友男,林 栄男,安達日出夫,安野功修,野村英之
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 高周波マイクロホン用音圧校正システムの構築 ~ 非線形高調波の利用~2018

    • Author(s)
      鎌倉友男,林 栄男,安達日出夫,野村英之
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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