2019 Fiscal Year Research-status Report
超音波の非線形伝搬に伴う広帯域化を利用したマイクロホン簡易感度校正の実現
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18K04010
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
鎌倉 友男 電気通信大学, 産学官連携センター, 客員教授 (50109279)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Cellular polypropylene / マイクロホン / 非線形高調波 / 集束音波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，市販されている空中用精密音場計測マイクロホンの音圧感度の高域限界は150kHzほどである。申請者は，この限界を越えると予想されるセルラポリプロピレン（Cellular polypropylene，略してCPP）圧電新素材に注目し，この素材を用いたマイクロホンを試作している。また並行して，空気の非線形性を利用した音圧感度の簡易計測法－非線形高調波法（Nonlinear harmonics calibration method ）－を提案し，この手法の確立に取り組んできている。本研究課題は，先ずは非線形高調波法をCPPマイクロホンの音圧感度評価に適用し，その感度限界が150kHzを遙かに越え，400kHzほどの高域までであることを確認した。一方，CPPフィルムは圧電高分子フィルムの代表であるPVDFと同様に柔軟性や可撓性に富む。この特徴に注目し，音場精密計測用として利用している市販の1/4インチや更に小口径の1/8インチカートリッジの金属振動膜をCPPフィルムに置き換え，しかもそのフィルムをカートリッジの背極に直付けしたマイクロホンの試作に挑戦している。そして，非線形高調波法を適用して，そのカートリッジ型マイクロホンの音圧感度が果たしてどの程度かの予備実験を行っている。このような小口径で広帯域のマイクロホンは，集束音場の焦点という特異なスポット音圧を精度よく観測するのに適しているのみならず，そのスポット領域に発生する新規な非線形現象の発掘にも寄与すると思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
申請者は高周波超音波の受信に特化したCPPマイクロホンの実用化を行っている。また同時に，マイクロホンの高周波における受信感度を測定するため，超音波の非線形伝搬に伴って必然的に発生する高次高調波を利用した非線形高調波法を提案している。今回は，局所の音圧測定に適した市販の1/8インチコンデンサマイクロホンカートリッジに注目し，その金属振動膜の代わりにCPPフィルムに置き換えたマイクロホンを試作した。そして，非線形高調波法を適用してマイクロホンの音圧感度を測定し，400kHz付近までの高周波にわたって受信できることを示した。また，その感度は-100～-80 dB re 1V/Paであった。このCPPマイクロホンを20 kHzで駆動された強力集束音源の焦点に置き，振幅が70 kPaを越える正圧パルスと低い負圧のトラフを持つ典型的な非対称性の音圧波形を観測した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究課題として二つ取り上げる。その一つは，提案の非線形高調波の音圧校正精度である。もともと非線形高調波法は，超音波標準音源で得られた基本波と第2高調波あるいは第3高調波までの実験データ値と非線形伝搬モデル式から得られる理論値とを適切かつ量的に比較し，それら両者がよく一致することを出発としている（1次校正）。この一致を条件に，第10高調波までの音圧を理論予測して，その各高調波音圧値と校正対象とするマイクロホンからの出力電圧値とを各々対応させることで，基本波から第10高調波までという広い周波数帯域でマイクロホンの音圧校正ができることを前提としている。この考えに基づき，非線形高調波法は2次校正と言われるゆえんであるが，校正法で重要な精度が果たしてどの程度かが最終的な課題となる。もう一つの課題は，校正対象としたCPPマイクロホンの安定性・信頼性である。試作したCPPマイクロホンの音圧感度の経時変化を過去3年に亘って追ってきたが，CPP材の湿度に対する軟弱性からか2dB程度の変化が生じている。今後はこの原因を解明し，より安定で高感度のCPPマイクロホンを試作することである。
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| Causes of Carryover |
年度内に行う予定であった精密計測用マイクロホンの定期的音圧校正が，研究計画の実施の若干の遅れのためにできず，その校正費用が主な残高として残った。次年度に校正を行うので，残高をその校正費用として使用する。
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