2022 Fiscal Year Research-status Report
火山観測に用いられる超低周波音測定器の感度校正法の開発
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21K04101
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山田 桂輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90613993)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超低周波音 / 音響 / 校正 / マイクロホン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超低周波音は空気による減衰が小さいため、音源の情報を遠方まで伝えるという特性がある。これを利用し、火山活動等を遠方から観測する方法が現在研究されている。しかし、現在1 Hz未満においては、測定に用いるマイクロホンの感度校正法が確立していない。本研究の目的は、超低周波音計測の信頼性の向上のため、トレーサビリティを確保したマイクロホン校正を0.1 Hz～1 Hzの周波数範囲において可能にすることである。
本研究では、超低周波数領域に特化した新しいマイクロホン感度校正法として、液柱型音圧発生装置を用いた校正システムの開発を行う。液柱型音圧発生装置は液柱圧力計の原理を応用して独自開発したもので、液柱の高さの変動により圧力変動、すなわち音圧を発生させる。低い周波数ほど安定した音圧発生を見込める方式であり、従来の校正法においては発生音圧が不安定となりやすい1 Hz未満の周波数域でも、安定した校正が可能であると考えられる。
去年度までに、開発した液柱型音圧発生装置により安定した音圧発生を可能とした。本年度は、装置による発生音圧の計算値と、その音を受けたマイクロホンからの出力電圧を基に、マイクロホンの感度を求める段階へ進んだ。結果として、被校正マイクロホンの感度として、矛盾の無い値が校正値として得られることが、0.1 Hz ~ 1 Hzにおいて確認できた。
現在は、１Hz以上で発生する、校正感度の理論的な周波数特性からのずれに関して原因の検討を行っている。１Hzを超える校正は本研究の目的の範囲外ではあるが、従来の校正方法（1 Hz以上で適用可能）との連続性の確認による、本校正法の信頼性の確認を目的として行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最終的な目標である、下限0.1 Hzまで0.2 dBの不確かさでの校正に向けて、計画通り順調な進捗状況である。2年目の今年度の時点で、0.1 Hz~1 Hzにおけるマイクロホン音圧感度を実際に求めることが可能となっている。また、本年度のうちに、±0.5 dB程度の精度で従来法による校正値との整合性を確認できている。現在進行中である、1 Hz以上における理論感度とのずれに関する検討を進めることにより、来年度中に目標を達成することが十分に可能と考えらえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、開発中の校正システムによる校正値の信頼性検証、及び校正の不確かさの評価を完了させる。現在の信頼性検証および不確かさ評価における重要な課題は、本開発方式における校正では1 Hz以上において理論と外れる感度変化が見られるため、従来の校正方法との連続性確認が困難となっていることである。
これに対し、理論と実験の両面から検証を行うこととし、より精密な物理モデルの構築とシミュレーション、実際の実験結果との比較により感度変化の原因を突き止める。その結果に基づき、装置改造もしくは校正値への補正項の導入を行う予定である。この作業の遂行のため、校正装置の物理的なパラメータを変更できるよう、開発中の装置に機構の追加を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
申請時の計画では、本年度にマイクロホンの購入（約90万円）を行う計画であったが、世界的な物資不足による当該製品価格の高騰及び、当初予想よりも使用中のマイクロホンの劣化が見られなかったことから、本年度の購入を見送った。次年度に改めて同マイクロホンの購入を検討すると共に、本開発方式の信頼性検証作業を加速するための機器（気圧計など）の購入も併せて計画している。
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