超音波の発生と伝搬

音波は音源が振動することによって発生し伝搬する。人の声は声帯を震わせることにより発生させ、大気を振動して伝搬する。超音波の場合は圧電素子(圧電セラミックスを用いるケースが多い)に電圧を印加することにより振動を発生する。

超音波の伝搬には媒質が必要である。光などは真空中でも進むことが出来るが、音波は媒質の存在しない真空中で伝搬することが出来ない。また、超音波は弾性波(疎密波)であり、いわゆる縦波として媒質中を伝搬する性質がある。


超音波の基礎や原理を理解する上で、超音波の生体内特性、超音波の音響特性を理解することは検査や診断をおこなう上においても、きわめて大切なことである。 超音波の特性を理解することによって、アーチファクトの出現や解消方法、装置の調節、プローブの走査などを考えることができる。

超音波の特性を考える上で大切なものは以下のような事項である。

・反射
超音波は音響特性インピーダンスの異なる媒質境界面で反射する。この時、媒質間で固有音響インピーダンス値差が大きいほど境界面における反射が強い。

・屈折
媒質の境界に斜めに超音波が入射した場合に超音波が屈折するケースがある。超音波の屈折はスネルの法則に従うため屈折方向や屈折角は媒体音速と入射角が問題となる。

・減衰
媒質中を超音波が伝搬する過程で超音波強度が減弱すること。主なものに吸収・拡散減衰などがある。減衰係数は[dB/cm・MHz]で表され周波数に依存する。

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