第 6 章 多重反射型センサを用いたレーザーマイクロホンの高分解能化
6.5 多重反射型レーザーマイクロホンによる球面波検出
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(a) Sound pressure distribution measured by condenser microphone
(b) Sound pressure distribution measured by convetional type microphone
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Fig. 6.18(a)と比較すると、Fig. 6.18(b)は分布が正しく再現されていない。Fig.
6.18(a)とFig. 6.18(c)は類似しており、多重反射型レーザーマイクロホンで商用マ
イクロホンとほぼ同等に球面波が検出できることが分かる。これによりレーザ ーマイクロホンの空間分解能を改善することができた。しかし、Fig. 6.18(a)は同 心円状に検出できているのに対し、Fig. 6.18(c)では中心部の分布がやや歪な形状 になっている。これは、コンデンサマイクロホンの検出部が1/4インチの円形で あるのに対して、多重反射型レーザーマイクロホンでは10 mm四方の四角形と なっており、検出部の面積がやや大きいため、空間分解能がやや低いためである と考えられる。
6.5.2 球面波検出時の周波数特性
球面波を入射した場合には、周波数特性に検出部のサイズが関係すると考え られる。センサ中央部の音圧を最大とし、測定によって得られた音圧を𝑝𝑠とする
(c) Sound pressure distribution measured by multiple reflection laser microphone Fig. 6.18 Measured sound pressures of spherical sound wave
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と、検出面上での任意の点の音圧は以下の式で表される。
√2𝑝
𝑠cos(𝜃
𝑠)
(6.4)レーザーマイクロホンによって得られる信号は、2.3節で述べたように音圧と レーザービームの断面光強度分布の積に比例する。ここでは、ビームの径は十分 小さく、ビームの径と音波の波長の比に関係する感度低下は無視できるとする。
そうすると、信号強度を考える際には、音圧を外部共振器長𝐿23の全体に渡って 積分することになるので、球面波入射によって得られる信号は以下の式に比例 する。
√2 ∫
0−2𝐿23𝑝
𝑠cos(𝜃
𝑠)𝑙𝑑𝑙
(6.5)ここで、ホルダのレーザービーム出射面を𝑙= 0としている。センサ部の検出面 全体に渡って音波の位相差がないとすると、𝜃𝑠= 0となる。したがってある周波 数と検出部面積において、位相差を考慮すると感度が以下の式に示す比で低下 する。
√2 ∫0−2𝐿23𝑝𝑠cos(𝜃𝑠)𝑙𝑑𝑙
√2 ∫0−2𝐿23𝑝𝑠𝑙𝑑𝑙
(6.6)
この位相差による感度低下を、各検出部のサイズと入射する音波の周波数か ら計算して、理論的な多重反射型レーザーマイクロホンの周波数特性を求めた。
さらに、6.4.2と同様の方法でレーザーマイクロホンの感度の周波数特性を求め、
検出部サイズの変化によって周波数特性がどのように変化するか実験を行った。
Fig. 6.19に実験結果を示す。音源にはJW-01とXT-25BG60-04を使用し、検出部
と音源の距離は50 mmで、音源の中心部とセンサの中心部は正対しており、測
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定値は平面波を入射した際の感度で規格化されている。
Fig. 6.19 Frequency characteristics of multiple reflection laser microphone (spherical wave)
Fig. 6.19中で、点線はEq. (6.6)を計算して求めた理論曲線を示している。実験
結果から、入射する音波の音圧分布は感度を計算する際に考慮されており、点線 と測定値に大きな差異は見られないことから、多重反射型レーザーマイクロホ ンの周波数特性は、検出部のサイズが大きいほど、より低い周波数から感度が低 下することを解明した。
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