SOUND

音の散歩路〜聞こえない音で「見る」〜
東京工業大学名誉教授
一般財団法人カワイサウンド技術・音楽振興財団
サウンド技術振興部門審査委員

蜂屋 弘之

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「音の散歩路」読者の皆さんは、聞く「音」

ならないと飛び始めないので、気がつかない学に携わっている方が大部分ではないかと思う

生も多いのだが、皆さんは飛んでいるのを見たが、ここでは、皆さんにあまりなじみがないでことがあるだろうか。羽を広げても手のひらぐあろう、私の専門としている聞こえない音の世らいの小型コウモリなので、注意しないとわか界について紹介させていただくこととしたい。

らないかもしれない。

■自然界での聞こえない音の使い手

人間と同様、多くの動物がわれわれにも聞こえる音を使ってコミュニケーションしている。

自然界で聞こえない音を巧妙に利用する生物

コウモリは、コミュニケーションとしての音以として、コウモリとイルカがよく知られている

外に、周囲に光がない時間帯に高速で飛翔し、（図1）。

獲物を捕食するために、聞こえない音を巧みに都心でもコウモリが生息していることが話題使っていることが知られている。聞こえない音になることがある。勤務していた大学の敷地内とは、人間の聞こえない高い周波数の音「超音でも、夕方になるとかなりの数のコウモリが活波」である。音の高さは、数十kHzで、短い時発に飛んでいるのをみることがあった。薄暗く間幅（数msから数十ms）のパルスとして放射し、物体からの反射音を検出することで、物体までの距離や、速度を検出している。建物のような大きな物体からの反射音は比較的大きな振幅で戻ってくるが、コウモリが捕食対象としている小さな昆虫からの反射波の振幅は非常に小さい。それにもかかわらず、この反射音を用いて、獲物を捕らえることができることは驚くべきことである。
コウモリと並んで超音波を放射し、物体からの反射を利用して周囲を見ている生物としてイルカが知られている。イルカは100kHz以上ま図132

聞こえない音を利用する生物での音を聞くことができ、濁水中では音を使っSOUND
(a)

（b）

図2

(a)複数のイルカによって作られた泡の網(b)泡に中に閉じ込められる音波の経路1)て周囲を探索しており、物体の材質などの特徴体内の詳細な画像化が可能になっている。超音を把握できることが明らかとなっている。
また、

波は、周波数が高いため、希望する方向に音波

イルカは魚の補食時に複数の個体が共同して図を集中させることができるので、どちらの方向2（a）のように気泡を発生させながら魚を追うに物体があるのかを把握することができる。超ことが観察されているが、同時に音響信号も観音波診断装置では、mm以下の範囲に音を集中測されており、この気泡中に音響信号を閉じ込することができ、精密な体内の画像化が可能とめ、網のように周囲を囲み、さらに気泡中の魚なっている。このように、超音波は普段の生活を、音波を用いて検出している可能性が指摘さでわれわれが用いている音とはだいぶ違う性質れている（図2（b）
）。

がある。

1）

このように、自然界には、聞こえない音を周

光や電波が届きにくい海の中は、このような囲を「見る」ために使っている生物がいるが、環境下でも情報を伝えることができる音波が大音をどのように処理しているかの詳細について活躍している。漁船には、魚群を検知するためは明らかになっていない点も多く、研究が続けの魚群探知機が数多く装備されていて、魚の捕られている。

獲に利用されている。また、海底の地形を把握■超音波で何を「見る」ことができるのか？

するためにも、超音波が用いられており、詳細な海底地形図が音波によって得られている。最コウモリやイルカが、周囲の状況を把握する

近では、地殻変動に伴う海底のcm程度の移動ために用いている超音波であるが、われわれが観測できるようになっており、地震予測に利も、さまざまな分野で超音波を利用している。

用されている。

最近の乗用車では、駐車時などの低速走行する

さらに、深度1,000mを超える海域では、音時に、周囲の障害物の検出に超音波を用いる車波は予想もしない距離を伝搬することが知られ種もあり、カメラの死角にある障害物や、夜間ている。これは、海の中の音の速さが深さによの障害物探知などに利用されている。医療分野って特徴的な変化していることによっている。

では、超音波診断装置が広範に用いられており、海の中の音の速さ、音速は、温度と圧力によっ33

SOUNDて変化する。それでは、海の中の温度や、圧力はどのような深度分布になっているのだろうか。
海の表面近くの海水温は、波や風によ

図3って水がかき混ぜられているので、ほと海洋における音速(左)、温度(中央)、圧力(右)の深度方向変化

んど変化しないが、深度が深くなるにつれて温度は低下していき、2000mを超える深海では数度の温度に達してほぼ一定となる。一方、圧力は、深度の増加とともに一定の割合で増加し続ける。
海中の音の速さは、温度が低いと遅くなり、圧力が高いと速くなる。海の表面から、深度が増加していくと、温度が低下するので、音速は低下する。さらに、深度が大きくなると、温度の変化が少なくなるため、圧力の増加の影響がほとんどとなり、音速は徐々に増加していく。
温度と圧力の二つの変化の効果により、音速の深度方向の分布は、全体としては

図4

海洋中の音波伝搬の様子「く」の字の形をしており、深度1000m付近で音速が最小になる（図3）。の方向変化が繰り返し生じるので、海中の音波

この特徴的な深度方向の音速変化のため、音の中には、図に示すように海面海底に反射せずの伝わり方も大きな影響を受ける。音は、音のに伝わる音波が存在することになる。図4にお速度が小さい方向に曲げられる性質がある。そいて、横軸は100km、縦軸は5km（500m）でのため、図4に示すように、深度1000m付近のあり、実際の寸法からすると横方向に大きく圧音速の小さな場所から水平方向に音を出したと縮され、縦方向に引き伸ばされていることに注すると、上方に進む音波は下方に、下方に進む意していただきたい。実際のスケールの図とな音波は上方に曲げられることとなる。この音波るよう横方向に図を引き伸ばしていただけれ

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SOUND

図5

観測機器の設置方法

写真1

音波の送受波器の投入風景

写真2

揺れる観測船から見る富士山

ば、非常に薄い厚さの海洋中を音波が伝搬していることがわかるかと思う。海底や海面に当たらずに音が伝搬できれば、音波はあまりエネルギーを失わずにすむので、音波は遠距離まで伝搬することができる。音の周波数を選べば、数千kmの長距離伝搬も可能で、海底火山の爆発音や鯨の鳴き声が遠く離れた場所で観測されることも報告されている。
このような長距離伝搬音波を用いて、広域の海洋計測も試みられている。数kmから数百km離れた送受波器間に音波を伝搬させ、伝搬時間を測定すると音波が伝搬した海域の温度の状況を観測できる。このような観測のためには観測から下ろす状況の写真である。この機器は、比機器を一定の場所に設置する必要があるが、こ較的小型なので、簡単な装置で下ろされている

れには、図5に示すような設置方法が用いられが、大型の観測機器では、大型観測船を用いてる。重りと浮力体の間に送受波器を置き、船上クレーンにより下ろされることとなる。

から落下させる。観測後は、船上からの音響指海洋観測の日程は、観測船の年間スケージュ

令により重りの上部にある音響切り離し装置にールなどで決まってしまうのだが、天候状況はより、重りから観測機器が切り離され、装置は予定日近くにならなければわからないので、海浮上し回収される。写真1は、観測機器を船上の観測実験は予定通りにならないことがよくあ35SOUNDる。データがとれればよいが、機器の不調や、に感じる音環境とは違った風景があり、このよ

天候の状況などで思い通りの測定ができないこ

うな分野にも興味をもっていただければ幸いでともあり、次の年に観測が持ち越されるなど、ある。

海の実験は困難が多い。このような時でも、近海の観測であれば、揺れる船の上から富士山な参考文献

どを望むことができ、一息つけることもある（写

1）Timothy G. Leighton 他, Hypotheses

真2）。しかし、黒潮域での観測などでは、陸on the Acoustics of Whales, Dolphins地はみえず、水平線のみが見える時間が長期にand Porpoises in Bubbly Water, Proc.

わたり続くこととなる。

UAM2009.

このように、聞こえない音の周辺には、日常36