国立防災科学技術センター研究速報第41号

1980年3月

551．21（524，22）

火山体の音響特性に関する研究（1）＊＊＊木下武雄・熊谷貞治
国立防災科学技術セソター

AcousticStudyontheActivityofUsu

Vo1can0By

Takeo

Kinosita

and

Teiji

Kumagai

肋〃o㎜1肋∫θακ乃Cθ肋7〃〃1∫ω伽1）榊θ〃κo〃，ノψ〃

Abstract

Acoustic

carridtoout

makingandseismic

during
clear

the

the

observations

periodaromd

theactivevolcanoof14to16February1978，for

re1ationshipbetweenvo1canic

theactivities

Usu

werepurpose

andofacoustic

emission from a vo1cano．For seismic observation，a velocity seismographwith a moving−coil transducer was used，while an acoustic senser made oflead titanic−zirconate ceramic with a uniform sensitivity between1OHz and
50kHz

and

The

range

anon−directional

of

the

characteristic

observation

was

was

limitedusedforacoustic

between1OHz

observation．

to8kHzdue

totheresponse characteristics of the measuring system〜
Fo11owing resu1ts were obtained by the analysis of the observed data．

1．Recordsofacoustic

toseismographs．

simi1ar

2．Signincant
found

3．In

by

somemeasured

4．In

observations

components
meansofintheinthehigherbandfrequency

bandof1OHz

to1kHzbe1ow20Hz

are

to1OOHz

canbecanclear1y

F．F．T．analysis．

cases，components

in

the

range

by

throughthethefrequency

levelmeter

beband−pass行1ters．

addition，signals with frequency higher than2kHz，which are obvious1y
different from noises from the gromd and the measuring device，can bedistinguished．

5．The

observed

attenuationinoreticallyestimated．

This

secondaryIn

activities

soundorfuture，thewillbetherange

fact

may

possibi1ity

ofrelationshipbetweenclariiedbycloseホ

第1研究部，

榊

第3研究部

一67一islesssuggest

us

an

sound

than

that

the−

existenceof

thefield・

acoustic

observation

methods．

over100Hz

throughcharacteristics

variouskinds

andvolcanic

ofacoustic国立防災科学技術セソター研究速報第41号
1．

1980年3月

まえがき

火山・断層などが，もし音を発すれば，それを聞くことにより，何か新しい種類の情報を入手することになるのではないか．これが本調査・研究の出発点である．地震波の，特にP波と呼ばれる成分は音と本質的に同じものである．しかし，地震波と音とは周波数が全く異なる．そこで音なるがゆえに持つ性質を利用すれば，地震波によっては得られない情報がわかるかも知れない．

そのうちの一つが波源の方向である．人問の耳は二つあるため，音源の方向を知ることができる．これを大がかりにしたものがソーナーと呼ばれる装置で，幾つかの耳（マイクロフォンー

センサー）を組み合わせることによって，音源の方向を知ることができる．地震観測による震源決定でもトリパタイト観測とかアレイ観測とか呼ばれている方法があるが，マイクロフォンを用いた場合は周波数が高いため精度がよく音源方向を求めることができる、

このような発想から水中聴音機に用いられているセンサーを地中に埋めて火山の発する音を調べたのがこの報告の趣旨である．

2．研究の目的
音響センサーを用いて火山・断層などの発する音（およそ10Hzから数kHzを対象として）を観測し，その音の性質から火山や断層の活動状況を知ること，および複数個の音響センサーを用いて音源の方向を知ること，さらにそれら情報から火山・断層などの総合的な監視体制を設立することを究極の目的とする．今回の報告はその基礎的考察として，1977年8月に噴火した有珠山の火山活動を対象として音の観測の可能性を明らかにすることを目的としたものである．

3．観測方法の慨要
ここで用いる音響センサーは，水中聴音機（ハイドロホン）で，水中の音圧を電圧に変換して記録・処理を容易にする．これはアンプ・フィルター系を介して，データレコーダにつなかる．システムは図1に示す．

ハイドロホンは水中で用いられるように設計されたものを利用した．外径32㎜，長さ250一68一

火山体の音響特性に関する研究（1）一有珠山一木下・熊谷

水中音圧計ブ回ツクダイヤクラム
S…lO01［＾T＾Tτ一1［賞τCFL

＾τT−2

＾MP1

＾MP・2斗｝…
REF

RMS

DCベンレコーダ用

メータ
＾C

データ
レコーダ用

オ州用回ΩOSC

DC土15）

ヱ＾C−00Vへ・パホン用㏄w三ふ POWER…lT、イドロ赤ンSτlO01

⇔斜A

T

＾TA

M

T−l

l1回丁変滅衰器
T−2

P−1＾MP−2I：増瀦Fl

LTER1炉妓器RMS：笑効値変換器

図1原図：1977．9（沖興）2．B（水中音圧計），沖電気㎜にモルドされたジルコン酸チタン酸鉛系磁器である．地中用のものは未だ発売されていないために，水中用のハイドロホンを用いた．設置方法は地中に深さ50㎝ほどの穴を掘って中に入れ，穴に水を注入した．
⁝彗ST100旧波敏特性｛ミ．．、。

一180

901

一200∩
10

図2−11∩∩、 ．． 、
100
1KI K
f（Hz）

1眺10K

I00K
100K

水中音圧計（ハイドロホソ）の周波数特性，原図1977．9（沖興）2．B（水中音圧計），沖電気

ST1001指向性

XY方向101〈トlzZX万向101〈Hz

図2−2

水中音圧計（ハイドロホソ）の指向性，原図：1977，9（沖興）2．B（水中音圧計），沖電気

一69一

国立防災科学技術センター研究速報第41号

ハイドロホンは沖電気製S

1980年3月

T1001，それに接続する水中音圧計本体はSW−1007，データレコーダはティアック製R70Aを用いた．この測定系で計れる周波数特性は大略図2−1に示す通りで，ほぼ10Hzから数kHzである．指向性を図2−2に示す．

4．観測の慨要
対象：北海道の有珠山

この火山は1977年8月6日より多くの有感地震を含む活動を開始し，8月7日には噴火が発生し，その後，1日300回以上におよぶ地震が発生している．その地震の発生状況を図3に示す．観測はマグマの上昇により，地震の規模が小さい割合に比して有感地震が増加した時期の1978年2月14日より16日の問に行なった．観測期問を表1に測定点を図4に示す．
衰1

測定地点名

測定期間一覧表

測定期

1978年2月14日11h10m〜13h50m
1978年2月14日16h30m〜17h30m
1978年2月15日11h45m〜16h43m
1978年2月16日09h30m〜13h45m
1978年2月16日21h13m〜2月17日05h00m
1978年2月17日21h05m〜2月18日01h52m
1978年2月17日12h08m〜13h13m

洞爺湖畔（A）
木ノ実団地（B）

三恵病院（C）
旅館「美園」（D）

1孤外輪山（E）

地点名末尾のアルファベットは，図4の地点を示した記号と同じである．
f︑此I

日こ一との地震回敦f一■■

11杉上I

一一11止

1

II

壮■温泉

500

一一

日ごとの有、息地8国敷（壮讐温泉）

一「』1ユ一1oη
19ηAug，Sep．

＾0ct．
＿■

1Nov，

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＾

壮旨温泉及び杉上における日こ■「1Dec． o 19． 」on．

■

1■

F6b．との地震回籔と有感地震回歓（19η年8月7目一I978年4月30日）．矢印：頁火図3原図：気象庁火山機動観測班他（1978）

一70一

Mor

一Apr火山体の音響特性に関する研究（1）一有珠山一木下・熊谷

図4

音響測定点位置図（1978．2）

5．分析結果入カ汲作凹

測定値の分析に先立って典型的なデータについて
高速フーリエ変換分析および帯域炉波器出力のレベ・叩一・工触蜥け川ルによる分析を行ない分析方法の比較検討を行なった．その結果，いずれの分析方法でも数百Hz以上
では地中音ノイズ，データレコーダ等測定系のノイズの影響を受けるため信号のパワースペクトルが有意であるとは言いがたい状況である．そこで信号の｝岬破脱．こよる蜥

分析は最高周波数200Hzの高速フーリエ変換分析を行ない，その中でも比較的高い周波数を含む信号のいくっかについて最高周波数2．4kHzの高速フーリエ変換分析を行なった．さらにその中から信号が明らかなも・のにつき帯域炉波器により最高周波数8

図5音響解析のプロックダィヤグラム

kHzまで分析した．分析の過程を図5に示す．

ここでは，図5の分析過程の終りである帯域炉波器による分析結果について述べる、分析に使用した帯域炉波器は，低域と高域炉波器を組合せたもので，遮断周波数f。で一3db，2f。または1／2f。で一48dbになるものである．

一71一

国立防災科学技術センター研究速報第41号

1980年3月

観測点C−Eの測定値について帯域炉波器により12例について分析した．そのうち各点の典型例を図6から図8に示す．観測点AおよびBでは測定期間内に分析出来る信号が得られなかった．
相肘しペル偏饒炉滞制による岨介●司言則上白（■1．

＿三．O病O壱C〕

号レペル

一！6．！

f1］5・5．、フ．、

ノイズレペル．、、．、一・・一・ー39・・35・

＿蝸．2

一占ユ・2

図6

帯域炉波器による解析結果（三恵病院，図4のc地点）

周破α
相対レペ几

鶉竈

戸疲鴉による艀折●I測点1美口

一10

…

−20

〇

一．■
一一！L（．

ノイズレペ」し一〃．2一］o■〕9・三ω。・＼■珊・…ω．

一 1．
信］レペ几

ノイフ＝レペル

50

02040

伍080

100

120

140

160

180

200

500

1k

2k

4k

6k

8k

図7

帯域炉波器による解析結果（美園，図4のD地点）

図8

帯域炉波器による解析結果（外輸山，図H■

日漉α
帯域が楠精による倶仲帽対レペル

舳測点■夘■山f．！号しぺ几

・1・■

〔旦〕

．、．、

ヨo．

一｛1．日ノノスしぺ几

4のE地点）
0204060目O1OO1201』016n180200500工k2k4k6k6kH！
｛潴倣一72一

火山体の音響特性に関する研究（1）一有珠山一木下・熊谷」≡∴ポー∵

図9

Ll＋一

音響のアナログ記録例（信号のない場合）

二⊥」．一∴1∴、二∵∵∵∵∴∵∵，㎜㎜㎜肌㎜㎜㎜躬㎜㎜㎜

阯㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜㎜肥㎜㎜㎜舳㎜㎜㎜㎜㎜岬岬岬岬㎜㎜㎜＾㎜㎜㎜㎜π㎜㎜咄㎜㎜

ジ†・∵、．．、、㌻プ1＝∴一。．。．

「．・一
図1。音響のアナログ言1録ム（㍍ある場合）

一73一

国立防災科学技術センター研究速報第41号

1980年3月

次に測定したアナログ記録を図9，10に示す．図9は信号がない場合のノイズレベルを示したもので，1チャンネルはタイムマークで，2と3チャンネルは同じ入力波をダイレクトレコーディング方式（100Hz〜8kHzがフラットな周波数特性），周波数変調方式（0．1Hz〜625Hzがフラットな周波数特性）で，それぞれ記録したものである．4チャンネルは，一切の入カを与えなかった場合のノイズレベルである（データレコーダの持つノイズレベルと考えてよい）．図9の振幅は，2，3，4チャンネルとも同感度でインク書きレコーダに描かせたものであるから，それぞれ振幅を直読すればノイズレベルの比が読取れる．この図から，信号がないと周波数変調方式による測定ではデータレコーダの持つノイズレベルとほとんど同じレベルであることが明らかである．したがって，信号が非常に弱い場合にノイズレベルを信号と問違える恐れがあるので信号対ノイズのレベルを検討しなければならない．

図10は，数百Hz程度の比較的高い周波数の信号をみるためにデータレコーダのダビングによって図9の5倍に時問軸を引伸して信号を画かせたものである．

この図から帯域炉波分析によって得られた結果が散見される．すなわち，2チャンネルにみられるような200Hzの信号やそれよりも高い周波数の信号が振幅は小さいが各所にみられる．

6．考察と問題点

これらの測定結果から次のことが言える．

l1）約20Hz以下の周波数帯域では音響センサーと地震計の記録はよく似ている．

12）高速フーリエ変換の結果は，明確でないが音響センサーによる測定でも数十Hzまでの成分がある．

13）帯域炉波をしてレベル計で読むと1kH。までの成分を持つケースがある．

記録を精査すると以上の他，2kHzを越す信号等の明らかに地盤や測定系のノイズと異なるものが含まれている．

これまでにわかった問題点として1）100H。を越える周波数成分の減衰が小さすぎる．すなわち2次音源の可能性がある．2）音源の空問分布が考えられるから近接音場となっている可能性もある．これらの問題点を今後調査し，データを積み重ね，火山活動と音響特性の相関について検討を加えて行く．

参考文献

気象庁火山機動観測班・札幌管区気象台・室蘭地方気象台（1978）1有珠山噴火に伴う地震のEnergy（その2），火山噴火予知連絡会会報，12，26〜2＆（1980年1月29口

一74一

原稿受理）