波としての音

🧠 音は媒質を必要とする力学的波 mechanical wave 力学的波（mechanical wave） mechanical wave（力学的波） 動であり、気体・液体では主に縦波 longitudinal wave 縦波（longitudinal wave） longitudinal wave（縦波） である。 圧縮compaction 圧縮（compaction）compaction（圧縮） と希薄 rarefaction 希薄（rarefaction） rarefaction（希薄） 化が交互 alternating 交互（alternating） alternating（交互） に伝播する。

音を運ぶ弾性と慣性

粒子そのものが遠くへ移動するのではなく、圧力と密度の微小変化が隣の粒子へ伝わる。音速sound speed 音速（sound speed）sound speed（音速） cは媒質の弾性と慣性 inertia 慣性（inertia） inertia（慣性） で決まり、周波数fは音源、波長λはc/fとして媒質ごとに変わる。

波としての音を表す式

$K$は体積弾性率（Pa）、$\rho$は密度（kg/m³）である。$c=\sqrt{K/\rho}$は流体中の縦波 longitudinal wave 縦波（longitudinal wave） longitudinal wave（縦波） に対する式で、固体solid 固体（solid）solid（固体） ではせん断 shear せん断（shear） shear（せん断） 弾性率も関与し縦波 longitudinal wave縦波（longitudinal wave） longitudinal wave（縦波）・横波transverse wave 横波（transverse wave）transverse wave（横波） の速度が異なる。$c=f\lambda$では$f$がHz、$\lambda$がmとなる。

圧縮・希薄化の伝播

音速sound speed 音速（sound speed）sound speed（音速） は媒質の体積弾性率が大きいほど速く、密度が大きいほど遅い。

flowchart TD
  A["音を運ぶ弾性と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inertia'>慣性</span>"] --> B
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='compaction'>圧縮</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='rarefaction'>希薄</span>化の伝播"] --> C
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sound speed'>音速</span>は媒質の体積弾性率が大きいほど速く、密度が大きいほど遅い"] --> D
  D["医用超音波の周波数域"]

医用超音波の周波数域

気体・液体中の音は縦波longitudinal wave縦波（longitudinal wave）longitudinal wave（縦波）として圧縮 compaction 圧縮（compaction） compaction（圧縮） と希薄 rarefaction 希薄（rarefaction） rarefaction（希薄） 化を伝える。生体内in vivo 生体内（in vivo）in vivo（生体内） の音速 sound speed 音速（sound speed） sound speed（音速） は組織ごとに異なり、その不均一性 heterogeneity 不均一性（heterogeneity） heterogeneity（不均一性） は超音波画像の位置や焦点に誤差を生じる¹²。医用超音波では、この圧力振動を圧電素子piezoelectric element圧電素子（piezoelectric element）piezoelectric element（圧電素子）で電気信号 PSP, postsynaptic potential 電気信号（PSP, postsynaptic potential） PSP, postsynaptic potential（電気信号） と相互変換する。

超音波は20 kHz超、医用では主にMHz帯を用いる。線形波動として扱えるのは変位と圧力変化が十分小さい場合であり、強い超音波では非線形 non-linear 非線形（non-linear） non-linear（非線形） 伝播や高調波が無視 neglect 無視（neglect） neglect（無視） できない。

まとめ

• 音は媒質を必要とする力学的波 mechanical wave 力学的波（mechanical wave） mechanical wave（力学的波） 動であり、気体・液体では主に縦波 longitudinal wave 縦波（longitudinal wave） longitudinal wave（縦波） である。圧縮compaction 圧縮（compaction）compaction（圧縮） と希薄 rarefaction 希薄（rarefaction） rarefaction（希薄） 化が交互 alternating 交互（alternating） alternating（交互） に伝播する。
• 音速sound speed 音速（sound speed）sound speed（音速） は媒質の体積弾性率が大きいほど速く、密度が大きいほど遅い。
• 超音波は20 kHz超、医用では主にMHz帯を用いる。