音響インピーダンスと音の反射率

🧠 音響インピーダンスacoustic impedance音響インピーダンス（acoustic impedance）acoustic impedance（音響インピーダンス）$Z$は密度と音速 sound speed 音速（sound speed） sound speed（音速） の積である。 $Z$が異なる境界で音波の一部が反射する。

音響インピーダンス

境界へ垂直入射 normal incidence 垂直入射（normal incidence） normal incidence（垂直入射） する強度反射率 intensity reflection coefficient 強度反射率（intensity reflection coefficient） intensity reflection coefficient（強度反射率） Rは両媒質のZだけで決まる。Zが等しければ反射はなく、差が大きいほど反射が強いが、その分だけ背後へ透過するエネルギーは減る。¹²

音響インピーダンスと音の反射率を表す式

$Z$の単位はkg·m⁻²·s⁻¹（rayl）。$R$は垂直入射 normal incidence 垂直入射（normal incidence） normal incidence（垂直入射） 時の強度反射率 intensity reflection coefficient 強度反射率（intensity reflection coefficient） intensity reflection coefficient（強度反射率） で0〜1の無次元量である。

境界での反射と透過

インピーダンス不整合impedance mismatch インピーダンス不整合（impedance mismatch）impedance mismatch（インピーダンス不整合） が大きいほどエコーは強い。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='acoustic impedance'>音響インピーダンス</span>"] --> B
  B["境界での反射と透過"] --> C
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='impedance mismatch'>インピーダンス不整合</span>が大きいほどエコーは強い"] --> D
  D["組織境界を作る<span class='jp-term jp-term-diagram' title='contrast'>コントラスト</span>"]

組織境界を作るコントラスト

音波が音響インピーダンス acoustic impedance音響インピーダンス（acoustic impedance） acoustic impedance（音響インピーダンス）$Z$の異なる境界へ入射すると一部が反射し、不整合が大きいほどエコーは強くなる。とくに空気と組織の差は大きいため、生体内in vivo 生体内（in vivo）in vivo（生体内） へ超音波を伝えるにはカップリングゲル coupling gel カップリングゲル（coupling gel） coupling gel（カップリングゲル） が必要になる。

反射率と透過率 transmittance 透過率（transmittance） transmittance（透過率） の釣り合いが組織境界の描出を決める。斜入射oblique incidence 斜入射（oblique incidence）oblique incidence（斜入射） では反射に加えて屈折が起こり、界面の粗さが波長に比べ大きいと散乱が増える。

まとめ

• 音響インピーダンスacoustic impedance音響インピーダンス（acoustic impedance）acoustic impedance（音響インピーダンス）$Z$は密度と音速 sound speed 音速（sound speed） sound speed（音速） の積である。$Z$が異なる境界で音波の一部が反射する。
• インピーダンス不整合impedance mismatch インピーダンス不整合（impedance mismatch）impedance mismatch（インピーダンス不整合） が大きいほどエコーは強い。
• 反射率と透過率 transmittance 透過率（transmittance） transmittance（透過率） の釣り合いが組織境界の描出を決める。