インフラサウンドセンサーとは

定義

ざっくり言うと、人の耳では認識できない、超低周波の音をインフラサウンドと言います。人が認識できる周波数範囲は20 Hz~20 kHzですが、インフラサウンドは20Hz以下の超低周波音です。ただ20Hzでいきなりカットのではなく100Hzぐらいの可聴域まで測定して判断する事もあります。

インフラサウンドセンサ又はインフラサウンドデータ収集装置は、英文名称、Infrasound sensorとも言われる。別の観点ではbarometer或いは、microbarometer或いは、微気圧計という”気圧計”の側面もある。本製品は、加速度計及び、GPS及び、ロガーソフトを付属し、インフラサウンドマルチセンサ(Infra-sound-multi-sensor)とも呼ばれる。Infrasound,sensorとは, micro Barometer.同等である。

特徴

とんでもなく遠くに届く

音は、周波数に反比例して遠方まで届く性質があります。ざっくり言うと周波数が半分になると、倍の距離まで届くという事です。例えば

1KHz(ピー音)で1mの距離で聞こえる音量なら
1Hzのインフラサウンドは1Kmで同じ音量になるのです。


つまり超低周波のインフラサウンドは、遥か遠方まで届く性質があるのです。よって津波や火山など遠方で発生するイベントを測定できるのです。こうした低周波の性質は、様々な波に共通し、電波や波浪なんかも同じ性質を持っています。
インフラサウンドセンサ又はインフラサウンドデータ収集装置は、英文名称、Infrasound sensorとも言われる。別の観点ではbarometer或いは、microbarometer或いは、微気圧計という”気圧計”の側面もある。本製品は、加速度計及び、GPS及び、ロガーソフトを付属し、インフラサウンドマルチセンサ(Infra-sound-multi-sensor)とも呼ばれる。Infrasound,sensorとは, micro Barometer.同等である。

障害物とか関係ない

周波数が低い=波長が長い=障害物に強いという性質があります。音の経路に山やビルがあっても、インフラサウンドは浸透して進んでいきます。可聴域の音だと障害物にあたると反射したり減衰します。この反射波は、進行波と干渉して、強め合ったり(同位相)、打ち消したり(逆位相)します。これによって周波数特性がうねります。いわゆる定在波というやつです。インフラサウンドはこうした影響を受けにくいのです。

指向性

低周波・・という事は、波長が長いです。1KHzの音の波長は34cmです。34cmの波長だと人間の左右の耳で位相(時間)が明確にずれますから方向判別が出来るわけです。しかし1Hzで波長340mのインフラサウンドでは、人間の左右の耳だと位相ずれは微々たるもので方向探知が困難です。つまりインフラサウンドセンサーには特定の方向への過度な指向性はないと言えます。設置の自由度が高い反面、方向探知が難しいです。方向探知するには、センサーを複数設置し、それぞれの間隔を、観測対象の最大波長のおよそ1/8以上離して相関性を求める必要があります。

インフラサウンドの音源

波長が長いということは、インフラサウンドの音源は、巨大で高エネルギーのものが多いです。津波・火山噴火・地震・土砂崩れ・隕石や人工衛星の大気圏突入・各種人工騒音(風力発電・爆発音・核実験等)など様々な音源があります。

センサー

マイクロフォンで測定できるのは20Hz~20KHzぐらい。気圧計だと0.2Hz以下とか低いところしか計れませんし、そもそも分解能がとても粗い。低周波騒音計なんていう製品もありますが、これは20Hz前後のみを抽出して測定しているものです。インフラサウンドセンサーは20Hz~0.001Hzぐらいの広範囲を測定出来る必要があります。分解能も数十mPa以下が必要な場合があります。

分別能力

インフラサウンドは遠方まで届くので、様々な音が混じっている場合があります。特に0.1Hz以下では風の影響、0.01Hz以下では気象的な気圧変化や大気重力波の影響が顕著になります。こうした、いわゆるノイズを分離し、音源を特定する必要がある。そこでセンサーを多数配置したり、吸気部を延長分散させる、他のセンサと組み合わせるなどの工夫がなされてきました。

歴史

世界的な開発経緯

インフラサウンドセンサーの開発は、アメリカ、フランスが1970年代先行しました。これは核安全保障に関わるもので、核実験の探知に使われました。
その後安価で、研究用に使えるセンサーが製品化、レアな分野ですが普及が進みます。有名なメーカーとしてはParoscientific社のNanoBaro、ChaparralPhysics社など。

日本における開発経緯

日本では、アメリカ製のインフラサウンドセンサーを輸入し、研究目的で使用されました。こうした中で、高知工科大学の山本教授が、独自のインフラサウンドセンサーの開発に挑戦していました。

弊社における開発経緯

東日本大震災で、津波によるインフラサウンドが捉えられたことを知り、弊社は、インフラサウンドを使った津波検知システムの開発を検討していました。そして知人だった、山本教授の研究成果を継承して独自のインフラサウンドセンサーを開発しようと考えたのです。既存センサを使っても良かったのですが、かなり高額だった点、保守やバグ対策の観点で内部構造を完全に把握したかった点、山本教授のセンサーの反応の良さや、周波数帯域の広さに着目していたからです。但しまだ温度ドリフトや振動の影響を受けるなど諸問題を抱えていました。
研究内容を勉強して、更に開発改良を続け、2015年1月に日本初のインフラサウンドセンサーINF01を発売。このセンサーは、津波検知を目標としているため、加速度計やデータ収集機能を一体化。その後INF01は、研究目的で全国数十か所に敷設されました。
更に2015年8月には火星大気を模擬した低温・低気圧のチャンバ試験をクリアした、新型インフラサウンドセンサーを開発。このセンサーの改良型は、インターステラテクノロジズのMOMOロケットにも搭載し上層大気の音の伝搬などを調査しました。以降INF03、INF04、そして最新型のILF02、ITS05を開発発表しました。
インフラサウンドセンサ又はインフラサウンドデータ収集装置は、英文名称、Infrasound sensorとも言われる。別の観点ではbarometer或いは、microbarometer或いは、微気圧計という”気圧計”の側面もある。本製品は、加速度計及び、GPS及び、ロガーソフトを付属し、インフラサウンドマルチセンサ(Infra-sound-multi-sensor)とも呼ばれる。Infrasound,sensorとは, micro Barometer.同等である。

ラインナップ

現在5機種あります。最初に開発したINF01をベースにしたフルスペックモデルがADXⅢ-INF01LEで、これをベースに機構をシンプル化したADXⅢ-INF04LE、更に機能を絞って小型化ポータブル化したITS05をラインナップ。
これらINF01/INF04/ITS05は、加速度計とGPSを備え、DC~20Hz以上の周波数帯域を有します。
INF03はアナログ式で1000Hzまでの可聴域を含み、火星大気相当・・つまり超低温低圧にも耐えるものです。但し低域は0.1Hz程度です。
ILF02がインフラサウンド騒音レベルメータです。他のセンサーと違って、インフラサウンドをデシベルで表現できます。つまり実効値なので、測定したい周波数レンジなどを切り替える仕組みを搭載しています。周波数的にはINF03に近い0.07~280Hzです。

ITS05

ILM02

ADXⅢ-INF01LE

ADXⅢ-INF04LE

INF03