科学技術と共に歩む

われわれが知覚できる音の周波数範囲は，一般には20Hz～20kHzといわれている。しかし，この可聴周波数範囲は個人差が大きく，このため，たとえ物理的には同じ音波を聞いたとしても，知覚される「音」はまったく同じというわけではない。したがって，音を「聞こえ」として客観的に評価することは厳密には難しい。

一方，音を「音波」として捉え，その物理的側面のみを考えると，音の取り扱いは格段に容易となる。この場合，われわれが「音」として聞こえるか否かは問題ではなく，その物理現象が利用できるかどうかが重要となる。このため，超音波技術の立場からは可聴か否かは問題ではなく，「物理的な利用が可能で，人が聞くことを目的としていない音」として超音波を定義している。したがって，可聴域さらには低周波数域における音波の物理現象としての利用も現代では超音波技術として扱われている。

超音波の周波数帯域については，さまざまな議論がある。高周波数域の上限周波数としては，超音波の波長が伝搬媒質の分子間隔程度まで短くなると波長が定義できなくなることを考慮すると，10THz程度と考えるのが妥当であろう。現実には，スマートホンなどの身の回りのエレクトロニクス機器群に組み込まれている超音波機能性デバイスにおける10GHz程度が，超音波利用としての最高周波数であろう。一方，低い周波数としては，海面下の海洋構造の断層像作成技術である海洋音響トモグラフィにおいて，数千kmに及ぶ長距離伝搬計測に用いられる100Hz程度の低周波音波も超音波技術として挙げられる。これらの超音波利用周波数範囲は，適用分野における周辺技術の進展とともに拡大する傾向にある。

超音波は，気相，液相，固相を問わず，どのような媒質中も伝搬できるという大きな特長がある。このため，その応用範囲はきわめて広く，それぞれの分野の発展の端を決定付けるキーテクノロジーとしての役割を担いながら進化してきている。さらに現在では，超音波技術はエレクトロニクスやIT技術と組み合わされて用いられる場合が多く，これらは超音波エレクトロニクスと総称されている。表に超音波エレクトロニクス発展の歴史の一部を示すが，超音波エレクトロニクスは現代においてもさまざまな技術と融合しながら進化を続けている。超音波の利用技術は大きく分けて，①動力的（エネルギー的）利用と②信号的利用に分けられるが，超音波エレクトロニクスにおいてもこの二つの範疇に分けられる。また適用媒体としては，生体や海洋のように光技術では対応が難しい環境における応用が未来技術として特に期待されている。現代の超音波技術の集大成については文献に詳しくまとめられているが，超音波エレクトロニクスの発展を振り返るならば，ここに記載されていないさまざまな分野で展開されている多くの研究の中にも，超音波技術との融合によって未来技術として将来大きく花開く種子が多数包含されていると推察できる。

超音波の物理的特性は基本的には可聴音波と同じである。しかしながら，超音波技術としてその波動現象を利用するときには，その音圧は大きくなる場合が多い。例えば，われわれが音楽や音声として日常利用している音の大きさはそのほとんどが0.1Pa以下であり，これは大気圧と比較すると1/100万程度のきわめて微弱な音圧である。一方，超音波技術として用いられる音圧は数気圧に及ぶ場合も珍しくなく，一般的には可聴域音波と比べるとはるかに大きな音圧の音波を扱うことになる。このような，周波数が高くて音圧が大きいという超音波技術の一般的な利用環境では，音波の非線形現象の発現が顕著となる点に十分注意しておく必要がある。さらに，より高周波化を指向する次世代の超音波技術においては，このような非線形音響現象に対する取り扱いがより重要となる。音波の非線形現象は，ほかの音響領域における「音波」への対応とは基本的に異なるため，本音響学講座においても，このような非線形現象への言及は本巻の受け持ちとなり，超音波における特有現象として説明する節を設けている。

ただし，超音波もその基本はやはり音波の波動現象であることには変わりはない。本巻では，この観点からの理解を進めることを基本指針として，各分野を代表する方々にわかりやすい執筆をお願いした。

執筆分担
渡辺　好章　まえがき
斎藤　繁実　1.1～1.3節
竹内　正男　1.4～1.5節，3.3節
酒井　啓司　2章
山中　一司　3.1節
黒澤　　実　3.2節
崔　　博坤　3.4節
山口　　匡　4.1節
長谷川英之　4.2節
梅村晋一郎　4.3～4.4節
鎌田　弘志　5.1節
蜂屋　弘之　5.2節

2022年8月
渡辺好章