Spectroscopic high-speed motion picture measurement of sound field with nanometer-order precision

纳米级精度的声场光谱高速运动图像测量

基本信息

批准号：
22K18809
负责人：
粟辻安浩
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

音波の伝搬ならびにその音波を構成する各周波数が伝搬する3次元の様子をナノメートルオーダーで計測が可能な技術を創生することを目的として，3次元画像表示技術であるホログラフィを応用した計測法の創成し，その実証システムを設計・構築した．また，構築したシステムにより，複数の音波源から同時に発せられ伝搬する異なる周波数の音波を同時に記録し，異なる周波数の音波ごとに伝搬する様子を動画像として選択的に再生する能力を実証した．目的とする技術を実現するために，記録物体を音波とするマッハツェンダ干渉計を利用するディジタルホログラフィシステムを設計した．音源にはスピーカ，光源には連続波レーザ，ホログラムの記録には偏光高速度カメラを用いてシステムを構成した．3台のスピーカからそれぞれ39.5kHz，40.0kHzと40.5kHzの周波数の音波を同時に発してその伝搬の様子を構築システムにより毎秒10万コマの速度で記録した．記録した動画から各音波の複素振幅動画を再生した．その結果，3つのスピーカから発せられ空気中を伝搬する音波の同時動画イメージングに成功した．さらに，3つのスピーカから発したそれぞれの音波が同時に伝搬する様子の位相動画像を再生した．得た位相動画像に対して各画素の画素値の時間変化に対して時間的にフーリエ変換し周波数フィルタリングすることで位相動画像の時間周波数を求めた．求めた位相変化の時間周波数から，それぞれのスピーカから発せられる音波の周波数を求めた．その結果，周波数を指定することにより，3つの音波が同時に伝搬する動画像から，それぞれのスピーカから発せられる音波の伝搬の様子の選択的動画像イメージングができることを実験的に確認した．このことから，複数の周波数の音場に対して，周波数ごとに音場が伝搬する様子の動画像を再構成できる技術である「分音映像技術」を創生できたことを確認した．

为了创造一种可以测量声波传播的技术和三维状态，在该状态下，构成声波的频率在纳米级的顺序上传播，我们创建了一种应用全息方法，该方法采用全息，三维图像显示技术，并为此设计和构建了一个示范系统。此外，构造的系统证明了能够同时记录从多个声源发出和传播的不同频率的声波，并选择性地重现了每个不同频率的每个声波作为移动图像的运动。为了实现所需的技术，我们设计了一种使用Mach-Zehnder干涉仪的数字全息系统，该系统使用记录的对象作为声波。该系统是使用扬声器的扬声器构建的，用于光源的连续波激光器以及用于记录全息图的偏光摄像头。这三位扬声器分别发出了39.5kHz，40.0kHz和40.5kHz的频率的声波，使用构造系统以每秒100,000帧的速度记录了声波的传播。从录制的视频中播放了每个声波的复杂振幅视频。结果，我们成功地执行了从三位扬声器发出的声波并通过空中传播的声波的视频成像。此外，一个相移图像显示了同时传播的三个扬声器发出的声波。通过对获得的相移图像的每个像素的像素值的时间变化进行时间变化和频率过滤来确定相移图像的时间频率。从每个说话者发出的声波的频率是根据相变的时间频率确定的。结果，我们通过实验证实，通过指定频率，可以从每种说话者发出的声波传播的频率成像，可以从同时传播三个声波的视频图像中执行。由此，我们确认我们能够创建一种“语音图像技术”，该技术使我们能够在每个频率下以多个频率的声场传播声音场的视频图像。