閉じた箱から見た３種類の振動源の本質的相違点は？

質問

６面の壁で閉じた筐体の壁に発生する振動に関して質問です。
筐体の外部からの振動（例：外部の音源からの音波、筐体の壁に外部から加わる衝撃による振動）と、筐体の壁の内部で発生する振動（例：壁の内部をドリルで削ることで発生する振動、壁の内部での破裂）、筐体の内部で発生する振動（例：筐体内部での話し声）の間には振動波形や振動の形態において、本質的な相違点はあるでしょうか？
たとえば、縦波と横波の違いとかです。壁に取り付けた振動センサを用いて、筐体外部からの振動、筐体の壁の内部からの振動、筐体内からの振動の３種類の区別ができるでしょうか？

回答No.1

tgb

各振動源から伝わる振動の本質的な相違と言う形で質問に答えることはできませんが、目的が振動源の位置を特定することにあるようなのでその観点から意見を述べてみたいと思います。（実際の経験や確実な知識にもとづいている訳ではありませんので、ご了承の上参考になさってください。）
　通常、振動源の特性を与えてその周囲の場の性質を求める計算を行うのに対して、ご質問の場合は周囲についての計測結果から逆に振動源の特性（振動源の位置、強さなど）を特定する事になります。このような問題は逆問題と言われて、工学の様々な分野で解かれているようです。
この場合計測データが多ければそれだけ精度のよい同定が行えるわけですが、逆にデータ不足で同定が行えなかったり、偏在したデータを使って解析すると思わぬ結果を招いたりすることもあります。
　ご質問の場合、逆問題として厳密に解く必要はなく、振動源が筐体外部からのもの、筐体の壁の内部からのもの、筐体内からの振動の３種類を区別できればＯＫと言うことであれば計測データもその分少なくて済むと考えられます。しかし、このような漠然としたものであれ、場所の特定のためには複数（箇所・種類）での計測はどうしても必要になるのではないでしょうか。
例えば、空気の振動に対するセンサを筐体の外側と内側に、筐体自身の振動に対するセンサを同じく外側表面と内側表面に置くことで、
・振動源が筐体自身からのものであれば筐体の内側・外側にある振動源からのものに比較して相対的に（同じような空気振動に対して）筐体表面の振動が大きくなる
・その筐体表面の振動の内側・外側の振動の大きさを比較して振動源の内・外を判断する
・同じような空気の振動に比較して筐体表面の振動が逆に相対的に小さいなら筐体自身ではなく内側または外側に振動源がある
・その内側・外側の所在については空気の振動データの内・外の比較で判断できる
のように推定し、目的の区別を行うこも可能かも知れません。周波数分析なども含めればより多くの判断材料が提供されることになります。場合によってはもっと多くの個数のセンサが必要になるかも知れません。（例えば筐体表面のセンサから離れた位置に筐体自身内部に振動源がある場合内側・外側の判定は難しくなると思いますが、反対側位置にセンサを１セット追加配置することにより問題がクリアされるかも知れません）
　いずれにしても、実際に可能かどうか、どのようなセンサを使用するか、どこまでの強度の振動源が対象となり得るかなど、できるだけ多くのケースについて実地に計測してみて比較・検討する必要があると思います。このような作業は振動源と計測結果との関係を決めるキャリブレーションとしての性格に近いかも知れません。また、実際の適用段階では、十分な計測データに基づいて機械的に数値計算によって求めるのと異なり、人間がデータを見ながらそれまでの経験（上のキャリブレーション等も含め）に照らして判断すると言ったノウハウが必要となるかも知れません。

補足

有難うございます。センサは、筐体の内壁表面にのみ装着することができ、センサの種類と個数は問わない場合を想定しています。振動のエネルギーの流れを考えると、次のようにはならないでしょうか？　マクロに考えると、筐体の外部からの振動エネルギー流は、振動源のある方向からやってきて、その逆の方向に出ていくのだと思います。筐体の内部に振動源がある場合は、筐体の内壁のどこであっても、内部から外部に向かって流れていくと思います。筐体の壁の中に振動源がある場合は、内壁の表面に並行な方向に振動エネルギーが流れていく部分と、振動源のある位置から内壁を通じて筐体内の空洞に入ってきて、反対方向の内壁を通じて外部に出ていく部分があると思います。マクロに見るとだいたいこのようになると思います。いかがでしょうか？　もし、この仮説が正しいとしたら、振動エネルギーの流れを検知できれば良いということになると思います。