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.3

tgb

初めに訂正させていただきと思います。「実際に水の流れのようなものがあってそれをフラックスとして定義できる訳ではない」と言いましたが、実質的なエネルギーのフラックスがないと波の伝わる最前面での振動開始のためのエネルギーに対する説明ができませんので、これは誤りになることに気がつきました。どのような機構で伝達するのか私には明確には理解できていませんが実質的なエネルギーの流れとしてのフラックスが定義されることは間違いなさそうです。（このことについてはkamesenninさんとしてはそのつもりで話を進められていたようですが．．．）

　実は前回の補足の文面からは計測点を複数採用することを考えていないように誤って理解していました。複数（多数）の計測点を許すなら振動源の同定の可能性は大きくなると思います。ただ、懸念材料はいくつか考えられます。
　筐体の内側壁面上と言う制約は問題になるかも知れません。極端な話ですが、計測点を筐体の外側のかなり離れた位置に集中して多くの精度のよい振動センサを置いて計測を行う場合を想定してみます。この場合、波面がほぼ平面でほぼ平行に近く、わずかな違いから振動源が筐体の内側か外側かを言い当てるのは（精度のよいセンサを数多く採用しても）困難になることが容易に予想されると思います。そこで計測点を筐体の内側壁面上に限定した場合にどうなるかと言うことになりますが、上の例とまでは行かないまでも計測位置が偏在していますので予測に対する影響が懸念されるわけです。
　フラックスを定義するためには面の方向も必要で１点におけるフラックスは結局ベクトルになると思います。例えば壁面にストレインゲージを貼り付けてデータを採取する場合を考えて見ます。この場合、波面とは関係なく貼り付けた方向の振動（壁面におけるその方向の歪みの時間変動）を拾うことになります。更に、このデータは３次元歪みの独立な６成分の内の１成分（直交させて貼り付けて２成分）ということになりますし、近接した２点間の計測で波の進行方向に関する波速のデータが得られたとしてもこれは実際の波速に対する２点を結ぶ方向成分（波速・波長・周波数を既知として２点間距離と位相差（時間）から計算）の１成分のみになります。面の方向を決めるためにはあと２成分が必要ですが残り１成分については可能でも壁面上と言う制約から３成分全てというわけには行きません。　このように計測自体も部分的なものですが、基本的には自分の知りたい情報を計算するに足る分の情報が収集できているかどうかが問題で、筐体の内側の壁に多数のセンサを置いた時、振動源の位置について３つの区別が可能な情報になっているかどうかです。そう言う意味では、部分的なデータ項目の計測だからと言ってこの場合特に大きな影響を与えるとは言い切れないかも知れません。
　計測による予測を難しくするものとして反射の影響もあると思います。第１波の通過時のデータ、つまり反射波を含まない状態での振動データを取り出すのは難しいのではないかと思いますので、その場合、採取できるのは様々な方向からの合成波に関する振幅・位相データになります。どのくらいの影響が出るか予想できませんが、単純な波の進行とは異なりますので位相差のチェックが困難になるかも知れません。ただ、反射波を無視した処理でも相応の予測結果が出ることが確認できればそれでＯＫとする事もできますので、実地にテストしてみた方が早いかも知れません。このことは他の懸念材料についても当てはまると思います。

　センサとして私が考えられるのはストレインゲージと指向性を持ったマイクのようなもの位ですが、他に何かよいもの（上のような問題をクリアできるような）をお考えでしょうか？　何か特別なものを想定されていたら、私の知らない可能性大ですので何を計測するか等も含めた具体的な説明をいただけたらと思います。

補足

例えば、極微小な櫛型電極がたくさん垂直方向に並んでいて、振動が伝播することで微小な電極が振動して、キャパシタンスが変わる。各電極にはそれぞれ発振回路が付属していて、隣り合う発振回路の出力は加算されて非線型回路を通じてローパスフィルタに供給されているとします。そうすると、振動の伝播方向によって、ローパスフィルタの出力は変わりませんか？