特定の周波数で共振する箱を作りたい

質問

比重の軽い物体と比重の重い物体を箱の上に落下させ、箱の内部に設置したマイクで音を録ろうと思っております。
20KHz～40KHz付近で共振するような箱を作りたいのですが、可能ならば、どのような形状・寸法にすれば良いのでしょうか？
箱の材質はステンレスを考えておりますが、他に良いものがあれば併せて教えて下さい。

回答No.6

noname#65504 · ベストアンサー

＃１です。補足要求しておいて回答が遅れてすみませんでした。他の回答者のダブル点もありますが回答します。

質問の意図は理解しました。

　マイクを入れるようなサイズの箱だと、おそらく１次固有振動数は数１０～数１００Ｈｚのオーダーになると思います。
そしてそれらの低次振動数に対する共振は押さえられませんので、目的の意図に合致した箱は製作できないと思います。
有限要素法（ＦＥＭ）などにより解析すればもっと高次の固有振動数が求まりますが、２０ｋＨｚとなると解析的に求めるのも厳しいと思います（音響解析は主に幾何学的解析で行い、FEMはあまり使用されないのはこのためです）。
また、解析で求められるとしても、高次の振動は部材の固定条件などによる誤差が大きいと思います。

他の回答者が言っているような電気的回路を用いた特定周波数を取り出すようなフィルター等の装置の方が現実的だと思います。

他に考えられるのは、落下面とマイクの間に遮音板を設置して、遮音板のコインシデンスを利用すると、特定の周波数だけ透過しやすくできますが。実際は回り込みや個体伝播音をどう除去するか工夫する必要があります。参考までに厚さ0.6mmの鉄板の最低コインシデンス周波数は約20kHzです。なお、コインシデンスとは固体の屈曲波と空気伝播音の共振現象のようなものです。

ところで落下音は比重よりも重量による影響や表面の剛性による影響が大きいのですが、それによる差はどう処理する予定なのでしょうか？検討しておいた方がよいと思います。

お礼

お礼が遅くなり申し訳ございません。
やはり共振する箱を作るよりフィルターの方が現実的なのですね。
遮音板のコインシデンスを利用するというのは、素人の私には難しそうですが、勉強してみたいと思います。
ご指摘の通り、重量による影響や表面の剛性による影響も頭を悩ましているところです。
いろいろとアドバイスを頂き、とても勉強になっております。
ありがとうございます。

回答No.5

picpom

箱を共振する様な構造にしなくても良いのでは？
マイクは人間の感じない音域でも使える物はありますが、ただ物体を落とした時の音と言ってもマイクの周波数特性で見た目に良い結果が出た様になったりするので、あらかじめマイクの周波数特性を実際に測定する必要がありますね。
結構手間が掛かりそうです。
ただ、それなりの機械があれば簡単に実現できますが。

お礼

マイクの周波数特性の測定も含めてなかなか手間がかかりそうですね。
どうもありがとうございました。

回答No.4

noname#11476

他の方への補足を読みました。
面白いアイディアですね。

フィルター切り出しだけでは差が小さいから箱自体を共鳴構造にすれば強調出来ると言うことですね。

どういう物が良いのかは色々考える必要がありますが、非常に参考になるのは楽器です。
楽器は基本的に特定の周波数だけ特に共鳴し、非常に大きな音が出るような構造になっています。

単純には鉄琴などの構造も参考になるし、トランペットなどの構造も参考になるでしょう。

最適な形状というのは非常に難しい話です。事前に共鳴周波数を正確に求めるというのも難しいし、基本の形にしても選択肢が多すぎるのでなかなか簡単ではありません。
一応事前に知る方法としては、有限要素法という手法を用いて、振動解析をコンピュータで行うことは出来ますが、大抵大型コンピュータを駆使して専用ソフトを使う話になりますので、専門家でないと手に負える物ではありません。

なので素人的に始めるには様々な楽器を参考にするのが一番良いでしょう。

では。

お礼

ありがとうございます。
確かに「楽器」は一番身近でいろいろな楽器の構造は参考になりそうですね。
実は質問しながらいろいろと調べておりましたら、「ヘルムホルツの何たら・・・」というのを見つけました。
この公式を使って、20KHzで共振するような箱のサイズを算出してみたところ、とんでもなく大きく且つイビツな寸法(現実的でない)が出てしまい、またまた困り果ててしまいました。

回答No.3

noname#26171

補足を拝見しました。

可聴周波数云々はともかくとして、そういう目的であれば、箱を共鳴させて特定周波数を取り出すよりも、オーディオフィルターを使用した方がいいのではないでしょうか？
ボリュームがたくさん並んだオーディオ機器があるでしょう？　あんなので。

お礼

補足に書き忘れていたのですが、マイクにつなげているのはパソコンで、ソフトはインターネットで試用版をダウンロードしたものです。
このソフトでは最大で40KHz位までデータがとれるのですが、落下物によってはMHzクラスの周波数に違いが出ているのかもしれません(想像ですが・・・)。
なるほど、ボリュームがたくさん並んだオーディオ機器ですといろいろ見えてきそうですね。
お金と相談ですが、検討してみたいと思います。
ありがとうございました。

回答No.2

noname#26171

回答しようとして気づいたのですが、

>20KHz～40KHz

というのは可聴周波数ではないので、マイクで拾えるか疑問なのですが、いかがでしょうか。

回答No.1

noname#65504

質問の意図がよくわからないので、補足お願いします。

１）共振する箱というのはマイクを設置する箱ですか？

２）箱を共振させたいのですか？
　箱が共振したら、特定の周波数の音が増幅し、物体の落下音の正確な測定にならないと思いますが、比重の異なるものを落下させることと、箱を共振させることの関連性がわかりません。目的は何ですか？

３）箱を共振させたいのですか（その２）？
　箱の構造自体を共振させたいのですか？　それとも箱の中に定在波を造りたいのですか？

補足

わかりづらい質問で申し訳ございません。補足させていただきます。

１）マイクを設置する箱です。

２）目的は「比重の違い」を「特定の周波数における音圧の違い」として見たいのです。
実験として、適当な箱の中にマイクを置き、箱の天面に比重の違う物体をそれぞれ落下させた時の音の波形を観察してみたのですが、20KHzぐらいの所で若干の音圧の違いが見られました。
この「若干の音圧の違い」を増幅させて比重の軽い物と重い物にグループ分けしたいのです。あくまでも「違い」がひと目で分かればいいので正確なデータまでは必要としません。

３）箱の構造自体を共振させ、上記グループ分けをするために最も理想的な形状の箱を作りたいのです。

私の表現力が乏しい為、主旨を理解して戴けたか不安ですが、アドバイスを戴ければ幸いです。