1: 2017/07/06(木) 00:38:27.88 ID:CAP_USER
http://news.mynavi.jp/news/2017/07/03/096/

荒井聡[2017/07/03]

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームは、電磁波などの振動現象全般について、100年来の常識であった「Q値」に関する物理的制約をくつがえす発見をしたと発表した。研究論文は、科学誌「Science」に掲載された。

http://news.mynavi.jp/news/2017/07/03/096/images/001.jpg

電磁波などの波を従来考えられていたよりも広いバンド幅と長い時間にわたって保持できることが明らかにされた(出所:EPFL)

電磁波、音波、機械振動などの共振現象を利用するさまざまなシステムの性能を評価するため、よく使われる指標としてQ値(クオリティ・ファクター)がある。

Q値は、共振周波数ω0を振動の減衰率Γで割った値であると定義される(Q=ω0/Γ)。Q値が大きければ大きいほど、共振周波数ω0は高くなり、ω0を中心とするバンド幅Δωは狭くなる。つまり、強くて鋭い共振になる。

また、Q値の定義からは、減衰率Γがバンド幅Δωに等しいという関係が導かれる。これは、導波路や共振器の内部に振動を保持できる時間とその振動のバンド幅の間には物理的なトレードオフがあり、振動を長時間とどめておこうとすれば、必然的にバンド幅を狭く取らなければならなくなることを意味している。

このトレードオフの関係は、100年以上前にK.S.ジョンソンがQ値を定式化したときから、まぬがれることのできない根本的制約であると考えられてきた。原子・分子振動における放射減衰とスペクトル線幅にもこの関係がみられるし、共振器、水晶振動子、圧電素子、MEMS、超音波や弾性波を利用する音響システムなど、振動を利用したあらゆる分野のデバイス設計に同じ関係が取り入れられている。

今回の研究は、この制約に実は現実的な突破口があったということを示した点で、大きな注目を集めている。論文によると、突破のカギは「ローレンツの相反定理」にあるという。

ローレンツの相反定理とは、ある領域内に電流密度J1とJ2の2つの電流が流れていて、それぞれが電界E1とE2を発生させているとき、J1・E2を全空間で積分した値がJ2・E1を積分した値に等しくなるという関係のことである。媒質が線形の場合、ローレンツの相反定理が成り立つことはマクスウェル方程式から直接導出できる。

続きはソースで
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引用元: 【Q値】振動現象に関する100年来の物理の常識をくつがえす発見 - EPFL [無断転載禁止]©2ch.net

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3: 2017/07/06(木) 00:42:34.63 ID:UNqIvhZG
Qファクターを一番身近に使ってるのは

スタジオミキサー、PAミキサーが使ってる卓のパラメトリックイコライザ
カーオーディオやってる人も詳しいかも。

それ以外の業界の人でQなんて、知ってるのか?

4: 2017/07/06(木) 00:44:34.31 ID:/kj6w43R
>>3
Qなんてあらゆる分野で使われる

7: 2017/07/06(木) 00:48:24.51 ID:UNqIvhZG
>>4
Qファクタで検索すると、自転車の左右クランク幅みたいのばかりがひっかかる。

あらゆる分野って、どの業界ですか?

10: 2017/07/06(木) 01:00:06.98 ID:/kj6w43R
>>7
電気電子機械物質系なんでも

15: 2017/07/06(木) 01:40:07.88 ID:Ghg/fO+B
>>7
そりゃQファクター(カタカナ)じゃな

Q値、quality factor、共振鋭度(共振尖鋭度)、etc.

40: 2017/07/06(木) 07:39:17.88 ID:AA9+Iiab
>>7
周波数応答解析などで、Qファクタはパラメータとして入力するよね

16: 2017/07/06(木) 01:52:56.56 ID:Ghg/fO+B
電気回路でも機械でも、大雑把に言えば振動させたいか
振動させたくないか、どっちか(または両方)だ。
どちらの解析にも共振の分析は必要。
つまりあらゆる電気回路、機械に関係があると言えばある

17: 2017/07/06(木) 01:57:30.68 ID:V2ypmlMS
昔の5振動6振動のロービート機械式時計を8振動10振動のハイビートにすると大幅にQ値が上がる。
だけど自称時計に詳しいと称する連中や、それどころか某時計学校のセンセ方ですらQ値についての理解が無い。

19: 2017/07/06(木) 02:13:10.48 ID:XPGyoou0
そういえば何やってもグナルの周期振動が収束しないコイルだらけの変な装置があった
最後にはパーツ分離して手で持って計測してみたり

22: 2017/07/06(木) 02:47:33.68 ID:Q/jMIGs2
出てくる概念はどれも学部2年生くらいのものだが、それでも理解できる人は少ないだろうなぁ

57: 2017/07/06(木) 23:51:53.49 ID:66h19U6q
>>22
いろんな分野にまたがってるからな
ここに出てくるすべての概念を理解している人は少ないだろう

24: 2017/07/06(木) 03:18:09.00 ID:FM8v2ibh
レーザーで例えると
バンド幅が広いレーザーができるの?

25: 2017/07/06(木) 03:40:30.45 ID:RQnZeM78
それにしてもローレンツと言う19世紀末の学者の名前が今頃また出て来るとはね。
ローレンツと言ったら特殊相対論の解説の中で必ずと言っていいほど言及されるローレンツ短縮で有名で、
レントゲンに続く2番目のノーベル物理学賞受賞者だ。

29: 2017/07/06(木) 05:01:18.69 ID:3aFDqB51
超電導共振と何がちがうの

35: 2017/07/06(木) 06:31:14.50 ID:06gc2Xrm
>>29
俺もそう思った。

31: 2017/07/06(木) 05:15:01.93 ID:aEL1H0xi
ノーベル賞クラスの研究になる可能性があるな。
世界中で様々な追試が始まる予感

33: 2017/07/06(木) 06:29:10.45 ID:On3LuPiC
増幅器(アンプ)を設計しようとすると、なぜか発振器ができてしまい
発振器を設計しようとすると、なぜか発振しないんだよね

39: 2017/07/06(木) 07:39:15.52 ID:4RKaN5U8
単なる非線形効果だろ?
レーザー工学では昔から利用されてるじゃん
これが画期的発見なのか?

52: 2017/07/06(木) 14:27:47.16 ID:ytXcWy6m
>>39
非線形効果の一種だと思うけどScienceに論文採用されるってことは
ユニバーサルに使えることを理論的に示したのが評価されたのかねー

42: 2017/07/06(木) 08:06:58.68 ID:7vAMVMkd
フェムト秒パルスレーザーでは普通にやってることじゃね?
どこが画期的なんだよ

53: 2017/07/06(木) 16:08:41.72 ID:GJ4pZNst
なるほど。つまり100年来の常識をくつがえしたってことですね

55: 2017/07/06(木) 20:51:31.37 ID:qqDAkCCa
振動のエネルギーが一定なら、振幅高くなれば共振の幅が狭くなって、低くなれば幅が広がるでしょ?
要するに面積が一定なら、高さと幅がトレードオフになるって事で、絶対的な制約では?

66: 2017/07/08(土) 13:46:12.84 ID:vi/PFVkL
Q値が大きくても、共振周波数ω0を低いままで、ω0を中心とするバンド幅Δω
が広いスピーカーが作れるとか。

67: 2017/07/08(土) 13:49:16.48 ID:vi/PFVkL
新スタートレックに出て来るQ連続体は、「全知全能不老不死」だったけど。

69: 2017/07/08(土) 23:02:46.39 ID:azYUFmu5
非線形だから物理制約を取り除けるのか
物理制約を無くすと非線形になってしまうのか

26: 2017/07/06(木) 03:51:22.40 ID:+6BPcpwS
> (Q=ω0/Γ)。Q値

なんだか絵文字に見えて仕方がない