風船音響レンズのシミュレーション

　気体の中での音の速度は気体の分子量の平方根に反比例します。そのため異なる気体の境界を音波が通過するときには，その進路が屈折します。このことを利用して，大きな風船に空気よりも重い気体を入れて膨らませれば，その風船はちょうどレンズのように音を集めることができるのです。逆に空気より軽い気体を入れた風船は音の対してまるで凹レンズ（負の凸レンズというべきか）のように音の進路を広げることになります。

　ここでは，単純な幾何光学を使って，風船に外から当たった音波がどのように通過していくかをシミュレーションするプログラムを作成してみました。３枚の図を下に掲げています。二酸化炭素を入れた風船による音波の屈折の様子をみると，２個の風船を使えば遠くの人と話しができることが理解できます。

　なおこの計算は光の屈折に対してもまったく同様に使えるので，レンズの原理の説明にも利用できるでしょう。