📉 超音波の減衰係数 計算機

📖 超音波の減衰係数の使い方と完全ガイド

垂直探傷で健全な部分にビームを当てると、底面で反射した第1底面エコー（B₁）に続いて、もう1往復した第2底面エコー（B₂）が現れます。この2つの高さがどれだけ減ったかを測れば、材料そのものが超音波をどれだけ吸収・散乱するか、つまり減衰係数（dB/mm）が分かります。本ツールは B₁・B₂・板厚・損失を入力するだけで、UTレベル2の過去問でも問われるこの値を自動計算します。

「鋳鋼や粗大結晶粒材で底面エコーが立たず欠陥評価に困っている」「規格上の探傷感度に減衰補正（伝達損失補正）を加えたい」「資格試験で減衰係数の計算問題が解けない」——そんな現場技術者・UT受験者が、手計算の検算や考え方の確認に使うことを想定しています。

使い方

本ツールは入力方法を2通りから選べます。タブで「エコー高さ(%)」か「B₁/B₂の差(dB)」を切り替えてください。

• エコー高さ(%)モード：探傷器のフルスケールに対する B₁・B₂ の高さ（%FSH）をそのまま入力します。ツール内部で 20×log₁₀(B₁/B₂) を計算してdB差に直すため、%でも任意の目盛りでも比さえ合っていれば結果は同じです。
• B₁/B₂の差(dB)モード：dBアッテネータでB₂をB₁と同じ高さに合わせたときに動かしたdB量を直接入力します。最初からdBで読んでいる現場ではこちらが速くて誤差も小さくなります。
• 板厚 t（mm）：探傷している部材の肉厚です。B₁とB₂は板厚の往復1回ぶん（=2t）だけ伝搬距離が違うので、この値が距離換算の基準になります。
• 拡散損失（dB）：ビームが広がることで単位面積あたりの音圧が下がる分。同じ材料・板厚帯なら校正試験片で実測した値を使うのが正確です。迷ったらツール既定の0.4dB前後が一つの目安です。
• 反射損失の合計（dB）：探傷面や底面での反射率が100%でないことによるロス。B₂はB₁より境界反射を1回多く経験するため、その差分を入れます。鋼/水・鋼/空気など条件で変わりますが、平滑な鋼底面なら合計1〜2dB程度が目安です。

迷いやすいのは「拡散損失」と「反射損失」を分けて入れる点です。両方とも"材料の減衰ではないのに高さを下げている要因"なので、ここを差し引かないと減衰係数が実際より大きく出ます。逆に純粋に材料同士を比べたいだけなら、両方0にして見かけの減衰として扱う方法もあります。

計算のしくみ・計算式

B₁とB₂の高さの比をデシベルに直し、減衰以外の損失を差し引いてから、余分に進んだ距離（往復1回ぶん＝2t）で割って単位長さあたりの減衰量にします。本ツールの式は次の通りです。

減衰係数 α(dB/mm) ＝ { 20×log₁₀(B₁ ÷ B₂) − 拡散損失 − 反射損失 } ÷ (2 × t)

B₂はB₁より板内を1往復（2t）多く進むので、B₁とB₂の高さ差は「2tだけ余分に伝搬した間に減った量」を表します。その差から拡散・反射といった減衰以外の損失を引き、2tで割れば、材料1mmあたりの減衰量が出るというわけです。

計算例1：板厚50mm・B₁75%・B₂15%（試験頻出パターン）

• 高さ比をdBに換算：20×log₁₀(75÷15) ＝ 20×log₁₀(5) ＝ 20×0.699 ＝ 約13.98dB
• 損失を差し引く：13.98 − 0.4(拡散) − 1.7(反射) ＝ 11.88dB
• 伝搬距離で割る：2×50 ＝ 100mm なので、11.88 ÷ 100 ＝ 約0.12 dB/mm

UTレベル2の過去問でよく出る値とほぼ一致します。損失を入れ忘れると 13.98÷100＝0.14dB/mm となり、約0.02dB/mm 高めに出てしまう点に注意してください。

計算例2：板厚100mm・B₁80%・B₂40%・損失合計2.1dB

• 高さ比をdBに換算：20×log₁₀(80÷40) ＝ 20×log₁₀(2) ＝ 20×0.301 ＝ 約6.02dB
• 損失を差し引く：6.02 − 2.1 ＝ 3.92dB
• 伝搬距離で割る：2×100 ＝ 200mm なので、3.92 ÷ 200 ＝ 約0.020 dB/mm

板厚が厚いほど距離で薄められるため、同じ高さ比でも dB/mm の値は小さくなります。減衰係数を比べるときは必ず板厚をそろえて考えるのが鉄則です。

高さ比とdB差の早見表

%モードを使うとき、頭の中でdB差を見積もるのに便利な対応表です（20×log₁₀ で換算）。

B₁/B₂ の高さ比	dB差(損失補正前)	覚え方
1.26倍	約2dB	わずかな差
2倍	約6dB	2倍=6dBは丸暗記
3.16倍	約10dB	10dB=約3.16倍
5倍	約14dB	例1のケース
10倍	約20dB	10倍=20dB

値の目安と材料による違い

減衰係数は材質・結晶粒・周波数で大きく変わります。下表はおおよその傾向の目安で、実測値は周波数や熱処理状態で前後します。

材料・状態	減衰の傾向	探傷時のポイント
圧延鋼・細粒の構造用鋼	小さい	底面エコーが安定。高めの周波数も使える
アルミ合金	小〜中	音速が速く比較的通りやすい
鋳鋼・粗大結晶粒材	大きい	散乱で底面が弱る。低周波探触子が有利
オーステナイト系ステンレス・溶接部	非常に大きい	異方性で減衰・ビーム偏向が顕著。専用手法が必要

減衰係数が大きい材料ほど底面エコーが立たず欠陥評価が難しくなります。値が大きいと感じたら、まず探触子の周波数を下げる・口径を見直すといった対応を検討します。

よくある質問

Q. なぜ板厚を2倍にして割るのですか？

A. B₂はB₁より板内を「もう1往復」多く進んでいるからです。その余分な距離は行き帰りで 2t になります。B₁とB₂の差はこの 2t を伝わる間に減った量なので、2t で割って1mmあたりに換算します。

Q. 拡散損失と反射損失は必ず入れないとダメですか？

A. 厳密に「材料の減衰だけ」を出したいなら必要です。これらを引かないと、減衰以外で下がった分まで減衰に含めてしまい値が高めに出ます。逆に同一形状の試験体同士を相対比較するだけなら両方0でも傾向はつかめます。校正試験片で実測した損失値があれば、それを入れるのが最も正確です。

Q. %モードとdBモードで結果は変わりますか？

A. 同じ状況を表していれば一致します。%モードは内部で 20×log₁₀(B₁/B₂) を計算してdB差に変換しているだけだからです。現場でdBアッテネータの読みがあるならdBモード、波形の高さしか分からないなら%モードが便利です。

Q. 周波数を変えると減衰係数は変わりますか？

A. はい。一般に周波数が高いほど散乱が増え、減衰係数は大きくなります。同じ材料でも探触子の周波数が違えば別の値になるので、測定時の周波数を必ず記録してください。値を比較するときは周波数をそろえることが前提です。

Q. B₂が見えない・極端に小さいときはどうすれば？

A. 減衰が大きい材料の典型です。周波数を下げる、より大きな入力で観測する、底面の状態（粗さ・平行度）を確認する、といった対応をします。それでもB₂が読めない場合、この2エコー法は適用が難しく、別の感度補正手法を検討する必要があります。

注意点・もう一歩踏み込んだ知識

• 底面の平行度が命：B₁とB₂を比べる前提は、探傷面と底面が平行で、両エコーが同じ経路で戻ってくることです。傾いた底面や曲面では音圧が逃げ、減衰でないのに高さが下がって過大評価になります。
• 近距離音場の影響に注意：B₁が近距離音場（N）内に入ると音圧分布が乱れ、単純な距離比例では評価できません。板厚が薄いほど影響が出やすいので、必要なら近距離音場限界距離も併せて確認しましょう。
• "減衰係数"と"伝達損失補正"は別物：規格で求められる感度補正は、標準試験片と試験体の底面エコー差から伝達損失を出して感度に上乗せするもので、ここで計算する材料固有の減衰係数(dB/mm)とは目的が異なります。混同しないよう用語を整理しておくと試験でも実務でも役立ちます。
• 有効数字に振り回されない：入力のB₁・B₂の読み取り誤差は数%でもdB差に効きます。0.001dB/mm単位まで気にするより、測定条件をそろえて再現性を確保する方が重要です。

本ツールの計算結果は概算・目安であり、考え方の確認や手計算の検算を目的としています。実際の探傷・合否判定は、適用する規格・手順書（JIS Z 3060、各社の探傷指示書など）と、有資格者の判断に従ってください。最終的な評価は社内基準・公的規格・専門家に確認することをおすすめします。