マルセイユの力学音響研究所：第一次世界大戦から現在まで

核心概念

フランス・マルセイユにある力学音響研究所（LMA）は、1941年の設立以来、固体力学と音響学の分野において重要な役割を果たしてきた。本稿では、第一次世界大戦中のフランス海軍の研究に端を発するLMAの興味深い歴史、主要な研究テーマの変遷、そして現在の活動内容について概説する。

要約

序論
本稿は、フランス・マルセイユにある力学音響研究所（LMA）の歴史、研究テーマの変遷、現在の活動内容を概説するものである。LMAは、固体力学と音響学を専門とする研究機関であり、エクス＝マルセイユ大学（AMU）、フランス国立科学研究センター（CNRS）、エコール・サントラル・ド・マルセイユ（ECM）の3つの主要機関と連携している。その起源は20世紀初頭に遡るが、CNRSの研究所として正式に設立されたのは第二次世界大戦中である。
LMAの歴史
LMAの起源は、1917年にフランス海軍によってトゥーロンに設立された潜水艦戦研究所に遡る。この研究所では、ポール・ランジュバンが敵の潜水艦を探知するための最初の高出力超音波発信機を開発した。
第一次世界大戦後、1920年にこの研究所の任務は拡大され、トゥーロン研究センター研究所（LCET）となった。その科学的指導は、フランソワ・カナックに委ねられた。彼は、1958年まで研究所の創設者兼所長を務め、研究所の歴史において重要な役割を果たした。
カナックは、イギリス国立物理学研究所（NPL）に強く影響を受けていた。彼は、LCETがフランス海軍のための活動を超えて、理論的な研究と技術的な調査の両方に取り組む研究機関となり、最新の発見から生まれた応用や試作品（今日の「技術移転」と呼ばれるもの）を開発する能力を最大限に高めるべきだと考えた。
1940年、第二次世界大戦が始まると、研究所は海軍研究所（CRM）と改称された。1940年6月末、CRMは人員と設備を急いで船に乗せ、オランへ、そしてアルジェリアへ列車で移動した。CRMは混乱の中で消滅するかに思われた。しかし、所長は強い個性を持った精力的な人物であった。1940年8月、カナックは研究所を国民教育省の監督下に置くことを提案した。彼は研究所、その作業方法、科学者スタッフ、設備、高度な研究と技術的問題の両方に取り組む能力を称賛した。そして、彼の声は届いた。
当時、CNRSは国家レベルで研究機関を統合するために設立されたばかりであった。その管理運営と財政状況はまだ検討中であったが、すべてが非常に迅速に進められた。1941年1月1日、CRMはパリ以外ではCNRS初の研究所となり、科学産業海洋研究所（CRSIM）という新しい名前になった。
この研究所は、LMAの先祖と見なすことができる。CRSIMの研究は、音響学、光学、化学腐食、X線、精神技術学の5つの主要分野に分けられた。音響学の分野は、古代劇場の音響学に情熱を注いでいたカナックの影響もあり、特に発展した。電気音響学、振動、建築音響学、空気中および水中における超音波などが含まれていた。CRSIMにはすでに、大型無響室（13×5×5m3）、小型無響室（4×2×2m3）、残響室（10×2.6×2.6m3）、室内の音響を研究するためのリップルタンク、吸音タンク付きの18m水路など、多くの施設があった。図1は、大型無響室の様子を示しており、当時の困難さを物語っている。吸音壁は、軍の衛生部隊から支給された毛布で覆われたピラミッド型の要素でできていた。
1962年には、研究所はCNRSの新しいキャンパスに移転し、物理学研究センター（CRP）となり、力学物理音響学、波動可視化、オートメーション、結晶体の構造の4つの部門が設置された。この移転により、研究所は拡張され、音響学のための新しい強力な設備が設置された。その中には、音の伝播のための大型無響室、心理音響テストのための小型無響室（どちらも吸音性の高い材料を使用）、音響透過性を研究するための2つの隣接する残響室を含む国際規格に従って建設された建築音響学ステーション、ピアノ付きの音楽スタジオ、水中音響と超音波伝播のためのいくつかの水槽などがある。
1973年、新しい研究者の参加により、研究所は固体力学と音響学に焦点を絞り、LMAとなった。これにより、連続体力学、コンピュータサイエンス、リアルタイム技術の分野で活動を発展させ、機械実験のための施設を建設する機会が得られた。
2012年には、非破壊検査研究所（LCND-AMU）がLMAに統合された。それ以来、LMAはエクス＝アン＝プロヴァンスの工科大学（機械工学の大学院）に分室と施設を持つようになった。
LMAの歴史の最後の節目は2015年、LMAが新しいキャンパスであるテクノポール・ド・シャトー＝ゴンベールに移転したことである。これにより、流体力学や物理学の研究所、そしてエコール・サントラル・ド・マルセイユやポリテック・マルセイユなどの工科大学とより緊密な関係を築くことができた。管理業務を強化し、円滑に進めるために、2018年にLMAはAMU、CNRS、ECMの共同研究機関となった。
研究テーマの変遷
設立以来、研究所は理論と応用の両方の研究開発に取り組んできた。ここでは、音響学のテーマの発展と、より簡潔に固体力学の発展について概説する。
音響学
1944年に作成された研究所の報告書[4]は、当時の音響学における研究内容を知る手がかりとなる。それには、産業騒音や都市騒音に対する遮音、室内の遮音（国営放送のラジオスタジオ、飛行機の客室）、無響室実験を用いた地上での音の伝播、金属片の内部欠陥の超音波探傷、氷河の氷の純度を決定するための測深、油の化学的および生物学的処理のための超音波の応用に関する研究が含まれている。
戦後、LMAの専門分野は、研究者の入退職や新しいキャンパスへの移転などにより、部分的に変更されてきた。以下はその一例である。
当初、研究所の2大テーマは応用音響学と室内音響学であった。
応用音響学では、遮音に関する研究に加えて、当初はホールの音響（音楽と演劇）、壁の透過性、共鳴器（トンネルや教会）、その後は地下鉄の騒音に関する研究に重点が置かれていた。これらの研究により、研究所は実験的なノウハウを習得することができたが、現在では、LMAは主に博士課程の枠組みの中で、より長期的なプロジェクトで産業界と連携しているため、この活動ははるかに限定されている。また、この活動により、CRPはフランス国内外の騒音環境に関する規格や規制に関する議論に参加することができた。室内音響学では、最初の研究は、有名なオランジュ劇場を含む古代劇場の音響に焦点を当て、水槽での光学実験が行われた。その後、室内音響の知覚評価を含む活動が行われたが、2000年代初頭に中止された。
年月を経て、他の活動も大きく発展した。
水中音響学では、当初は海洋環境における波動伝播の研究に力が注がれていた。この分野では、フランス国防庁（DGA）からの要請に応じ、目標物の探知（ソナー、潜水艦など）や海洋環境と海底の特性評価に関する多くの研究が行われてきた。1987年に大型水槽（全長20m）が追加されたことで、フランス海軍（DCN）と共同で、例えば内部波による変動を再現するための縮尺実験の定義など、海底地形図の存在下での伝播に関する新しい研究が始まった。
心理音響学では、1985年頃にチームが結成され、アメリカやドイツの研究所と緊密な関係を築いてきた。初期の研究は、注意の能動的メカニズム、音源定位、ラウドネスに焦点を当てていた。若い研究者の参加により、その活動は都市騒音や産業騒音の音質（うるささの知覚基準）、音響再生システムの知覚評価、そして最近では人工内耳へと拡大された。
アクティブノイズコントロールは、1980年代にチームが強化されたことで恩恵を受けた。輸送騒音に関連した欧州プロジェクトの枠組みの中で、多くの理論的および実験的研究が行われた。制御には、音環境のリアルタイム再現も含まれていた。1993年、アラン・ルーレはアクティブコントロールの研究でCNRSクリスタル賞を受賞した。ノイズキャンセリングヘッドホンの世界初の特許は、1985年にLMAによって申請され、テクノファースト社の出発点となった。
音楽音響学も、長年にわたって大きく発展してきた分野であり、特に新しいコンピュータツールを活用してきた。和声とメロディーの概念の研究からコンピュータ音楽へと急速に発展し、音の分析と合成、リアルタイム制御、音と音楽信号のモニタリングなどが行われている。また、物理モデリングによる音響合成の開発と関連して、楽器（主に管楽器）の物理学の研究も行われている。LMAは、可聴領域におけるウェーブレットの使用を開発した最初の研究所の一つである。1999年、CNRSはジャン＝クロード・リセット上級研究員（工学分野の研究者として初の受賞）に金メダルを授与した。
音響・弾性波動伝播では、最初の研究は空気中における音響波の伝播と回折に関するものであったが、その後、固体や生体組織へと拡張され、直接問題（屋外環境における騒音レベルの評価、障害物による回折、振動構造からの音響放射の特性評価、非線形吸音材など）と逆問題（音響測定からの工業製品や人体組織の特性評価）が扱われるようになった。
固体力学
理論的研究は、主に連続体力学と非線形振動を扱っていた。それらは2つの分野に分けられた。1つ目は「材料」と題され、不均質材料と構造の挙動、積層複合材料の強度とモニタリング、エラストマーの挙動を扱っている。2つ目は「構造」と題され、接触、摩擦、界面、非線形振動、分割媒体の多相力学の研究を扱っている。2004年、LMAのピエール・シュケ上級研究員がフランス科学アカデミーの会員に選出された。
今日のLMA
現在、LMAの活動は、「材料と構造」、「波動とイメージング」、「音」の3つのグループに分かれている。
1つ目のグループは、固体力学に関するすべての活動を扱っており、理論的、数値的、実験的な側面がある。扱われるトピックには、構造物の非線形ダイナミクス、不均質媒体の力学、界面力学（接合）と接触/摩擦問題、マルチフィジックスモデリングと積層複合材料の機械的強度、複合構造物の設計などがある。
「波動とイメージング」チームが行っている研究は、基礎と応用の両方のアプローチを用いて、不均質媒体のモデリング、特性評価、イメージングを行うための音響的手法の開発を目指している。研究は、微細構造媒体、多孔質媒体、ランダム媒体における伝播、非線形伝播、海洋環境における音響、地震イメージング、非破壊検査と評価、医用超音波に焦点を当てている。
「音」チームは、周囲の可聴音のあらゆる側面、すなわち、その生成、伝播、制御、合成、知覚を扱っている。研究は、音場の合成と制御、自励振動ダイナミックシステムによる音の生成の研究、楽器の設計と品質、聴覚のメカニズムに焦点を当てている。
さらに近年では、非線形ダイナミクス（楽器の物理モデリング、不可逆エネルギー伝達という概念に基づく騒音・振動吸収材の開発）、聴神経を刺激するための超音波の使用（人工内耳への応用）、流体および固体媒体における非線形波動伝播（トランペットやコンクリートの非破壊検査への応用など）において、チーム間の強力な共同研究が進められている。また、双安定マイクロアーキテクチャ構造の展開（状態遷移フロントの伝播）に関連した取り組みも開始されている。楽器製作の分野では、新しい材料や製造プロセスに関連して、複合構造物の設計と楽器の物理学のスキルを組み合わせた、もう一つの学際的なテーマが生まれつつある。
2015年には、新しい建物への移転により、LMAは音響研究に適した実験室を設計することができた。この最適な設備には、特に3つの無響室がある。低周波アクティブ無響の研究のために特別に設計された無響室（図2）、心理音響実験専用の無響室、床を通して加振室に結合され、産業用途に直接関連する大規模プロジェクトに特化した半無響室である。この設備は、3つの聴力検査室（そのうちの1つは電気生理学的測定のためにファラデーケージ化されている）、一連のスタジオ（音楽音響学と芸術/科学プロジェクト用、図3）、無響室以外の条件で正規化された再生を行うためのリスニングルーム、そして振動音響実験のための様々な大部屋によって完成されている。音場合成室では、超低周波音を感知できるレベルで再生することができる。
研究所には、スキャナー、超音波実験のための様々な部屋（空中超音波用の防振スラブを備えた部屋、レーザー/光音響室）、研究用超音波スキャナー、光学顕微鏡、ハイスピードカメラも備えられている。LMAで最近開発された生物学的材料に関する研究では、特別な設備（L2細胞培養室）が活用されている。
さらに、力学の分野では、機械試験室（88.5m2）、摩擦学および顕微鏡観察室（10m2）、X線マイクロトモグラフ（キャンパス内の他の研究所と共同利用）、複合材料構造物の設計、寸法決定、製造、試験のための設備などがある。
研究環境
すべての研究所と同様に、LMAの環境には、他の研究機関、産業界のパートナー、教育活動、知識の普及などとの協力関係が含まれている。
LMAは、フランス国内外の多くの機械および音響の研究所と長期的な協力関係にある。産学連携については、LMAはその創設者の足跡をたどり、大企業と中小企業の両方と、応用研究において強いつながりを育んできた。主な連携分野は、これまでと同様に、輸送（航空宇宙）、医療、環境、エネルギー、音楽である。最近の例としては、地震学/地質音響学、音楽音響学（楽器製造におけるヤマハおよびビュッフェ・クランポンとの共同研究）、機械工学（柔軟構造の展開における共同研究）、原子力エネルギーに関するパートナーシップ、人工内耳に関する研究などがある。
研究所は、大学や工科大学と直接連携しており、教育活動（主にAMUとECMだが、それだけではない）にも積極的に取り組んでいる。音響学チームは、WAVES（Waves, Acoustics, Vibrations, Engineering and Sound）と題した国際的な修士課程を担当している。
研究所はまた、設立当初から情報の普及にも力を入れてきた。例えば、1948年にはすでに、CRSIMが機械的問題の計算方法に関するコロキウムを開催し、そこでBurgersが非線形領域における波動伝播に関する彼の式を発表したと言われている。カナックは、Acusticaのフランス人初の編集者であり、後にフランス音響学会（SFA）となる、いわゆるGALFグループの創設者の一人であった。以来、多くのLMA会員がSFA、そして後のEAAの事務局やグループの活動に積極的に参加している。
謝辞
最近の写真は、アラン・リメイユ氏が撮影したもので、彼はまた、無響室の古い写真も提供してくれた。ここに記して感謝の意を表したい。
外部リンク
CRSIMについて：https://images.cnrs.fr/video/1267
LMA創立50周年記念：https://images.cnrs.fr/video/178
LMAのウェブサイト：www.laboratoire-mecanique-acoustique.fr
参考文献
[1] Gazanhes C. Du laboratoire de la guerre sous-marine de Toulon au laboratoire de mécanique et d'acoustique de Marseille, La revue pour l’histoire du CNRS [online], 2 | 2000, online since June 20, 2007, accessed on June 08, 2023. URL : http://journals.openedition.org/histoire-cnrs/2772 ; DOI : https://doi.org/10.4000/histoire-cnrs.2772
[2] Gazanhes C. Histoire du laboratoire de Mécanique et d’Acoustique de Marseille 1941-1991 (C.N.R.S.), Publications du LMA, Manifestations du cinquantenaire, ISSN 1159-0947, ISBN 2-909669-05-X, may 1992.
[3] Guthleben D. Histoire du CNRS de 1939 à nos jours : une ambition nationale pour la science. Armand Colin, 2009.
[4] Canac F. Rapport sur l’activité du CRSIM de Marseille du 1er janvier 1941 au 1er janvier 1944, 15 février 1944.

統計

LMAのスタッフは約130人（研究者、エンジニア、技術者、事務スタッフ、博士課程の学生）で構成されている。
大型無響室の大きさは13 x 5 x 5 m3。
小型無響室の大きさは4 x 2 x 2 m3。
残響室の大きさは10 x 2.6 x 2.6 m3。
1987年に全長20mの大型水槽が追加された。
機械試験室の広さは88.5m²。
摩擦学および顕微鏡観察室の広さは10m²。

抽出されたキーインサイト

The Laboratory of Mechanics and Acoustics in Marseilles (France): from the first world war to the present day

by Sabi... 場所 arxiv.org 11-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.13600.pdf

深掘り質問

LMAの研究成果は、私たちの日常生活にどのような影響を与えているのだろうか？

LMAの研究成果は、音響学と固体力学という幅広い分野に渡り、私たちの日常生活に様々な形で影響を与えています。
音響分野におけるLMAの貢献は、特に顕著です。

快適な音環境: LMAが開発に貢献した吸音材や遮音材は、住宅、オフィスビル、コンサートホールなど、様々な場所に使用され、騒音を軽減し、快適な音環境を実現しています。
高品質な音楽体験: 楽器の音響特性に関する研究や、音響信号処理技術の開発は、より高品質な音楽の録音、再生、そして楽器製作を可能にし、私たちの音楽体験を豊かにしています。
健康と医療: 聴覚メカニズムの解明や、蝸牛インプラントの開発は、難聴者の生活の質向上に大きく貢献しています。また、超音波を用いた非破壊検査技術は、医療現場における画像診断技術の発展に貢献し、病気の早期発見・治療を可能にしています。
固体力学分野では、

安全な構造物: 構造物の強度や振動に関する研究は、橋梁、航空機、自動車など、様々な構造物の設計・開発に活かされ、私たちの安全な暮らしを支えています。
高性能材料: 複合材料やエラストマーなどの新素材開発は、航空宇宙産業、自動車産業など、様々な分野で利用され、製品の軽量化、高性能化に貢献しています。
このように、LMAの研究成果は、私たちの日常生活における様々な側面で、より快適で安全、そして豊かな社会の実現に貢献しています。

軍事研究を起源とするLMAは、その倫理的な責任をどのように果たしているのだろうか？

LMAは、軍事研究を起源としているという歴史的背景を持つ一方で、その倫理的な責任を果たすべく、以下の様な取り組みを行っています。

研究の透明性: 研究内容や成果を積極的に公開し、社会との対話を重視することで、軍事目的ではない、平和的な利用を促進しています。
倫理規定の遵守: 研究活動においては、倫理委員会を設置するなど、倫理規定を遵守し、社会的に責任ある研究活動を行っています。
デュアルユース技術の管理: 軍事転用可能な技術（デュアルユース技術）については、その利用目的を厳格に管理し、悪用を防ぐための体制を構築しています。
社会貢献: 医療分野への技術応用や、環境問題解決への貢献など、社会に貢献できる研究テーマを積極的に推進しています。
LMAは、科学技術が社会に与える影響力の大きさを認識し、その倫理的な責任を果たすことが、研究機関としての重要な責務であると考えています。

科学技術の進歩は、今後LMAの研究にどのような影響を与えるのだろうか？

科学技術の進歩は、LMAの研究に今後ますます大きな影響を与えると予想されます。

計算科学の進化: スーパーコンピュータやAI技術の発展は、複雑な物理現象の高精度なシミュレーションを可能にし、材料設計や音響設計の分野で革新をもたらすと期待されます。
計測技術の高度化: センサー技術やイメージング技術の進歩は、これまで観測が困難であった現象の解明を可能にし、新たな研究分野の開拓に繋がると考えられます。
ナノテクノロジー・バイオテクノロジーとの融合: ナノ材料や生体材料の音響特性や力学特性の解明は、医療分野や環境分野における応用が期待され、新たな研究領域を生み出す可能性を秘めています。
学際領域の拡大: 情報科学、生命科学、環境科学など、異分野との連携がますます重要となり、LMAの研究は、より学際的な広がりを持つと予想されます。
LMAは、これらの科学技術の進歩を積極的に取り入れ、社会のニーズに応える革新的な技術を生み出すことで、持続可能な社会の実現に貢献していくことが期待されます。