2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design of musical instruments based on precise physical modeling and high-accuracy numerical analysis
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19H04126
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
鮫島 俊哉 九州大学, 芸術工学研究院, 准教授 (00298192)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 計算力学 / 数値計算手法 / 振動学 / 音響学 / 楽器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，4年間の研究実施期間中に，いくつかの楽器について，1.振動・音響物理モデリングの精密化プロジェクト，2.数値解析の高精度化プロジェクト，3.新規楽器のデザインプロジェクトを実施し，それらのまとめとして，4.新規楽器のプロトタイプ制作プロジェクトを実施する計画としている。
ヴァイオリンについては，既に開発済みの，弓のダイナミクスを考慮した擦弦振動の解析手法を用いて，ヴァイオリンの音色や弾き心地の観点から最適な弓の形態はありえるのか，についての検討に着手した。具体的には，ヘルムホルツ波が安定的に形成できるような弓の形態，および，踊りにくい弓の形態の検討を行った。シンバルについては，既に開発済みの，シンバル・ワッシャーとスティック/マレットのダイナミクスを考慮した振動解析手法を用いて，ワッシャーとスティック/マレットの形態が音色に与える影響について検討を行った。ピアノについては，弦の3次元空間振動とブリッジの振動との連成，およびハンマーと弦の間の3次元的相互作用を考慮した物理モデル化と，その高精度数値解析手法の開発を行った。それを用いて，どのような物理的条件が満たされていると，ピアノ弦の3次元空間運動が生じるのかを明示すると共に，ピアノ音の大きな特徴たる二次系列や二段減衰を設計するための，ハンマー，ピアノ弦，ブリッジの設計指針を構築することを試みた。スネアドラムについては，スネアと呼ばれるキャリーヘッドに張られている螺旋状の金属の部品の形態を変えることで，新たな音色のスネアドラムのデザインを行った。
これらにより，ヴァイオリン，シンバル，ピアノ，スネアドラムについては，3のプロジェクトを実施することができた。
さらに，本研究で対象とする楽器として，新たに新たに中国の民族擦弦楽器「二胡」，およびゴングを付け加え，1のプロジェクトに着手したところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究計画時においては，4年間の研究期間を通して，ティンパニ，ヴァイオリン，シンバルのそれぞれについて，1.振動・音響物理モデリングの精密化プロジェク ト，2.数値解析の高精度化プロジェクト，3.新規楽器のデザインプロジェクトを実施し，それらのまとめとして，上記すべての楽器について，4.新規楽器のプロ トタイプ制作プロジェクトを実施する計画を立てた。
令和3年度は，上記の楽器のうち，ヴァイオリンとシンバルについては，3のプロジェクトを実施できた。
さらに，本研究で対象とする楽器として，新たに中国の民族擦弦楽器「二胡」，およびゴングをを付け加え，それぞれ1のプロジェクトに着手できた。
これらのことより，対象とする楽器の種類の観点からは，当初の計画以上に進展しているものと自己評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，令和3年度に引き続き，それぞれの楽器について1のプロジェクトを実施して，その完成度を高めていきたい。 そして，満足のいく結果が得られた楽器から順に，2および3のプロジェクトの実施に移行していく。 これまで対象としてきた楽器の一部については，2のプロジェクトが十分に検討できていないものも残っているため，それにも注力していきたいと考えている。
さらに，それぞれの楽器ごとに構築した数値解析基盤を適用可能であるような，他の楽器が考えられるならば，それらについても躊躇なく対象とする楽器として付け加え，新規楽器のデザインプロジェクトのバリエーションを充実させていくことを考えている。
また，来年度は研究計画最終年度となるため，3のプロジェクトとして，開発した振動・音響数値解析基盤を活用し，楽器の形状と材料特性を設計変数としてその探索範囲を広げていくことで，楽器ごとに設定するデザイン指針の観点からより最適な楽器の形態の創生，あるいは代替材料の提案も含む新規形態の創生を試みる予定である。そして，興味深い結果が得られたものについて，4のプロジェクトとして，その新規楽器のプロトタイプの作成を行ってみたい。
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