2019 Fiscal Year Research-status Report
Study and application of the sounding mechanism of wind instruments with large-scale simulations
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19K03655
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 公也 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (70188001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 裕司 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70261469)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 流体音 / 管楽器 / 遅延方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
九州大学のスーパーコンピューターを用いた圧縮流体の大規模計算を行い、以下の項目の研究をおこなった。
1) DNSを用いた2次元のエッジトーンおよびエアジェット楽器の解析:圧縮流体性DNSを用いて、エッジトーンおよびエアジェット楽器の解析をおこなった。エッジトーンの解析では、音響エネルギーとジェットの揺らぎの間の相関を明らかにした。また、小型エアジェット楽器モデルの発振に成功した．
2) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析: Howeのエネルギー推論(HEC)の解析には、LESによる流体計算と音響ソルバー(FDTD)による音場の計算が必要である。今年度は、３次元音響ソルバーの高速化の問題に取組み、小型エアジェット楽器モデルで予備計算を行った。また、現実のオルガンパイプの解析に必要なモデルを構築し予備計算を行った。さらに、共鳴器がヘルムホルツ共鳴器であるオカリナの解析を行い、Lighthillの音源分布の計算し、音波の発生領域について考察した
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現:LESを用いて２つの音孔を持つモデルの解析を行い、音孔の開閉に伴う共鳴モードの安定性の変化を再現した。また、現実のクラリネットに近いモデルの計算を行い、3倍音を発振させるレジスターホールの詳細な解析を行なった。
4) シングルリード木管楽器と金管楽器のマウスピース内での音の発生: クラリネットのマウスピースの３次元モデルの解析を行い、Lighthillの音源分布の計算し、音波の発生領域について考察した。ホルンのマウスピースの３次元モデルの解析を行い、マウスピース単体の共鳴振動を再現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究項目に挙げている最も重要な、1) DNSを用いた2次元のエッジトーンおよびエアジェット楽器の解析と2) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析は予定通り研究は進展している。DNSの研究では、エッジトーンの成果をまとめた論文が査読過程にある。さらに、エアジェット楽器モデルの計算に成功したことは大きな進展であると考えられる。また、LESを持ちいた３次元エアジェット楽器の解析では、億を超えるメッシュを持つ３次元モデルの解析の見通しがついたことは大きな進展である。さらに、Howeのエネルギー推論(HEC)の解析には、流体ソルバーの他に音響ソルバーが必要になるが、３次元音響ソルバーの高速化に成功したのは大きな進展である。
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現と4) シングルリード木管楽器と金管楽器のマウスピース内での音の発生の項目では、使用しているフリーのソフトウェアOpenFormの移動境界問題を扱うソルバーに一部不具合が見つかり、そのために音孔モデルの解析で一部計画を変更して行った。それを考慮にいれても、ほぼ予定通りの成果が得られている。特に、遅延方手式モデルを用いた解析およびクラリネットとホルンのマウスピースの解析は順調に進んでいる。
これらの研究の進展状況から、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果をもとに４つの研究項目を引き続きおこなう。
1) DNSを用いた2次元のエッジトーンおよびエアジェット楽器の解析: 2次元エアリード楽器のモデルを精密化し、複数の流速で解析を行い、 エッジトーンとの違いを明らかにする。 特に、ジェットの流速と音響エネルギーの関係および流体音源であるLIghthillの音源と音響エネルギーの関係を調べ両者の間の違いを明らかにする。
2) LESを用いた3次元エアリード楽器の解析: 流体計算と音響計算を行い、Howeのエネルギー推論(HEC)を用いて小型エアリード楽器の歌口近傍での音響エネルギーの評価を行う。さらに、 現実のオルガンパイプモデルのモデルの精密化し解析を行い、フットの役割を明らかにする。オルガンパイプの設計への応用を考える。また、共鳴器がヘルムホルツ共鳴器であるオカリナの解析結果との比較をおこなう。
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現: OpenFormの移動境界条件の不具合について検討し、解決を試みる。不可能な場合は代案を検討する。遅延方的式モデルの解析では、音孔の開閉パターン(運指)とピッチの関係を力学系の立場から明らかにするために、多重遅延系の解析を進める。
4) シングルリード木管楽器と金管楽器のマウスピース内での音の発生: クラリネットのマウスピースのリード振動や金管楽器のマウスピースに添えられた唇の運動を再現するためには３の項目で検討する移動境界問題の解決が必要となる。不可能な場合は、DNSを用いた２時限モデルでの解析を試みる。
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| Causes of Carryover |
当初、ドイツで行われる国際会議の参加費を計上していたが、別の資金からの捻出が可能になったため、次年度以降にくりこした。
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