2020 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 |
九州大学および名古屋大学のスーパーコンピューターを用いて圧縮流体の大規模計算を行い、以下の項目の研究を行った。
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: エッジトーンの研究成果をまとめ原著論文を発表した。2次元エアジェット楽器のモデルを精密化し、解析を行い、 Lighthillの音源分布を計算した。その結果、ジェットの後流で音源の揺らぎが大きくなることが分かった。その部分で音が発生していると考えられる。
2) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析: 流体計算と音響計算を行い、Howeのエネルギー推論(HEC)を用いて小型エアジェット楽器の歌口近傍での音響エネルギー発生機構を明らかにした。音響エネルギーはジェットの後流で主に発生する。この研究の過程でQ値を用いた渦管の可視化の手法を開発した。この成果をまとめた原著論文は査読過程にある。さらに、現実のオルガンパイプのモデルを作成し、フットの形状を変えた複数のモデルの解析を行った。また、音孔の付いたオカリナのモデルを作成した。
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現: ２つの音孔を持つ管楽器の２次元簡易モデルの解析を行い、音孔の開閉における発振状態の変化を再現した。遅延方的式モデ ルの解析では、音孔や管体の凹凸を考慮した正負の遅延があるモデルにおける発振モードの解析を行った。
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:ホルンのマウスピースのLESを用いた３次元モデルとDNSを用いた２次元モデルの解析を行った。
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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
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: 予定通り進展している。エッジトーンの成果をまとめた原著論文を発表した。さらに、DNSを用いてエアジェット楽器の解析を行えたことは大きな進展である。
2) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析: 予定通り研究は進展している。特に、Howeのエネルギー推論(HEC)を用いたエアジェット楽器の音響エネルギー発生機構の成果をまとめた原著論文が現在査読過程にあることは、大きな進展である。この研究過程で、音響ソルバーの開発とその高速化、Q値を用いた渦管の可視化の手法を開発した。これらの手法は、他の解析にも応用可能な重要なツールである。現実のオルガンパイプモデルとオカリナの３Dモデルの解析もほぼ予定通りに進んでいる。
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現:２次元モデルではあるが、２つの音孔が付いた簡易楽器のモデルの解析を行ったことは重要な進展である。遅延方程式モデルの解析も順調に進んでいる。したがって、ほぼ予定通り進展している。
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: ホルンのマウスピースのLESを用いた３次元解析に加え、DNSを用いた２次元解析を行えたことは重要な進展である。したがって、ほぼ予定通り進展している。
これらの成果により、研究は予定通り進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果をもとに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の解析を進め、エッジトーンの解析結果と比較検討し、そ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。項目２で行った、近似的な手法であるHoweのエネルギー推論(HEC)を用いた音響エネルギーの発生領域の解析との比較検討を行う。
2) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析: 現実のオルガンパイプモデルの解析を複数のフットの形状に対して進め、ヘルムホルツ共鳴器の機能を持つフットの形状の変化により、発振状態がどのように変化するかを解析し、その役割を明らかにする。さらに、その成果のオルガンパイプの設計への応用を考える。また、音孔の付いたオカリナのモデルを解析し、音孔が開いた時と閉じた時のピッチの変化を再現する。
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現: ２つの音孔がついたエアジェット楽器の２次元モデルの解析を進め、音孔の開閉におけるピッチの動的な遷移過程を再現する。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: DNSを用いたホルンのマススピースの2次元モデルでの解析を進め、唇の振動を再現するモデルの構築を目指す。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のために出張がなくなり、その分を次年度に繰り越した。
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