2021 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 – 2023-03-31
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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性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: 2次元エアジェット楽器のモデルの解析を行い。Lighthillの音源分布を計算し、項目２のHoweのエネルギー推論の結果と比較検討した。その結果、エッジに近いジェットの後流で音源が強くなり、項目２の解析と整合性があることが確認された。
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)を用い小型エアジェット楽器の歌口近傍での音響エネルギーの発生と吸収を定量的に評価する手法を確立した。音響エネルギーはジェットの後流で主に発生する。この成果をまとめた原著論文を発表した。さらに、現実のオルガンパイプの解析を行い、フットの形状と楽器の発振の安定性の関係について明らかにした。また、音孔の付いたオカリナのモデルの解析を行い、ピッチの変化を再現した。エアジェット楽器の音源となるエッジトーンの３次元モデルの解析を行った。
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次元モデルの解析を行い。音孔の開閉に伴うピッチの動的な変化を再現した。遅延方程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の解析を進めた。
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: DNSを用いた2次元モデルの解析を行った。口腔を取り付け唇振動を再現したモデルを用い、現実の波形に近い波形を再現することに成功した。
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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
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: 予定していたLighthillの音源を用いたエアジェット楽器の解析が行えた。
2) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析: 研究は予定通り進展している。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出版された。この研究により、エアジェット楽器の歌口近傍での音響エネルギーの発生と吸収を定量的に評価する手法を確立したのは重要な成果である。オルガンパイプモデルの解析では、フットの役割が明確になったことは大きな進展である。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。さらに、エアジェット楽器の音源となるエッジトーンの３次元モデルの解析も行った。
3) 音孔の開閉に伴う発振音の変化の再現: 2つの音孔が付いた楽器のモデルの解析を行い周波数の動的な変化を再現できたことは大きな進展である。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: DNSを用いたホルンのマウスピースの2次元モデルの解析を行い、 口腔の役割を明らかにしたことは大きな進展である。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以下の研究を行う。
1) LESを用いた3次元エアジェット楽器の解析: オルガンパイプモデルの解析を進め、その成果をまとめた原著論文の発表を目指す。さらに、その成果のオルガンパイプ設計への応用を考える。エアジェット楽器の音源であるエッジトーンの解析を進め、エッジトーンの発音機構で重要な役割をするフィードバック機構の解析を進める。
2) 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解析をICA2022で発表する。遅延方的式モデルの解析の成果を原著論文にする。
3) 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: これまでの研究成果をもとにDNSを用いたダブルリードの解析を行う。
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| Causes of Carryover |
2022年10月に韓国で開かれる音響系最大の国際会議ICA2022で成果発表を行う。この会議は、本研究課題の成果発表に最適な国際会議であるが、3年に一度の開催なので、成果発表を行うには2022年度の予算が必要になる。その予算を繰り越した。
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Research Products
(7 results)
