| 研究課題/領域番号 |
16K05477
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
高見 利也 大分大学, 理工学部, 教授 (10270472)
小林 泰三 帝京大学, 福岡医療技術学部, 准教授 (20467880)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 流体音 / 木管楽器 / 遅延方程式 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、管楽器の発音機構の物理的な解釈を与えることである。解析には、流体-音響的なアプローチと遅延方程式を用いたアプローチの２種類の方法が使われる。
流体-音響的なアプローチは流体音響理論に基づいた厳密な方法で、圧縮流体の数値計算を用いてエアリード楽器の解析を行い、流体音源とそこからの流体音発生の機構について解析する。
まず、エアリード楽器の音源となるエッジトーンの解析では、圧縮性DNSを用いた高精度計算を行い、マッハ数が低い領域のエッジトーンの再現に成功した。今後長時間の解析を行うことで、ジェットの速度と音圧の関係を定量的に議論できることが可能になり、さらに、Lighthillの音響的類推理論に用いて流体音発生のメカニズムの厳密な解析を行ことも可能であると考えられる。
エアリード楽器の解析では、現実のオルガンパイプの近い２次元モデルの解析を行い、フットと呼ばれる空気貯めがヘルムホルツ共鳴器の役割を果たし、そのヘルムホツル周波数を適切に調整すると楽器の発音が安定化することを突き止めた。
音孔の開閉を再現する解析に成功した。これにより音孔の開閉に伴う音場と流体場の変化を議論することが可能になった。
遅延方程式の解析では、２つの音孔を取り付けた円筒管に相当する３重遅延系のモード選択則の解析を行い、発振に適した音孔の配置(適合条件)と適してない配置(非適合条件)があることを突き止めた。また、正負の遅延を持つ２重遅延系では、モード選択則が大きく変化することを突き止めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
エッジトーンの解析では、当初の予定どおりDNSの解析に成功した、これにより低マッハ数領域のエッジトーンの発音機構の厳密な基礎解析の道が開けた。さらに、２次元ではあるが小型のエアリード楽器のDNSを用いた解析の可能性が開けた。
オルガンパイプの研究でフットの力学的な役割を解明したことは、エアリード楽器の発音機構を考える上で大きな進展である。また、オルガンパイプの設計等にも重要な知見を与えると考えられる。
音孔の開閉の解析が成功したことにより、ピッチが変化するときの過渡的な現象を再現することが可能になり、音孔の設計等への応用が期待できる。また、本解析は、楽器の問題だけでなく開閉弁が関係する流体音響の問題に応用可能である。
遅延方程式のモード選択則の基礎的な性質が明らかにすることができた。この結果は、遅延方程式をモデルとする様々な現象の解析に応用可能であると考えられる。
これらのことから、計画は概ね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策は以下の通りである。
まず、エッジトーンの解析においては、ジェットの流速を変えた計算を行い、それに伴う音響エネルギーの変化を調べ、初年度に行ったLESの結果と比較し、LESの精度について検討する。また、Lighthillの音源項を計算し、放射される音圧との関係を調べる。さらに、可能であれば、DNSを用いた２次元小型エアリード楽器の解析を行う。
エアリード楽器の解析では、３次元モデルのより厳密な解析を行い。Howeのエネルギー推論を用いた音響エネルギー発生の評価を行う。また、３次元オルガンパイプモデルの計算を行いフットの役割についてより厳密な解析を行う。ヘルムホルツ共鳴器を持つオカリナの解析も行う予定である。
音孔の問題では、３次元解析を行い、音孔の開閉に伴う音場と流体場の変化について検討する。特に、異音発生の原因となる渦の発生に着目する。
遅延方程式の解析では、これまでに見つかったモード選択則のメカニズムの数学的な基礎づけに挑む。特に、背後にある分岐構造のメカニズムについて解析を進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由：一昨年度の繰越し金を含めた昨年度の直接経費は1,498,764であったのに対し、支出額は914,986円であった、項目別に見ると、当初60万円としていた旅費の使用額が235180円と少なくなったことが大きな要因である。これは、昨年度は研究に集中したために、国際会議等の成果発表が少なかったためである。
使用計画：今年度は最終年度であるので、成果報告を中心に予算を使う予定である。具体的には、プレゼンテーションに必要なノートパソコン、旅費、論文投稿料等に当てる。
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