| 研究課題/領域番号 |
25400398
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 愛知教育大学 |
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研究代表者 |
矢崎 太一 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (20144181)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | Thermoacoustics / Sound Synchronization / Sound Intensity / Nonlinear Acoustics / Bifurcation / Heat Engine / Sound Source |
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| 研究概要 |
複数の振動子間で発生する周期的同期現象は非線形現象の代表でもあり多くの分野に共通する普遍的現象の一つである。 これまでに提案されている理論的研究は，主として位相空間（位相モデル）での理解であり，それらは気柱音響振動系・電気回路及び生物系など多くの分野で実験的検証がなされている。本研究で注目するのは熱音響振動系における強制同期現象（相互同期を含む）で，主たる目的はエネルギー流束測定を通じて同期振動を維持しているpower source（音源）を実験的に明らかにすることである。
気柱共鳴管内部の気体（空気）に温度勾配をつけ平衡状態から遠ざけていくと，気柱は共振周波数で自発的に振動しだす。この自励振動発生の分岐と，外部からスピーカで周期的外力を加えたとき，この系が示す強制同期現象の分岐構造を実験的に明らかにした。外力が小振幅領域ではSaddle-Node分岐が，また大振幅領域ではTorus-Death分岐が観測された。外力振幅（Coupling-Strength）と周波数差（Frequency-Detuning）の空間で，この系の示す分岐図（Arnold-tongue）を実験的に作成することができた。 さらに1：1強制同期現象の場合の音響強度（Energy density flux）が光計測（LDV）を用いて測定された。たとえ小振幅の外力が自励振動の位相を引き込んでも，また大振幅の外力が自励振動の振幅を抑制しても同期振動を維持している音源は外力であるスピーカではなく常に温度勾配にあるという意外な事実が実験的に明らかになった。さらに1：2同期振動についても同様の現象が観測された。これらの研究成果はすでにレター論文としてまとめられ出版されている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成25年度の主たる研究目的は，1：1強制同期現象の分岐図を実験的に作成し既存の力学モデルと比較することであった。LDVを用いた音響強度測定による実験は平成25年度後半から26年度に予定されていた。しかし，5月後半ころからアルゴンイオンレーザーの発振がし難くなり，レーザー管が切れる前に科研費による研究テーマのエフォートを大幅に増やした。実験は順調に進み 7月にはレター論文に必要な最低限の実験データを得ることができた。成果の一部は同年7月にJ. Phy. Soc. JpnのLetter版に投稿し10日ほどで受理され，2013年10月には出版されるに至った。その後レーザー管は切れたが，科研費の前倒し請求が認められ平成26年度に予定していたレーザー管を平成25年度に取り換えることができた。「科研費の前倒し請求」が認められたことも，予定以上に研究が進んだ理由の一つである。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度に行われたエネルギー流束密度（音響強度）測定により1：1同期振動を維持しているエネルギー源（音源）が実験的に明らかになった。周期的外力が位相を引き込んでも振幅を抑制しても，外力は音源には成り得ないという予想外の実験結果だった。 外力は同期振動の振幅や周波数を支配しても振動を維持するためのエネルギーは供給していないことになる。同期現象の理解を位相空間からエネルギー流束（音響強度）という違った切り口で捉えると，これまでの理論や実験では予測されない現象が見られ，今後新たな展開が予想される。これらの事実を補強するため，平成26年に予定されている相互同期現象の実験の前にエネルギー流束密度測定のさらなる詳細な実験を優先して行う予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成25年度前半, LDVの光源であるレーザー管が発振しにくくなり，同年7月には使用できなくなった。科研費の前倒し請求をして認められたため，アルゴンイオンレーザー管を購入することができた。これに伴い科研費テーマのエフォートが増し，学会出席や資料収集などが難しくなり旅費に余りが生じた。
平成26年度の直接経費額 600,000円 と平成25年度の余剰額 77,815円は以下のとおり使用する予定です。 ① 物品費 477,815円（パソコン，波形解析ソフトなど)， ② 旅費 150,000円（学会・研究会および資料収集)， ③ 謝金 50,000円 (研究補助等)， ④ その他 特になし。
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