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» 2015年11月12日 12時00分 UPDATE

CAE事例:リコーダー内部の複雑な空気の流れを解析し、新しい楽器デザインへ

リコーダーを演奏する際の楽器内部の複雑な空気の流れがどのように発生し、どのように音が広がり空気中を伝わっていくかを予測。解析結果を生かした研究で将来の楽器デザインの革新へつなげる。

[小林由美,MONOist]

 ヴァイナスは2015年11月12日、豊橋技術科学大学による管楽器内部における空気挙動と音伝達の解析事例を発表した。この事例ではリコーダーを演奏する際の楽器内部の複雑な空気の流れがどのように発生し、どのように音が広がり空気中を伝わっていくかを予測した。同社が販売する流体解析用高品質メッシュジェネレータ「Pointwise (ポイントワイズ)」(開発元は米Pointwise)が使用された。

 これまで多くの研究者が、フルートやリコーダーなどの管楽器のパイプ内の渦との共振からなる流体音響相互作用現象について、「Howeの渦理論」などの理論解析や簡略化した形状に対する解析を用いて調査してきたが、楽器内部の圧力・密度の変動や渦の発生のメカニズムは詳細に解明されていなかったという。

 同校ではそれを解明するために、リコーダー内部の空気の挙動を詳細に捉えるために8200万点のリコーダーのメッシュモデルをPointwiseで生成。同校の内製コード「AADNS(Aeroacoustic Direct Numerical Simulation)」を用いて、スーパーコンピュータ「FX10」(東京大学、九州大学)の約100ノードを費やし、約2週間かけて大規模な解析を実行した。

 今回の解析に携わった同校 機械工学系 助教 横山博史氏は、今回の結果を生かし、楽器形状が音に及ぼす影響を明らかにしていくことで、将来の楽器デザインの革新に貢献できるとしている。

yk_Pointwise_toyoh_01.jpg リコーダーの計算領域設定
yk_Pointwise_toyoh_02.jpg リコーダーに切られた非構造四面体メッシュ
yk_Pointwise_toyoh_03.jpg 解析に用いた長方形解析メッシュ
yk_Pointwise_toyoh_04.jpg t=0(共振管の中心線上が最大時)(左図)リコーダーの周りの変動圧力P‘(中図)エッジの周りの変動圧力P‘と渦(右図)速度勾配と等値面と渦の輪郭

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