3 . 3. 5 C u r l e
の 理 論 の 音 源 とP o w e l l ‑ H o w e
の 理 論 の 音 源 の 違 い 本 実 験 に お い て 測 定 し た デ ー タ の み で は Powell‑Ho¥veの 理 論 を 厳 密 に 検 証 す る こ と は で き な い が ， 前 節 ま で の 検 討 結 果 か ら 本 実 験 結 果 に 対 しては，Powell‑Howeの理論が適合し， Curleの 理 論 は 適 合 し な い と 考 え る こ と が で き る . そ の 理 由 に つ い て 以 下 で 考 察 す る本 実 験 に お い て 平 板 上 の 物 体 か ら 誘 起 さ れ る 流 れ の 乱 れ は ， 鈍 頭 物 体 後 部 に 形 成 さ れ る カ ル マ ン 渦 の よ う に 大 規 模 構 造 で は な く ， し か も 各 渦 は 非 常 に 不 規 則 性 に 富 む も の で あ る と い う こ と が ， ま ず 特 徴 と し て 挙 げ られる し た が っ て 本 実 験 は こ の よ う な 小 規 模 の 不 規 則 な 渦 の 影 響 が 平 板 表 面 の 圧 力 変 動 と し て 反 映 さ れ に く い 流 動 条 件 に あ る と い え よ う
物 体 表 面 上 の 圧 力 変 動 の 物 体 形 状 に よ る 差 異 は ， 以 下 の 要 因 に よ る と 考 え ら れ る . す な わ ち 図 3.2 9に 見 ら れ る よ う に r/h=Oの 前 向 き 段 差 で は ， 速 度 変 動 の 強 さ の 最 も 大 き な 部 分 と 物 体 と の 聞 に は い わ ゆ る 死 水 域 が 形 成 さ れ て い る た め ， さ ら に 速 度 変 動 が 平 板 表 面 に 反 映 さ れ 難 く ， 平 板 表 面 の 圧 力 変 動 は 比 較 的 小 さ い . そ れ に 対 し て r/h=0.14や 0.29の前 向 き 段 差 の 場 合 に は 速 度 変 動 の 大 き い 領 域 が 平 板 に 近 づ く た め ， 図 3.
2 2に 示 す よ う に 平 板 表 面 上 の 圧 力 変 動 は 比 較 的 大 き く な る .
一方 速 度 変 動 の 強 さ は r/h=Oの 前 向 き 段 差 の 方 が，r/h二 0.14や 0.29の 前 向 き 段 差 の 場 合 よ り 大 き く ， 図 3. 1 9に 示 す 発 生 音 の レ ベ ル は 速 度 変 動 の 強 さ の レ ベ ル に よ く 対 応 し て い る . こ の こ と は 渦 の 非 定 常 運 動 に よ
る 空 間 双 極 子 の 方 が 物 体 表 面 の 圧 力 に よ る 双 極 子 よ り も 支 配 的 で あ る こ と を 表 し て い る と 考 え ら れ る .
ちなみに Curleの 理 論 が よ く 適 合 す る こ と が 知 ら れ て い る カ ル マ ン 渦
(9)の 場 合 と の 違 い を 考 察 す れ ば ， カ ル マ ン 渦 の 場 合 は 騒 音 の 原 因 と な る 圧 力 変 動 ( 密 度 変 動 〉 を 誘 起 す る 流 れ の 舌 し れ の 成 分 が ， 考 え て い る 場 の 大 き さ と 同 等 の 組 織 的 大 規 模 構 造 を 有 し て お り ， さ ら に は 音 源 と な る 渦 の 非 定 常 運 動 ， つ ま り 渦 の 生 成 が 物 体 表 面 に 近 接 し た 領 域 で 起 こ る . そ の た め ， 渦 の 非 定 常 運 動 が 物 体 表 面 上 の 圧 力 に 直 接 反 映 さ れ 易 く ， した
S 7
が っ て 圧 力 の 相 関 面 積 も 大 き く な っ て ， 渦 に よ る 空 間 双 極 子 音 源 と ， 物 体 表 面 上 の 圧 力 に よ る 双 極 子 音 源 と が 等 価 と な り ， 物 体 表 面 上 の 圧 力 変 動 の み で 騒 音 源 を 表 し た Curleの 理 論 で も よ く 適 合 す る も の と 考 え ら れ
る.
3. 4
結 言流 れ の 中 に 存 在 す る 物 体 か ら 発 生 す る 空 力 騒 音 に 対 し て 従 来 提 案 さ れ て い る 理 論 を 検 討 し た 結 果 ， 以 下 の 知 見 を 得 た .
( 1 ) Powell‑Howeの 理 論 に よ る ， 流 れ 場 の 中 の 渦 に よ る 音 源 は ， 速 度 変 動 を 用 い て 近 似 的 に 表 さ れ る . こ の 式 に よ り 実 験 結 果 を 近 似 的 に 検 証 す る こ と が で き る .
さ ら に 剥 離 流 れ か ら の 騒 音 の 基 本 的 な 発 生 機 構 を 風 洞 試 験 に よ り 検 討 し た 結 果 以 下 の 知 見 を 得 た .
( 2 ) 平 板 上 に ク サ ビ 状 の 突 起 を 設 置 し た 場 合 の 剥 離 流 れ か ら 発 生 す る 空 力 騒 音 に は ， 基 本 的 に 次 の 2種 類 が 存 在 す る .
(a)気 流 中 で 発 生 す る 流 体 音 ( 気 流 音 〉
(b)気 流 の 乱 れ に 励 起 さ れ る パ ネ ル 振 動 に よ る 音 (パネル振動音〉
( 3 ) パ ネ ル 振 動 音 は パ ネ ル の 曲 げ 剛 性 が 低 い 場 合 に 低 周 波 数 域 で 支 配 的 と な る . た だ し 曲 げ 剛 性 の 高 い パ ネ ル で も 共 振 周 波 数 で は パ ネ ル 振 動 音 が 発 生 す る .
( 4 ) パ ネ ル 振 動 音 の 強 さ は 速 度 の 4乗 に 比 例 し ， 単 極 子 音 源 に 因 っ て お り ， 気 流 音 の 強 さ は 速 度 の 6乗 に 比 例 し ， 双 極 子 音 源 に 因 っ て いる.
ま た 結 論 (2 ) に お い て 明 ら か に し た 気 流 音 に つ い て 風 洞 試 験 に よ り 詳 細 に 検 討 し た 結 果 ， 以 下 の 知 見 を 得 た .
5 8
( 5 )前 向 き 段 差 の 角 の 半 径 rが 増 加 し て 角 が 丸 み を 帯 び る ほ ど 発 生立 は 減 少 し ， く さ び 状 の 先 端 を も っ 突 起 か ら 発 生 す る 音 の レ ベ ル は， 前 向 き 段 差 の 角 の 半 径 rが Oの 場 合 よ り 低 い.
( 6 ) Curleの 理 論 で 主 音 源 と さ れ る 平 板 表 面 の 圧 力 変 動 に よ る 寄与は， 平 板 上 で の 圧 力 変 動 の 相 関 面 積 を 考 慮 し で も ， 本 実 験 に お け る 物 体 形 状 の 違 い に よ る 発 生 音 の 相 対 差 と は 傾 向 が 著 し く 異 な り ， ま た 逆 の 傾 向 の 場 合 も あ る .
( 7 ) Powell‑Howeの 理 論 で主 音 源 と な る 物 体 に よ っ て誘 起 さ れ た 渦 と 近 似 的 に 等価 な 速 度 変動 の 強 さ は ， 本 実 験 に お け る 物 体 形 状 の 違 い に よ る 発 生 音 の 相 対 差 と 傾 向 が一致 し ， 定 量 的 に も 概 ね 対 応 す る.
( 8 ) 流 れ の 中 に物 体 が置 か れ た 場 合 に 発 生 す る 騒音 の 音 源 を 調 査 し た り 予 測 す る ためには， 一般 的 に は 流 れ 場 の 中 の 渦 ， あ る い は 近 似 的 に は 速 度 変 動 に も 着 目 す べ き で あ る . 物 体表 面 上 の 圧 力 変 動 は 計 測 が 比 較 的 容 易 で あ り ， 発 生 音 と 整 合す る 例 が 多 数報 告 さ れ て い る が ， そ れ は 渦 が 物 体 に 近 接 し ， 物 体 表 面 上 の 圧 力 に 直 接 反 映
し て そ れ が 支 配 的 に な っ て い る 場 合 に の み 妥 当 性 を 持 つ
参 考 文 献
(1) Curle， 1¥. The influence of solid boundaries upon aerodynamic
sound" ， Pro. Roy. Soc. Lond.， A231 (1955)， 505‑514.
(2) Powell， A. ， Theory of Vortex Sound" ， J. Acoust. Soc. Am.， Vol. 36， No. ，1 (1964)， 177‑195.
(3) Howe， M.. S. ， Contribution to the theory of aerodynamic sound， with application to excess jet noise and the theory of the flute" ，
J. Fluid Mech. Vol. 7 ，1 part 4， (1975) ， 625‑673.
(4) Sharland， "1. J. Sources of noise in axial flow fans" . J. Sound Vib. (1964) 13 ， 302‑322
O J
5
( 5 ) B l a k e
，W . K . Mechanics o f F l o w ‑ I n d u c e d S o u n d a n d Vibration V o l u m e
1" ，Academic P r e s s . I n c . ( 1 9 8 6 )
( 6 ) B u c h h e i m
，R .
，Dobrzynski
， W.，M a n l
くa u
，H.，S c h w a b e . D . V e h i c l e i n t e r i o r n o i s e r e l a t e d t o e x t e r n a l a e r o d y n a m i c s "
，I n t .
J.o f Vehicle D e s i g n
，S p e c i a l Publication S P 3
，( 1 9 8 3 )
，1 9 7 ‑ 2 0 9 .
(7)柴 田 勝 彦 ， 西 村 正 治 ， 五 十 嵐一弘， 高 速 走 行 車 両 の 車 外 騒音"
三菱重工技報， Vo1.29， No.6， (1992‑11)，495‑498
(8)子安勝ほか編， テ キ ス ト ブ ッ ク 音 響 入 門 " ， 日 本 音 響 材 料 協 会