自動車の車体周りの気流による空力騒音に関する研 究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

自動車の車体周りの気流による空力騒音に関する研 究

小池, 勝

九州大学工学機械科学

https://doi.org/10.11501/3134858

出版情報：Kyushu University, 1997, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：

一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ‑ ー ^{ー ￨}

自 動 車 の 車 体 周 り の 気 流 に よ る 空 力 騒 音 に 関 す る 研 究

199 8

年

小 池 勝

第 1章 序 論 1.  1 

1.  2  1.  3  1.  4  1.  5 

目 次

剥 離 流 れ に よ る 広 帯 域 音 の 発 生 機 構 乗 用車の ノ ー ズ 形 状 と 発 生 音

ウ ェ ザ ス ト リ ップ の 遮 音 性 能 ウ イ ン ド ス ロ ッ フや

自 然 風 に よ る 空力 騒 音 の 変 動 現 象 参 考 文 献

1 2 3 4 5 5 6  

第 2章 自 動 車 に お い て 発 生 す る 空 力 騒 音 の 概 要 一‑一... ...  ...  8 

2.  1  空 力 騒 音 の 寄 与 度 ••• ••• ••• ...一‑一....  ...  ...  ...  ... ... ...  8 

2.  2  空 力 騒 音 の 種 類 参 考 文 献

第 3章 剥 離 流 れ に よ る 広 帯 域 音 の 発 生 機 構 17 

12  15 

3.  1  流 れ の 中 に 物 体 が 存 在 す る 場 合 の 発 生 音 の 理 論

17  Curleの 理 論

3.1.  1  3.1.  2  3.1.  3 

Powell‑Howeの 理 論

Powell‑Howeの 理 論 と Curleの 理 論 と の

差 異 の 物 理 的 解 釈 19 

17  19 

3.  2  パ ネ ル 振 動 音 と 気 流 音 の 発 生 に 関 す る 風 洞 試 験 結 果

21  3.2.  1  実 験 装 置 及 び 方 法 一・・・・・・・・・・…ー・…・・一一 21 3.  2.  2  実 験 結 果 と 考 察 ……... ... ...  ...  ...... ...  ...  23 

3 .   3 

気 流 音 と 流 れ 場 の 関 係 に 関 す る 風 洞 試 験 結 果 ... 

39 

3.3.  1 

実 験 装 置 及 び 方 法 一，....…・・・・…一....  ...一

39

一 一一一一一一一一 一一一一 一ーーー 」

3.  3.  2  物 体 形 状 に よ る 発 生 音 の 変 化 一....  ...  ...  41  3. 3.  3  物 体 表 面 上 の 圧 力 変 動 と発生音 と の 関 連

(  Curle

の 理 論 の 検 証) 44  3.3.  4  気流 の 速 度 変 動 と 発 生音 と の 関 連

(  Powell‑Howe

の 理 論 の 検証〉

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

5 2  

音 源 の 違 い ^tヴ

o δ n y R υ F D R υ  

3.  4  結言 参 考 文 献

第 4章 乗 用 車 の ノ ー ズ 部 の 形 状 と 発 生 音

4.  2.  2  ノ ー ズ 形 状 の 影 饗

1 2 2 2 5 5 0 6  

ρり

ρO

氏U氏

U Q U

氏

U 庁

i門i

4.  1 

実 験 装 置 及 び 方 法

4.1.  1 

模 型 風 洞 試 験

4.  1 .   2 

実車 風 洞 試 験

4.  2 

実 験 結 果 及 び 考 察

4.  2.  1  模 型 試 験 で の 暗 騒 音 お よ び 相 似 則

4.  3  ^J11口 仁 コ^士三2・

参 考 文 献 76 

第

5

章 空 力 騒 音 に 対 す る ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 ^{‑・・ ・・・・・・} 77 

5 .   1 

ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ を 透 過 す る 空 力 騒 音 の 寄 与 度 . ._{.  77} 

5 .   2 

ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 の 予 測 手 法

. . .  

...  ...  ₇₉ 

5 .   2 .  

多 重 壁 の 透 過 損 失 の 推 定 ...  ...  ...  ...  ...  ... ...  79 

5 .   2 .   2 

複 雑 な 形 状 の ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の モ デ ル 化

...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ... 

8 2  

5 .   3 

ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 透 過 損 失 の 計 測 方 法 ...  ...  ... 

84  5 .   4 

透 過 損 失 の 推 定 値 と 実 験 値 の 比 較 ‑・・・・・・・・・・・・・・

85 

日

5.  5  ウ ェ ザ ス トリ ッ プ の 遮 音 性 能 の 向 上 手 法 …一....  85  5.  6  結 言 ••. •.• ••. .... ....…一..... ..  ......…・ー・一......… ・・・….... ...  89  参 考 文 献 …・・・一‑…・…・・ ・・・ー・・ 一 一......…・・・… 一....  89 

第 6章 ウ イ ン ド ス ロッ ブ の 発 生 機 構 と 防止手 法 90  6. 1  キ ャ ビティ ト ー ン と ヘ ル ム ホル ツ の 空 洞 共 鳴 の 周 波 数

90  6.  2  模 型 試 験 ••• .•• ^{.，.  ...  ...  ...  ...  ... ... ...  ...  ...  ...  ... ...  '" ...}  92  6.2. 1 実 験 方 法 一....  ...  ...  ...  ...  ... ...  ' "..  .... .  ... ...  92  6. 2.  2  模 型 試験結 果 一......  .... .. ......  ....一・・・・・・・・・・…一 94 6.  2. 3  境 界 層 の 特 性の影 響 一......  ...一....  ...  ...  ...  ...  96  6.  3  実 車 試 験 一......  ...  ..・…・・・・ 一.. ....  ..... ....  ....  .....  ..一一....  ...  ...  97  6. 4  流 れ の 可 視化試 験 一......  ....  ....  ....  ....  ....一....  ...  ...  ...  100  6.  5  流れノミタ ー ン の 数 値 計 算 結 果 ・・・ー・・・・・・・…・…… 104 6.  6  防止手 法 ••• ••• ....  .... ....  ••• .... ••• .... ...一.... ... ...  ...  ...  107  6.  7  結 言 ••• ••• ••• ••. ••• .•• •.• ••• .•• ••• ••• ••• ••• ^{，.. ... ...  ... ...}  107  参 考 文 献 … 一....  ...  ...  ... ... ... ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  109 

第 7章 自 然 風 に よ る 空力 騒音の 変 動 現 象 ー・・・・ー・ー・・・・一‑…一 110 7.  1  実験 装置及 び 方法 一.....  ....  ....  ... ....…... ... •.. ...  ...  110 

7.  2  実験結 果及 び 考 察 112 

7.2. 1  実走 行 時 の 音圧 ， 風 速 ， 風 向 の 変 動 一 112 7.  2.  2  定 常 風 下 と 変 動 風 下 の音圧 レ ベ ル の 関 係

115  7. 2.  3  音圧 変 動 と車体 形 状 ー・・・・・・・ー・….....  ...一 119 7.  3 結言 一....  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  ...  '  ."..  ...  ...  124 

参考 文 献 … ・ ・ … … … … 124 

一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ー 一 ー ^￨ 

第 8章 結 論

8.  1  8.  2 

8.  3  8.  4  8.  5 

謝 辞

1 2 η ο 4 F D   x x x x x  

‑司i・'i・司i・胃i・市i

d d d d d   n n n n n  

ρ u ρ u ρ u ρ u ρ u  

p p p p p   p p p p p   A A A A A  

参 考 文 献

剥 離 流 れ に よ る 広 帯 域 音 の 発 生 機 構

125  125  126  12i  12 i  127  乗 用 車 の ノ ー ズ 形 状 と 発 生 音

空力 騒 音 に 対 す る ウ ェ ザ ス ト リ ップ の 遮 音 性 能 ウイン ド ス ロ ッ ブ の 発 生 機 構 と 防 止手法

自 然 風 に よ る 空 力 騒 音 の 変 動 現 象

128 

込刑

法 論 じ 理

凶 の

+し

ρ U

カ

d

‑ H u  

T U ρ U  

129  134  139  143  146  150  Powell‑Howeの 理 論

PowellHoweの 理 論 と Curleの 理 論 の 関 連 数 式 の 変 形

lV 

一 一一一一一一一 一一 一 一三一一 一二 」

記 号 表 A 

:キ ャ ビ テ ィ 関 口部の面 積

α。 音 速

di 壁 iと壁 i+ 1の聞 の 距 離

1 

:周波数

1 1  : 

1次共 振周波数

I c 

: 壁 の コ イ ン シ デ ン ス 周 波 数 (第 5章 〉

九

: キ ャ ビ テ ィ ト ー ン の 周 波 数 (第 6章〉

ん

: ヘ ル ム ホ ル ツ の 空 洞 共 鳴 周波 数 h  :段差や 突 起 の高さ (第 3章〉

h  : キ ャ ビ テ ィ 開 口 部 の 長 さ (第 6章〉

h  : フ ロ ン ト ピ ラ 一 部 の モ ー ノ レ の フ ロ ン ト ウイ ン ド シ ー ル ド に 対 す る 高さ(第 7章 )

1  :音の 強 さ (イ ン テ ン シ テ ィ 〉 10 音の 強 さの基 準値 (三10‑

1 2

_wat山

2 )

Is 物 体表 面 の 圧 力変 動 の 強 さ L  : 音 源 の 代表 長 さ

: キ ャ ビ テ ィ 開 口 部 の長 さ (第 6章〉

lωlcz 相 関長 さ (第 3章)

l.  i方 向 の 法 線 ベ ク ト ル ( 第 3章 ) M  : マ ッ ハ 数 (三U_o/α

。 )

m 面 密 度

n 壁 の 数

P_i 入 射 音 圧 (第 5章〉

P'n 透 過 音 圧 (第 5章〉

P 

:圧力 Pa  .音 圧

Ps 物 体 表 面 の 圧 力 変 動

Plj 圧縮性の応力テン、ノ川三pδtjdtj)

~ = ‑liP ji

PFL 圧 力 変 動 の れ の レ ベ ル (三川

Ri  . 壁 の 抵 抗 係 数

Y  観 測 点 と 音 源 と の 距 離 ( 理 論 )(三x‑y

  ) l

Y  : 段 差 の 角 の 丸 み ( 実 験 )

S  面 積 5_ij  : 粘 性 応 力 5_c  : 相 関 面 積 5t  ス ト ロ ハ ル 数

t  :時 間

遅延時間(三t‑r/α

。 )

~ 音 響 的 応 力 テ ン ソ 川 三ρUiUj+ P  ‑ji

ψ δ

^ij) 

TL  :音 響 透 過 損 失 U

。

^{主 流 速 度}

U  . 渦 の 移 流 速 度

u  : 速 度 ベ ク ト ル(三(Up引

3 ) )

U二

l u l =  .Ju ~ + u ~ +u~

U  Uの 時 間 平 均 値

U'  Uの 変 動 の 強 さ V  :体 積

W  : 発 生 音 の パ ワ ‑

x 観 測 点 の 座 標 (三(叫んx₃₎)

y  :音源の座標(三

( Y P Y 2 ' Y 3 ) )

( x

，y，

z ) 

: 実 験 に お け る 座 標 系

r 

: 相 関 係 数 ( 第 3章〉

ァ : 空 気 の 伝 搬 定 数 ( 第 5章〉

Vl 

一 一一一一一 一一一一ー 二二三二一一 ￨ 

d.x  2個 の 熱 線 風 速 計 の 間 隔 f..y  : 2点 の 風 速 変 動 の 位 相 差

5 1 } 

:クロネッカのデノレタ

。

:音源面と

( x‑ y )

と の な す 角 ( 第 3章〉

θ  : 壁 に 対 す る 音 の 入 射 角 ( 第

5

章〉

λ  :波長

p  :空気密度

ρ

。

: 空 気 密 度 の 時 間 平 均 値

て : 音 の 透 過 率 ( 第

5

章 )

て : 遅 延 時 間 ( 第 6章〉

UJ  : 渦 度 ( 第 3章〉

ω=2π

f 

(第 5章〉

第 1 章 序 論

自 動 車 の 静 粛 性 を 向 上 す る た め に は ， 空 力 騒音の 低 減 が ， エ ン ジ ン や タ イ ヤ か ら の 騒 音 の 低 減 と 並 ん で ， 最 重 要 課 題 の一つ で あ る . エ ン ジ ン や タ イ ヤ か ら の 騒 音 の 強 さ は 車 速 の 約 2乗 に 比 例 し て 増 加 す る の に 対 し て ， 空 力 騒 音 は 車 速 の 約 6乗 に 比 例 す る た め ， 車 速 が 高 い 程 寄 与 度 が 大 き く な り ， 最 近 の 乗 用 車 で は 車 速

1 2 0 k m / h

で 寄 与 度 は

4 0

児 以 上 に 達 す る . 近 年 の 自 動 車 は 動 力 性 能 が 向 上 し ， ま た 高 速 道 路 の 整 備 も 進 み ， 高 速 で 走 る 機 会 が 増 え て お り ， ま た 将 来 高 速 道 路 の 制 限 速 度 を 増 や す 動 き も あ る こ と か ら ， 空 力 騒 音 の 低 減 技 術 の 開 発 は ま す ま す 重 要 に な っ て い る .

自 動 車 以 外 の 分 野 で も 空 力 騒 音 の 研 究 は 重 要 度 を 増 し て い る . 例 え ば 新 幹 線 で は 新 型 車 両 の 高 速 化 に よ っ て ， パ ン タ グ ラ フ や ル ー バ 一 等 か ら 発 生 す る 空 力 騒 音 が 周 辺 環 境 に 及 ぼ す 影 響 が 増 大 し ， ま た 航 空 機 で も 従 来 か ら 空 港 周 辺 の 騒 音 が 問 題 と な っ て い る が ， 支 配 的 な 騒 音 源 は 空 力 騒 音 で あ り ， そ の 低 減 技 術 開 発 が 社 会 的 に も 不 可 欠 と な っ て い る また身近な所でも，

空 調 機 器 や 換 気 扇 な と か ら 空 力 騒 音 が 発 生 し て お り ， そ れ ら の 低 減 技 術 開 発 も 盛 ん に 進 め ら れ て い る . 自 動 車 の 空 力 騒 音 も 発 生 メ カ ニ ズ ム は 上 記 の 例 に 共 通 の も の が あ り ， そ の 低 減 研 究 の 成 果 は ， 他 の 工 業 製 品 へ も 波 及 す

る 可 能 性 が あ り ， そ の 社 会 的 な 意 義 は 大 き い .

空 力 騒 音 は ， 大 き く 分 類 し て 単 極 子 音 源 ， 双 極 子 音 源 ， 4重 極 子 音 源 の 3種 類 に 分 類 で き る .単 極 子 音 源 は 流 体 の 湧 き 出 し ゃ 吸 い 込 み に よ る も の で ， 自 動 車 で は エ ン ジ ン の 排 気 音 が 代 表 例 で あ る . 双 極 子 音 源 は 物 体 と 流 れ の 干 渉 に よ っ て 発 生 す る も の で ， 円 柱 等 か ら 発 生 す る カ ル マ ン 渦 に よ る 音 が 代 表 例 で あ る . 本 研 究 の テ ー マ で あ る 車 体 周 り の 気 流 に よ る 音 の 大 半 は 双 極 子 に 含 ま れ る .4重 極 子 音 源 は 気 流 の 中 の 応 力 の 変 動 か ら 発 生 す る も の で ， ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン の 騒 音 が 代 表 例 で あ る . こ の 4重 極 子 音 源 は 気 流 の 速 度 が 音 速 よ り も 十 分 小 さ い ， つ ま り マ ッ ハ 数 が 低 い 場 合 に は ， 双 極 子 に 比 べ て か な り 小 さ く ， 通 常 の 自 動 車 で は 無 視 で き る オ ー ダ ー で あ る .

本 研 究 で は 双 極 子 音 源 に 分 類 さ れ る 車 体 周 り の 気 流 に よ る 空 力 騒 音 を 、 な 対 象 と し ， エ ン ジ ン の 排 気 音 や 空 調 装 置 か ら の 音 は 対 象 外 と す る . た だ

し 気 流 に よ っ て 外 板 が 振 動 し て 発 生 す る 音 も 研 究 対 象 と し て い る

本 研 究 で は 自 動 車 の 空 力 騒 音 に 対 し て 様 々 な 角 度 か ら 検 討 を 加 え る ， す な わ ち 剥 離 流 れ に よ る 空 力 騒 音 の 発 生 機 構 ， 車 体 形 状 の 影 響 ， 空 力 騒 音 に 対 し て 特 に 重 要 な ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 ， サ ン ル ー フ 等 で 発 生 す る ウ イ ン ド ス ロ ッ ブ ， 自 然 風 の 変 動 が 空 力 騒 音 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 す る が ， そ れ に 先 だ っ て そ れ ぞ れ に つ い て 従 来 報 告 さ れ て き た 研 究 の 要 旨 と 本 研 究 の 位 置 づ け を 以 下 に 述 べ る .

1.  1  剥 離 流 れ に よ る 広 帯 域 音 の 発 生 機 構

車 体 周 り の 流 れ と 空 力 騒 音 と の 関 連 に つ い て は ， 車 体 表 面 の 圧 力 変 動 を 調 査 し た StaplefordとCarr(!)，(2)の 報 告 ， 車 体 表 面 の 圧 力 変 動 が 外 板 の 振 動 を 励 起 し ， そ の 振 動 に よ り 車 室 内 に 音 が 放 射 さ れ る と い う モ デ ル に よ り 車 室 内 音 の 予 測 を 試 行 し た Buchheimら(3)の 報 告 ， 乗 用 車 の サ イ ド ウ イ ン ド ウ 上 の 圧 力 変 動 と 車 室 内 音 と の 関 連 に つ い て の Harunaら(4)の 報 告 な ど が 挙 げ ら れ る . ま た 基 礎 的 な 研 究 と し て 車 体 表 面 の 圧 力 変 動 ， 外 板 の 振 動

と 車 室 内 近 接 音 と の 関 連 を 実 験 的 に 検 討 し ， 局 所 的 な 圧 力 変 動 は 外 板 の 振 動 と 車 室 内 音 と に ほ と ん ど 関 連 が 無 い こ と ， 外 板 の 振 動 は 車 室 内 音 に 一 部 の 周 波 数 で し か 関 連 が 無 い こ と を 示 し た 浅 野 ら (5)の 報 告 が 挙 げ ら れ る . ま た 自 動 車 が 対 象 で は な い が ， 剥 離 流 れ に 関 す る 基 礎 的 な 研 究 と し て ， 迎 角 を も っ た 平 板 上 の 圧 力 変 動 と 放 射 音 と の 関 連 に つ い て の Siddon(S)の報告，

丸田ら(7)，(8)の 報 告 ， が 挙 げ ら れ る .

上 述 の よ う に 浅 野 らωは ， 限 ら れ た 実 験 の 範 囲 で は あ る が ， 車 体 表 面 の 圧 力 変 動 や 外 板 の 振 動 と 車 室 内 音 と は 直 接 的 に 関 連 し て い な い こ と を 明

ら か に し て い る .Buchheimらく3)の 報 告 で も ， 前 提 と し て い る 外 板 の 振 動 の モ デ ル の 妥 当 性 が 検 証 さ れ て い な い . ま た そ れ 以 外 の 報 告 は 全 て 物 体 表 面 の 圧 力 変 動 が 音 源 で あ る と い う Curle(9)の 理 論 に 基 づ く も の で あ る が ，

十 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ￨ 

そ の 適 用 性 は 検 証 さ れ て い な い .

C u r 1 e

の 理 論 は ， カ ル マ ン 渦 に よ る エ オ ル ス 音 に は 妥 当 性 を 持 つ と い う 報告C10;が あ る も の の ， 平 板 上 の 段差等で発生する広帯域の去Ij離流れに対

し て 適 用 で き る か 否 か は 実 証 さ れ て い な い . 実 際 ， 双 極子 音源 に 関 し て は

C u r 1 e

の 理 論 の 他 に ， 気 流 中 の 渦 も 音 源 で あ る と す る

P o w e 1 1

⁽¹¹) ‑

H o w e

^Cl2) 

の 理 論 も あ り ， ど の よ う な 音 源 モ デ ル が 適 切 で あ る の か に つ い て 検 証 さ れ た 例 は 見 あ た ら な い . た だ し ， 円 柱 か ら 発 生 す る エ オ ル ス 音 の よ う に 大 規 模 の 放 出 渦 か ら 発 生 す る 離 散 周 波 数 音 につ い て 数値計算し，

C u r 1 e

の 理 論 を用いた場合と，

Powe  1 1   ‑H o w e

の 理 論 を 用 い た場 合 で ， 両 者 よ く 一致 し た 結 果 が 得 ら れ た と い う 後 藤 らく13)の 報 告 が あ る .

こ の よ う な 問 題 に 関 し て ， 本 論 文 の 第 3章 で は パ ネ ル 振 動 に よ る 音 が ， 気 流 自 体 か ら 発 生 す る 音 に 対 し て 卓 越 す る 場 合 が あ る こ と ， お よ び そ の 条 件 を 明 ら か に し ， 更 に 気 流 自 体 か ら 発 生 す る 音 の 原 因 が

Cur1e

の 理 論 に よ る 物 体 表 面 の 圧 力 変 動 か ，

P o w e 1 1 ‑ H o w e

の 理 論 に よ る 気 流 中 の 渦 で あ る の かを， 2次 元 的 な 剥 離 流 れ 場 に つ い て 検 討 し た 結 果 に つ い て 述 べ る .

1.  2 

乗 用 車 の ノ ー ズ 形 状 と 発 生 音

体 形 状 と 発 生 音 と の 関 係 に 関 し て は ， ド リ ッ プ チ ャ ン ネ ル や フ ロ ン ト ピ ラ ー の 形 状 と 車 室 内 の 空 力 騒音 と の 関 連を 風 洞 試 験 に よ り 示 し た

Watanabeらく14)の 報 告 ， 車 体 表 面 の 圧 力 変 動 に 対 す る フ ロ ン ト ウ イ ン ド 傾 斜 等 の キ ャ ビ ン の 基 本 形 状 の 影 響 を 実 験 的 に 示 し た Sadakata^Cl5)らの報告 が 挙 げ ら れ る . こ の 中 で ド リ ッ プ チ ャ ン ネ ル や 段 差 等 の 車 体 の 細 部 形 状 が 車 室 内 音 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て は 明 ら か に さ れ て き た . し か し フ ロ ン ト ウ イ ン ド 傾 斜 等 の キ ャ ビ ン の 基 本 形 状 に つ い て は ， そ れ ら の 形 状 を 変 化 さ せ て 車 室 内 音 を 計 測 し よ う と す れ ば ， 遮 音 度 や 車 室 内 音 場 特 性 の 変 化 が 混 在 し ， 発 生 音 の 変 化 を 正 確 に 捉 え る こ と が 困 難 で あ る こ と か ら ， 模 型 の 表 面 の 圧 力 変 動 で 評 価 し て い る 例 が あ る が〈^l)，〈²⁾⁽¹⁵⁾， 前 述 し た こ と か ら も 考 え ら れ る よ う に ， そ の 圧 力 変 動 は 車 室 内 音 と 対 応 す る か 否 か は 不 明 で あ る .

つ )

一 一 一 一一一一一 一一一一一ー ￨

こ の よ う な 考 察 を 踏 ま え て ， 本 論 文 の 第 4章 で は 車 体 形 状 を 大 き く 変 更 さ せ た 場 合 の ， 車 外 で の 発 生 音 の 変 化 ， 車 室 内 の 音 の 変 化 ， 流 れ 場 の 変 化 を 関 連 つ け て 把 握 す る た め ， 車 体 形 状 と し て 乗 用 車 の ノ ー ズ の 長 さ の 変 化 を 選 ん だ . 実 車 の ノ ー ズ 部 分 を 切 断 し ， 異 な る 形 状 の ノ ー ズ に 変 更 す る こ

と は ， 遮 音 度 や 車 室 内 の 音 響 特 性 を 変 化 さ せ ず に す む た め ， 車 室 内 音 へ の 影 響 を 容 易 に 計 測 で き る . ま た 縮 小 模 型 を 用 い た 無 響 風 洞 で の 試 験 に よ り ， 車 外 へ 放 射 さ れ る 音 を 計 測 し ， 実 車 で の 車 室 内 音 と の 対 応 を 検 討 す る .

1.  3  ウ エ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能

ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ は ， 車 体 周 囲 で 発 生 す る 全 空 力 騒 音 の う ち 比 較 的 大 き な 音 が 発 生 し て い る 部 分 に 配 置 さ れ て い る こ と か ら ， そ の 遮 音 性 能 の 確 保 は 重 要 で あ り ， そ の た め 高 級 車 で は ド ア の 周 り に ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ が 2重 あ る い は 3重 に 設 定 さ れ て い る し か し ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 に 関

し て は 調 査 さ れ た 例 は ほ と ん ど 報 告 さ れ て い な い

一般 に 遮 音 性 能 に つ い て は ， 単 体 試 験 で は 数 m程 度 の サ イ ズ の 供 試 品 で 計 測 さ れ ， 単 純 な 構 造 の 供 試 品 の 場 合 に は 質 量 則 に よ く 一致 す る こ と が 知 られ(lU， ま た 車 な ど の 実 機 で は 構 造 物 の 内 外 の 音 圧 差 で 評 価 さ れ て い る . し か し ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の よ う に 小 さ く ( 数 cm) ) 複 雑 な 構 造 の 供 試 品 で は 遮 音 性 能 が 単 体 で 計 測 さ れ た り ， 理 論 的 に 予 測 さ れ た 例 は 見 あ た ら な

J ︑ .

U 

本 論 文 の 第 5章 で は ， ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 複 雑 な 形 状 の 断 面 を ， 壁 の 数 や 間 隔 が 異 な る 数 種 類 の 多 重 壁 が 複 数 集 合 し た も の と し て モ デ ル 化 し て 遮 音 性 能 を 予 測 す る 手 法 を 考 案 し ， そ れ を 実 車 に 使 わ れ て い る ウ ェ ザ ス ト

リ ッ プ に 適 用 し て そ の 遮 音 性 能 を 予 測 す る 一 方 ， 単 体 で の 遮 音 性 能 を 計 測 し ， 予 測 結 果 と よ い 一 致 が 得 ら れ た こ と に つ い て 述 べ る さ ら に 遮 音 性 能 の 向 上 手 法 の 例 に つ い て も ふ れ る

1.  4 

ウインドスロップ

ウ イ ン ド ス ロ ッ ブ に 関 し て は ， 乗 用 車 の サ イ ド ウ イ ン ド を 開 け て 走 行 し た 場 合 の 空 洞 共 鳴 の 周 波 数 と キ ャ ビ テ ィ ト ー ン の 関 連 を 報 告 し た

Bodger~ ¹⁷⁾ら の 報 告 が 挙 げ ら れ る サ ン ル ー フ の ウ イ ン ド ス ロ ッ ブ に 対 し て は ほ と ん ど の 車 で デ ィ フ レ ク タ に よ る 防 止 策 が 施 さ れ て い る が ， そ の 周 辺 の 流 れ 場 等 の 詳 細 な 現 象 に つ い て は ほ と ん ど 報 告 さ れ た 例 が な い .

本 論 文 の 第 6章 で は ， キ ャ ビ テ ィ ト ー ン を 誘 起 す る キ ャ ビ テ ィ 開 口 部 の 渦 の 発 生 ， 移 流 ， 衝 突 等 の 流 れ 場 を 速 度 変 動 の 計 測 ， 流 れ の 可 視 化 ， お よ び

C F D

に よ り 明 ら か に し ， ヘ ル ム ホ ル ツ の 空 洞 共 鳴 と の 連 成 が ど の よ う に 周 波 数 や 音 圧 レ ベ ル に 影 響 す る か に つ い て 述 べ る .

1.  5  自 然 風 に よ る 空 力 騒 音 の 変 動 現 象

空 力 騒 音 の 音 圧 レ ベ ル の 時 間 的 な 変 動 現 象 に 関 し て は ， 車 体 周 り の 風 向 変 動 よ り も 風 速 変 動 の 方 が 車 室 内 音 に 相 関 が 強 い 例 等 を 示 し た 炭 谷 ら (18 ) 

の 報 告 ， フ ロ ン ト ピ ラ 一 部 の 形 状 と 変 動 感 ( 官 能 評 価 〉 と の 関 連 を ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク を 用 い て 関 連 つ け た 織 田 らく19)の 報 告 が 挙 げ ら れ る . い ず れ も 実 走 行 で の 試 験 結 果 で あ る が ， 風 速 や 風 向 が 時 間 的 に 変 動 し な い 場 合 の 音 圧 レ ベ ル と ， 時 間 的 に 変 動 す る 場 合 の 音 圧 レ ベ ル の 違 い な ど の ， 基 本 的 な 現 象 は 解 明 さ れ て い な い .

本 論 文 の 第 7章 で は ， 風 速 や 風 向 が 時 間 的 に 変 動 す る 場 合 と ， 変 動 し な い 場 合 ( 無 風 の 中 を 走 行 す る 場 合 や 風 洞 試 験 と 等 価 〉 と の 現 象 の 違 い ， つ ま り 風 速 ， 風 向 の 時 間 微 分 が 音 圧 レ ベ ル に 影 響 す る か ど う か を 検 討 し た . さ ら に ， 再 現 性 に 乏 し い自 然 風 下 で の 走 行 時 に お け る 騒 音 の 音 圧 変 動 量 の 計 測 ， 評 価 方 法 を 考 案 ， 試 行 す る と 共 に ， 音 圧 変 動 量 の 低 減 手 法 の 例 と そ の 効 果 に つ い て 述 べ る .

只)

参 考 文 献

( 1 )  Stapleford

， 

W .   R .

， 

C a r r

， 

G .   W . Aerodynamic 

J¥

o i s e  i n  R o a d   Vehicles

， 

P a r t 1 :   T h e  Relationship Between Aerodynamic 

J¥

o i s e  a n d  t h e  

J¥

ature o f   t h e   A i r f l o w "  

， 

M I R A   R e p o r t  

¥i

o . 1 9 7 1 / 2 ( 1 9 7 0   1 1 ) .  

( 2 )  Stapleford

， W. 

R .

，  . .

Aerodynamic 

J¥

o i s e  i n   R o a d  Vehicles

， 

P a r t 2 :   A  S t u d y  o f  t h e  S o u r c e s  a n d  Significance o f  A e r o d y n a m i c  

J¥

o i s e  i n  S a l o o n   C a r s "  

， 

M I R A   R e p o r t   N o . 1 9 7 2 / 6  ( 1 9 7 2 ‑ 5 ) .  

( 3 )   B u c h h e i m

， 

R .

， 

D o b r z y n s k i

， W.， 

M a n k a u

， 

H .

， 

S c h w a b e

， 

D .

，

Vehicle  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 .  

( 4 )   H a r u n a

， 

S .

， 

Kamimoto

， 1.， 

Okamoto

， 

S . Estimation  Method  f o r   Automobile A e r o d y n a m i c  N o i s e "  

， 

S A E   9 2 0 2 0 5

， 

( 1 9 9 2 ) . 

(5)浅野孝品，高木通俊， 車 両 の 風 切 音 の 伝 達 経 路 に つ い て "

日 産 技 報 ， 第 2 9号，

( 1 9 9 1 ‑ 6 )

， 

7 4 ‑ 7 9 .  

( 6 )  S i d d o n

， 

T .   E .

，

Surface  dipole  s t r e n g t h   b y   cross‑correlation  m e t h o d "  

， J. 

A c o u s t .   S o c .   A m .

， 

V o

l. 

5 3

， 

N o . 2

， 

( 1 9 7 3 )

， 

6 1 9 ‑ 6 3 3 .  

(7)丸田芳幸，小竹進， 平 板 の は く 離 流 れ に 伴 う 騒 音 ( 第 1報 ， 騒 音 特 性 お よ び 発 生 機 構 ) " 日 本 機 会 学 会 論 文 集 ，

V o

l. 

4 6

， 

N o . 4 0 6

， 

( 1 9 8 0 ‑ 6 )

， 

1 0 5 5 ‑ 1 0 6 4 .  

(8)丸田芳幸，小竹進， 平 板 の は く 離 流 れ に 伴 う 騒 音 ( 第 2報 ， 騒 音 発 生 源 の 特 性 ) " ， 日本機会学会論文集，

V o

l. 

4 6

， 

N o . 4 0 8

， 

( 1 9 8 0 ‑ 8 )

， 

1 4 1 5 ‑ 1 4 2 6 .  

( 9 )   C u r l e

， 

N . T h e   influence o f   s o l i d  b o u n d a r i e s  u p o n  aerodynamic  s o u n d "  

， 

P r o .   R o y .   S o c .   L o n d .

， 

A 2 3 1   ( 1 9 5 5 )

， 

5 0 5 ‑ 5 1 4 .  

( 1 0 )

例 え ば ， 深 野 徹，

TALUKDER

， 

A .

， 

A .

，  一 様 流 中 の 傾 斜 平 板 か ら 発 生 す る 離 散 周 波 数 騒 音 に 関 す る 研 究 " ， 日本機会学会論文集，

V o

l. 

5 2

， 

N o . 4 8 0

， 

( 1 9 8 6 ‑ 8 )

， 

2 8 2 8 ‑ 2 8 3 6 .  

(11) Powell， A.  ， Theory of Vortex Sound" ， J. 九coust. Soc.  Am.，  Vol. 36^， ¥io.1 ， (1964)^， 177‑195. 

(12) 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. 

(13)後 藤 知 伸 ， 古 池 治 孝 ， 石 原 因 彦 ， 流体音 の 解 析 (CurleとHoweの 式 に よ る 結 果 の 比 較 " ， 日 本 機 械 学 会 第 7 3期 全 国 大 会 講 演 論 文 集 (V)， (1995‑9)， 163‑164. 

( 14) Wa t a n a b e ， M.， H a r i t a ， M.， H a ya s h i， E.   ..T h e E f f e c t 0 f B 0 d y S h a p e s  on Wind ~oise" ，SAE Paper  780266， (1978). 

(15) Sadakata， 0.， Kanamaru， K.， Kakamu， T. A Consideration of Wind  i

¥oise Reduction By Air Flow Control" ， SAE885115， (1988)， 2.182‑2.189.  (16)日本 音 響学会編， 騒 音 ・ 振 動 対 策 ハ ン ド ブ ッ ク " ， 技 報 堂 出 版 ， (1982). 

(17) Bodger， W.  K. ， J ones， C.  M. ， Aerodynamic Wind Throb in Passenger  Cars"  ， SAE  paper840A， (1964‑3)， 195‑206. 

(18)炭 谷 圭 二，篠原豊喜， 自 動 車 周 り の 空 力 騒 音 に 関 す る 研 究 "

自動車技術会論文集， Vol.27， No.1 ， (1996‑1)， 98‑103. 

(19)織 田 和 典 ， 炭 谷圭二， 変 動 感 を 伴 う 空 力 騒音へ の ニ ュ ー ラ ル

ネ ッ ト ワ ー ク の 適 用 " ， 自 動 車 技 術 会 論 文 集 ， Vol. 28， ¥Jo.1 ， (1997‑1)，  71‑76. 

ア

第 2 章 自動車において発生する空力騒音の概要

2.  1 

空 力 騒 音 の 寄 与 度

耳 支 近 の 自 動 車 で は ， エ ン ジ ン や タ イ ヤ 等 か ら の 騒 音 が 低 減 さ れ て き た 結 果 ， 空 力 騒 音が 相 対 的 に 大 き く な りつ つ あ る . こ の こ と は ， 図 2. 1に示 す 走 行 時 の 騒 音 と 風 洞 試 験 で の 空 力 騒 音 の レ ベ ル の 年 代 推 移 に よ く 示 さ れ て い る . 走 行 時 の 騒 音 に は 空 力 騒 音 の 他 に エ ン ジ ン や タ イ ヤ 等 か ら の 騒 音 も 含 ん で い る . 両 者 と も 車 速 ( 主 流 風 速 )

1 0 0 k m / h

時 に ， 車 室 内 中 央 で 計測 し た も の で あ る . 走 行 試 験 に 用 い た 道 路 は か な り 平 滑 で ， タ イ ヤ か ら の 騒 音 は一般 的 な 道 路 の 中 で は 最 も 低 い と 考 え て い る . 本 図 か ら ， 走 行 時 の 騒 音 ， 空 力 騒 音 ， 共 に 年 々 低 減 さ れ て き て お り ， 走 行 時 の 騒音が 空 力 騒 音 の レ ベ ル に 徐 々 に 近 づ い て い る 様 子 が う か が え る .

記 の 空 力 騒 音 の 計 測 に 用 い た 三 菱 自 動 車 工 業 ( 株 ) (以 下三菱自 工 と 記 す 〉 の 実 車 風 洞 を 図 2. 2に 示 す . こ の 風 洞 で 計 測 さ れ た 車 室 内 音 は ， 図 2. 3に 示 す よ う に ， エ ン ジ ン を 停 止 し て 走 行 し た 惰 行 試 験 で の 計 測 結 果 と よ く 一 致 す る た め ， 風 洞 の 暗 騒 音 は 十 分 に 低 く ， 本 風 洞 で 空 力 騒 音 を 十 分 に 計 測 で き て い る こ と が わ か る . な お こ の 図 2. 3で 惰 行 試 験 と 風 洞 試 験 で一部 の 周 波 数 帯 で 差 の 大 き い 部 分 が あ る が ， こ れ は タ イ ヤ や 駆 動 系 の 音 の た め で あ る .

図 2. 4に は ， 比 較 的 静 か な 乗 用 車 の 車 室 内 騒 音 の 車 速 に よ る 変 化 を 不 す . こ こ で 走 行 時 の 騒 音 と 空 力 騒 音 は 実 測 デ ー タ で あ る .そ れ ら の 実 測 デ ー タ か ら ， 空 力 以 外 の 騒 音 レ ベ ル ( エ ン ジ ン ， タ イ ヤ 等 の 騒 音 ) と ， 空 力 騒 音 の 寄 与 度 を 推 算 し て プ ロ ッ ト し で あ る . 本 図 か ら ， 空 力 以 外 の 騒 音 は 車 速 の 約 2乗 に 比 例 す る の に 対 し て ， 空 力 騒 音 は 車 速 の 5. 6乗 に 比 例 す

る ， つ ま り 空 力 騒 音 の 指 数 が 非 常 に 大 き い こ と が わ か る . そ の 結 果 ， こ の 例では，車速約

110km / h

以 上 で空 力 騒 音 の 寄 与 度 は

50 

% を 越 え て い る . こ の こ と は 経 験 的 に ， 時 速 数 十 キ ロ の 低 車 速 で は 空 力 騒 音 は ほ と ん ど 聞 こ え ず ， 高 速 道 路 で 車 速

1 0 0 k m / h

付 近 を 越 え る と 空 力 騒 音 が 耳 障 り に

試 験 条 件

・車速100km/h

‑計測位置:前席中央

70 

(︿

)

S65 

二ご』 ι〈

出

ふ ⁶⁰

55 

1985  1990  年 代

1995 

刈

2.1 走行時の騒音と空力騒音の年代推移

9 

計測 宰 測 定 部 (a)烏轍￨火

境 界 層 制 御 装 置 空 気 調 混 装 置

フl)̲ーローラー 可 変 コ ー ナ ー ベ ー ン

(b)

平面￨ヌ

図 2.2 一菱自動車工業(株 〉の風洞設備

試験条件

・車速100km/h

‑計測位置:前席中央 70 r 

8 

16k  8k 

' 4k 

K 

2 肱

k ー 波 数

∞ 周 5 d o    o β  

戸 ︑

J 1 i 勺ん

125  63 

40 

10  Over  All  60 

50 

20 

(︿ )出 力

30  ム ヘ げ ︿

¥J

出出

惰行試験と風洞試験の比較

走行時の騒音

空力騒音(風胴)

[音の強さは車速5.6J

図2.3

。、

o 

ハUハU

川口 峠体

Q嗣

醤門 円程

70  50 

空力以外の騒音

[音の強さは車速2

J 

60 

(︿ )向 勺

試験条件

・計測位置:前席中央 ムヘ

ソ︑

¥﹂ 出出

︒

180 

走行時の騒音と空力騒音の車速による変化 140 

100  km/h 

∞ ∞

速 車60  40 

図

2.4

一 一 一 ー 一 一 一一一一一一一一一ーー ^{ー ￨}

な り だ す こ と と 整 合 す る .

空 力 騒 音 における 5. 6と い う 指 数 は 図 2. 5に 示 す よ う に 車 種 に か か わ ら ず ほ と ん ど 同 じ で あ る .

また空ノ3以 外 の 騒 音 の 強 さ も 車 種 に よ っ て 様 々 で あ る が ， そ の 騒 音 の 強 さ と 車 速 と の 関 係 は 車 種 に よ ら ず 概 ね 同 じ で あ る こ と が 知 ら れ て い る .

2.  2 

空 力 騒 音 の 種 類

図 2. 6に は 乗 用 車 で 発 生 す る 空 力 騒音 の 種 類 と ， そ の 典 型 的 な 発 生 部 位 を 示 す . こ の 中 で 空 力 異 音 と 称 し て い る も の は ， 狭 帯 域 音 で あ り 明 瞭 に 聞 き 分 け ら れ ， 現 象 も ほ ぼ 解 明 さ れ て い る た め ， ほ と ん ど の 場 合 開 発 段 階 で 発 見 さ れ 防 止 対 策 が 施 さ れ る . こ の う ち キ ャ ビ テ ィ ト ー ン の 例 を 図 2.

7に 示 す . 比 較 的 狭 い 周 波 数 範 囲 の音で あ る こ と が わ か る .

一方 風 切 り 音 と 吸 出 し 音 は 広 帯 域音 で あ る 吸 出 し 音は 隙 聞 か ら 空 気 が 吸 い 出 さ れ る こ と に よ っ て 発 生 す る 音 と 定 義 さ れ， 試 験 的 に 粘 着 テ ー プ を 貼 る こ と に よ る 音の低 減量か ら 推 算 さ れ る . 吸 出 し 音 の 発 生 メ カ ニ ズ ム は 本 質 的 に 十 分 解明 さ れ て いる と は い え な い が ， 低 減 手 法 は ウ ェ ザ ス ト リ ッ

プ 等 の シ ー ル 部 材 の 機 密 性 を 向 上 さ せ る こ と で あ る の は 明 ら か で あ る た め ， 専 ら 設 計 ， 生 産 技 術 面 で そ の 工 夫 が な さ れ て い る

吸 出 し 音 の 性 質 を 調 査 す る た め ， 意 図 的 に 隙 間 を 設 け た 場 合 の 車 内 音 の ス ペ ク ト ル の 変 化 を 図 2. 8に

O

とム印 に よ り 示 す . こ の 図 か ら 吸 出 し 音 は 比 較 的 高 周 波 の 成 分 が 強 い こ と が わ か る . ま た そ の 隙 間 の 有 り 無 し に よ る 遮 音 度 の 変 化 を ， 無 風 に お い て ス ピ ー カ 加 振 に よ り 計 測 し た 結 果 を ， 本 図 の 斜 線 の 領 域 と し て 示 し て い る . 風 が あ る 時 の 隙 間 に よ る 音 の 変 化 量

( 0と ム 印 の 差 ) の 内 ， 遮 音 度 の 変 化 量 分 ( 斜 線 部 分 〉 は 隙 聞 か ら 進 入 す る 車 外 音 に 等 し く ， 残 り は 空 気 が 車 外 へ 流 出 す る た め に 発 生 す る 音 で あ る と 考 え ら れ る . ち な み に 8kHzで 吸 出 し 音 が 特 に 大 き い の は 隙 間 の 深 さ に 依 存 す る 共 鳴 透 過 現 象(1 )の た め と 推 定 さ れ る .

風 切 り 音 は ， 通 常 吸 出 し 音 以 外 の 広 帯 域 音 を 意 味 す る が ， こ の 中 に は メ

‑風洞試験

(︿ )凶

℃ ムヘ ゾ

¥¥J出栴

125  150  200  主流速度Uo krn/h 

空力騒音と主流速度の関係 175 

空力異音 図

2.5

100 

エオルス音 ウインドスロッフや

エッジトーン

タリノ

フ 一 フ

吸出し立 持の種類と発生部位の例

つ )

風切り立 乗用車の空力騒

図 2.6

キ ャ ビ ティ

フ ロ ン ト ピ ラ ー 付 近 の 断面図

一 ← 基 準

一合ーキャビティ容積縮小

一 十 一 フ ロ ン ト ピ ラ 一 部 盛 り 上 げ

‑車速:150km/h 

‑計測位置:ドアガラス近接 80 

40  90 

70 

60 

50 

(︿ )凶 つ

ム ヘ ゾ

¥¥J.出

パ ス

2k  lk 

」よ」

250 

ー 一 お

Over  63  All  30 

隙間あり 隙聞なし

‑車速:150km/h 

‑計測位置:ドアガラス近接 Hz 

キャビティトーンの例

一‑0‑ー 一合一 周波数

図

2.7

90 

70 

50 

40  80 

60 

(︿ )白 一

u

ムヘ

ゾ¥

¥﹂

出伽

16k  4k  8k 

2k  1k  500  125  250 

30 Over 63  All 

Hz 

吸出し音のスペクトル

周波数

図

2.8

流 と 物 体 と の 干 渉 ， 剥 離 に よ る 乱 れ ， 物 体 の 振 動 も 関 連 す る と 考 え ら れ ， 本 論 文 の 第 3章， 4章， 7章で扱う 主 要 な テ ー マ で あ る .

乗 用 車 で の風切り 音 を風 洞 で計 測 し た 結 果 の 例 を 図 2. 9に 示 す . こ の 凶 で は ド ア 周 り を 粘着 テ ー プ で シ ー ル し て 吸 出 し音 を 無 く し た 場 合 と ， シ ール し な い 場 合 と を 示 し て い る が， 吸 出 し音が 大 き い 場 合 (A車 シー ル 無 し ) に は ， 段 差 の 影 響 は 小 さ く な る 傾 向 が 見 ら れ る . こ れ は 段 差 に よ る 気 流 の 乱 れ に よ っ て 発 生 す る 風 切 り 音 に 比 べ て ， ド ア 周 り の 隙 聞 に よ る 吸 出 し音の方 が 大 き く ， し か も 段 差 の 変 化 に よ る 吸 出 し音 の 変化 は ほ と ん ど 無 い こ と を 示 し て い る .

さ ら に 図 2. 9は ， シ ー ル を 付 し た 場 合 や B車 の 結 果 か ら 明 ら か な よ う に フ ロ ン トビ ラ ー と サ イ ド ウ イ ン ド と の 段差を ， サ イ ド ウ イ ン ド を 外 側 に 移 動 し て 減 ら す こ と に よ り 風 切 り 音 が 低 減 す る こ と を 示 し て お り ， こ の よ

う な 結 果 か ら 自 動 車 の 表 面 は 段 差 を 極 力 小 さ く す る よ う な 設 計 が な さ れ る よ う に な っ た .

以 上 の よ う に 自 動 車 の 空 力 騒 音 に は 様 々 な 種 類 が あ る が ， 大 別 し て 空 力 異 音 ， 吸 出 し 音 ， お よ び 風 切 り 音 に 分 類 で き ， 前 2者 は メ カ ニ ズ ム と 低 減 手 法 が 比 較 的 明 ら か で あ る が ， 風 切 り 音 は メ カ ニ ズ ム ， 低 減 手 法 と も に 基 本 的 に 不 明 な 部 分 が 多 い . そ こ で 本 論 文 で は こ の 風 切 り 音 の 特 性 を 明 確 に す る こ と を 中 心 的 な テ ー マ と し た

参 考 文 献

( 1 )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 (1970)， 130 

1 5 

里 里璽里聞置・・・圃園 田 園 田 園 田 ¹

記 号 シ‑)レ 供試車

一‑0‑ー なし A車

0‑‑・ あり

‑‑l::r‑ なし B車

‑合、 あり

‑車速 :lS0km/h 

‑計測位置 :ドアガラス近接

。

‑0 

‑‑‑()‑‑

:0‑事ごlS.

一 一

d ‑‑ー ー・ー色

ギ阿 部

。

フロントピラ一部断面図 / フロントウインド

ーー令

: :

;   '"辻エ三

メ、{)fし

。 一

80 

76 

74  78 

(︿ )白

℃

ムヘ

ゾ¥

¥﹂

恒常

段差による空力騒立

30  40 

mm 

図

2.9

20  段 差 10 

72 0 

第 3 章 剥 離 流 れ に よ る 広 帯 域 音 の 発 生 機 構

3.  1  流 れ の 中 に 物 体 が 存 在 す る 場 合 の 発 生 音 の 理 論

流 れ の 中 に 物 体 が 存 在 し ， 物 体 周 り の 気 流 の 速 度 が 音 速 に 比 較 し て 十 分 に 低 い 場 合 ， そ の 流 れ の 乱 れ に よ っ て 発 生 す る 音の 理 論 に は ， 物 体 表 面 上 の 圧 力 変 動 を 音 源 と 考 え る Curle(l)の 理 論 と ， 気 流 の 中 の 渦 の 非 定 常 運 動 を 音 源 と 考 え る Powell(2)‑Howe(3)の 理 論 と が あ る . 以 下 で は そ れ ら の 理 論 の 結 論 的 な 式 と ， 相 互 の 関 連 ， 成 立 す る 条 件 の 違 い に つ い て 述 べ る . 式 の 導 出 の 細 部 は 本 章 と は 別 に Appendixに記述した.

3.1.1  Curleの 理 論

Curleは (Appendix2参 照 〉 流 れ の 中 に 物 体 が 存 在 す る 場 合 の 空 力 騒 音は Lighthillの 音 響 ア ナ ロ ジ に 基 づ い た 波 動 方 程 式 を 基 礎 式 と し て ， 次

式で与えられることを示した(1)

こ こ で

句 d

引 y p f ‑ L l

( x

，

t )  ‑

ρ。 ̲.J一 二一

L ‑ '

^......0ノ dV(y) 4J[a~

o x/

Jx j Jv  r 

Tti=puμj^十_Pij^-α~p5jj

Pij=P8kjキ5ij

p

;

^二 ‑liPij

PI V.t一三￨ 1 

21

0 r '¥̲

¥

‑ a

O

_n^ノノ

S ( y )

4m;ゐi u r (3‑1) 

(3‑2)  (3‑3)  (3^・4) こ こ で _ρは空気密度， _ρ。は空気密度の時間平均値， α。は音速， X_j

' 

Xjは観 測 点 の 座 標， yは 音 源 の 座 標， r = 

I X ‑ y l

は 観 測 点 と 音 源 と の 距 離， tは時 間 ， 九 は 応 力 テ ン ソ ル，_Pij^二 pb^jj+ 5^jjは 圧 縮 性 の 応 力 テ ン ソ ル，_P は圧力，

5ijは 粘 性 応 力 ^，lは i方 向 の 法 線 ベ ク ト ル で あ る . 式(3^・1)の 右 辺 第 1項 の 体 積 積 分 は 音 源 領 域 を 含 む 流 れ 場 で の 積 分 を 意 味 し ， 第 2項 の 表 面 積 分

1 7 

は 物 体 表 面 で の 積 分 を 意 味 す る .

流 体 中 の 物 体 の 存 在 に よ る 騒 音 は 式

( 3 ‑ 1 )

の 右 辺 第

2

項 に 表 さ れ て い る . Appendix1に 示 す よ う に Lighthillの 解 に は こ の 項 は 含 ま れ て い な い . 主 流 速 度 が 音 速 よ り 十 分 遅 い 低 マ ッ ハ 数 の 場 合 に は ， 式

( 3 ‑ 1 )

の 右 辺 第

I

項 の 4重 極 子 は 第 2項 の 双 極 子よ り も は る か に 小 さ い た め 無 視 で き る こ と が Curleに よ っ て 示 さ れ た.残 っ た 第 2項 の 双 極 子 に 対 し て ， 遠 距 離 場

!x!>>λ/2π， !xi>>L， (Lは音 源 の 代 表 長 さ 〉 を 仮 定 し て 空 間 微 分 を 時 間 微 分 に 変 換 す る と ， 式(3‑1)は 次 式 の よ う に 変 形 さ れ る (1)

p;l y， t-~1

1  s ( " . ¥ ̲ ノ

‑ρ

。 = ‑ ‑ I ¥ O

^ノ

d S ( y )

4m;みih

L  X. 0 ("  ̲1  r I  ..LームニL

p ;

¹

y

，t一 ‑'

I d S ( y )  

4 iTa 

g 

x ² 

a 

J 5 ~ ⁱ 

. ¥ α

^。/

1 ( "sin θグ ( r 1 

=一一

4 m ; ι r α L α

) 一一 τ

P1 

y

，t‑

ー

。/

‑ J d S ( y )  

(3‑5) 

こ こ で θは音 源 面 と

( x ‑ y )

と の な す 角 で あ る .式(3‑5)を音 響イ ン テ ン シ テ ィ_Iに 変 換 す る と次 式 と な る .

/三

zL

^{二 αg(ρ‑ρ}

^{。 ) 2}

ρ。α。 ρ。

y c d  

︐a 

vv

c d Jv 

d ︐  

パ 訂

ov J  

/1 11 11 1¥  

今一み

パ 打 ︒

ν J  

/t

一

φ

ll‑i¥ 

n d

βv一n一r

J r c d 一

pa

‑‑ EE

︐u 

'i lu   一α1一

ρ

一π一/O一

1i

こ こ で Paは 音 圧で あ る . 発 生 音 の パ ワ ー

w

^{は音 源}を 囲 む 閉 曲 面

s

^。でIを

積 分 す る こ と に よ り ， 次 式 で 与 え ら れ る

W = j p s  

二

6 1

π2 L J 0 2 ! ? ; 2 d s u Z ( y t _{一 二} ) 3 ( y ‑ t 詐 り ^{) d S ( y ' )}

二

ιJLZ y ( t‑1 y ( t ‑J S ^{州 y ' )}

Sharland(4)は 上 式 に 対 し て ， 相 関 面 積 を 導 入 し て 次 式 を 与 え た .

W^二 12π;o

a g f s [ !  (

^{九 州}

) r

^{S， 州2 (3‑6)} 

一 一 一面 ーー一ーーーー

式(3‑6)に よ る と 物 体 表 面 上 の 圧 力 に よ る 音 は ， 時 間 微 分 圧 力 変 動 と 相 関 面 積 に 依 存 す る 後 の 章 の 実 験 に よ る 検 証 に は こ の 式(3‑6)を 参 照 す る .

3.  1 .   2  P o w e l l ‑ H o w e

の 理 論

一 方 Powell(2)とHowe(3)は真の音 源 は 渦 で あ る と し て ， 波 動 方 程 式 を 解 い て 次 式 を 導 い た (Appendix3参 照 ) •

「 f I 1 dv(y)

ρ ‑ ρ 二 。 τ τ : ̲ ^{t l ρ ( ω X  u ) j 卜 ‑}

ι+7LU 0 μAt'V L  J 

{ }

  r  I 

~ ^I 1 ~..

2 l   d S ( y )  

+一一一一一一一一II n + ‑fJlI ‑I一一一一一

4JraよみnJSL‑< 2' 

J 

r  (3‑7) 

こ こ で ωは 渦 度，Uは速度 で あ る こ こ で は主 流 が低 マ ッ ハ 数 で あ る こ と に よ る 寄 与 度 の 小 さ い 項 や ， 物 体 の 振 動 に よ る 項 は 省 略 し て い る . 式(3‑7) 右 辺 第 2項 は Curleの式(3・1)の 第 2項 と 同 じ も の で あ り ， 物 体 表 面 上 の 双 極 子 で あ る . 式(3‑7)右 辺 第 1項も 空 間 に 関 し て 1階 微 分 し た も の で あ る た め 双 極子 音 源 の 形 を しており， Powellは そ れ を 空 間 双 極 子 と 呼 ん だ

(2) 

3.  1.  3  Powell‑Howeの理論と Curleの 理 論 と の 差 異 の 物 理 的 解 釈 Appendix4に 詳 述 し て い る よ う に ， 式(3‑7)の 導 出 過 程 を 遡 る と ， 空 間 双 極 子 の 起 源 は 運 動 方 程 式 の 対 流 項 で あ る こ と が わ か る . 一 方

Curle

の 式(3・1)で は ， 運 動 方 程 式 の 対 流 項 は 右 辺 第 1項 の 4重 極 子 に 含 ま れ る 形 に な っ て い る こ と か ら ， こ の 4重 極 子 の 中 に Powellの 空 間 双 極 子 が 含 ま れ て い る と 解 釈 す る こ と が で き る .

Blake ( 5 )

は 粘 性 項 を 省 略 し た 運 動 方程 式 (  1  2 

i 

& 

ρ(ω X 

u )  

= 

‑ v [ 

p +一ρu￨‑p‑ (38)

\~ 2'  ) ， Gt 

を式(3‑7)に 代 入 し ， 低 マ ッ ハ 数 と 遠 距 離 場

I x l > > λ / 2 π

，Ixl~L とを仮定し て 次 式 を 導 い た .

ρ-ρo 二 一~~ ^r

^I 

  ρ レ I ム l

￨一一一^dV

^{( Y )}

(3‑9)  4m;ゐtん

L

^t‑‑'o

a  J 

^r 

1 9 

一 一 一 ー 一 ー ー ー 一 一 ー ー ー

こ の 式 の 物 理 的 解 釈 は 以 下 の よ う に 考 え ら れ る . す な わ ち 式

( 3 ‑ 9 )

の中 の ん す は 単 位 体 積 当 た り の 流 体 の 運 動 量 の 時 間 変 化 で あ る か ら ， 気 流 の 乱 れ が 物 体 に 近 接 し て い る 場 合 に は ， こ れ は 物 体 表 面 の 正 力 に 反 映 さ れ ， 式

( 3 ‑ 9 )

は CUl'

l e

の 式 の 双 極子 の 項 と 等 価 と な る . 一 方 ， 気 流 の 乱 れ が 物 体 か ら 離 れ て 存 在 す る 場 合 に は そ れ は 空 間 双 極 子 と な っ て ， 物 体 表 面 の 双 極 子 と は 別 に 存 在 し ， 両 者 が 等 価 に な る と は 限 ら な い と 考 え ら れ る .

式

( 3 ‑ 9 )

は さ ら に ， 遠 距 離 場 を 仮 定 し 空 間 微 分 を 時 間 微 分 に 変 換 し て ， 次 式 の よ う に 近 似 さ れ る .

ρ‑

P n 一ーム~

^ー

f 

^目

I 与 I d V ( y )  

ν 4

1 l Z l ;  

JVI a~ I r  (3‑10)  次 に 式(3‑10)を 実 験 的 に 計 測 可 能 な 速 度 変 動 の 強 さ u'と 関 連 付 け る . 乱 れ の ス ペ ク ト ル 分 布 に 特 に 際 だ っ た ピ ー ク が 存 在 し な い 場 合 を 考 え る

と ， 乱 れ を 誘 起 す る 渦 は 大 小 様 々 の も の が 存 在 し て い る と 考 え ら れ る . そ こ で そ の 中 の あ る 周 波 数 / の 乱 れ 成 分 に 着 目 し ， そ れ を 誘 起 す る 渦 の ス ケ ー ル を L，主 流 速 度 を U。 と す る と オ ー ダ 一 的 に 周 波 数 は 次 式 で 近 似 される.

日 一

Lfj 

(3‑11) 

速 度 変 動 の 強 さ u'はU。 に 比 例 す る と 考 え ら れ る の で ， 時 間 微 分 は 式 (3・11)も 考 慮 す れ ば ， 次 式 で 近 似 さ れ る .

ifu'  (u'i  . . 一一-~-cだ1‑1u 

じを~ ¥Lノ

︐u一L

促r

lJ  

π 

今ノ︼

3一

n d (3・12)

し た が っ て 式(3‑10)と(3‑12)か ら ， 音 の 強 さ は 乱 れ の 強 さ と ， 次 式 に よ り 関 係 付 け ら れ る .

2‑ d ( ρ( / ) ‑

ρ

。 r ^~~

^{(L.，I1'¥)6} 

1 ( / )

^三L ‑ 4 u ( f ) ) d V ( y ) ( 3 ‑ 1 3 ) ρo  C 

式(3‑13)は 速 度 変 動 の 6乗 の 空 間 積 分 が ， 発 生 音 の 単 位 面 積 当 た り の音 響 パ ワ ー と 対 応 す る こ と を 表 し て い る . こ の 速 度 変 動 は 実 験 的 に 計 測 可 能 で あ る た め ， 後 の 章 に 示 す 実 験 に よ る 検 証 に は こ の 式(3‑13)を 用 い る .