Numerische Simulation des Klangspektrums und der Schallausbreitung in und um eine Blockflöte

录音机内及其周围的声谱和声音传播的数值模拟

基本信息

批准号：
49783210
负责人：
Professor Dr.-Ing. Roger Grundmann
金额：
--
依托单位：
Gerhard-Zeidler-Stiftungslehrstuhl für Akustik mobiler Systeme
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2007
资助国家：
德国
起止时间：
2006-12-31 至 2011-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/49783210?language=en
关键词：
Numerische Simulation des Klangspektrums und

项目摘要

Das Ziel des laufenden Projektes „Numerische Simulation des Klangspektrums und der Schallausbreitung in und um eine Blockflöte“ ist die Simulation des vollständigen akustischen Übertragungsweges von der Schallentstehung in der Blockflöte als ein Beispiel für ein komplexes akustisches System über die Schallausbreitung in und um die Blockflöte bis in ein unendliches Fernfeld. Die Kopplung der strömungsakustischen Berechnungen mit einem Helmholtz-Löser zur Analyse der Innen- und Außenraummoden erfolgt durch die Approximation mittels Multipolquellverteilungen und erlaubt die Trennung der sehr rechenintensiven strömungsakustischen Berechnungen und der effizient durchführbaren Analyse des akustischen Feldes. Die Trennung des akustischen Problems in zwei separate Lösungsansätze ist unabdingbar, soll das akustische Problem auf allen auftretenden Längenskalen erfasst werden. Dieser Ansatz erlaubt es, effizient Parameterstudien durchzuführen, um den Einfluss der Blockflötengeometrie auf das für den Zuhörer relevante akustische Fernfeld abzuschätzen. Diese Parameterstudien dienen als Vorstufe zur Optimierung der Instrumentengeometrie.In dem Projekt Nr. GR 1388/18–1 erfolgte die Simulation der Schallentstehung in einer Blockflöte unter Spielbedingungen unter Verwendung eines kompressiblen Navier-Stokes-Lösers. Dabei ließ sich zwar der grundlegende Mechanismus der Tonentstehung, nämlich die periodische Wirbelablösung am Labium abbilden, eine detaillierte Untersuchung einzelner strömungsakustischer Effekte wie des Reibungseinflusses oder dem Einfluss der Labiumgeometrie auf den Schallentstehungsprozess war aufgrund des hohen numerischen Aufwands, bedingt durch die aufzulösende sehr dünne instationäre Grenzschicht nur eingeschränkt möglich. Aus diesem Grund wurde während der Bearbeitung des oben genannten Projektes ein vereinfachtes Simulationsmodell abgeleitet. Dieses Modell bildet den grundlegenden Schallerzeugungsmechanismus ab und ermöglicht die gezielte Untersuchung einzelner Effekte einschließlich instationärer, viskoser Vorgänge.Basierend auf diesem Modell wird in einem ersten Schritt der Einfluss der Geometrie auf die Klangbildungsvorgänge systematisch untersucht. Die daraus erzielten Ergebnisse dienen dem Aufbau eines parametrisierten Modells, das die Schallentstehung am Labium in Abhängigkeit von der Labiumgeometrie mithilfe einer Multipolquellverteilung abbildet. Das so erstellte Modell ermöglicht einerseits die Vorhersage des Geometrieeinflusses auf die Klangbildung der Blockflöte und liefert andererseits signifikant verbesserte Randbedingungen für die Analyse des akustischen (Fern-)feldes.Im auslaufenden Projekt Nr. GR 1388/18–1 wurden Methoden zur Berechnung dreidimensionaler Finite-Elemente-Modelle mit angeschlossenen halbunendlichen, konjugierten ASTLEY-LEIS-Elementen entwickelt. Dabei erfolgte die Erarbeitung von Verfahren zur Modalanalyse des Fluids in und um die offene Flötenstruktur. Zur Umsetzung einer gezielten Berechnung der Hohlraummoden konnte ein Suchalgorithmus entwickelt werden, mit dem eine wesentliche Reduktion der Rechenzeit möglich ist. Aufgrund der getrennten Betrachtung der Schallentstehung und der Schallabstrahlung können geometrische Veränderungen am Resonator vorgenommen und ihr Einfluss unabhängig von der Strömungssimulation und effizient berechnet werden. Dadurch ist es möglich, systematisch Veränderungen an der Blockflötengeometrie vorzunehmen und deren Einfluss auf Intonation und Klang zu untersuchen.Aufbauend auf dieses Modell wird damit begonnen, das Berechnungsverfahren um die Lösung der homogenen Galbrun-Gleichung zu erweitern, mit dem Ziel den Einfluss der Strömung auf den Klang zu untersuchen. Weiterhin wird die in den strömungsmechanischen Berechnungen identifizierte Multipolquellverteilung verwendet, um den Klang und die Richtcharakteristik der Blockflöte mithilfe modaler Superposition zu berechnen.

众多模拟系统的抗议活动“众多模拟的众多模拟系统是实现Blockflöte目标的最常见方法：“Blockflöte的模拟系统是世界上最好的。贝雷希顿缓解措施是Helmholtz-löserZur Analyse der Innri-undaußenraummodernerfolgt durch durch的主要因素，近似于穆特尔斯多核心维尔维尔蒂（MultoLquellverteiilungen）和durchführbaren分析zkustischen问题的dercliSchen问题diese参数是处理情况的最佳方法。在diese参数中，diese parameterstudien是最佳选择。在diese parameterstudien中，diese projekt nr。 GR 1388/18–1 The Schallentstehung is a blockbuster that is unstable in the world of widespread use of the Schallentstehung, which is a blockbuster that is unstable in the world of widespread use of the Schallentstehung, and the Schallentstehungsprozes war aufgrund des hohen numerischen Aufwands, bedingt durch die AufzulösendesehrdünneInstationäreGrenzschicht NurEingeschränktMöglich。 AUS DIESEM GRUNDWURDEWährendder bearbeitung des oben genannten projektes ein vereinfachtes仿真modell abgeleitet。 dieses modell bildet den grundlegenden schallerzeugungsmechanismusususususususususus unemöglichtdie gezielte untersuchung einzelne einzelner einzelner EfekteeinschließließliChInestionärer，该模型是一个系统在系统中导致一个系统导致一个系统导致死亡的系统的一种形式导致系统导致系统导致系统的系统导致系统的系统，该系统会导致系统，该系统会导致系统，该系统导致系统导致系统导致系统导致系统导致系统导致系统导致系统的系统的系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统，该系统导致系统导致系统，该系统导致系统导致系统，该系统导致系统导致系统。导致导致组织参数的系统的系统，并且不是导致组织参数的系统，并且不是导致组织的系统，并且不会导致组织的系统，而不是导致组织的parametrissierten，并且会导致组织的parametrissierten和类似的系统。世界边界的重要性的重要性在于它是世界边界的重要性。我是auslaufenden projekt nr。 GR 1388/18–1方法Zur Berechnung dreididiederer有限元元素 - 模型MIT Angeschlossenen Halbunendlichen，Konjugierten Astley-Leis-lementen Entwickelt。 dabei erfolgte死亡的莫模纳利液体中的umbassflötenstruktur中的液体。与那些来到Hohlraummodern的人一样，也包括在Reduktion系统中。 Schallenge和Schallenge之间的之间是世界上最好的。 Einfluss auf语调的钟声和克兰·祖（Klang Zu Untersuchmen）。 Aufbauend auf dies Modelll birds dammit, das Bellsung der fahren, das Bellsung der homogenous Galbrun-Gleichung zu erweitern, mit dem Ziel den Einfluss der stumblemund auf Weighterhin's wild die in den strömungsmechanischen Berechnungen Multipolquellverteiilung verwendet, Richtcharakteristik der Blockflöte Mithilfe Modaler叠加Zu Berechnen。