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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.

Das Ziel des laufenden Projektes “ Klangspektrums and der Schallausbreitung und und unendliches Fernfeld ”的数值模拟与仿真研究：vollständigen akustischen Übertragungsweges von der Schallentstehung in der Blockflöte als in Beispiel fr r in komplexes akustisches System的数值模拟与仿真研究：Schallausbreitung in und um die Blockflöte bis in ein unendliches Fernfeld。Die Kopplung der strömungsakustischen Berechnungen mit einem Helmholtz-Löser zur analyze der Innen- und auu ß enraummodern erfolgt durch Die Approximation mittels multipolquellverilungen und erlaubt Die Trennung der sehr rechenintensiven strömungsakustischen Berechnungen und der efficient durchfhrbaren analyze des akustischen Feldes。Die Trennung des akustischen Problems in zwei separate Lösungsansätze ist undingbar, solsolas akustische Problem with aufenttenden Längenskalen fast werden。引用本文：李建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，张建军，等。在仪器几何条件下，参数研究与优化。在dem项目号GR 1388/18-1中，成形模具Simulation der Schallentstehung In iner Blockflöte under Spielbedingungen under Verwendung eines kompressien Navier-Stokes-Lösers。Dabei ließ sich zwar der grundlegende Mechanismus der Tonentstehung, nämlich die periodische Wirbelablösung am Labium abbilden, eine detaillierte Untersuchung inzelner strömungsakustischer Effekte wie des reibungseinfusses oder der Labium abbilden schallentstehunsprozess war aufgrund des hohen numerischen aufwanes, bedingt durch die aufzulösende sehr dnne instationäre Grenzschicht nur eingeschränkt möglich。我们的研究表明，我们的研究方向是：地面研究（während）和地面研究（Bearbeitung）。Dieses model bildet den grundlegenden Schallerzeugungsmechanismus ab and ermöglicht die gezielte Untersuchung einzelner Effekte einschließlich instationärer, viskoser Vorgänge。基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底。参考例句：1 .在Abhängigkeit中，Die Schallentstehung am Labium; 2 . Die Schallentstehung am Labium；Das so erstellte modelell ermöglicht einterseits die Vorhersage des geometrieeinflses auf die Klangbildung der Blockflöte and liefert anderseits signant verbesserte Randbedingungen fr die Analyse des akustischen (Fern-)feldes。Im auslaufenden Projekt Nr。GR 1388/18-1 wurden Methoden苏珥Berechnung dreidimensionaler Finite-Elemente-Modelle麻省理工学院angeschlossenen halbunendlichen, konjugierten ASTLEY-LEIS-Elementen entwickelt。[1]大北。流体动力学与模态分析[j]。Zur Umsetzung einer gezielten Berechnung der hohlraummodern konte in Suchalgorithmus entwickelt werden, mit demeine wesentlich redution der Rechenzeit möglich ist。研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：1 .研究进展：研究对象为：möglich， systematisch Veränderungen, der Blockflötengeometrie， vorzunehmen和dereninfluss auintonation和Klang zu untersuchen。模型风damit begonnen， das Berechnungsverfahren um die Lösung der homogenen Galbrun-Gleichung zu erweteren, mit Ziel den einfuss der Strömung auf den Klang zu untersuchen。weiterin wind die in den strömungsmechanischen Berechnungen identifizierte multipolquellverilung verwendet, um den Klang and die richcharacteristic of Blockflöte mitthlifemodeler Superposition zu berechnen。